Utilisations du fer dans l’industrie

Le fer est un métal curieux : il s’oxyde très facilement et n’est pas plus dur que le cuivre, il est donc relativement peu utilisé à l’état pur, mais pourtant il reste le plus important de tous les métaux. 90% de tout le métal raffiné aujourd’hui est du fer.

C’est le deuxième métal le plus abondant dans la croûte terrestre, après l’aluminium, et c’est de loin le plus produit : plus que tous les autres métaux réunis. En effet, les minéraux, qui sont principalement des oxydes, peuvent être fondus en fer à haute température dans des hauts fourneaux avec du coke (un résidu du carbone).

Plus de 98 % du fer est utilisé pour se transformer directement en acier dans le même fourneau où il est fondu, sans pour autant former de fer solide. Le reste est utilisé comme fonte et fer forgé, principalement. Dans cet article, nous allons détailler les utilisations du fer dans l’industrie.

Fabrication du fer

Dans un article précédent sur les différences entre la sidérurgie et la métallurgie, nous avons expliqué le processus de fabrication du fer. Nous le rappellerons brièvement.

Le fer n’est pas un minéral obtenu de la nature à l’état pur, comme l’aluminium, mais est présent dans d’autres minéraux très divers, dont la magnétite et les oxydes. Il faut d’abord extraire le minéral et puis séparer le fer du reste (ce qu’on appelle la gangue), soit par aimantation, soit par densité. Ensuite, il subit un processus dans lequel un agglomérat de minéral se forme et passe par un haut fourneau, où il est transformé en fonte brute, et puis généralement en acier, qui est un alliage de ce minéral avec du carbone, car comme nous avons avancé, le fer non allié est utilisé dans un très petit pourcentage.

Les principaux pays fabricants de fer

Le pays qui possède les plus grandes réserves de minerai brut et de teneur en fer au monde est l’Australie, qui représente plus de 29% de celles dans le monde (930 millions de tonnes brutes et 580 de teneur en fer en 2018). Elle est suivie du Brésil, avec 480 millions de tonnes de minerai (dont 250 en fer), et de la Chine, qui malgré sa troisième place sur la liste, étant le premier consommateur mondial de fer, est aussi le premier importateur mondial (notamment de l’Australie). L’Inde et la Russie sont les prochaines sur la liste.

Utilisations du fer dans la préhistoire

Comme nous l’avons déjà expliqué dans l’article sur la métallurgie et son histoire, dès la préhistoire le fer a commencé à être utilisé avec des techniques métallurgiques (il a été découvert bien plus tôt) en remplacement du bronze dans la plupart des outils et armes et sa production à grande échelle a été décisive à rendre les établissements humains plus permanents : les armes et outils en fer permettaient de mieux défendre les terres et de les cultiver et de domestiquer les animaux. Une grande maîtrise dans l’utilisation du fer est attribuée à la civilisation hittite.

Utilisations du fer pur aujourd’hui

Comme nous l’avons avancé, le fer « pur » (d’une pureté de 92%, avec entre 2 et 5% de carbone) est utilisé dans une très faible proportion comme fonte. Il est cassant et contient de faibles quantités de silicium (entre 1 et 3%, du manganèse, du phosphore et du soufre), en plus des impuretés, et il a tendance à s’oxyder, c’est pourquoi il est de plus en plus en désuétude dans les applications traditionnelles comme les radiateurs de chauffage, les cheminées, lampadaires, bollards, bancs, etc., pour lesquels d’autres matériaux sont utilisés. Cependant, ses qualités esthétiques font qu’il y en a encore qui l’utilisent pour la fabrication d’objets. Un exemple en est le fer forgé, utilisé pour les charnières, grilles, mains courantes, meubles, etc.

Alliages de fer

L’alliage principal du fer est l’acier, qui à son tour permet une grande variété d’alliages, de sorte que ces mélanges sont souvent considérés comme des alliages de fer car, comme nous l’avons expliqué, fréquemment la fabrication du fer a tendance à aboutir à de l’acier sans sortir du haut fourneau. Rappelez-vous qu’un alliage est une combinaison de deux métaux ou plus.

L’acier est aujourd’hui le métal le plus utilisé et sa généralisation dans les procédés de fabrication est étroitement liée au développement des économies. L’acier protège les structures de construction et leur donne de la résistance. On peut le trouver sur les chemins de fer, les routes, les véhicules et les objets ménagers. L’acier nous apporte de la nourriture et de l’eau et rend possible la production d’énergie.

Il s’agit d’un mélange de fer et de carbone qui améliore le rapport ténacité-prix du fer. Sa version résistante à la rouille, l’acier inoxydable, contient, en plus du fer au carbone, environ 11 % de chrome.

