Comment convertir les nuances d'acier ASTM

Spécification de l'acier pour la fabrication à l'étranger

Lors de la fabrication à l'étranger, les designers nord-américains peuvent avoir besoin de gérer les différences de langage parlé. La spécification technique est également un langage, et les spécifications standard pour les matériaux et les processus sont définies différemment dans chaque pays du monde. Pour un nouveau concepteur, les nuances d'acier peuvent sembler faciles, où l'acier inoxydable 316 est un matériau et la fonte un autre, mais il existe des variations dans chacune de ces catégories de métal. Les rumeurs abondent au sujet de personnes recevant des aciers de mauvaise qualité d'autres juridictions. Cela laisse certains concepteurs se demander s'il y a quelque chose d'intrinsèque dans les normes officielles d'autres pays qui peut conduire à ces plaintes.

Les normes internationales ne se traduisent pas, métal pour métal, comme des mots pourraient se traduire. Lors de la conversion d'une norme à une autre, il est presque impossible de trouver des compositions identiques pour un type de métal donné. La question devient :pouvez-vous trouver un équivalent ? Cela peut prêter à confusion, car chaque qualité de métal nommée a ses propres directives de chimie et de production.

Pour les personnes sans expérience en matériaux, ces différences peuvent rendre l'achat de métal fabriqué à l'étranger incertain, comme commander une contrefaçon de qualité inférieure. Cependant, la qualité des nuances d'acier est aussi bonne d'un pays à l'autre. Comprendre ce qui constitue une norme ou une spécification d'acier peut aider une entreprise nord-américaine à naviguer dans la production à l'étranger.

Les nuances d'acier expliquées

Les alliages métalliques sont un mélange de différentes proportions d'éléments. Une norme comprend la chimie, ou "recette" de l'alliage, documentant les différents éléments qui doivent y être fondus. Des instructions spécifiques peuvent également être données sur la température de fusion, le refroidissement et le traitement.

Les normes publiées enregistrent également les propriétés mécaniques d'un métal spécifié. S'il a été fabriqué correctement, un métal doit non seulement avoir l'analyse chimique correcte, mais également se comporter dans la plage correcte lors des tests mécaniques.

Les aciers contiennent du fer et du carbone. Les normes pour chaque nuance d'acier précisent les proportions en poids de chacun de ces éléments, ainsi que les éléments supplémentaires qui leur sont alliés. Ces ajouts peuvent créer des caractéristiques différentes :par exemple, le chrome est présent dans l'acier inoxydable pour aider à prévenir la rouille.

Dans la plupart des normes de consommation de métaux, les proportions de chaque élément se voient attribuer une plage acceptable, plutôt qu'un nombre précis. Par exemple, l'acier de qualité ASTM 1050 est ainsi nommé parce qu'il contient environ 0,50 % de carbone en poids. Cependant, la tolérance pour le pourcentage de carbone dans la norme ASTM 1050 est de 0,48 à 0,55 %. Une spécification japonaise similaire fixe le carbone entre 0,47 et 0,53 % et autorise le silicium et d'autres éléments traces, contrairement à la norme ASTM.

Les spécifications de l'acier fournissent souvent des plages pour le carbone, le manganèse, le silicium, le phosphore, le soufre, le chrome, le nickel et le molybdène, et aucune ne fixe de plages identiques pour chaque élément. C'est pour cette raison que les normes d'acier de différentes organisations ne correspondent pas exactement :les tolérances se chevauchent simplement. Si un acier spécifie une teneur en soufre inférieure à 0,007 % et qu'un autre autorise jusqu'à 0,040 %, s'agit-il d'aciers différents ? De petits changements n'ont pas d'importance dans de nombreuses situations, mais peuvent être pertinents en fonction de l'utilisation prévue du métal.

