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SIDÉRURGIE

Élaboration des aciers

Diagramme fer-carbone - crédits : Encyclopædia Universalis France

Diagramme fer-carbone

Un acier est un alliage de fer et de carbone dont la teneur en ce dernier élément est inférieure à 2,06 p. 100 (point E du diagramme fer-carbone correspondant à la solubilité maximale du carbone dans le fer cubique à faces centrées ; ). Toutefois, de nombreux autres éléments peuvent figurer dans les aciers, soit en teneurs contrôlées, soit à l'état d'impuretés indésirables. L'art de l'aciériste consiste à ajouter les éléments utiles dans les meilleures conditions de rendement et de prix de revient et à éliminer au maximum et au meilleur compte les impuretés. Selon les propriétés requises, tel élément peut être une impureté ou une addition voulue, tel le soufre dans les aciers de décolletage. L'Euronorm 20 définit les limites supérieures des teneurs en certains éléments pour les aciers ordinaires, par exemple moins de 0,4 p. 100 de cuivre, moins de 0,3 p. 100 de nickel ; au-delà de ces teneurs, on entre dans le domaine des aciers spéciaux. On se bornera dans ce qui suit à traiter de l'élaboration de l'acier avec passage par la phase liquide, ce qui exclut par exemple le frittage (cf. métallurgie des poudres), la réduction directe et le puddlage (cf. métallurgie - Histoire).

Précipitation et partage

L'élimination d'un corps en solution dans un alliage peut se faire par précipitation ou par partage entre deux phases. La précipitation relève de la loi d'action de masse :

où M est le métal ; par exemple :

En ce qui concerne le deuxième mécanisme, on se limitera au partage entre phases liquides en écartant le procédé de purification par zone fondue où il y a partage entre une phase liquide et une phase solide. Dès 1872, Marcelin Berthelot, en étudiant la dissolution de différentes substances dans deux solvants incomplètement miscibles formant deux couches liquides superposées, a trouvé que le rapport K des concentrations c de la substance ajoutée dans les deux couches liquides est, à une température donnée, indépendant de la masse totale ajoutée : c3/1/c3/2 = K = coefficient de partage de 3 entre les liquides 1 et 2. Cela est vérifié pour les bains à base de fer et les mélanges d'oxydes divers fondus qui surnagent à leurs surfaces. La précipitation est suivie de la décantation ; les précipités que l'on obtient ainsi peuvent être liquides, solides ou gazeux.

Sources de fer

Les sources de fer sont essentiellement les produits de la réduction des oxydes de fer obtenus de façon plus ou moins complète à l'état solide (boulettes ou « pellets » préréduits) et à l'état liquide au haut fourneau grâce à l'action réductrice du carbone, ainsi que les ferrailles de récupération. À ces deux sources, qui seules ont une importance industrielle sur le plan de la quantité, s'ajoutent les sous-produits de certains traitements (grillage de sulfures, traitement de l'alumine donnant les boues rouges), le fer électrolytique, le fer carbonyle, les produits résultant d'actions biologiques, etc.

L'élaboration d'un acier à partir du minerai consiste en une succession d'opérations de réduction et d'oxydation : réduction du minerai qui donne de la fonte, oxydation du carbone de la fonte pour obtenir de l'acier, maîtrise de la teneur résiduelle en oxygène de l'acier pour contrôler sa macrostructure. Selon l'origine du minerai ou des ferrailles, les impuretés à éliminer (P, Si, S...) sont différentes, mais, quel que soit le procédé d'élaboration de l'acier, on observe toujours, en partant de fonte ou de ferrailles, une combinaison des opérations élémentaires suivantes : fusion, oxydation (avec ses aspects particuliers éventuels : décarburation, déphosphoration), désulfuration, désoxydation, mise en solution d'éléments (carbone, ferro-alliages), variation de la pression à laquelle est soumis le métal (traitements par le vide, création d'une pression[...]

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Écrit par

  • : ingénieur E.C.P., docteur ingénieur, directeur de l'Ecole supérieure de fonderie, chargé de cours titulaire au Conservatoire national des arts et métiers

Classification

Pour citer cet article

Jean DUFLOT. SIDÉRURGIE [en ligne]. In Encyclopædia Universalis. Disponible sur : (consulté le )

Article mis en ligne le et modifié le 14/03/2009

Médias

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Four à arc - crédits : Encyclopædia Universalis France

Four à arc

Four de fusion à induction - crédits : Encyclopædia Universalis France

Four de fusion à induction

Autres références

  • ACIER - Technologie

    • Écrit par , , et
    • 14 176 mots
    • 10 médias
    Ces considérations sur la structure de l'acier, fonction des conditions de refroidissement, ont une grande importance pratique. Elles sont, en effet, à la base des divers traitements thermiques qui permettent d'attribuer à un acier un large éventail de propriétés.
  • ACIER - Économie

    • Écrit par
    • 10 178 mots

    Jusqu'au début des années 1970, l'analyse économique de la sidérurgie a été menée principalement sous l'angle de la production. Cela s'expliquait à la fois par l'aspect stratégique de la production d'acier et par le fait que cette dernière allait toujours croissant et répondait...

  • ALLIAGES

    • Écrit par
    • 7 362 mots
    • 5 médias
    Après ces considérations générales, nous pouvons maintenant nous intéresser à des alliages industriels. Les plus utilisés sont les aciers, qui présentent une palette particulièrement riche de produits, depuis ce qu'il est convenu d'appeler, plus ou moins péjorativement, la ferraille, jusqu'aux...
  • APPARITION DE L'INDUSTRIE DU FER

    • Écrit par
    • 183 mots

    Les premières traces de l'industrie du fer sont attestées vers 1700 à 1500 avant J.-C. dans le sud du Caucase. À cette époque, les forgerons chalybes faisaient chauffer un mélange de minerai de fer et de charbon de bois dans un simple trou. Chez les Hittites, ce procédé primitif évolue vers le...

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