Cet article concerne les techniques de cintrage et de roulage du tube en acier et en acier inoxydable. L’acier est l’un des métaux les plus utilisés pour la production et le travail de tubes ronds, carrés ou rectangulaires et profilés métalliques.
Les tubes en acier cintrés sont utilisés pour réaliser de très nombreux produits. En voici quelques exemples :
- Outillage de jardin
- Cabines
- Auvents
- Abribus
- Mains courantes d’escaliers
- Lustres
- Réverbères
- Tracteurs
- Compléments de mobilier urbain, comme bancs ou porte-vélos
- Engins de fitness
- Poignées de portes et barres anti-panique
Dans cet article, nous examinons les différences principales entre le tube en acier et le tube en acier inoxydable en approfondissant leurs caractéristiques, les secteurs d’application, les standards et les techniques de fabrication, en particulier le cintrage et le roulage.
Caractéristiques techniques du tube en acier
Comment produit-on un tube en acier ?
Le processus le plus commun de production des tubes en acier et en acier inoxydable utilise les cd.coils. Les coils sont des bobines issues de la tôle produite par la coulée de métal en fusion. Durant la première phase de production du tube en acier, les coils sont coupés longitudinalement pour former des bandes larges autant que le développement du diamètre du tube en acier que l’on désire obtenir.
Lors d’un second moment, on fait passer ces bobines dans une série de rouleaux. Enfin, le tube est soudé pour en fermer les extrémités.
Grâce à ce système, on peut réaliser aussi bien des tubes en acier ronds que des tubes carrés et rectangulaires. Avec l’aide de matrices on peut produire différents types de profilés en acier aux formes géométriques les plus variées.
Découvrez davantage: différence entre tubes ronds, carrés ou rectangulaires et profilés métalliques.
Types de tubes en acier selon les standards UNI – Les alliages
Les tubes en acier, aussi définis tubes en acier au carbone, sont subdivisés en deux grandes catégories
- Aciers doux : ce sont des tubes en acier très malléables et facilement usinables, ils ont une résistance mécanique élevée à la traction et à la compression ainsi qu’une résilience supérieure.
- Aciers durs : la caractéristique principale de ces tubes en acier est la dureté, qui toutefois les rend aussi plus sujets aux ruptures. Les tubes en acier dur sont plus difficiles à travailler que les tubes en acier doux. Ils sont idéaux pour des traitements thermiques, comme par exemple la nitruration ou la trempe.
Chaque type d’acier est défini par un sigle qui indique ses caractéristiques.
Le tableau suivant montre la signification des sigles de l’acier.
| Utilisation : Premier caractère du sigle Il peut être S, E ou P | S | Aciers pour utilisations structurelles | |
| E | Aciers pour constructions mécaniques | ||
| P | Aciers pour utilisations sous pression | ||
| CLimite d’élasticité : valeur numérique | 235 | Limite unitaire d’élasticité minimum Rp=235 N/mm2 | |
| 355 | Limite unitaire d’élasticité minimum Rp=355 N/mm2 | ||
| Degré de qualité : deux caractères | J | KV>=27J | R (à 20°) |
| K | KV>=40J | 0 (à 0°) | |
| I | KV>=60J | 2 (a – 20°) jusqu’à 6 (a – 60°) | |
| SÉtat de fourniture : lettre N,M,Q ou sigle G1, G2, G3 | N | Normalisé | |
| M | De traitement thermomécanique | ||
| Q | trempé et revenu | ||
| G1; G2; G3 | Effervescent; Calmé; Autre | ||
| Domaine d’utilisation : lettre : lettre L,S ou W | L | Basses températures | |
| S | Utilisations navales | ||
| W | Corrosion atmosphérique | ||
Donc, en considérant le tableau ci-dessus, le sigle S275JR indique que :
- S = acier pour utilisations structurelles
- 275 = limite unitaire d’élasticité minimum 275 N7mm2
- JR = résilience minimum égale à 20°
Vous pouvez lire un classement clair de la dureté de l’acier selon la teneur en carbone sur Wikipedia. Nous nous limiterons ici à dire que les caractéristiques du tube en acier, comme l’élasticité, la ténacité et en général son unisabilité dépendent des éléments de son alliage.
Les caractéristiques du tube en acier déterminent également son aptitude à une utilisation prévue particulière, comme par exemple la construction d’outils ou bien, dans le secteur de la construction, la construction de bâtiments.
Il est important de noter que, jusqu’en 2006, pratiquement un sigle différent indiquant le type d’alliage en acier existait dans chaque pays. Ce n’est qu’en 2006 qu’a été introduit un standard qui définit de façon univoque et commun les alliages de l’acier.
Le sigle actuel de l’acier S275JR par exemple, n’existait pas avant 2006 et correspondait à différents sigles en Italie, en Allemagne, en Espagne et aux États-Unis.
- Italie : Fe 430 B
- Allemagne : St 44-2
- Espagne : AE 275B
- États-Unis : A 529
Comme vous pouvez le voir dans l’exemple ci-dessus, l’acier S355JR était défini FE 510B en Italie, St 44-2 en Allemagne, AE355B en Espagne et A633 aux États-Unis.
