L'acier, pilier de l'industrie moderne de la construction, se présente sous différentes formes pour répondre aux besoins. L'acier au carbone et l'acier doux sont les types d'acier les plus courants, avec des caractéristiques et des applications distinctes dans l'industrie.
Le principal composant de l'acier au carbone est le carbone, avec plusieurs autres composants. En revanche, l'acier doux est l'un des types d'acier au carbone, mais il contient moins de carbone. Préparez-vous à entrer dans le monde de l'acier pour explorer et découvrir en profondeur l'acier doux et l'acier au carbone.
Qu'est-ce que l'acier doux ?
Il s'agit d'un acier à faible teneur en carbone, malléable et souvent utilisé pour des applications structurelles et de construction.
- Composition en carbone : 04 % à 0,3 %.
- L'acier doux est ductile.
Qu'est-ce que l'acier à mi-carbone ?
S'agissant d'un acier à teneur moyenne en carbone, il est souvent utilisé dans les essieux, les engrenages et les rails.
- Contient une quantité modérée de carbone, de l'ordre de 0,3 à 0,6 %.
- L'acier à moyenne teneur en carbone représente un équilibre entre la résistance et la ductilité.
Qu'est-ce que l'acier à haute teneur en carbone ?
Il contient plus de carbone que les deux types précédents, avec 0,6% à 1,5% de carbone. L'acier à haute teneur en carbone est dur et convient aux outils de coupe et aux ressorts.
Acier doux, moyen ou à haute teneur en carbone
La force
L'acier doux n'est pas aussi résistant que l'acier à haute teneur en carbone, mais il offre une bonne résistance pour différentes applications. Il est utilisé lorsqu'une résistance élevée n'est pas nécessaire, mais qu'il faut trouver un équilibre entre la résistance et des propriétés telles que la formabilité. L'acier à haute teneur en carbone peut présenter une résistance supérieure à celle de l'acier doux, ce qui lui permet d'améliorer ses propriétés mécaniques.
Durabilité
L'acier doux est durable et résistant aux dommages, mais il est plus résistant à la corrosion que l'acier à haute teneur en carbone. Le revêtement ou la galvanisation d'une surface peut accroître sa durabilité. L'acier à haute teneur en carbone auquel on a ajouté des éléments d'alliage peut offrir une meilleure durabilité, une meilleure résistance à l'usure et une plus grande dureté. Toutefois, en fonction de la composition spécifique, certains peuvent être plus enclins à la corrosion.
Polyvalence
Si le prix est la principale préoccupation, l'acier doux peut être envisagé pour diverses applications. Sa facilité de fabrication et ses applications dans de multiples secteurs, tels que la construction et l'automobile, prouvent sa polyvalence.
L'acier à haute teneur en carbone est moins polyvalent en raison de sa dureté et de sa fragilité. Toutefois, il reste polyvalent dans des applications spécialisées telles que les outils de coupe et les composants à haute résistance.
L'acier au carbone est-il plus dur que l'acier doux ?
Lors de l'analyse de la dureté de l'acier doux par rapport à celle de l'acier au carbone, il est nécessaire de tenir compte de la teneur en carbone de l'acier et des éléments d'alliage potentiels.
L'acier au carbone présente une plus grande dureté que l'acier doux, en raison de sa teneur plus élevée en carbone.
En revanche, l'acier doux contient une plus faible proportion de carbone, ce qui le rend plus tendre. Compte tenu de leurs applications, l'acier doux est utilisé lorsque la dureté n'est pas l'objectif recherché. En revanche, la teneur accrue en carbone de l'acier au carbone le rend indispensable lorsque la dureté est requise.
Comparaison entre l'acier au carbone et l'acier allié : les deux sont solides, mais l'acier allié, auquel des éléments ont été ajoutés, offre une meilleure résistance à la corrosion.
Quelle est la résistance de l'acier au carbone à la corrosion ?
La résistance à la corrosion de tout acier au carbone est un aspect critique qui peut influencer ses performances.
L'acier doux est sensible à la corrosion, en particulier à l'humidité. Il rouille facilement lorsqu'il est exposé à des environnements difficiles.
Sa faible teneur en carbone le rend sujet à l'oxydation, formant de la rouille (oxyde de fer) à la surface. Des mesures préventives telles que le revêtement, la peinture et la galvanisation peuvent augmenter sa résistance à la corrosion.
