Acier de construction

Le terme "acier au carbone" est plus large que ce que l'on entend habituellement par "acier de construction". L'acier au carbone désigne un groupe spécifique d'aciers ; tandis que l’acier de construction désigne généralement un groupe spécifique de produits fabriqués à partir d'un nombre limité de nuances d’acier.

Toutefois, la norme ne se réfère pas à l'acier au carbone, mais à l'acier non allié. Pour parler d'acier, la teneur en carbone doit être inférieure à 2 % (sinon on parle de fonte). En pratique, la teneur en carbone des produits sidérurgiques modernes est presque toujours beaucoup plus faible. En plus du carbone, l'acier contient toujours une série d'éléments d'alliage. La quantité de chaque type d'élément d'alliage détermine si l'on parle d'acier non allié (ou donc d'acier au carbone), d'acier inoxydable ou d'un (autre) acier allié. Bien que la norme ne fixe pas de limite au pourcentage total d'éléments d'alliage dans cette classification, on suppose généralement que l'acier non allié contient moins de 0,5 % d'éléments d'alliage au total.

Les aciers de construction sont généralement définis comme des produits destinés à la construction ou à l'ingénierie mécanique, fabriqués à partir des nuances d'acier S235, S275 ou S355 et ayant une épaisseur d'au moins quelques millimètres.

L'acier au carbone comprend également :

• Des produits plus minces, par exemple les panneaux de revêtement.
• Des produits destinés à des applications en dehors du secteur de la construction (de machines); par exemple, pour le secteur automobile
• Des produits destinés au secteur de la construction, mais avec une résistance plus élevée (S460, S690, ...); ces produits sont appelés "acier à haute résistance".
• Des produits dont la composition de l'acier est un peu plus spéciale, comme l'acier autopatinable (acier corten), l'acier résistant à la chaleur ou l'acier pour applications offshore.

Bien qu'elle soit souvent très difficile à comprendre pour un utilisateur final, la distinction entre produits "longs" et "plats" est fortement ancrée dans le secteur de l'acier. En fait, cette division ne s'applique qu'aux produits formés par laminage ; il existe également d'autres méthodes de façonnage des produits en acier, comme la fonte d'acier et l'impression 3D.

Les "produits longs" sont définis comme des produits dont une taille est remarquablement plus grande que les deux autres tailles qui déterminent la section transversale ; les "produits plats" représentent dès lors les autres produits (laminés).

Produits longs

Les produits les plus marquants de ce groupe sont certainement les profils I et H. Ils ont en effet une largeur et une hauteur (communes aux deux, et généralement comprises entre 100 à 400 mm) qui sont nettement inférieures à la troisième dimension (d’une longueur de quelques mètres à peine).

En outre, le groupe des produits longs comprend également les barres marchandes, les tubes et sections creuses, l'acier d'armature, le fil, ...

Produits plats

Dans le cas des produits plats, chacune des 3 dimensions a une taille différente. Ils sont ce que l'on entend généralement par "tôles". L'épaisseur est généralement comprise entre 0,5 et 50 mm, la largeur entre 50 et 200 cm et la longueur entre 2 et 20 m (mais il est également possible d'obtenir des produits plus épais, plus larges ou plus longs ; toutefois, la combinaison de ces trois éléments en un seul produit n'existe pas).

La production de produits plats commence par la coulée de brames (ou "slabs"). Selon le processus de production ultérieur (dans le laminoir à chaud), on parle de bandes ou de tôles quarto.

Bandes :

La brame est acheminée au travers de différentes cages successives équipées de cylindres de laminage, de façon à obtenir une bande d'acier large et longue. Après avoir quitté le cage final, la bande d'acier est refroidie en continu, puis enroulée en bobine (ou « coil »). Cette technique est couramment utilisée pour des largeurs allant jusqu'à 2150 mm et des épaisseurs allant jusqu'à 25 mm (tout dépend de la capacité du laminoir à chaud et de la ligne de déroulage, ainsi que de la qualité requise, etc.). Ces bandes laminées à chaud non travaillées sont souvent appelées bandes "noires".

Les bobines laminées à chaud peuvent être décapées jusqu'à une épaisseur et largeur donné. Dans le processus de décapage (nettoyage chimique), la surface du matériau est débarrassée de la calamine et des impuretés. Afin d'éviter la corrosion de la surface d'acier pur obtenue, une couche protectrice (généralement un mince film d'huile) est appliquée. La norme EN 10051 spécifie les tolérances sur les dimensions et la forme que doivent respecter les bandes laminées à chaud non usinées et décapées.

