Désignation des aciers

Les aciers... Il en existe une quantité incroyable, et bien que nous connaissions « par coeur » un certain nombre de désignations usuelles, il peut parfois être bon de savoir ce qui se cache derrière. Ci-dessous un petit mémento par rapport à la désignation au travers de plusieurs normes.
Vous pouvez également consulter le tableau de correspondances sur certaines nuances usuelles.

Les normes existantes

Plusieurs normes existent pour désigner les mêmes aciers, d'où la complexité du sujet. Parmi les principales normes en utilisation en France aujourd'hui, on trouve :

• La norme européenne EN 10027-1 (celle qui est censée être utilisée en France). Exemples : S235 J2H, C45, 35NiCrMo16, X10CrNi8-8
• La norme européenne EN 10027-2. Exemples : 1.7218, 1.1203, 1.0070
• Les anciennes normes françaises (celles qui sont censées ne plus du tout être utilisées depuis 1995, mais qui le sont toujours). Exemples : XC48, E24-2, A60, 35NCD16
• Certaines normes américaines (AISI, ASTM, SAE)

La norme européenne EN 10027-1 (désignation symbolique)

La désignation des aciers selon la norme européenne EN 10027-1 distingue cinq principaux types d'acier :

• Les aciers non-alliés, ou acier au carbone :
• Les aciers non-alliés d'usage général (« aciers à ferrer les ânes »),
• Les aciers non-alliés spéciaux (pour traitement thermique, malléables, soudables, forgeables,...) ;
• Les aciers faiblement alliés ;
• Les aciers fortement alliés (au moins un éléments a une teneur supérieure ou égale à 5%), essentiellement les aciers inoxydables ;
• Les aciers rapides, qui gardent la trempe à haute température, donc qui restent durs malgré un échauffement ; ils sont essentiellement utilisés comme aciers à outil (foret, fraises, anciens outils d'usinage).

Pour toutes les désignations, le préfixe « G » indique un acier moulé (exemples : GS235, G35NiCrMo16, GX2CrNiMo18-10).

Aciers non-alliés d'usage général (groupe 1)

Une première lettre indique leur usage (les plus courants sont S et E) :

• B : fers à béton ;
• D : produits plats pour formage à froid (autres que H) ;
• E : pour construction mécanique ;
• H : produits plats pour formage (tôles laminées à plier, à emboutir) ;
• M : aciers magnétiques ;
• P : pour appareil de pression ;
• R : sous forme de rails ;
• S : pour construction (structure) ;
• T : aciers pour emballage (fer blanc, fer noir, fer chromé) ;
• Y : pour béton précontraint.

Puis suit la limite d'élasticité en mégapascals (1 MPa = 1 N/mm²). Par exemple, le S235 est un acier non-allié pour construction de limite élastique 235 MPa.

D'autres symboles peuvent compléter la désignation selon les particularités :

J, K, L + lettre ou chiffre : énergie de rupture (résilience) garantie

• J : énergie de rupture de 27 J/cm² garantie :
  • JR : énergie de rupture de 27 J/cm² garantie à 20 °C,
  • JO : énergie de rupture de 27 J/cm² garantie à 0 °C,
  • J2 : énergie de rupture de 27 J/cm² garantie à -20 °C,
  • ...J6 : énergie de rupture de 27 J/cm² garantie à -60 °C ;
• K : énergie de rupture de 40 J/cm² garantie (KR, KO, K2, ... , K6) ;
• L : énergie de rupture de 60 J/cm² garantie (LR, LO, L2, ... , L6) ;

Premier groupe de symboles additionnels :

• G : autres caractéristiques
  • G1 : non calmé,
  • G2 : calmé,
  • G3 : recuit de normalisation,
  • G4 : état de livraison libre,
  • GH : avec caractéristiques mécaniques spécifiées à température élevée (heat),
• M : formage thermomécanique,
• N : laminé ou laminage normalisant,
• Q : trempé et revenu ;

Deuxième groupe de symboles additionnels :

• C : formage à froid spécial,
• D : galvanisé,
• F : forgeage,
• H : profil creux
• L : pour application à basse température (low temperature),
• M : formage thermomécanique,
• N : laminé ou laminage normalisant,
• O : pour applications en haute mer (offshore),
• Q : trempé et revenu,
• S : pour construction navale,
• T : sous forme de tube,
  
• W : résistant à la corrosion atmosphérique (weather).

