L’acier est un alliage de fer et de carbone, auquel on a ajouté d’autres ingrédients pour diverses propriétés. Bien qu’il ne soit pas vraiment bon marché, l’acier est néanmoins relativement bon marché pour ce qu’il est. Ce rapport qualité-prix rend l’acier idéal pour diverses utilisations et industries ; construction de bâtiments, de voitures, de machines, de navires et de machines, entre autres. Et comme il est utilisé pour les outils et les machines, d’autres objets sont fabriqués à partir de machines et d’outils en acier.
Par exemple, le téléphone, la tablette ou l’ordinateur portable sur lequel vous consultez cet article ont très probablement été fabriqués par des machines fabriquées entièrement ou partiellement en acier.
Guide de l’acier, et qu’est-ce que c’est ?
L’acier est un alliage de fer, avec une teneur en carbone qui peut varier de 0,03 % jusqu’à 1,075 % de sa composition, selon sa nuance.
Bien que l’acier soit principalement fabriqué à partir de fer, il ne faut pas le confondre avec le fer. Le fer est un métal relativement dur et résistant, avec un diamètre atomique (dA), 2,48 Å, un point de fusion de 2795 ° F et un point d’ébullition de 4964 ° F.
L’acier conserve les caractéristiques métalliques du fer dans sa forme la plus pure, mais l’ajout de carbone et d’autres éléments métalliques ou non métalliques améliore ses propriétés physico-chimiques, notamment sa résistance.
Il existe de nombreux types d’acier en fonction de la teneur en éléments d’alliage. Chaque type d’acier permet différentes utilisations et applications, ce qui en fait un matériau polyvalent et largement utilisé dans la vie moderne.
Les deux principaux composants de l’acier sont abondants dans la nature : l’acier peut être recyclé indéfiniment sans perdre ses propriétés. En raison de ces propriétés, l’acier est idéal pour la production à grande échelle. La variété des produits fabriqués en utilisant directement l’acier est étonnante.
- Machinerie
- Outils
- Bâtiments
- Routes
- Rail
- Aérospatial
- Automobile
- Équipement médical
On pourrait dire que la civilisation, et certainement celle du XXIe siècle, existe en grande partie grâce à l’acier.
Propriétés de l’acier
Le fer, principal ingrédient de l’acier, se trouve dans la croûte terrestre sous forme de minerai, généralement de l’oxyde de fer, de l’hématite et de la magnétite . Le fer est extrait du minerai de fer en éliminant l’oxygène grâce à l’utilisation de carbone, et le carbone est perdu dans l’atmosphère sous forme de dioxyde de carbone. Ce processus est connu sous le nom de fusion, un processus utilisé à l’origine pour les points de fusion plus bas tels que le cuivre et l’étain.
D’autres matériaux sont ajoutés au mélange fer/carbone pour produire de l’acier aux propriétés différentes. Par exemple, l’ajout de nickel et de manganèse à l’acier augmente sa résistance à la traction. L’ajout de chrome confère à l’acier une meilleure dureté et une meilleure température de fusion, tandis que l’ajout de vanadium augmente également la dureté et rend l’acier moins sujet à la fatigue du métal.
Le pourcentage d’additifs affecte également les propriétés de l’acier. Par exemple, l’ajout de 11 % de chrome produit de l’acier inoxydable car il inhibe la corrosion. Pour produire des outils de haute qualité, il faut utiliser une forme d’acier appelée acier rapide (HSS), qui est produite en ajoutant du tungstène.
Les Aciers alliés
Les aciers alliés contiennent des éléments d’alliage supplémentaires en plus du fer et du carbone, qui confèrent à l’acier des propriétés spécifiques. Les éléments possibles comprennent le manganèse, le silicium, le nickel, le titane, l’aluminium, le chrome et le cuivre. Vous trouverez ci-dessous comment les aciers et les éléments d’alliage fonctionnent ensemble pour produire un meilleur produit :
- Chrome : Ajoute de la solidité à l’acier. Le rend incroyablement résistant à l’usure.
- Silicium : utilisé pour améliorer les propriétés magnétiques de l’acier. Il est donc idéal pour les générateurs, les moteurs et les transformateurs. Il peut également être utilisé comme désoxydant et réduire le risque de défauts.
- Nickel : Augmente la résistance et la ténacité de l’acier. Souvent utilisé pour réduire la corrosion.
- Aluminium : Très légers et capables de résister à des températures élevées, les aciers alliés influencés par l’aluminium sont couramment utilisés dans les systèmes d’échappement chauds et les générateurs.
- Cobalt : Ajouté pour augmenter la résistance à la chaleur. Idéal pour les outils électriques à grande vitesse. Peut également améliorer les capacités de coupe.
- Vanadium : Similaire au cobalt, le vanadium augmente la résistance, la ténacité et la résistance à l’usure. Idéal pour les outils haute puissance.
- Manganèse : Crée un acier résistant aux chocs avec plus de solidité et de trempabilité. Utilisé dans les applications structurelles ainsi que dans les coffres-forts, les pare-balles et d’autres applications de sécurité.
- Molybdène : Augmente la résistance à des températures plus élevées et augmente la résistance à la corrosion. Les applications courantes incluent les industries à haute pression comme les industries sous-marines, pétrolières et gazières.
- Cuivre : En raison des propriétés de conduction électrique qu’offre le cuivre, il est courant dans les applications électriques.
L’acier inoxydable
L’acier inoxydable contient au minimum 11 % de chrome, il est souvent associé au nickel pour résister à la corrosion. Certains aciers inoxydables, comme les aciers inoxydables ferritiques, sont magnétiques, tandis que d’autres, comme les aciers austénitiques, sont non magnétiques. Les aciers résistants à la corrosion sont abrégés en CRES.
