*  FABRICATION DE L' ACIER  *



  • L'acier est connu depuis l'antiquité. Malgré la faiblesse des moyens techniques de l'époque, des aciers de bonne qualité ont pu être obtenus dès l'époque romaine, tant pour la fabrication d'outils que pour celle des armes. La composition chimique des armes de cette époque reste proche des aciers au "Carbone" modernes avec néanmoins un très faible taux de cet élément.
  • Un net progrès a été réalisé tout au long du moyen-age; l'acier des armes fut nettement plus carburé (C: 0.2%) donc plus dur. Mais il faut attendre le 19ème siècle avec la révolution industrielle et le début de la chimie moderne pour obtenir de l'acier par décarburation de la fonte. Techniquement les aciers ont fait de gros progrès grâce à l'utilisation massive de l'acier liée à l'industrie de l'armement juste avant la guerre 14-18. Dans les années 1920, les premiers aciers inox sont sortis des usines avec leurs applications dans les instruments de cuisine, casseroles inox, poêles etc ; aciers liés à l'industrie automobile. Puis les premiers couteaux à lames inox ont étés fabriqués. Ils ont eu une très mauvaise réputation, car leurs qualités tranchantes ne pouvaient pas rivaliser avec les aciers au "carbone".
  • Les années 2000 ont été marquées par la révolution informatique, la téléphonie planétaire, la micro-électronique, l'avènement des écrans plats etc... autant d'avances technologiques que nous voyons tous les jours ! Mais il est plus difficile de visualiser les progrès réalisés dans la métallurgie de la coutellerie. Les lames d'aujourd'hui n'ont rien à voir avec celles du début des années 1990 !
  • Il y a trois manières différentes pour fabriquer de l'acier. Traditionnellement l'acier est obtenu par la technique de "décarburation" de la fonte produit dans les hauts fourneaux. C'est encore aujourd'hui la méthode la plus économique pour produire de l'acier austénitique et ferritique utilisé par l'industrie navale, automobile, fabrication de casseroles etc... Les aciers utilisés en coutellerie sont du types martensitiques et sont fabriqués essentiellement par "synthèse" ou par la récente technique de "frittage" des métaux.
  • Il y a plusieurs types d'aciers: Les aciers "Austénitiques", "Martensitiques" et ferritiques, ce dernier n'ayant pas d'application en coutellerie. Les aciers austénitiques sont des aciers "Doux", qui contiennent moins de 0.18% de carbone; Ils ne prennent pas la trempe et sont "non magnétiques". L'intérêt de cet acier réside dans le fait qu'il est malléable.
  • À haute température, l'acier est dans un état appelé « austénite » , Fe(g).  Dans cet état, l'acier est plus « mou », plus facilement formable; c'est donc dans cet état que l'on étire et que l'on travaille l'acier à chaud (laminage, tréfilage, estampage). Avec certains éléments d'alliage et un traitement thermique approprié, on peut obtenir un acier austénitique à température ambiante, ce qui permet du formage à froid.
  • Soudabilité : La soudabilité d'un acier (aptitude à se souder facilement) est inversement proportionnelle à sa teneur en carbone, autrement dit plus la teneur en carbone est élevée plus l'acier est difficile à se souder. Pour cette raison les aciers austénitiques sont utilisés dans l'élaboration de lames en acier "sandwitch", laminé ou damas.
  • Utilisation de l'acier austénitique en coutellerie: Cet acier très peu carburé est utilisé dans la fabrication de manche de couteau et utilisé dans la production de vis, rivets, mitres... Inox, ainsi que dans l'élaboration de lames spéciales. Par contre cet acier ne prends pas la trempe .     

- a)  Définition de l'acier "Martensitique"


  • L'acier est un alliage Fer-Carbone contenant de 0.18 à 1.8 % de carbone. Au delà, il s'agit de fonte. Cet acier simple est appelé "Acier au carbone". Plus la concentration de carbone est  élevé plus l'acier est dur. La qualité du tranchant est généralement meilleure, mais revers de la médaille plus l'acier est dur plus il est cassant.
  • Aciers  Alliés : Par opposition aux aciers au carbone, les aciers alliés contiennent divers éléments capables de modifier sensiblement les propriétés physico-chimiques de l'acier d'origine. L'introduction d'autres éléments permet d'élever la concentration de carbone dans l'acier jusqu'à 2.11%.

- b) L'Acier Inoxydable


  • Comme la majorité des métaux, le fer a tendance à s'oxyder à l'air et à l'humidité. Dans le cas précis de l'acier, cette propriété est désastreuse car l'oxyde de fer est poreux et ne protège pas le métal sous-jacent. Ainsi, l'acier peut se piquer en "profondeur". En présence d'eau, la conductivité de ce liquide provoque un courant d'ions qui s'accrochent à la lame d'acier, celle-ci se comportant comme une électrode. La présence de sel augmente la conductivité de l'eau, ce qui explique le caractère particulièrement corrosif de l'eau de mer. Au début du vingtième siècle les métallurgistes de l'époque s'aperçurent que l'apport d'une forte quantité de chrome (Cr) dans l'acier donnait à cet alliage une bonne résistance à la corrosion. A partir de 10% de Cr, l'acier ne se pique plus. A partir de 16% de Cr, les lames d'acier ne rouille plus à l'humidité et à l'eau douce; par contre ces lames peuvent rouiller à l'eau de mer et à certains agents chimiques.
  • Le problème dans l'élaboration d'un bon acier inox consiste à éviter la formation de carbure de chrome primaire à haute température. Plus la teneur de chrome et de carbone est élevée, plus la formation de carbure de chrome devient inévitable ! Lors de la solidification de l'acier, ces carbures de chrome apparaissent; ils sont relativement grossiers (20 à 30 µ) et nuisent à la formation d'une arête de coupe fine et régulière. Les aciers inoxydables ont eu une mauvaise réputation pour un usage en coutellerie en raison de leur tranchant peu performant. Aujourd'hui, les métallurgistes ont trouvé les techniques évitant la formation de carbures primaires grâces à l'ajout d'autres éléments tels que manganèse (Mn), nickel (Ni), silicium (Si), vanadium (V), tungstène (W), cobalt (Co), titane (Ti), et molybdène (Mo) ainsi qu'au control parfait des conditions physico-chimiques liées à l'élaboration de ces aciers de "Synthèse".