Définition de l’acier avec le système alphanumérique et numérique
Il faut préciser que jusqu’à présent nous avons fait référence au standard européen UNI EN alphanumérique mais il existe aussi un standard UNI EN numérique, comme le montre le tableau suivant.
Le système alphanumérique désigne les aciers en fonction de leur utilisation et de leurs caractéristiques mécaniques et physiques. Le système numérique par contre définit l’acier avec un nombre caractéristique de 5 chiffres dont chaque valeur a sa propre signification :
- Le premier chiffre est le matériau
- Le second et le troisième chiffre indiquent le groupe du matériau de la réglementation de référence
- Le quatrième et le cinquième indiquent l’ordre séquentiel de chaque typologie de matériau
| DÉNOMINATION UNI EN 10027/1 (alphanumérique) | DÉNOMINATION UNI EN 10027/2 (numérique) |
|---|---|
| S235JR | 1.0038 |
| S235JO | 1.0114 |
| S235J2 | 1.0117 |
| S275JR | 1.0117 |
| S275JO | 1.0143 |
| S275J2 | 1.0145 |
| S355JR | 1.0045 |
| S355JO | 1.0553 |
| S355J2 | 1.0577 |
| S355K2 | 1.0596 |
| SJ450JO | 1.0590 |
| E295 | 1.0050 |
| E355 | 1.0060 |
| E360 | 1.0070 |
Le tube en acier inoxydable
Le type en acier inoxydable est aussi défini acier inoxydable dans la mesure où il contient un pourcentage (minimum) de chrome de 10,5 % qui confère au tube en acier sa capacité de résister à la corrosion.
Il existe différents types d’acier inoxydable :
- Aciers inoxydables martensitiques
- Aciers inoxydables austénitiques
- Aciers inoxydables ferritiques
- Aciers inoxydables austéno-ferritiques
Caractéristiques techniques du tube en acier inoxydable
Peut-être peut-on les synthétiser avec un tableau, genre celui ci-dessous. Peut-on aussi parler de l’importance d’une seule coulée ? de la provenance et de la traçabilité de l’acier ?
Les aciers inoxydables les plus utilisés dans le cintrage des tubes sont les aciers austénitiques. En particulier :
- AISI 304
- AISI 316
Que signifie AISI?
Le sigle AISI signifie American Iron and Steel Institute, l’association américaine productrice d’acier, d’où provient la dénomination standard.
| ACIERS INOXYDABLES |
|---|
| AISI 301 |
| AISI 304 |
| AISI 304L |
| AISI 310 |
| AISI 310S |
| AISI 316 |
| AISI 316L |
| AISI 321 |
| AISI 410 |
| AISI 420 |
| AISI 430 |
| AISI 2XX | Acier austénitique au chrome-nickel-manganèse |
| AISI 3XX> | Acier austénitique au chrome-nickel |
| AISI 4XX | Acier ferritique ou martensitique au chrome |
| AISI 5X | Acier martensitique au chrome moyen |
| AISI 6XX | Acier durcisseur par précipitation au chrome. |
Les deux derniers chiffres, qui ne sont pas indiqués dans ce tableau, servent par contre pour distinguer les différents types de matériaux.
Le sigle AISI peut aussi être accompagné d’une lettre qui a les significations suivantes :
| L | Présence de carbone, en pourcentages très faibles |
| Ti | Présence de titane |
| F | Présence de soufre |
| N | Présence d’azote |
Différence entre le tube en acier et le type en acier inoxydable
| Alliage métallique | Composition |
| Acier | Principalement fer et carbone |
| Acier inoxydable | Principalement carbone, chrome et nickel |
Le tableau suivant montre par contre certaines différences entre les tubes en acier et les tubes en acier inoxydable concernant le coût, l’usinabilité et la destination d’usage.
Considérons, en particulier, le prix de marché, l’aspect de la superficie du tube, la résistance à la corrosion et la facilité d’usinage, en particulier le cintrage, le roulage et le soudage.
| Tube en acier | Tube en acier inoxydable | |
|---|---|---|
| Prix de marché | – Coûteux | + Coûteux |
| Poids | Égal | Égal |
| Aspect de la surface | Opaque | Lumineux, réfléchissant |
| Résistance à la corrosion | Non | oui |
| Soudage | + simple | + difficile |
| Destination d’usage | Tubes non visibles. À moins qu’ils n’aient des finitions particulières (type vernissage, zingage) | Tubes visibles, d’habitude sans besoin de traitements particuliers |
Souvent le tube en acier inoxydable est considéré comme « meilleur » à cause de sa résistance à la corrosion et de ses caractéristiques mécaniques. En réalité, le choix de l’alliage métallique du tube – acier ou acier inoxydable – doit être fait en tenant compte de ces trois facteurs :
- Le prix
- Le poids
- l’utilisation finale, autrement dit sa destination d’usage.
Quand vaut-il mieux choisir le tube en acier inoxydable
Le tube en acier inoxydable n’est pas sujet à la corrosion (inoxydable) : pour cette raison, il est utilisé en milieu extérieur, en particulier à haute alcalinité (par exemple dans les zones maritimes) ou acidité.