Ce n'est pas seulement la chimie, mais aussi la transformation, qui modifie le comportement d'un métal. Le métal est cristallin et forme des microstructures de grains en refroidissant. La chimie, la fusion, le refroidissement et le traitement thermique peuvent tous modifier le grain du métal. Cela influence directement la résistance à la traction, la dureté et la fragilité. Par conséquent, la spécification de l'acier peut également inclure les étapes de production nécessaires pour créer des microstructures particulières, notamment des grains de martensite, d'austénite ou de ferrite.

Lors d'une substitution entre une norme et une autre, un métallurgiste ou un ingénieur qualifié évaluera des nuances comparables en fonction des propriétés mécaniques. L'ingénieur considère ce que le produit final doit faire et dans quelles conditions. En utilisant leur compréhension de la chimie, la charge de travail prévue et la connaissance des conditions dans lesquelles le produit fonctionnera, ils peuvent trouver un acier pour les exigences du produit dans n'importe quelle norme. Toutes les normes acier reconnues ont généralement une rigueur équivalente, rendant cette traduction possible.

Ce n'est pas une différence dans les normes publiées qui sont la source de métaux étrangers de mauvaise qualité.

Guide des organismes de normalisation

Il existe de nombreux organismes de normalisation qui établissent des spécifications pour la fabrication.

Dans la plupart des pays, les normes sur les métaux ont été lancées lorsque les entreprises de fabrication de métaux se sont réunies pour créer et distribuer un "livre de recettes" pour les membres de leur industrie.

Au fur et à mesure que la révolution industrielle progressait, cette normalisation semblait être un tel avantage pour l'industrie que des organisations faîtières de normalisation, qui liaient différentes organisations apparentées, ont commencé à apparaître.

Par exemple, l'American Iron and Steel Institute (AISI) spécifie de nombreuses nuances d'acier; ils sont l'organisation de fabrication d'origine pour normaliser l'acier aux États-Unis. Leur expertise, ainsi que d'autres organismes intéressés par la production et l'utilisation de l'acier, a été utilisée pour créer l'American Standard for Testing and Materials (ASTM), une organisation de normalisation plus générale qui crée des documents pour la production et les tests dans de nombreux domaines de fabrication connexes. L'ASTM ne spécifie pas seulement l'acier, mais également d'autres matériaux (métaux, plastiques, peinture) ainsi que diverses procédures de test, de la mesure du poids des revêtements au test de la protection des bollards contre les attaques de véhicules.

Il existe également des organisations de haut niveau qui n'élaborent pas leurs propres normes, mais organisent plutôt d'autres organismes et accréditent ceux qui publient des documents de normes complets et rigoureux. L'ANSI, ou American National Standards, accrédite 41 organisations spécialisées similaires à l'ASTM. Ceux-ci incluent une gamme allant des coloristes textiles à l'industrie de l'entretien des arbres.

L'ISO, l'Organisation internationale de normalisation, est un organisme international de normalisation qui s'appuie sur des organismes membres, un de chaque pays, pour leur expertise. L'ANSI est l'organisme membre américain de l'ISO.

Naviguer dans cette hiérarchie de normes peut sembler impossible, mais comme beaucoup l'ont déjà fait, des métaux comparables sont connus pour les alliages les plus couramment utilisés.

Un échantillon d'organismes de normalisation spécifiant l'acier

Cette liste d'organismes de normalisation n'est pas complète, mais a été choisie pour refléter la complexité et la variation de la normalisation à travers le monde et démontrer les normes auxquelles un ingénieur métallurgiste peut se heurter lors de la spécification d'un produit.

Internationale

• ISO :Organisation internationale de normalisation
  • Il peut sembler que "ISO" soit un acronyme erroné. Ne devrait-il pas s'agir de "IOS" ? Non; ISO n'est pas censé être un acronyme. Le préfixe "iso" vient du grec et signifie "égal". L'ISO est un réseau mondial des principales organisations de normalisation dans chaque pays. L'ISO propose des normes pour les métaux distinctes mais informées par les organisations membres mondiales.
• ASTM International :norme américaine pour les essais et les matériaux
  • ASTM était à l'origine un organisme de normalisation américain, mais compte désormais 12 000 normes dans 140 pays participants. L'ASTM intègre les normes des petits organismes de normalisation dirigés par l'industrie (voir AISI et ASME ci-dessous.)