Peuvent suivre des symboles précédés d'un signe + (plus) :

Symboles indiquant des exigences spéciales :

• C : gros grains (coarse grains),
• F : grains fins (fine grains),
• H : trempabilité,
• Z15, Z25, Z35 : propriétés garanties dans le sens de l'épaisseur, striction minimale de 15, 25 ou 35%.
  

Symboles indiquant un revêtement :

• A : aluminium, par immersion à chaud,
• CU : cuivre,
• JC : revêtement inorganique,
• OC : revêtement organique (organic coating),
• Z : galvanisation (zinc),
• ZE : revêtement électrolytique de zinc,
• SN : revêtement de nickel et de zinc.
  

Symboles indiquant une condition de traitement (aciers du groupe S uniquement) :

• A : recuit d'adoucissement (annealing),
• C : écroui à froid (cold hardening),
• CR : laminé à chaud (rolling), écroui à froid,
• S : traitement pour cisaillage à froid (shear).

Par exemple, le S235 JR a une énergie de rupture garantie de 27 J/cm² à 20 °C tandis que le S235 JO a une énergie de rupture garantie de 27 J/cm² à 0 °C.
La désignation commence par un G s'il s'agit d'une pièce moulée. Par exemple, le GS235 JR est un acier S235 JR moulé.

Aciers non-alliés spéciaux (groupe 2.1)

La désignation commence par un C, puis suit le pourcentage massique de carbone multiplié par 100. Par exemple, le C35 est un acier non-allié avec 35/100 = 0,35 % de carbone.
On peut ajouter une lettre donnant des précisions :

• E : contient du soufre pour améliorer l'usinabilité ;
• C : acier pour formage ;
• S : acier pour ressort;
• K : acier pour clavette.

Par exemple : C35 E.

Aciers faiblement alliés (groupe 2.2)

Certains aciers de ce groupe sont considérés comme « non-alliés » :

• Aciers de décolletage ;
• Aciers avec une teneur de manganèse supérieure à 1 %.

On indique la teneur en carbone, puis la liste des éléments (selon les symboles chimiques standard), par ordre de teneur décroissante, puis les teneurs multipliées par un facteur (puisque ces teneurs sont faibles) ; le facteur dépend de l'élément.

Facteur pour les aciers faiblement alliés :

• Coef. 4 : Cr, Co, Mn, Ni, Si, W
• Coef. 10 : Al, Be, Cu, Mo, Nb, Pb, Ta, Ti, V, Zr
• Coef. 100 : Ce, N, P, S
• Coef. 1000 : B

Par exemple, le 36NiCrMo16 (anciennement 35NCD16) contient 36/100 = 0,36 %m de carbone, 16/4 = 4 %m de nickel, ainsi que du chrome et du molybdène.

Aciers fortement alliés (groupe 2.3)

Au moins un élément a une teneur supérieure à 5%.
On commence par un X, suit la teneur en carbone, puis la liste des éléments et les teneurs des éléments principaux.
Par exemple, le X2CrNiMo18-10 est un acier fortement allié, contenant environ 0,02 % de carbone, contenant environ 18 % de chrome, et 10 % de nickel, contenant également du molybdène.

Aciers rapides (groupe 2.4)

On commence par HS (high speed), puis suit les teneurs en %m en tungstène, molybdène, vanadium et cobalt. Il contiennent tous au moins 0,7 % de carbone ainsi que 4 % de chrome, ces teneurs ne sont donc pas indiquées.
Par exemple, le HS2-9-1-8 contient environ 2 %m de tungstène, 9 %m de molybdène, 1 %m de vanadium et 8 %m de cobalt (et 0,7 % de carbone, 4 % de chrome).