La bobine d'acier laminé à chaud est finalement

• soit déroulée sur une ligne de débobinage où le feuillard d'acier est aplati et coupé à la longueur de tôle souhaitée
• ou transformée dans le laminoir à froid.

Tôles quarto ou tôles fortes :

Dans le laminoir quarto, la brame est laminée dans deux cages de laminage (chacune composée de quatre cylindres), une cage de réduction et une cage de finition pour obtenir l'épaisseur souhaitée. La tôle ainsi obtenue est refroidie et planée. Cette technique permet de laminer des brames plus larges et/ou de plus grandes épaisseurs que dans le laminoir à chaud à bandes. En fonction de la qualité demandée, après le laminage, les propriétés méchaniques de la tôle quarto sont souvent améliorées par des traitements thermiques tels que la normalisation. La norme EN 10029 spécifie les tolérances sur les dimensions et la forme que doit respecter la tôle quarto ou la tôle forte.

Lorsqu'on fait référence au laminage à chaud ou à froid (et pour certains produits formés à froid), il s'agit de la température à laquelle le processus a été effectué : "froid" signifie à température ambiante, "chaud" signifie que l'acier a été préchauffé à +/- 1200°C. L'acier est plus facilement déformable à cette température élevée.

Le but du laminage de l'acier est de systématiquement obtenir un produit plus fin. Lorsque l'épaisseur diminue, la longueur augmente proportionnellement avec le même volume de matériau. L'acier coulé dans une brame de 20 m de long et 20 cm d'épaisseur aura une longueur de 200 m lorsqu'il sera laminé à une épaisseur de 2 cm.

L'acier est toujours d'abord laminé à chaud jusqu'à une certaine épaisseur ; le laminage à froid peut ensuite réduire advantage l'épaisseur.

Au cours du laminage, la structure interne de l'acier se modifie également. Parfois, c'est souhaitable, parfois cela pose un problème qui doit être annulé (par exemple par un recuit).

Produits longs

La plupart des produits longs (profilés, acier marchand, etc.) sont commercialisés sous forme de produits laminés à chaud.

Cependant, il existe trois groupes principaux de produits longs qui sont laminés à froid/formés à froid :

• Les barres d'armature sont généralement laminées à froid
• Les cornières sont disponibles en version formée à froid et en version laminée à chaud, mais ils se distinguent clairement
• Aussi, il existe une gamme spécifique de profils formés à froid ; ils se distinguent aussi nettement par leur forme

Ce dernier groupe n'est souvent pas classé comme "produits longs" parce qu’il est conçu à partir de produits plats. Ils sont alors considérés comme un groupe de produits distinct et sont plutôt classés sous des produits tels que les tôles profilées pour toitures et façades.

Produits plats laminés à froid

Les bobines laminées à chaud décapées peuvent être travaillées ultérieurement dans le laminoir à froid. Ce laminoir est constitué d'un groupe de laminoirs en tandem dans lequel l'épaisseur des bobines décapées laminées à chaud est réduite à froid à l'épaisseur souhaitée. À la fin, la tôle est à nouveau enroulée à l’épaisseur souhaitée et programmée de 0,3 mm à 2,99 mm.

La norme EN 10131 spécifie les tolérances sur les dimensions et la forme que doit respecter la tôle laminée à froid.

Ces bobines laminées à froid peuvent ensuite être recouvertes d'un revêtement métallique et/ou organique. Dans ce dernier cas, on parle "d'acier prélaqué" ou de "coil coated".

Source : www.technischwerken.nl

Qu'est-ce que l'acier moulé et où est-il utilisé ?

L'acier liquide est coulé dans un moule de forme adéquate. Ce qui permet d'obtenir des formes spéciales.

L'acier moulé est disponible dans différents alliages. En conséquence, les propriétés de l'acier moulé sont différentes. En général, l'acier moulé est divisé en acier moulé non allié, en acier moulé faiblement allié et en acier moulé fortement allié.

