De la fonte à l'acier

De la fonte à l’acier

1. Transport de la fonte liquide
À sa sortie du haut-fourneau, la fonte est maintenue à l'état liquide, à une température voisine de 1 450 à 1 500 °C. Elle est recueillie dans de grandes poches réfractaires ou transportée dans des wagons-torpilles isothermes jusqu'à l'aciérie.

Cette fonte contient généralement 3,5 à 4,5 % de carbone, ainsi que différentes proportions de silicium, manganèse, phosphore et soufre. Sa forte teneur en carbone la rend relativement cassante : elle doit être affinée pour produire la plupart des aciers.

2. Affinage dans le convertisseur
La fonte liquide est versée dans un convertisseur à oxygène. On peut également y ajouter une certaine quantité de ferrailles d'acier recyclées. Une lance injecte alors de l'oxygène à grande vitesse dans le bain métallique.

L'oxygène réagit avec le carbone dissous, qui est éliminé principalement sous forme de monoxyde de carbone (CO) et de dioxyde de carbone (CO₂). D'autres éléments indésirables sont oxydés et transférés dans le laitier. La teneur en carbone du métal diminue fortement : la fonte devient progressivement de l'acier.

3. Fonte et acier : une différence de composition
La différence entre fonte et acier repose notamment sur leur teneur en carbone. La fonte issue du haut-fourneau en contient plusieurs pour cent, alors que les aciers en possèdent beaucoup moins — par définition moins d'environ 2,1 % et, pour de nombreuses nuances courantes, nettement moins de 1 %.

Cette diminution modifie profondément les propriétés du matériau. L'acier devient généralement plus apte à être laminé, déformé, soudé ou usiné que la fonte initiale.

4. Ajustement précis de la composition
Après l'affinage principal, l'acier subit une étape de métallurgie secondaire. Sa composition chimique et sa température sont contrôlées avec précision. Selon les propriétés recherchées, de petites quantités d'éléments d'alliage peuvent être ajoutées : manganèse, chrome, nickel, molybdène, vanadium, silicium ou titane, par exemple.

On peut ainsi produire une très grande diversité d'aciers : aciers de construction, inoxydables, résistants à l'usure, à la corrosion ou aux températures élevées.

5. Coulée continue
Une fois sa composition ajustée, l'acier liquide est dirigé vers une installation de coulée continue. Il pénètre dans un moule refroidi par eau où sa surface commence à se solidifier. Le produit est ensuite extrait progressivement tandis que son refroidissement se poursuit.

L'acier solidifié est découpé en demi-produits de formes adaptées aux transformations ultérieures : notamment brames, blooms ou billettes.

6. Des demi-produits aux objets en acier
Ces demi-produits sont ensuite laminés, étirés, forgés ou usinés. Ils permettent de fabriquer des tôles et bobines d'acier, poutrelles, rails, barres, fils, tubes et une multitude d'autres produits.

Les propriétés finales dépendent à la fois de la composition chimique de l'acier, des traitements thermiques et des transformations mécaniques qu'il subit.

À retenir

La transformation peut être résumée ainsi :

Fonte liquide → affinage à l'oxygène → diminution du carbone et élimination d'impuretés → ajustement de la composition → coulée continue → produits sidérurgiques

La transformation de la fonte en acier montre qu'un métal n'est pas caractérisé seulement par son élément principal. Fonte et acier sont tous deux constitués majoritairement de fer, mais quelques pour cent, voire quelques dixièmes de pour cent d'autres éléments suffisent à modifier considérablement leurs propriétés.

C'est précisément cette possibilité de contrôler très finement la composition qui explique l'extraordinaire diversité des aciers. Certains privilégient la résistance mécanique, d'autres la ductilité, la dureté, la résistance à l'usure, à la chaleur ou à la corrosion.

Un autre aspect est particulièrement intéressant du point de vue des ressources : l'acier est très largement recyclable. Les ferrailles peuvent être réintroduites dans la fabrication, notamment dans les convertisseurs et, en proportions beaucoup plus importantes, dans les fours électriques. Une partie du métal déjà produit peut ainsi commencer une nouvelle vie, limitant les besoins en minerai de fer et en énergie primaire.

Les deux planches racontent finalement une transformation remarquable : une roche contenant des oxydes de fer devient d'abord fonte, puis acier dont les propriétés peuvent être ajustées aux besoins de la société. Peu de matériaux illustrent aussi clairement le passage d'une ressource géologique naturelle à une matière industrielle dont l'Homme maîtrise très précisément les caractéristiques.