La norme européenne EN 10027-2 (désignation numérique)

Cette norme reprend exactement les mêmes groupes que la EN 10027-1, mais désigne les aciers par un code numérique au lieu de la désigantion symbolique

Aciers non-alliés d'usage général (groupe 1)

• Aciers de base : la désignation est du type 1.00xx ou 1.90xx ;
• Aciers de qualité : 1.01xx à 1.07xx et 1.91xx à 1.97xx ;
• Aciers spéciaux : 1.10xx à 1.13xx,
• Aciers à outil : 1.15xx à 1.18xx.

Aciers faiblement alliés (groupe 2.2)

1.50xx à 1.84xx

Aciers fortement alliés (groupe 2.3)

• Aciers inoxydables : 1.40xx, 1.41xx, 1.43xx à 1.46xx ;
• Aciers réfractaires : 1.47xx, 1.48xx ;
• Avec propriétés à températures élevées : 1.49xx.

Aciers rapides (groupe 2.4)

• 1.32xx : avec Co
• 1.33xx : sans Co

Aciers à outil (autres qu'aciers rapides)

Les aciers à outil sont des aciers trempés, faiblement ou fortement alliés.

• 1.20xx : au Cr ;
• 1.21xx : au Cr et au Si, Mn ou Mn-Si ;
• 1.22xx : au Cr et au V, V-Si ou V-Mn-Si ;
• 1.23xx : au Cr-Mo, Cr-Mo-V ou Mo-V ;
• 1.24xx : au W ou Cr-W ;
• 1.25xx : au W-V ou Cr-W-V ;
• 1.26xx : au W, en dehors des nuances dans les séries 1.24xx et 1.25xx ;
• 1.27xx : au Ni ;
• 1.28xx : autres.

Les anciennes normes françaises

En France, les aciers ont d'abord été classés selon leur ductilité : acier extra doux, doux (Adx), demi-doux, demi-dur...
Puis, on les a classé selon leurs propriétés mécaniques, puisque c'était la préoccupation principale :

• Résistance à la rupture, Rmax, exprimée en daN/mm² (soit 10⁷ Pa), sous la dénomination « A R_max » :
• Aciers d'usage général et de construction mécanique (norme NF 35-501), par exemple, l'acier « A 33 » avait une résistance à la rupture de 33 daN/mm², 330 MPa),
• Aciers pour chaudières (norme NF A 36-205) : on ajoute C, ou bien CR si les propriétés sont garanties après relaxation à 600 °C, par exemple A 37 C 1
• Aciers pour appareils à pression (norme NF A 36-205) : on ajoute P, ou bien PR si les propriétés sont garanties après relaxation à 600 °C ;
• Limite élastique Re, sous la dénomination « E Re » :
• Pour les aciers non-alliés soudables à haute limite élastique (normes NF 36-201 et -203), par exemple, l'acier « E 24 » avait une limite élastique de 24 daN/mm², 240 MPa.

On peut établir les équivalences suivantes entre les deux normes :

• E 24 = A 37
• E 26 = A 42
• E 30 = A 48
• E 36 = A 52

On a créé d'autres normes selon les domaines. Par exemple, pour les tubes, on parlait d'acier « Tu 37 a » (« Tu » pour tube, « 37 » est le module à la rupture en daN/mm², « a » indique la pureté).

Au fur et à mesure, la composition de l'acier, l'alliage, est devenu de plus en plus important, en particulier pour l'application des traitements thermiques. On a donc indiqué la teneur en différents éléments.