-  c)  Fabrication de l'acier de "Synthèse".


  • Aujourd'hui les aciers haut de gamme sont fabriqués à petite échelles dans des creusets acceptants 3-4 tonnes d'acier. Au départ on introduit du minerai de fer qui est chauffé à ~ 1600°C au moyens d'énormes électrodes de graphite produisant d'intenses arc électriques amenant l'ensemble au delà de la température de fusion. Le fer en fusion est purifié au moyen de puissant jet d'oxygène. Puis divers éléments sont ajoutés en fonction du type d'acier recherché. Tout est rigoureusement contrôlé ! A chaque addition d'éléments nouveaux, une carotte d'alliage est prélevée et analysée de façon très sophistiquée en laboratoire. Les résultats des analyses tombent quelques minutes plus tard. La température et l'homogénéité de l'acier sont constamment vérifiées. Lorsque tous les résultats sont conformes, le feu vert est donné pour la coulé finale. L'acier incandescent est soit versé dans des gueuses afin d'obtenir des lingots destinés à la fabrication de couteaux forgés, soit laminé à chaud. Dans ce cas l'acier incandescent passe par de successifs laminoirs où ce serpent d'acier "au rouge" se rapproche constamment de la section finale. On fabrique ainsi des biseaux de 3-4 m de long destiné à la fabrication de lames par la technique du "Stock Removal" . Enfin les aciéries produisent également des rouleaux "Simples Biseaux" laminés à froid de 300-400 m de long, 20 mm de large, 2 à 0.3 mm d'épaisseur (Biseaux) .

-  d) Fabrication de lames en acier "Fritté".


  • Le frittage des métaux est une technique dont la conception est apparue dès les année 1960 avec les progrès combinés des coulées sous atmosphère inerte, des machines à compacter à hyper haute pression, de fours à atmosphère contrôlée ainsi que tout l'appareillage de contrôle et de pilotage de ces équipements. Au début, cette nouvelle technique fut développer dans des laboratoires de recherche tant privés qu'universitaire. On ne compte plus le nombre de thèses, de publications scientifiques et de brevets industriels déposés sur le frittage des métaux. Si le frittage des métaux est somme toute en théorie simple, la mise en oeuvre des moyens technologiques pour la réalisation industrielle de cette technique est des plus complexe ! Tout est couvert par des brevets et des secrets de procédés de fabrication.
  • Métallurgie des poudres. Le frittage est un procédé qui permet de réaliser des pièces mécaniques à partir de poudres plus ou moins fines. Ces poudres sont obtenues par divers procédés mécaniques, chimiques ou électriques. Cette fabrication est le travail de métallurgistes spécialisés dans la production de ces poudres très pures. Là aussi, la production de ces poudres extra-fines est couverte par des brevets industriels.
  • Les poudres élémentaires sont intimement mélangées dans un creuset de brassage dont la proportion dépend de l'acier recherché. Puis on les additionne d'un liant organique pâteux afin d'obtenir une pâte homogène, aisée à mouler. Cette pâte est alors injectée à très haute pression dans un moule de fonderie. La pâte est chauffée dans le moule où l'on maintient la haute pression d'injection. La pâte chauffée se débarrasse alors des liants les plus volatils. La pâte remplit alors les formes exactes du moule. La pression de compactage est alors développée. Cette pression est considérable et peut atteindre 10 tonnes par centimètre carré.
  • On compacte la poudre entre un jeu de poinçons inférieurs et un jeu de poinçons supérieurs. Puisque les grains de poudre ont une forme extrêmement irrégulière, ils s'engrènent les uns dans les autres pendant la compression, afin d'adhérer mécaniquement ensemble, et il se produit un soudage aux points de contact entre les différents grains de poudre. Cette opération de compactage est réalisée à une température peu élevée. Les grains comprimés ensemble créent ainsi un objet, qu'on désigne comme une «ébauche verte», qui est ensuite poussée hors de l'outil de compactage et écartée du sabot de remplissage, en même temps que le remplissage suivant a lieu. Cette opération de compactage à très haute pression est primordiale car elle doit écraser la structure cubique du fer, premier constituant de l'acier. Cette "ébauche verte" peut alors être "frittée". 
  • FRITTAGE: La Pièce est introduite dans le four électrique dont les commandes de régulation de température sont très précises. Elles y est maintenue ~1 heure à une température légèrement inférieure à la température de fusion de l'élément du mélange le plus résistant à la fusion. L'atmosphère du four est rigoureusement inerte pour éviter toute oxydation (Argon). Après refroidissement, la pièce subit un traitement de surface classique. Quelques lames sont directement fabriquées de cette manière (par exemple: Santoku en ZDP-189) mais généralement les aciéries spécialisées produisent divers "biseaux" en aciers frittés pour les coutelleries haut de gamme; en effet peu de coutellerie possèdent la technologie sophistiquée nécessaire aux divers traitement pour travailler ces aciers d'exceptions.
  •   Il est bien évident que ce procédé complexe de fabrication de lames de couteaux (ou de biseaux) a un coût de production élevé.