D’habitude, le tube en acier inoxydable est préféré au tube an acier également quand l’aspect esthétique de la surface est particulièrement important, dans la mesure où le tube est visible.
Voici les secteurs industriels où le tube en acier inoxydable est le plus utilisé :
- Industrie alimentaire
- Secteur naval
- Mobilier d’intérieur, comme par exemples chaises ou porte-manteaux
- Mobilier urbain
- Installations natatoires artificielles
- Secteur médical
- Engins de fitness.
Dans cette vidéo on voit le cintrage d’un tube en acier inoxydable Ø20×2 pour produire une barre d’appui pour les sièges d’un manège d’un parc d’attraction. Le travail est accompli avec la technique du roulage : le tube a 4 courbes à rayon de cintrage fixe et 3 courbes à rayon variable. L’usinage est effectué par une machine de cintrage de tubes CNC qui permet de mettre en œuvre deux outillages différents.
Quand vaut-il mieux choisir le tube en acier
Le tube en acier, aussi appelé au carbone, est préféré au tube en acier inoxydable quand il doit être soudé. Un autre motif pour lequel on le préfère souvent au tube en acier inoxydable est son prix, nettement inférieur.
Enfin, il est souvent choisi pour la quantité plus élevée de finitions qui peuvent être réalisées durant son traitement et pour sa résistance plus élevée. Les secteurs industriels où l’on utilise beaucoup les tubes en acier sont :
- Charpenterie légère
- Charpenterie moyenne/lourde
- Production de machines agricoles
- Production de cabines pour tracteurs et autres machines
- Production de diverses structures métalliques
- Mobilier
- Machines pour le secteur forestier
- Remontées mécaniques
- Secteur ferroviaire, en particulier pour la production de châssis pour fenêtres (en aluminium aussi), accoudoirs des sièges ou poignées de soutien.
Cintrage du tube en acier : techniques et processus
Le cintrage et le roulage sont, avec le soudage et la découpe au laser, les principaux usinages du tube en acier.
Le cintrage du tube en acier se fait avec des machines particulières appelées cintreuses.
Grâce à cet usinage du tube, qui se fait à travers un processus de déformation, à froid ou à chaud, le tube est cintré sur la base d’un rayon fixe, appelé pour cette raison rayon de cintrage.
Le roulage du tube en acier s’effectue avec des machines dites calandres. Le processus de cintrage se fait en faisant passer un tube à travers 3 ou 5 rouleaux. Le roulage du tube en acier se différencie du cintrage dans la mesure où il est possible d’effectuer des rayons variables de cintrage sur le tube.
En outre, le rayon de cintrage qu’il est possible d’imprimer au tube en acier avec la technique du roulage est beaucoup plus ample que celui que l’on peut obtenir avec son cintrage à travers la déformation à froid.
La vidéo suivante montre une série de tubes, ronds, carrés et rectangulaires et de profilés spéciaux cintrés en acier, acier inoxydable et en aluminium avec nos machines cintreuses CNC à haute précision
Autres usinages du tube en acier
Les tubes ronds, carrés et rectangulaire et les profilés en acier et en acier inoxydable peuvent être usinés de nombreuses façons différentes, selon leur utilisation finale. Bon nombre de ces usinages du tube peuvent être effectués simultanément aussi bien au cintrage qu’au roulage du tube en acier :
- Découpe au laser – Machine qui permet de découper des barres de tube et d’effectuer des perçages, perçages évasés, coupes inclinées, fentes et marquages. La découpe au laser est désormais devenue un technique d’usinage du tube indispensable : elle permet d’effectuer une découpe du tube en acier avec une précision absolue.
- Soudage – Processus qui permet d’assembler des tubes différents. L’utilisation finale du tube cintré en acier a presque toujours besoin d’un assemblage avec d’autres tubes ou plaques pour permettre d’avoir un produit fini.
- Fraisage – Avec le fraisage, on effectue de nombreux travaux tels que des trous ou des découpes particulières sur le tube en acier à travers des machines spécifiques appelées centres d’usinage. Principalement utilisé pour des usinages que d’habitude on ne peut réaliser qu’après que le tube ait été cintré.
- Tournage – Travail qui permet de réduire l’épaisseur du tube en acier.
- Écrasement – Utilisé d’habitude pour écraser l’extrémité du tube.
- Marquage mécanique – Le marquage sert à identifier/nommer chaque tube produit. Cet usinage est effectué quand il est fondamental de garantir la traçabilité des tubes qui composent un produit.
- Découpage – Ce travail est effectué aux extrémités du tube, qui doivent être droites. Au cas où le tube n’aurait pas un extrémité droite ou bien si celle-ci était trop courte, le tube sera cintré avec une surépaisseur aux extrémités pour ensuite être ébarbé.
- Filetage – Usinage qui sert pour réaliser un filet dans le tube pour l’insertion d’une vis. Dans ce cas, le trou doit être privé d’ovalisations pour permette à la vis d’être facilement insérée.