• Les pièces moulées en acier non allié contiennent jusqu'à 0,30 % de carbone et 1,5 % de manganèse. Cet acier est particulièrement adapté à un usage général, par exemple dans l'industrie et la construction mécanique. L'acier moulé est principalement utilisé dans un environnement où des propriétés mécaniques élevées sont requises pour les pièces.
• L'acier moulé faiblement allié contient divers éléments d'alliage. Le pourcentage de carbone est <0,30%. En outre, l'acier moulé faiblement allié contient un pourcentage de chrome (1 à 5 %) et de molybdène (max. 1,75 %), mais également du tungstène, du titane et du vanadium peuvent être ajoutés. Le choix de ces métaux dépend des exigences du produit.
• L'acier moulé fortement allié est principalement utilisé pour la production de pièces et d'outils ayant des exigences spécifiques. Il s'agit notamment de la résistance à l'usure, à la corrosion et à la chaleur. On entre ici dans le groupe de l'acier inoxydable, et non plus de l'acier au carbone.

L'acier moulé est principalement utilisé dans l'industrie et la construction mécanique. Il est particulièrement adapté aux pièces fortement chargées (et ayant une forme spécifique). L'acier moulé est indiqué de différentes façons. La désignation indique ce à quoi l'acier moulé est adapté.

• G : pour l'acier moulé ordinaire
• GS : acier moulé, la lettre "S" représente le terme anglais : Structural steel (acier de construction). Il s'agit d'un acier moulé destiné à la construction métallique et qui doit être capable de supporter une charge importante.
• GP : acier moulé, la lettre "P" représente le terme anglais : Pressure. Cet acier moulé est particulièrement adapté aux réservoirs sous pression et aux corps de pompe. Ce sont des appareils qui sont soumis à une grande pression.
• GE : acier moulé, la lettre "E" représente le terme anglais : engineering. L'acier moulé de GE est principalement utilisé dans la construction mécanique.

Au-delà (en plus) des lettres ci-dessus, l'acier moulé doit également comporter "chiffres". Ces chiffres peuvent indiquer la limite d'élasticité minimale en N/mm2, ils peuvent également être utilisés pour indiquer l'alliage, par exemple GS240 et G12MnMo7-4.

Quelles sont les différences entre l'acier moulé et la fonte ?

La fonte a une teneur en carbone beaucoup plus élevée que l'acier moulé : entre 2,5 % et 6,67 % pour la fonte, et presque toujours inférieure à 0,5 % pour l'acier moulé. Cela signifie, entre autres, que l'acier moulé est facile à souder et que la fonte ne l'est pas.

L'acier moulé est plus résistant que la fonte. C'est pourquoi l'acier moulé est utilisé pour les produits qui sont soumis à une pression ou une charge plus importante. L'acier moulé est moins fragile que la fonte. Par conséquent, l'acier moulé est moins fragile et a un point de fusion de 1450-1550 gr C.

Ce point de fusion est 200 gr C plus élevé que celui de la fonte.
La fonte est désignée par GJ, complétée par une lettre indiquant le type, et un chiffre indiquant une mesure de la résistance à la traction ; par exemple, GJL350.

En général, l'acier moulé ne convient que pour le moulage de produits ayant une grande épaisseur de paroi (au moins 7 millimètres). L'acier moulé est facile à travailler et la résistance ainsi que la ductilité de ce matériau peuvent être améliorées par la finition. L'acier moulé doit en tout cas être recuit après la coulée. Cette opération est également appelée "recuit de détente" et vise à réduire la contrainte dans le matériau. Le stress interne de l'acier moulé est causé par le retrait important provoqué par la solidification de l'acier moulé.

Les différences ne se situent pas seulement au niveau du matériau, les processus de traitement entre la fonte et l'acier moulé sont également différents : l'acier moulé en fusion est également plus visqueux que la fonte et a une capacité de remplissage des formes plus faible. En conséquence, le produit coulé est moins serré et il faudra tenir compte du post-traitement. Le retrait de l'acier moulé est de 2 %, ce qui est deux fois plus important que le retrait causé par la solidification de la fonte grise. En raison de ce retrait important, des cavités de retrait peuvent se former dans la coulée. Ces cavités de rétrécissement sont aussi appelées "lunkers".

p>L'acier se prête également à l'impression 3D. L'impression 3D est un procédé complémentaire aux autres méthodes de production, qui se prête particulièrement bien aux petits éléments complexes.

Cependant, la pratique montre que l'impression 3D sur l'acier n'est presque jamais réalisée sur la base d'un matériau à base d'acier au carbone, mais plutôt sur de l'acier inoxydable.

La technique de l'impression 3D sur acier est décrite plus en détail.