La résistance à la corrosion de l'acier au carbone peut varier en fonction de facteurs tels que les éléments d'alliage et le traitement thermique. En général, l'augmentation de la teneur en carbone empêche la corrosion.
Les éléments d'alliage tels que le chrome peuvent améliorer considérablement la résistance à la corrosion. L'acier inoxydable contient du chrome, qui offre une excellente résistance à la corrosion.
Processus de fabrication de l'acier au carbone et de l'acier doux
Le processus de production varie légèrement en fonction du type d'acier requis et du produit final. Trois étapes principales :
Processus primaire
L'acier peut être créé à partir de matériaux recyclés ou combiné à de l'acier neuf par le biais d'un convertisseur basique à oxygène.
L'oxygène joue un rôle essentiel dans le processus de fabrication de l'acier. Le minerai de fer et le coke, qui servent de matières premières, subissent une transformation. L'acier en fusion est ensuite coulé dans des moules. C'est ainsi que se forment les brames et les lingots. Le produit final a donc une teneur élevée en carbone (0,5 %).
Processus secondaire
Il s'agit de créer un acier dont la teneur en carbone répond aux besoins du marché. Tous les changements nécessaires interviennent ici en fonction de l'acier souhaité (à haute, basse ou moyenne teneur en carbone).
Four à arc électrique (EAF)
Dans ce cas, la composition de l'acier est modifiée par l'ajout ou le retrait sélectif de composants, ou encore par l'ajustement de la température.
- Remuer
Cette technique utilise des champs électromagnétiques pour induire des courants turbulents dans la poche de coulée, ce qui permet de séparer efficacement les matériaux non métalliques. L'objectif est d'obtenir une composition uniforme et bien mélangée dans l'acier.
- Four à louche
L'utilisation d'un four à électrode secondaire garantit un contrôle précis de la température et l'introduction exacte des composants de l'alliage.
- Injection à la louche
Pour induire le phénomène de brassage, un gaz inerte est introduit depuis la base de l'acier en fusion, subissant un échauffement et remontant à travers le métal liquide.
- Dégazage
La réduction de la teneur en soufre du produit tout en éliminant l'hydrogène, l'oxygène et l'azote. La combinaison de la technologie du vide, de l'injection de gaz inertes et de techniques précises de contrôle de la température est utilisée pour éliminer les gaz de l'acier liquide dans le cadre d'un processus de dégazage.
- Ajustement de la composition
Agitation par injection d'argon dans un bain d'acier scellé avec soufflage d'oxygène.
Désoxydation de l'acier
L'élimination contrôlée de l'oxygène peut être cruciale pour modifier les caractéristiques du produit final.
- Aciers à froid
Acier non ou partiellement désoxydé
- Aciers plafonnés
Les capuchons anti-moisissures empêchent la production de monoxyde de carbone
- Aciers semi-durcis
0,15- 0,3% carbone partiellement désoxydé
- Aciers tués
Complètement désoxydé avec du carbone jusqu'à 0,15-0,3%
Casting
Lors de la coulée, l'acier liquide est versé dans des moules séparés placés sur des wagons. Pour faciliter le retrait des lingots après la concrétion, les lingotières sont coniques. Les machines de coulée permettent de couler l'acier liquide dans des formes adaptées au traitement en aval. Les lingots sont déplacés pour être réchauffés en vue du laminage à chaud et, dans la machine de coulée, l'acier est transformé en brames, en billettes et en blooms.
Procédés de finition
Le processus de finition peut avoir un impact sur l'aspect et les performances du produit final.
Roulant
- Roulage du produit
Pour transformer les lingots coulés solides en une forme utilisable, ils subissent un laminage, où un rouleau rotatif se déplace plus vite que l'acier, le poussant vers l'avant et le comprimant.
- Formage à chaud
L'acier est chauffé au-delà de sa température de recristallisation afin d'obtenir une taille de grain constante et une distribution uniforme du carbone.
- Formage à froid
Effectué à une température inférieure à la température de recristallisation, l'écrouissage augmente la résistance de 20%.
Traitement thermique
Le traitement thermique est utilisé pour modifier la distribution du carbone afin de modifier les propriétés mécaniques.