Les aciers inoxydables sont généralement classés en nuances à trois chiffres, telles que le 304 ou le 316, dont nous expliquons les différences dans cet article.

Les principaux alliages d’acier comprennent :

• Chrome : ajoute de la dureté à l’acier, ainsi qu’une ténacité et une résistance à l’usure accrues.
• Manganèse : augmente la dureté de la surface de l’acier, et améliore sa résistance aux contraintes et aux chocs.
• Molybdène : Augmente la force. Améliore la résistance aux chocs et à la chaleur (l’acier inoxydable de nuance 316, par exemple, contient ce métal).
• Nickel : Augmente la résistance et la dureté de l’acier et augmente également sa résistance à la corrosion.
• Tungstène : ajoute de la dureté et améliore la structure du grain du métal. Il offre également une meilleure résistance à la chaleur.
• Vanadium : Augmente la résistance de l’acier, ainsi que sa ténacité et sa résistance aux chocs. Il a également une plus grande résistance à la corrosion que l’acier au carbone.

Utilisations du fer sous forme d’acier

Bien que dans d’autres articles nous entrons plus en détail dans les utilisations de l’acier, nous énumérons ici schématiquement les plus importantes :

Bâtiments et infrastructures

Plus de la moitié de l’acier produit annuellement dans le monde entier est destiné à la construction de bâtiments et d’infrastructures tels que des ponts, des stations-service, des aéroports, des ports, des gares, des tunnels ou des chemins de fer (qui peuvent durer entre 30 et 35 ans).

Équipement mécanique

La construction de machines est la deuxième utilisation la plus importante de l’acier. Il comprend (parmi de nombreuses autres applications) des machines lourdes (pelles mécaniques, finisseurs, tracteurs, grues…), des machines qui fabriquent et mécanisent d’autres pièces (telles que des pièces automobiles) et des outils à main tels que des marteaux et des pelles.

Construction automobile

Sur les 1 500 kg en moyenne que pèse une voiture, environ 900 sont en acier, selon la World Steel Association (WSA). Environ un tiers est utilisé dans la structure de la carrosserie et l’extérieur (y compris les portes), un quart dans le train de transmission et environ 12% dans la suspension. Les aciers avancés à haute résistance, plus légers que les traditionnels, fabriqués selon des processus complexes, sont utilisés dans une voiture moderne et représentent environ 60 % de ses structures de carrosserie.

Articles métalliques

Ce segment du marché de l’acier inclut les produits de grande consommation comme les meubles (étagères, armoires, éviers…), les récipients pour aliments et boissons, les petits articles comme les rasoirs ou les ciseaux, etc.

Autres moyens de transport

L’industrie automobile est celle qui utilise actuellement le plus d’acier, mais il ne faut pas oublier que le reste (bateaux, trains, avions -surtout dans les moteurs et les trains d’atterrissage-, etc.) est également fabriqué avec de grandes quantités d’acier. Selon la WSA, les bateaux en acier transportent 90% des marchandises mondiales. Et l’acier n’est pas seulement important dans le transport maritime en raison de la façon dont les navires sont construits, mais aussi en raison de la façon dont la cargaison est transportée à l’intérieur : la quasi-totalité des conteneurs de marchandises qui sont chargés et déchargés dans les ports, environ 17 millions de conteneurs, sont fait d’acier.

Petit et gros électroménager

Chaque maison abrite des centaines de kilos d’acier. Cuisines, micro-ondes, réfrigérateurs, machines à laver, lave-vaisselle, etc. ils contiennent de grandes quantités d’acier (environ les trois quarts).

Équipement électrique

Les applications à la production et à la distribution d’électricité sont les dernières des grandes utilisations du fer sous forme d’acier. Les générateurs électriques, les moteurs électriques, les câbles renforcés d’acier, les transformateurs, etc. contiennent ce métal.

Usinage de pièces en fer

Chez Ferros Planes, nous fabriquons et usinons des tubes en acier pour la plupart des applications mentionnées dans cet article, des grandes structures pour la construction aux meubles domestiques, bien que nous travaillions surtout pour l’industrie automobile. Pour plus d’informations, vous pouvez nous contacter ici.

Bibliografía y trabajos de interés:

• Visión de conjunto del acero en el mundo (World Steel Association)
  
• Datos de la producción mundial de acero (World Steel Association)
  
• Impacto económico y social de la industria global del acero (World Steel Association)
• Visualizador de datos sobre el acero en el mundo (World Steel Association)
  
• Top five iron ore producing countries from Australia to Russia