Notions de base

Production de l'acier

Quel que soit son mode d’élaboration, l’acier est généralement coulé soit en lingotières où il se solidifie sous forme de lingots, soit en coulée continue où il se solidifie sous forme de bloom ou de brames.

Au cours de sa solidification, l’acier est l’objet de transformations physico-chimiques qui conduisent à des hétérogénéïtés dans les différentes régions du lingot.

Aux hétérogénéïtés chimiques à l’échelle du grain, dénommées « ségrégations mineures » (ex : les dendrites), s’ajoutent :

– Une hétérogénéïté structurale à l’échelle du lingot
– Une hétérogénéïté chimique également à l’échelle du lingot
– Des défauts de solidification tels que les soufflures, criques et retassures.

En résumé, un lingot d’acier (comme toute pièce coulée) n’est pas une masse absolument compacte, encore moins homogène.

Après avoir été coulé le métal est déformé à chaud par différentes techniques permettant d’obtenir une géométrie favorable à l’emploi et une homogénéïté métallurgique suffisante, c’est le corroyage à chaud. Le laminage : Le laminage à chaud effectué sur les lingots a pour premier résultat d’améliorer la compacité. Les soufflures et les micro-retassures, quand les parois ne sont pas oxydées, tendent à se ressouder. Ce laminage agit, en second lieu, en brisant et réduisant les hétérogénéités. Toutefois, les axes des dendrites (ségrégations) s’orientent au cours de la déformation dans le sens de l’écoulement. Il se crée ainsi une alternance assez régulière de zones chimiquement et physiquement différentes avec alignement des inclusions non métalliques. Ces alternances sont visibles après attaque chimique d’une coupe polie de métal laminé. Elles constituent ce que l’on appelle le fibrage du métal.

Fibrage

Ce fibrage explique que les caractéristiques mécaniques en sens long sont bien souvent meilleures qu’en sens travers. Le forgeage : fait évoluer les semi-produits issus de la coulée vers des géométries simples en homogénéïsant la structure. Le forgeage dit « libre » est surtout utilisé pour de petites quantités (barres forgées) ou de gros volume. Les outillages utilisés sont non spécifiques et simples. La forge par estampage utilise des matrices de formes précises, ce qui donne des géométries très proches de la pièce finie (clé, vilebrequin, bielle…). Au cours de l’estampage, le fluage du métal est canalisé par les gravures d’ébauche et de finition. Cela a pour effet de modifier la direction des fibres préexistantes et de les orienter au mieux par rapport aux contraintes qu’elles auront à supporter en service. On peut ainsi orienter les fibres parallèlement à la surface de la pièce en conférant à ses couches superficielles une résistance maximale aux efforts statiques ou dynamiques. Dans la plupart des cas, le lopin à forger est débité dans une barre laminée à chaud, c’est-à-dire déjà corroyé au moins une fois. L’estampage permet l’obtention de géométries précises et assez complexes (vilebrequin…) nécessitant peu d’usinages ultérieurs.

Le laminage à froid

Il permet l’obtention de produits plats de faible épaisseur (Tôles fines, feuillards etc…).

Le produit passe entre les deux cylindres qui lui font subir une réduction d’épaisseur au profit de la longueur. Suivant la forme des cylindres, on obtient des produits en feuilles ou des profilés.

Laminage

Le laminage à chaud des bandes minces permet une moindre résistance à la déformation. Mais cela nécessite de réchauffer les bobines (risque de collage des spires) et la variation de température entraîne des variations d’épaisseur. Enfin, la présence de calamine et la décarburation éventuelle nuisent à la qualité globale du produit fini.

Ainsi, le laminage à froid s’impose aujourd’hui lorsque l’épaisseur finale est inférieure ou égale à 1.5mm.

Cette opération donne :

– un excellent état de surface
– une géométrie et des dimensions précises
– une maîtrise de la structure et de la texture par le choix judicieux de recuits intermédiaires.

L’étirage

Il se pratique en général à partir de produits laminés à chaud, préalablement décapés (pour éliminer les oxydes) et phosphatés (pour accrocher des lubrifiants).

La barre ébauche passe à travers une filière qui provoque une réduction de la section et donne un profil précis, de forme simple (rond, carré) ou plus compliquée (rails, cornières, profils spéciaux).

Etirage

Plusieurs passes peuvent s’avérer nécessaires. Aussi, un recuit intermédiaire est souvent pratiqué pour redonner une capacité de déformation suffisante.

Le trefilage

Le principe est analogue à celui de l’étirage. La différence entre les deux procédés est d’ordre géométrique. Le tréfilage s’adresse plutôt aux petites sections de très grande longueur.

Exemple : les fils destinés à la fabrication de ressorts.

Quelques caractéristiques

Etirage

* Section constante (carré, cercle, polygone), généralement située entre 5 et 50 mm.
* Longueur de barres entre 3 et 6 mètres.

Tréfilage

* Section constante (cercles ou profil), généralement entre 0.1 mm et 10 mm.
* La longueur peut aller de plusieurs dizaines de mètres à plusieurs kilomètres (bobines).

Les Aciers Alliés
Mise en oeuvre de l'acier