Acier
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L'acier est un alliage composé essentiellement de fer, contenant jusqu'à 2,1% de carbone en masse (au-delà, on parle de fonte), et éventuellement d'autres éléments. La présence de carbone rend progressivement l'acier plus dur, mais plus cassant.
Sommaire
Histoire de l'acier
On considère souvent Réaumur comme le fondateur de la sidérurgie scientifique moderne. Il réalise de très nombreuses expériences afin d'améliorer la fabrication de l'acier et publie le résultat de ses observations en 1712.
L'acier est apparu par l'évolution de la métallurgie, vers 1786. Cette année-là, trois savants français, Berthollet, Monge et Vandermonde, caractérisèrent trois types de produits obtenus à partir de la coulée des hauts-fourneaux : le fer, la fonte et l'acier. L'acier était alors obtenu à partir du fer, lui-même produit par affinage de la fonte issue du haut-fourneau. L'acier était plus dur que le fer et moins fragile que la fonte.
Au XIXe siècle sont apparues des méthode de fabrication directe de l'acier sans passer par l'étape fer, avec le procédé Thomas-Gilchrist de déphosphoration des minerais, et les fours Bessemer (Henri Bessemer, 1855 affinage de l'acier par insufflation d'air) et Siemens-Martin. Ces découvertes, permettant la fabrication en masse d'un acier de « qualité » (pour l'époque), participent à la Révolution industrielle.
Composition des aciers
Le carbone contenu dans l'acier provient du procédé de réduction du minerai, qui se fait avec du charbon dans un haut-fourneau. Selon les propriétés désirées, on ajoute ou on enlève des éléments d'alliage :
- le bore renforce la cohésion des joints de grains, on en ajoute parfois en faible teneur (quelques centaines de ppm en masse);
- le soufre fragilise l'acier, par précipitation de sulfures aux joints de grains, on l'enlève donc lors de l'élaboration ;
- le nickel et le chrome protègent de la corrosion en venant former une couche passive, ils sont donc présents dans les aciers dits « inoxydables » ;
- mais aussi le magnésium, l'aluminium, le silicium, le titane, le manganèse, le cobalt, le zinc, l'yttrium...
Différentes « familles » d'aciers
Il existe des aciers faiblement alliés, à faible teneur en carbone, et au contraire des aciers contenant beaucoup d'éléments d'alliage (par exemple, un acier inoxydable typique contient 10% de nickel et 18% de chrome en masse).
Techniques de fabrication de l'acier
Méthode initiale
Le premier mode de fabrication de l'acier fut celui de la cémentation, un processus qui visait à chauffer des barres de fer à l'aide de charbon de bois, dans un four fermé de sorte que la surface du fer acquiert une importante teneur en carbone. La méthode dite au creuset initialement développée afin de retirer les scories de l'acier issues de la cémentation, permet de fondre ensemble le fer et d'autres substances dans un récipient (le creuset) composé d'argile réfractaire et de graphite. C'est par cette méthode que sont fabriqués les couteaux de Damas et de Toledo par exemple.
Méthode via les hauts fourneaux
Dans un haut-fourneau, à partir du minerai de fer et de coke. ...
Méthode via les fours électriques
Dans un four électrique, à partir d'acier de récupération ; on parle d'acier de recyclage ou d'acier électrique. ...
Utilisation
L'acier a de nombreuses applications dans la fabrication d'outils, l'automobile, la construction, l'emballage (boites de conserve)...
Recyclage
L'acier est facilement récupérable au milieu d'autres déchets au moyen d'un tri magnétique. Son caractère magnétique lui permet en effet d'être attiré par un aimant. L'acier est recyclable à l'infini. Le recyclage permet de faire des économies de minerai, d'eau et d'énergie.