- Normalisation
Pour améliorer sa résistance et sa dureté, l'acier subit un traitement thermique qui consiste à le chauffer à plus de 55°C et au-delà du point critique supérieur. L'acier est ensuite chauffé uniformément, puis refroidi à l'air.
- Recuit
Lors du traitement thermique, l'acier est exposé à la température de la solution solide pendant trente minutes et subit ensuite une phase de refroidissement progressif. Ce traitement conduit au développement d'une variante d'acier qui est à la fois souple et possède des qualités ductiles.
- Trempe
Il s'agit d'un refroidissement rapide de l'acier dans de l'eau, de la saumure ou de l'huile, ce qui donne un matériau résistant mais cassant, susceptible de se briser.
Traitement de surface
Environ 33% de la production mondiale d'acier comprend un revêtement de surface pour prévenir la corrosion.
- Galvanisation à chaud
Cette méthode consiste à plonger l'acier dans un bain de zinc chauffé, ce qui entraîne l'application d'une couche de zinc. L'aluminium est introduit dans la solution de zinc pour renforcer l'intégrité du revêtement et éviter les ruptures.
- Galvanisation électrolytique
Le dépôt d'une couche de zinc sur l'acier par électrolyse permet d'obtenir une épaisseur plus précise et contrôlée.
En aval Traitement secondaire
Les entités en aval affinent les matières premières de l'acier dans le continuum de production, en les transformant en produits finis. En général, cela comprend l'usinage et l'assemblage, l'enlèvement du métal en surface à l'aide de machines-outils et le soudage.
Coût de l'acier au carbone
L'acier doux est une variante à faible teneur en carbone qui est généralement plus abordable que certains aciers à forte teneur en carbone. Le coût des matières premières influe sur le coût de production global.
Le processus de fabrication est choisi et les éléments d'alliage sont utilisés pour créer différentes qualités de carbone, de traitement et de fabrication. Chaque étape influe sur le coût global de l'acier au carbone et peut l'augmenter.
L'acier doux est souvent rendu plus malléable et plus facile à travailler, ce qui permet de réduire les coûts de transformation par rapport à l'acier au carbone.
Le choix entre l'acier au carbone et l'acier allié dépend des besoins de l'application, l'acier allié offrant des solutions sur mesure.
Applications de l'acier doux et de l'acier au carbone
L'acier au carbone et l'acier ont des applications diverses dans différents secteurs. L'acier doux, comme les poutres, les colonnes et les barres de renforcement, est largement utilisé dans le secteur de la construction. Son prix abordable et sa facilité de fabrication le rendent préférable.
En raison de sa formabilité, l'acier doux est utilisé dans l'industrie automobile pour les panneaux de carrosserie, les châssis et les éléments structurels. Les tubes et tuyaux en acier à faible teneur en carbone sont durables et utilisés pour les composants structurels.
L'acier au carbone est utilisé dans les outils de coupe, les perceuses et les lames en raison de sa dureté. Dans les chemins de fer, l'acier au carbone est utilisé pour construire les voies et les composants. Les tuyaux en acier au carbone transportent des fluides dans l'industrie du pétrole et du gaz.
FAQ sur l'acier au carbone et l'acier doux
Q1 : Quelles sont les principales différences entre l'acier doux et l'acier au carbone ?
L'acier au carbone a une teneur en carbone très variable, ce qui lui confère différents niveaux de dureté et de résistance, tandis que l'acier doux a une teneur en carbone plus faible, ce qui le rend plus souple et plus malléable.
Q2 : Comment la quantité de carbone affecte-t-elle les propriétés de l'acier ?
Une teneur élevée en carbone augmente la dureté et la résistance de l'acier, ce qui en fait une meilleure option pour les propriétés mécaniques.
Q3 : Pourquoi l'acier doux est-il plus polyvalent que l'acier à haute teneur en carbone ?
La polyvalence de l'acier doux tient à son prix abordable et à sa capacité à s'adapter à différentes applications.
Q4 : Comment peut-on augmenter la durabilité de l'acier doux ?
Le revêtement et la galvanisation peuvent augmenter la durée de vie de l'acier doux.
Q5 : Quelles sont les industries qui utilisent l'acier à moyenne teneur en carbone ?
L'acier doux est utilisé dans les essieux, les engrenages et les rails pour assurer la résistance et la ductilité.