Amériques

• AISI :Institut américain du fer et de l'acier
  • Lancé en 1855 sous le nom d'American Iron Association pour "prendre les mesures appropriées pour faire avancer les intérêts du commerce dans toutes ses branches", l'AISI a été l'un des premiers à fournir des normes nord-américaines pour diverses gammes de produits en acier.
• ASME :l'American Society of Mechanical Engineers
  • Des ingénieurs mécaniciens ont fondé cette organisation en 1880. En 1905, l'explosion d'une chaudière a poussé l'ASME à chercher à créer des normes pour protéger et empêcher que des tragédies similaires ne se reproduisent. Les normes sur l'acier sont importantes pour l'ASME, car les propriétés des matériaux déterminent les charges de travail sûres.
• ANSI :Institut national américain de normalisation
  • ANSI est l'organisation faîtière de haut niveau assurant la surveillance aux États-Unis et est l'organisme américain membre de l'ISO. Créée en 1918, elle gère les normes consensuelles volontaires pour les produits, les services, les processus, les systèmes et le personnel aux États-Unis.
• Groupe CSA :Association canadienne de normalisation
  • L'Association canadienne de normalisation spécifie l'acier au Canada. Il s'est formé en 1919 lorsque l'industrie a constaté que l'incapacité de communiquer facilement rendait difficile pour les entreprises canadiennes de réagir assez rapidement à l'effort de guerre. La normalisation des processus industriels a permis à l'industrie de fusionner la production d'une manière qui n'avait jamais été tentée. La CSA travaille au niveau industriel, mais il existe un organisme supérieur, le CCN ou Conseil canadien des normes, qui est l'équivalent de l'ANSI. Au Canada, il s'agit d'une société publique et non privée.
• DGN :Dirección General de Normas
  • Cette organisation de normalisation est l'organisme mexicain membre de l'ISO. Il s'agit d'une agence gouvernementale plutôt que d'une agence volontaire, créant des normes et exerçant les pouvoirs et réglementations de plusieurs départements gouvernementaux.

Europe

L'Europe compte trois organismes de tutelle :le CEN, le CENELEC et l'ETSI. Dans les spécifications de l'acier, il est plus courant de rencontrer les éléments suivants :

• DIN :Deutsches Institut für Normung
  • Fondée en tant qu'organisation de normalisation industrielle en 1917, DIN a été refondue en tant qu'organisation de normalisation majeure dans les années 1920. Il s'agit de l'organisme membre allemand de l'ISO.
• Groupe BSI :Institut britannique de normalisation
  • BSI a été le premier organisme national de normalisation au monde, créé en 1901. L'une de ses toutes premières spécifications concernait l'acier à utiliser dans les tramways, afin d'assurer la sécurité et la durabilité. C'est l'un des fondateurs de l'ISO et le membre britannique de cette organisation.

Asie

• JISC :comité japonais des normes industrielles
  • Le JISC est l'organisme japonais membre de l'ISO et gère les JIS, ou normes industrielles japonaises, qui ont été établies pendant la Seconde Guerre mondiale pour simplifier la production de matériaux. En 1949, des lois ont été promulguées pour créer le fondement juridique du JIS.
• GB :Guobiao
  • L'Administration chinoise de normalisation (SAC) est l'organisme membre de l'ISO. Les normes qu'elle émet sont connues sous le nom de normes GB ou Guobiao. Celles-ci constituent la base des tests et de la certification des produits en Chine.

Préciser en pratique

Dans toutes ces spécifications, il existe souvent des substitutions claires pour les alliages couramment utilisés. L'acier ASTM 1050 mentionné précédemment peut être remplacé par GB # 50 ou JIS S 50 C. Pour chaque spécification, il existe de petites variations dans la chimie. Un ingénieur connaissant l'application peut indiquer si ces différences poseront un problème au produit final.

