L'acier devient plus léger, flexible et résistant grâce à l'ingénierie chimique

L’acier à haute teneur en carbone n’est plus d’actualité. Désormais, les propriétés physiques de l’acier ont évolué grâce aux recherches effectuées par une équipe internationale dirigée par Hao Chen de l’université Tsinghua. Les chercheurs ont utilisé l’ingénierie chimique des limites ou CBE pour rendre l’acier plus léger, plus flexible, et pourtant ultra résistant.

De l’acier plus léger mais solide, pour quoi faire ?

L’acier a de multiples usages, mais il est surtout utilisé dans le domaine de la construction et du transport. La consommation de ce matériau est en perpétuelle augmentation : selon les derniers chiffres rapportés par la WSA (Association mondiale de l’acier), sa production a atteint les 1,87 milliard de tonnes pour l’année 2019.

Nous sommes aujourd’hui en présence d’acier solide, mais qui reste très coûteux du fait de sa haute teneur en carbone et d’autres éléments de dopage. Cependant, le groupe de chercheurs internationaux a pu trouver une autre alternative : l’utilisation de l’ingénierie chimique peut produire des aciers à la fois flexibles, ultra résistants, sans teneur en carbone et donc moins chers.

Qu’est-ce que l’ingénierie chimique ?

Toujours à la recherche d’une structure d’acier plus robuste, plus flexible et moins coûteuse, l’utilisation de l’ingénierie des joints de grains est devenue très répandue. Elle semblait en effet la meilleure approche quand il s’agissait du mécanisme des matériaux métalliques. Cette méthode consiste à créer des défauts, les discontinuités planes dans les cristaux métalliques, dans la microstructure de l’acier pour arriver à une forme très solide et moins chère. Bien qu’excellente, cette approche reste tout de même limitée, car les grains sont assez instables au niveau thermique et mobilité. Les chercheurs ont constaté un grossissement des grains dès qu’ils sont exposés à la chaleur.

L’amélioration de cette technique d’ingénierie des joints de grains impossible, les chercheurs ont utilisé une autre approche qui est la méthode CBE (Chemical Boundary Engineering). La méthode CBE est une approche par laquelle les défauts planaires dans la microstructure de l’acier conduisent à la formation d’une discontinuité chimique très nette. Cette méthode permet de créer une structure plus fine, plus ductile ou flexible (> 20 %), ultra résistante qui peut atteindre jusqu’à 2.0 GPa (gigapascal) et qui est surtout peu coûteuse. La microstructure devient ainsi hétérogène et ne craint pas la chaleur, même très élevée.

Comment les chercheurs ont-ils procédé ?

Comme l’acier est un des matériaux métalliques les plus utilisés, les chercheurs ont mené leurs recherches sur ce dernier. Un acier à faible teneur en carbone ayant une pauvre composition est alors sélectionné. Il est ensuite soumis à un laminage à froid suivi d’un traitement de révision d’austénite standard (ART) à 600° pendant deux heures. Après cela, il est chauffé rapidement avec une vitesse d’augmentation de température de 100 °C par seconde dans une région d’austénite monophasée, puis refroidi immédiatement à température ambiante pour pouvoir aboutir à son état final.

Après des tests et des comparaisons avec la technique standard, les chercheurs ont constaté que le matériau devenait plus résistant et flexible en même temps. Il s’agit d’une véritable révolution, d’autant plus que la méthode CBE ne concerne pas seulement les aciers. Les chercheurs ont en effet conclu qu’elle pouvait aussi être appliquée sur d’autres systèmes métalliques et utilisée comme un traitement de surface. Les recherches continuent ainsi dans ce sens.

Par Andy Rakotondrabe, le 24 avril 2020