L’acier est un alliage métallique de fer et de carbone. Il se distingue des autres métaux formés de fer et de carbone par sa teneur en carbone qui se situe entre 0,03 % et 2 %. Ainsi, il est possible de lui donner les propriétés voulues en faisant varier sa teneur en carbone. Pour sa fabrication, deux grands composants sont nécessaires : le minerai de fer et le charbon. Mais on y ajoute aussi de la chaux et des ferro-alliages pour conférer à l’acier les caractéristiques particulières appropriées à ses différents usages. Le principe de fabrication peut se résumer en quatre grandes étapes.
À l’état naturel, le minerai de fer ne possède pas les propriétés physiques et chimiques nécessaires pour être exploité par le haut fourneau. Il s’agit notamment de la porosité nécessaire à l’aération, la composition en oxydes nécessaire pour maitriser le laitier et la résistance mécanique à l’écrasement. L’ajout du coke extrait du charbon est donc nécessaire pour le passage au fourneau.
Le minerai de fer et le coke solide, qui n’est rien d’autre que du carbone presque pur, sont préparés et introduits dans le haut fourneau par le gueulard. Un air chaud (1200 °C) est ensuite insufflé à la base du fourneau provocant la combustion du coke. Cette combustion produit la température nécessaire pour fondre le minerai et éliminer les contaminants.
Pendant ce processus, le minerai fondu est débarrassé de son oxygène et se charge en carbone. On récupère donc à la sortie du fourneau un mélange de fer et de carbone (la fonte), mais également un mélange de déchets flottant appelé « laitier de haut fourneau ».
Le métal liquide séparé du laitier est versé dans des wagons encore appelés « poches tonneaux » puis dirigé vers l’aciérie. Ces wagons sont capables de conserver leur température pendant plus de 24 heures. À l’aciérie, le métal liquide est introduit dans un convertisseur (une sorte de grosse marmite) avec de la ferraille.
Une oxygénation d’une durée de 15 minutes permet alors d’obtenir l’acier de base ou « acier sauvage ». L’acier sauvage est recueilli dans une poche en vue de la préparation finale. C’est à ce moment précis qu’on procède à un dosage hautement surveillé des ferro-alliages jusqu’à l’obtention des propriétés désirées.
Il s’agit entre autres du silicium pour les produits longs et de l’aluminium pour les produits plats. Le dégazement, l’ajustement du laitier de poche pour éliminer les impuretés, l’affinage et finalement l’ajout des alliages permettent d’avoir l’acier voulu.
On distingue l’acier non allié ayant une teneur en éléments chimiques inférieure à celle fixée par la norme européenne, l’acier inoxydable contenant au maximum 1,5 % de carbone et 10,5 % de chrome au minimum et enfin l’acier lié dont la teneur d’au moins un des composants chimiques dépasse la limite fixée.
L’acier obtenu est encore sous forme liquide et à une très haute température (1560 °C). La coulée consiste donc à refroidir et faire solidifier le métal liquide. On distingue la coulée continue et la coulée en lingots.
La coulée continue consiste à couler l’acier liquide dans une lingotière en cuivre de section variable. Le produit se solidifie sous l’effet d’un refroidissement à l’eau pour être ensuite découpé en tronçons selon la longueur souhaitée. On obtient alors des semi-produits qui sont à nouveau réchauffés avant le passage au laminage.
Dans le cas d’une coulée en lingots, l’acier est solidifié dans des moules puis écrasé dans un gros laminoir après être réchauffé à 1200 °C. On obtient ainsi de futurs produits longs (booms) ou de futurs produits plats (brames).
L’acier solidifié puis réchauffé est de nouveau malléable (800 à 1200 °C). Le laminage consiste alors à l’aplatir dans des laminoirs afin de lui donner la forme voulue. En fonction de l’épaisseur désirée, on peut procéder ensuite à un laminage à froid afin de réduire à nouveau l’épaisseur de l’acier.
Enfin, l’acier laminé fait l’objet d’une transformation finale au cours de laquelle une opération de recuit et un éventuel revêtement sont effectués dans le but de le protéger contre l’oxydation. C’est grâce à ce procédé qu’il est possible d’obtenir les tôles galvanisées (produits plats) ou encore les rails et poutrelles (produits longs).
