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Aciers de construction

On peut utiliser comme aciers de construction de simples aciers au carbone mais aussi, très souvent, des aciers alliés dès qu'il s'agit de pièces très sollicitées (les éléments d'alliage les plus fréquents sont le manganèse, le chrome, le nickel, le molybdène). Pour répondre aux exigences croissantes des mécaniciens, on a été conduit à élaborer un assez grand nombre d'aciers de construction qui permettent de couvrir un large éventail de caractéristiques mécaniques et de répondre à des conditions d'utilisation très diverses.

Propriétés générales

Les propriétés auxquelles on s'attache sont, d'une part, les caractéristiques mécaniques déterminées dans des conditions standards par les essais de traction et de flexion par choc (limite élastique, charge de rupture, allongement, striction et résilience), d'autre part, la trempabilité, telle qu'on peut l'exprimer par la courbe Jominy (fig. 4). Un acier de construction sera donc défini par sa composition chimique, par ses caractéristiques mécaniques et, si nécessaire, par sa trempabilité. Dans le cas d'un acier destiné à recevoir un traitement thermique après mise en œuvre, les caractéristiques dépendent à la fois de la dimension des pièces, de la trempabilité de l'acier et des conditions de mise en œuvre. Elles peuvent être très différentes de celles qu'indiquent les tables et qui correspondent à des conditions standards. La ductilité peut être fonction de l'importance des déformations subies par le métal depuis le demi-produit d'origine (corroyage).

Essai Jominy

Dessin : Essai Jominy

L'essai Jominy consiste à refroidir un cylindre de l'acier étudié par un jet d'eau calibré sur la face inférieure du cylindre. La dureté est ensuite mesurée le long des génératrices du cylindre. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Le choix entre les diverses nuances et qualités s'exerce donc en fonction des caractéristiques demandées aux pièces pour résister aux sollicitations auxquelles elles seront soumises. On fait intervenir aussi leur dimension et leur forme, qui imposent le mode de trempe et la trempabilité nécessaire. Une pièce de forme compliquée ne peut, sans aléas importants (tapures, déformations), être refroidie brusquement : cela élimine la possibilité d'une trempe à l'eau ou, parfois même, à l'huile. Il faudra choisir un acier à haute trempabilité. Dans d'autres cas, seule une couche superficielle devra être durcie : on pourra se contenter d'un acier beaucoup moins trempant.

Principales nuances d'aciers de construction

La très grande variété des pièces et des conditions de travail auxquelles elles sont soumises entraîne l'existence d'un grand nombre de nuances et qualités d'aciers de construction. En fait, on peut distinguer trois grandes catégories : les aciers de construction soudables, les aciers de construction pour traitements thermiques et les aciers à caractéristiques spéciales.

Aciers de construction soudables

Utilisés sous forme de produits plats (tôles) ou longs (poutrelles) dans de nombreuses industries, notamment dans la construction métallique (bâtiments, ouvrages d'art, structures pétrolières offshore, réservoirs...), la construction navale, la chaudronnerie, l'industrie du tube, la construction de gros équipements..., les aciers de construction soudables doivent non seulement présenter les niveaux de caractéristiques mécaniques – en particulier de caractéristiques de traction et de résistance à la rupture fragile – qui sont requis pour les utilisations envisagées, mais ils doivent encore pouvoir être soudés dans des conditions techniquement et économiquement satisfaisantes. Comme ces exigences sont contradictoires du point de vue de la composition chimique, notamment en ce qui concerne les teneurs en carbone et en éléments qui augmentent la trempabilité, un compromis est nécessaire qui sera d'autant plus difficile à trouver que le niveau des exigences sera plus élevé. Malgré cela, c'est sans doute dans ce domaine des aciers soudables que les progrès les plus considérables ont été réalisés au cours des dernières décennies, grâce en particulier au développement des traitements thermomécaniques et à l'emploi d'éléments de microalliage.

Passerelle Simone-de-Beauvoir, Paris

Photographie : Passerelle Simone-de-Beauvoir, Paris

Passerelle Simone-de-Beauvoir, sur la Seine, à Paris. Trente-septième pont (et quatrième piétonnier) de Paris, elle relie le parvis de la Bibliothèque nationale de France aux jardins de Bercy, ainsi que les quais François-Mauriac et de Bercy, et a été inaugurée le 13 juillet 2006.... 

Crédits : OTUA-Architecte, Cabinet Feichtinger

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Les exigences de plus en plus sévères des utilisateurs, correspondant pour les constructions soudées à des conditions d'utilisation de plus en plus difficiles et au désir d'abaisser les coûts de construction, posaient et posent d'ailleurs en permanence pour les aciers soudables le problème de l'amélioration de leurs propriétés, sans que leur soudabilité soit diminuée.

Une première possibilité consistait à limiter la teneur en carbone et à utiliser les éléments d'alliage classiques (manganèse, chrome, nickel, cuivre, molybdène), mais en teneurs fai [...]

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Découpe d’un tuyau en acier

Découpe d’un tuyau en acier
Crédits : 06photo/ Shutterstock

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Teneur en carbone

Teneur en carbone
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Austénite : transformation

Austénite : transformation
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Acier trempé : dureté et teneur en carbone

Acier trempé : dureté et teneur en carbone
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Écrit par :

  • : docteur ès sciences, ancien directeur de recherche à la Compagnie des ateliers et forges de la Loire
  • : ingénieur call centre à l'Office technique pour l'utilisation de l'acier (O.T.U.A.)
  • : ingénieur en chef à l'Institut de recherches de la sidérurgie française, adjoint au directeur de l'Institut de recherches de la sidérurgie française
  • : directrice générale de l'Office technique pour l'utilisation de l'acier (O.T.U.A.)

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Pour citer l’article

Louis COLOMBIER, Gérard FESSIER, Guy HENRY, Joëlle PONTET, « ACIER - Technologie », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 12 août 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/acier-technologie/