Les aciers à outils sont des exemples modernes d’aciers qui sont alliés avec de grandes quantités de tungstène et de cobalt ou d’autres éléments pour maximiser le durcissement par solution. Ces aciers permettent également l’utilisation du durcissement par précipitation, avec des améliorations de la résistance à la température de l’alliage. L’acier à outils est généralement utilisé dans les haches, les perceuses et autres appareils qui nécessitent un tranchant tranchant et durable.
Les aciers au carbone
L’acier au carbone, composé de fer et de carbone, représente 90 % de toute la production d’acier. L’acier faiblement allié est allié à d’autres additifs, généralement du manganèse, du molybdène, du chrome ou du nickel, en quantités allant jusqu’à 10 % en poids pour améliorer la dureté des sections épaisses. L’acier faiblement allié à haute résistance contient de petites additions (généralement < 2 % en poids) d’autres éléments, généralement 1,5 % de manganèse, pour offrir une résistance supplémentaire pour une augmentation de prix modeste.
La réglementation Corporate Average Fuel Economy (CAFE) a donné naissance à un nouveau type d’acier, connu sous le nom d’acier haute résistance avancé (AHSS). Ce nouvel acier est à la fois solide et ductile, ce qui permet aux structures des véhicules de maintenir leurs niveaux de sécurité actuels tout en utilisant moins de matériaux. Il existe un certain nombre de nuances d’AHSS disponibles dans le commerce, telles que l’acier biphasé, qui est traité thermiquement pour contenir à la fois une microstructure ferritique et martensitique afin de produire un acier formable à haute résistance.
Les aciers au carbone sont souvent galvanisés, par immersion à chaud ou par galvanoplastie au zinc, pour les protéger contre la rouille et d’autres dangers environnementaux.
Pourquoi l’acier est-il incontournable pour l’industrie moderne ?
L’acier revêt une importance considérable dans divers aspects de l’activité humaine, façonnant la manière dont nous vivons, travaillons et interagissons avec notre environnement général :
- Impact économique : L’acier est un élément clé de l’économie mondiale, contribuant à la création d’emplois, au développement industriel et au développement économique des nations du monde entier. L’industrie sidérurgique soutient un vaste réseau de fournisseurs, de fabricants et de coopératives spécialisées, favorisant l’innovation et la prospérité dans différents secteurs.
- Progrès technologiques : L’acier a joué un rôle essentiel dans les avancées technologiques et l’innovation dans tous les secteurs. Sa polyvalence et ses performances ont permis des avancées dans la conception, la construction, le transport et la fabrication, conduisant au développement de nouveaux matériaux, articles et cycles qui améliorent les capacités humaines et contribuent à la qualité de vie.
- Développement des infrastructures : l’acier est essentiel au développement et à l’entretien des infrastructures essentielles, notamment celles des transports, des infrastructures énergétiques et des communications. Sa résistance, sa durabilité et sa polyvalence sont fondamentales pour construire des infrastructures solides et durables qui soutiennent le développement économique, le progrès social et la durabilité environnementale.
- Durabilité environnementale : L’acier est un matériau hautement recyclable, avec un taux de réutilisation supérieur à celui de tout autre matériau. La recyclabilité de l’acier contribue à la durabilité environnementale en surveillant les ressources naturelles, en diminuant la consommation d’énergie et en limitant les rejets de substances appauvrissant la couche d’ozone associés à la production d’acier.
Quelles sont les utilisations de l’acier ?
- Construction : les bâtiments, les ponts, les gratte-ciel et même les stades ont largement adopté l’acier en raison de sa grande résistance, de sa durabilité et de sa résistance aux charges.
- Énergie et Infrastructures : la solidité et les capacités des infrastructures routières et ferroviaires, des aéroports et des tunnels souterrains sont construites en acier, un matériau hautement adaptable aux conditions défavorables comme favorables. L’acier est essentiel au développement et à l’entretien des infrastructures énergétiques, notamment des centrales électriques, des pipelines et des installations d’énergie renouvelable. Sa solidité, sa résistance à la corrosion et sa conductivité thermique en font un matériau idéal pour transmettre et stocker l’énergie, favorisant ainsi la transition vers des sources d’énergie plus propres et plus durables.
- Transport : dans la fabrication de carrosseries automobiles autres que celles de l’industrie automobile où l’acier est principalement utilisé pour son rapport résistance/poids et ses capacités de résistance aux collisions, l’acier est également présent dans la construction et l’aérospatiale pour la fabrication de ponts, de bâtiments, d’avions et de navires.
- Machines et équipements : l’acier, en raison de sa dureté, de son usure et de sa malléabilité, est souvent le premier choix de métal pour la fabrication de machines, d’équipements et d’outils. L’acier est également une matière première pour la fabrication de produits métalliques.
- Biens de consommation et appareils électroménagers : l’acier est omniprésent dans les biens de consommation et les appareils électroménagers, où il est utilisé pour fabriquer des articles ménagers, des appareils électroménagers et des gadgets électroniques. Sa durabilité, sa propreté et son attrait esthétique en font un matériau privilégié pour des articles tels que les ustensiles de cuisine, les ustensiles de cuisine, les appareils électroménagers et les boîtiers de gadgets.
- Défense et sécurité : L’acier est reconnu pour être utilisé dans la production d’autobus résistants aux armes, de murs blindés et de clôtures de sécurité en raison de sa résistance, de sa dureté et de sa résilience aux chocs.