Pour les aciers non alliés pour traitement thermique (norme NF A 35-551), on distinguait la série CC de la série XC ; cette dernière avait un contrôle plus important sur la composition, et notamment une teneur en soufre et en phosphore (éléments fragilisants) plus basse. On indiquait la teneur en carbone en pourcentage massique multiplié par 100 :

• Série CC :
  • CC 10 : teneur moyenne en carbone de 0,10 % ;
  • CC 20 : teneur moyenne en carbone de 0,20 % ;
  • CC 35 : teneur moyenne en carbone de 0,35 %.
• Série XC :
  • XC 10 : teneur moyenne en carbone de 0,09 % ;
  • XC 12 : teneur moyenne en carbone de 0,13 % ;
  • XC 18 : teneur moyenne en carbone de 0,19 % ;
  • XC 25 : teneur moyenne en carbone de 0,26 % ;
  • XC 32 : teneur moyenne en carbone de 0,32 % ;
  • XC 38 : teneur moyenne en carbone de 0,38 %.

Pour les aciers faiblement alliés, on indiquait la teneur en carbone comme ci-dessous, puis la liste des éléments d'alliage par ordre de teneur décroissante, suivi d'un coefficient de teneur pour l'élément le plus concentré, la teneur étant obtenue en divisant le coefficient par un facteur de 4 ou 10 selon les éléments.

Par exemple, l'acier 35 NCD 16 est un acier ayant environ 0,35 % de C (« 35 »), contenant environ 4 % de Ni (« N...16 »), ainsi que du Cr et du Mo en plus faible teneur (« CD »). En l'occurrence, la norme indique :

• C : 0,30 à 0,37 % ;
• Ni : 3,70 à 4,20 % ;
• Cr : 1,60 à 2 % ;
• Mo : 0,3 à 0,5 %.

Le 100 C 6 est un acier faiblement allié avec 1 % de carbone et 1,5 % de chrome.

Les aciers fortement alliés commençaient par « Z », suivi de la teneur en carbone (comme ci-dessus), et de la liste des éléments avec leur teneur sans facteur multiplicatif. Par exemple, l'acier Z 6 CN 18-09 contient environ 0,06 % de C, environ 18 % de Cr et 9 % de Ni.

Normes des États-Unis

Il existe plusieurs organismes normalisateurs ayant émis des normes concernant l'acier :

• ASTM (American Society for Testing and Material) ;
• AISI (American Iron Steel Institute) ;
• SAE (Society of Automotive Engineers) ;
• AWS (American Welding Society) ;
• API (American Petroleum Institute) ;
• ASME (American Society of Mechanical Engineers).

Exemple de dénominations :

• ASTM A53 et A 106 : Grade A - Grade B - Grade C ;
• ASTM A 333 : Grade 1 - Grade 6 ;
• API 5 A : H 40 - J 55 - K 55 - N 80 ;
• API 5 L : Grade A - Grade B ;
• API 5 LX : X 42 - X 46 - X 52 - X 56 - X 60 - X 65 - X 70 ;
• API 5 AX : P 105 - P 110 - S 135.

Il existe un système unifié, l'UNS, qui reprend les désignations des SAE, AISI et ASTM. On utilise :

• Pour les aciers non alliés ou faiblement alliés, la norme SAE : la nuance est désignée par un nombre de quatre chiffres, les deux premiers chiffres désignent le type d'acier et les deux dernier la teneur en carbone multipliée par 100 ; par exemple les aciers 10xx sont des aciers au carbone, le 1045 contient 0,45 % de C ;
  On ajoute parfois une lettre :
  • B : addition de bore,
  • F : addition de soufre (meilleure usinabilité),
  • H : trempabilité Jominy garantie,
  • L : addition de plomb (lead),
  • S : bas carbone,
  • Se : addition de sélénium (meilleure usinabilité) ;
• Pour les aciers inoxydables, la norme AISI : la nuance est désignée par un nombre de trois chiffres (p. ex. 316) ; on ajoute parfois une lettre :
  • L : acier bas carbone (low carbon),
  • N : addition d'azote,
  • F : addition de soufre (meilleure usinabilité),
  • Se : addition de sélénium (meilleure usinabilité).