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RÉSUMÉ
Les aciers d'usage général sont utilisés par la plupart des industries. Ils se caractérisent par leur état structural qui est d'être prêts à l'emploi sans traitement thermique chez l'utilisateur. Aussi, leur choix se fait uniquement par leur forme et leurs propriétés et non par leur composition chimique. Néanmoins, une grande diversité de nuances existe : des tôles fortes aux tôles minces, aux fils, aux barres, aux rails, aux produits pour béton etc... De grands progrès sur leurs propriétés ont été obtenus par les nouveaux procédés de fabrication comme les microalliages, les traitements thermomécaniques, les recuits continus et les lignes de revêtements. Dans cet article, nous présentons la classification des différents produits, les normes principales et les bases métallurgiques.
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Marc GRUMBACH : Ingénieur civil des mines
INTRODUCTION
Les aciers d’usage général sont utilisés dans la plupart des applications courantes.
Malgré la grande diversité des utilisations de ces aciers dans tous les domaines industriels, de la construction aux transports, mais aussi de l’électroménager à l’emballage, on retrouve un ensemble de caractéristiques communes à tous ces produits dont la plus importante est d’être livrés « prêts à l’emploi », cas contraire de celui des aciers de traitement thermique qui obtiennent leurs caractéristiques chez l’utilisateur. De ce fait, les critères de choix des nuances et des qualités sont essentiellement basés sur les propriétés mécaniques et non sur la composition chimique.
L’évolution des aciers d’usage général se présente de façon différente suivant les domaines d’utilisation. Des progrès considérables dans l’élaboration de l’acier ont été obtenus.
Sous la pression des exigences des utilisateurs, il existe des grandes tendances d’évolution des propriétés comme l’allégement, la soudabilité et la durabilité avec la protection contre la corrosion.
La notion d’aciers d’usage général est un peu vague et ne s’affirme vraiment que par opposition aux aciers spéciaux, au moins dans la majorité des cas ; parmi les aciers spéciaux, on note essentiellement les aciers inoxydables, les aciers pour construction mécanique, les tôles magnétiques et les aciers à outils. Il est clair que la plupart de ces nuances, sauf les aciers inoxydables, nécessitent un traitement thermique chez l’utilisateur.
Dans ce premier article, nous traitons de la classification et de la métallurgie des aciers d’usage général. Dans un deuxième article « Aciers d’usage général. Propriétés et produits » [M 4 516], nous étudions leurs propriétés, les principaux produits, le choix des nuances et des qualités.
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- Version archivée 1 de déc. 2005 par Marc GRUMBACH
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2. Évolution des procédés de fabrication
On constate, depuis les années 1990, une certaine organisation systématique des techniques d’élaboration de l’acier liquide avec deux filières amont principales :
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la filière fonte avec haut fourneau alimentée en minerai de fer aggloméré, aciérie à l’oxygène, traitement en poche et de plus en plus souvent avec traitement sous vide, coulée continue de brames, train à bande ou laminoir quarto ; cette filière est pratiquement réservée aux produits plats en Europe ;
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la filière électrique alimentée en ferrailles avec four UHP (ultra haute puissance), traitement en poche et coulée continue de blooms ou billettes et suivie de trains à produits longs : barres, poutrelles, profilés, fil machine.
Il existe quelques usines basées sur le four électrique, la coulée de brames minces et le train finisseur continu pour tôles minces. On utilise la filière fonte pour des produits longs de qualité haut de gamme : fil dur et rails.
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La coulée continue est quasiment généralisée pour les nuances considérées dans ce texte à de rares exceptions près.
Ce qui caractérise le plus nettement la filière fonte est le très grand niveau de pureté atteint tant en éléments métalloïdes (S, P, N, O et même C) grâce à la désulfuration de la fonte, des traitements en poche et des installations sous vide, qu’en métaux résiduels. En particulier, le traitement sous vide permet l’abaissement de la teneur en carbone à quelques dizaines de ppm ou moins (aciers à ultra-bas carbone). Cette pureté permet l’obtention de caractéristiques de ductilité et de ténacité exceptionnelles.
La filière avec four électrique permet elle aussi d’atteindre une grande pureté en métalloïdes grâce aux mêmes traitements en poche. Ce n’est pas le cas pour les éléments métalliques, sauf contraintes spéciales, mais la présence de faibles teneurs en impuretés métalliques n’est pas gênante pour la plupart des produits, en particulier pour les produits longs.
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Un autre progrès magistral est l’amélioration de l’homogénéité des produits et la forte diminution des ségrégations : cela résulte des contrôles de température de coulée, de la diminution des teneurs en éléments...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - HORI (S.), SUZUKI (M.), UNIGAWA (Y.) - Effect of carbon on the low temperature brittleness of iron. - J. Japan Iron Inst. Metals, n° 2, p. 138-414 (1980).
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(2) - CONSTANT (A.), GRUMBACH (M.), SANZ (G.) - Les aciers utilisés dans la construction métallique. - Revue de Métallurgie, p. 637-48 (oct. 1973).
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(3) - LAFRANCE (M.) - Propriétés d’emploi des tôles fortes en acier. - Les Éditions de la revue de métallurgie, Revue de Métallurgie (juin, juillet, août, oct. 1999, janv. et mars 2000).
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(4) - MATSUBARA (H.), OSUKA (T.), KOSAZU (I.), TSUKADA (K.) - Optimisation of metallurgical factors for production of high strength high toughness steel plate by control rolling. - Trans. ISIJ, vol. 12, p. 435-43 (1972).
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(5) - PICKERING (F.B.), GLADMAN (T.) - An investigation into some factors which control strength of carbon steels. - Metallurgical development in carbon steels. Iron Steel Institute Special Report, n° 81, p. 10, 25.
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Le CODAP est le code des appareils à pression français, on peut se le procurer au CETIM à Senlis, mais il y a maintenant un code européen normalisé en 4 parties :
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NF EN 12952 Chaudières à tubes d’eau ;
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NF EN 12953 Chaudières à tubes de fumée ;
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NF EN 13445 Récipients sous pression non soumis à la flamme ;
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NF EN 13480 Tuyauteries industrielles.
EUROCODES
OTUA
HAUT DE PAGE
NF EN 10020 (09-00), Désignation et classification des nuances d’aciers.
NF EN 10025 (03-09), Produits laminés à chaud en aciers de construction.
NF EN 10149 (12-95), Produits plats laminés à chaud en acier à haute limite d’élasticité pour formage à froid.
NF EN 10111 (07-98), Bandes...
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