Dans la plupart des cas, ce qui change vraiment, ce n'est pas le métal, mais la paperasse. Même si les normes sont légèrement différentes, le matériel qui sortira à la fin sera quasiment le même. En cela, spécifier le métal revient un peu à mélanger des couleurs de peinture, dans lesquelles des ajouts mesurés de pigment sont ajoutés à une peinture de base. Deux couleurs presque identiques seront appelées des noms différents par différents fabricants et auront des allocations de pigments variables. De plus, chaque lot mélangé de peinture peut être très différent du précédent. Pourtant, les experts savent quelles substitutions peuvent être faites entre les fabricants, et un vert fluo ne sera jamais confondu avec un rouge rubis.

De même, un métallurgiste saura ce que signifie « suffisamment proche ». Lors de la conception d'un produit, les ingénieurs incluront un facteur de sécurité. Cela signifie qu'ils surdimensionnent le produit, afin que le matériau puisse résister à des forces supérieures à celles pour lesquelles ils sont conçus (un facteur de sécurité typique lorsque la vie humaine est en jeu est un facteur de cinq). Ce facteur de sécurité est généralement supérieur d'au moins un ordre de grandeur aux légères variations des propriétés mécaniques qui existent entre les normes, de sorte que les variations ne deviennent pas des problèmes de conception.

Les exceptions à cela sont dans les applications militaires et aérospatiales, où la tolérance à la variance est beaucoup, beaucoup plus petite. Même un léger changement dans les propriétés mécaniques peut être catastrophique. Pour ces cas, la même norme doit toujours être rigoureusement appliquée.

Acheteur méfiez-vous—dans n'importe quelle juridiction

La paperasse est assez facile à faire. Les normes ne sont pas si différentes, ni si bâclées, que ce sont les raisons des rumeurs sur l'acier étranger.

Ce qui importe le plus, c'est le contrôle de la qualité au sein de l'usine. Un bon acier doit être exempt d'inclusions, homogène partout et présenter des défauts très mineurs et principalement de surface. En fonderie, il existe de nombreux endroits où une nuance d'acier bien spécifiée pourrait être mal fabriquée :stock d'entrée, âge et entretien des fours, temps de chauffe, décrassage, artisanat du modèle, et soin apporté à la coulée. contribuer au succès du produit fabriqué.

De l'acier de mauvaise qualité peut être produit selon n'importe quelle spécification, s'il n'est pas fabriqué avec soin.

Faire la paperasse n'est pas aussi important que de s'assurer qu'un fabricant produit de la qualité avec soin et attention. C'est l'une des raisons pour lesquelles l'acier d'autres juridictions peut avoir une mauvaise réputation. Lorsque vous commandez de loin, ne pas visiter l'usine peut signifier manquer ces indices qui suggèrent qu'un fabricant est bâclé dans son travail. Si le fabricant est à l'autre bout du monde plutôt qu'en bas du bloc, c'est plus difficile à évaluer.

Cependant, les voyages d'affaires rendent le monde beaucoup plus petit qu'il ne l'était autrefois. Les relations et la surveillance tout au long de la chaîne d'approvisionnement sont aussi importantes dans une économie mondiale que dans une économie locale. Rencontrer des gens et apprendre qui ils sont, examiner ce qu'ils apprécient dans leur entreprise, fait toute la différence lors de la recherche du bon fournisseur. L'assurance qualité aux deux extrémités est importante pour surveiller les écarts qui peuvent survenir au cours d'un cycle de production.

Comme tant d'autres choses en affaires, le problème est humain. Les normes et l'automatisation sont importantes, mais elles ne remplacent pas un bon jugement et un engagement envers l'excellence. En fin de compte, la qualité de l'acier est le fruit du soin et de l'attention apportés à la fabrication, quelle que soit la juridiction dans laquelle il est fabriqué.

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