Fabrication des inox

Les inox sont élaborés, affinés puis coulés avant d’être laminés et décapés. Ils sont commercialisés sous forme de tôles (produits plats) ou de barres/fils (produits longs). Suivant le type de produit final (barres/fils ou tôles), les sidérurgistes n’utilisent pas les mêmes outils pour couler et laminer le métal. Comme les armatures inox sont obtenues exclusivement à partir de barres et de fils, nous détaillerons uniquement la fabrication des inox dans ces formats.



Élaboration

Le processus d’élaboration des inox est analogue à celui de tous les aciers élaborés dans un four électrique. Les matières premières sont constituées d’une « charge » métallique, mélange de ferrailles sélectionnées, de chutes d’inox et de ferro-alliages (ferrochrome, ferronickel, etc.). Les proportions des divers constituants sont dosées de manière à approcher la composition chimique de la nuance d’inox à élaborer.



La charge est fondue dans un creuset équipé de trois électrodes en carbone, après amorçage d’un arc électrique : c’est le procédé du « four à arc ». En fin de fusion, la composition du métal est généralement assez voisine de l’analyse visée, à l’exception de la teneur en carbone, à ce stade trop élevée. La diminution de la teneur en carbone s’effectue par insufflation d’oxygène sous flux d’argon au coeur du bain en fusion. Cette opération se réalise dans un creuset appelé réacteur « AOD » (Argon Oxygen Decarburation). On procède également à certains ajustements d’analyse et de température ainsi qu’à l’élimination du soufre en excès (désulfuration). Au final, le métal est transféré vers la métallurgie en poche (MEP) où sont procédés les ultimes réglages de composition chimique et de température avant la coulée finale.

Coulée continue

Au cours de cette opération, le métal est solidifié, refroidi et mis en forme en demi-produit, appelé « bloom ». Le principe consiste à alimenter en métal liquide une lingotière sans fond, en cuivre, refroidie abondamment, au travers de laquelle le métal est extrait progressivement à des vitesses de l’ordre de 1 m/min. La section de la lingotière peut être carrée (exemple : 200 x 200 mm) ou ronde (de diamètre 100 à 150 mm).

En sortie de lingotière, seule la peau du produit est solidifiée alors que le coeur est encore liquide. La poursuite du refroidissement est assurée par des rampes de gicleurs positionnées sous la lingotière. Ce n’est qu’à environ 10 m sous la lingotière que le produit est complètement solidifié : il est alors débité par oxycoupage en blooms de plusieurs mètres de long.

Transformation à chaud ou « laminage à chaud »

Les blooms ou demi-produits sont transformés par laminage à chaud. Il s’agit d’une succession d’opérations de réduction de section (appelées « passes de laminage ») par écrasement entre des cylindres de laminage.

Afin de limiter les efforts nécessaires et d’obtenir des réductions de section cumulées très importantes, nles blooms sont rendus plus malléables par réchauffage à une température variant de 1100 °C à 1300 °C selon les nuances d’inox.



Ils passent ensuite dans un « train de laminage continu », comprenant :

• un four de réchauffage ;
• des cages de dégrossissage ;
• des cages intermédiaires (à deux ou trois cylindres de laminage) ;
• un « bloc à fil » pour les petites dimensions ;
• des installations de refroidissement pour les barres et de mise en couronne pour les fils.

En une seule succession de passes, les demi-produits sont transformés directement en barres ou en fils jusqu’à des diamètres de 5,5 mm.

Dans le cas des armatures pour bétons crantées à chaud, ce sont les cylindres de la dernière passe de laminage qui impriment les verrous sur la barre pour lui donner sa géométrie finale.

Décapage

L’inox présente une surface dont la structure physico-chimique diffère du reste du matériau. Cette surface est composée d’une très fine pellicule d’oxydes et d’hydroxydes de chrome de quelques Angströms d’épaisseur (échelle atomique) – appelée couche de passivation – qui se forme spontanément au contact de l’air. Elle fait partie intégrante du matériau et assure à l’inox sa résistance à la corrosion car elle est autorestituante, ce qui signifie que toute « blessure » de l’inox, engendrée par un phénomène mécanique (perçage, sciage, rayure, etc.), sera suivie par la reformation quasi instantanée et naturelle – par simple contact avec un milieu oxydant tel que l’air ambiant – d’une nouvelle couche passive protectrice dans la zone affectée.



Au cours du laminage à chaud, la surface de l’inox réagit avec le milieu extérieur pour former différentes couches, plus ou moins épaisses, d’oxydes formés à chaud. Les inox sont donc décapés, afin d’éliminer ces couches d’oxydes (température supérieure à 800 °C). Ils retrouvent alors leur couleur métallique.

Le décapage vise à éliminer, par action mécanique ou chimique, les oxydes superficiels qui se sont formés à chaud lors du laminage, s’opposant ainsi à la formation spontanée de la couche de passivation, véritable bouclier de l’inox contre les agressions extérieures. Le décapage mécanique se pratique par meulage, brossage ou le plus souvent par grenaillage. Le décapage chimique se pratique en plongeant le métal dans des solutions d’acides forts dont la nature et la composition sont adaptées, en particulier, à la nuance d’inox et au volume de métal à traiter.

Après décapage, la couche passive de l’inox peut se reconstituer au contact de l’air ambiant. Cette couche est si fine qu’elle est invisible à l’oeil, ce qui explique que l’on n’observe après sa formation aucun changement de couleur.

Transformation à froid ou « laminage à froid »

Le cycle de transformation à froid des produits longs inox (barres/fils) est plus ou moins complexe selon les produits finaux à obtenir. On distingue :

• les opérations d’enlèvement de matière en surface des barres (écroûtage, tournage, rectification) ou des fils (rasage) ;
• les opérations de réduction de section à travers une filière: tréfilage du fil ou étirage de barres ;
• le laminage à froid entre cylindres lisses ou crantés (cas des armatures pour béton armé).

La déformation à froid entraîne un écrouissage du métal qui augmente sa résistance à la rupture et sa limite d’élasticité : ce phénomène confère aux armatures en inox crantées à froid leur résistance mécanique élevée.

Des traitements thermiques intermédiaires ou finaux sont parfois nécessaires pour adoucir le métal (recristallisation). Leur but est également de supprimer toute zone déchromée susceptible d’entraîner un risque de corrosion intergranulaire. Ils sont généralement suivis d’une opération de décapage ou d’un enlèvement de matière en surface par usinage afin de retrouver un état de surface parfait.

L’ensemble de ces opérations a pour but :

• de livrer un état de surface propre;
• d’obtenir des caractéristiques dimensionnelles (diamètre, rectitude) avec des tolérances serrées ;
• de donner au produit les caractéristiques mécaniques voulues (par traitement thermique ou par écrouissage à froid).