L’histoire de la production de l'acier, comme la plupart des histoires de découvertes et progrès techniques, n'est pas linéaire. On trouve des aciers à divers endroits de la planète au cours de l'histoire. Certaines innovations apparaissent sans se répandre : l'Europe découvre l'utilisation de la houille après la Chine, les Arabes ne connaissant pas ce combustible. D'autres se diffusent différemment : l'adoption de l'énergie hydraulique permet au haut fourneau d'être réinventé partout où le minerai de fer s'y révèle compatible.

Avec la Renaissance commence un inventaire des techniques, dont l'analyse se poursuit par des méthodes scientifiques jusqu'à la fin du . Ces techniques, qui restent marquées par les contraintes locales et la transmission du savoir-faire, persisteront jusque dans la seconde moitié du . C'est en effet à cette époque qu'apparaissent les innovations les plus marquantes. Toutes sont liées à la mise au point du procédé indirect : le couple constitué par le haut fourneau et le convertisseur fonde la sidérurgie moderne.

Enfin, la sidérurgie de la fin du est contrainte de muter brutalement. La possibilité d'utiliser massivement des énergies et des procédés jusque-là coûteux ou complexes, comme l'électricité ou l'injection d'oxygène pur, permet l'utilisation d'outils dont les performances surclassent indiscutablement ceux de la révolution industrielle.

Fer, fonte, acier, une définition changeante au cours du temps Depuis l'Âge du fer, le minerai de fer est travaillé à relativement basse température, dans un bas fourneau. On obtient une masse hétérogène, la « loupe », qui est martelée pour en enlever les scories. Les artisans remarquent très tôt que les blocs de métal obtenus n'ont pas tous les mêmes propriétés. Les progrès de la science permettent par la suite de classer les différents alliages selon leur composition chimique.

L'Antiquité Si les Grecs antiques distinguaient déjà le fer de l'acier, il est probable que la signification historique de ces deux mots soit déformée par nos connaissances actuelles.. En effet, deux mots coexistaient : sídēros (), qui désigne le fer, était aussi bien employé pour la production (mine de fer), l'usage (fabriqué en fer, tressé en fer), l'emploi (couper avec du fer) et la symbolique (dur comme fer, au cœur de fer). Il semble même que ce terme ait désigné les métaux d'une manière générale. L'autre mot, khályps, khálybos (, ), désigne plus précisément l'acier ; il se réfère aux Chalybes, un peuple d'Anatolie auquel Strabon attribuait l'invention de la sidérurgie., et serait apparenté au hatti ḫapalki et au hourrite ḫabalgi, tous deux au sens de « fer ». Selon le doxographe grec du Théophraste, ce serait Délas, un Phrygien, qui aurait inventé le fer : Livre VII. Théophraste a écrit un Traité sur les métaux, dont le titre originel n'est pas sans rappeler le mot métal - Lisez Péri ton metalleuomenon, mais le terme de Théophraste metálleuta () désigne le mot général utilisé. La métallurgie du fer était déjà élaborée, puisque les Grecs pratiquaient la cémentation pour durcir le fer et obtenir ainsi de l'acier.

Le latin adopte aussi l'hellénisme chalybAssimilé à tort par lEncyclopédie de Diderot et D'Alembert à un fleuve d’Espagne dont l'eau favoriserait la trempe ; voir . pour désigner l'acier, le mot sideros n'étant utilisé que marginalement. Le terme général ferrum, d'origine sémitique (cfr. phénicien barzel, assyrien parzillu), désigne le fer par opposition aux autres métaux, quelle que soit sa résistance ou son utilisation. C'est ce mot qui sera conservé dans les langues romanes (ferro en italien, fèrre en occitan, hierro en espagnol, fier en roumain).

Le Moyen Âge De manière globale, le terme « acier » désigne les alliages qui prennent la trempe, c'est-à-dire qui durcissent lorsque l'on trempe dans l'eau le métal chauffé au rouge. Le terme de « fer » désigne le métal qui ne durcit pas par trempe. Cette acception reste de nos jours dans les expressions « fer forgé » ou bien « fer plat », « fer U » et « fer I » qui sont des pièces en acier — au sens moderne du terme — ne prenant pas la trempe.

Réaumur, Monge, Berthollet et Vandermonde

Vers 1720, Réaumur étudie, en appliquant des règles scientifiques et même industrielles (calcul de prix de revient), les méthodes de fabrication du fer. Il affirme contre l'esprit commun de l'époque que .. Mais il faut attendre l'extrême fin du pour que la distinction entre « fer », « acier » et « fonte » se fonde sur le taux de carbone contenu dans l'alliage.

Pendant la Révolution française, comme beaucoup de scientifiques, Monge, Berthollet et Vandermonde se mettent au service de la République. La France en guerre a besoin d'acier pour fabriquer des armes. Pour stimuler l'industrie nationale, très dépendante des importations de métal, ils synthétisent les connaissances et les pratiques de l'époque dans lAvis aux ouvriers français en fer sur la fabrication de l'acier 3. Dès le début, les auteurs établissent clairement la distinction entre fer, acier et fonte, en se fondant sur le taux de carbone :

Cependant, quelques erreurs subsistent sur le rôle de l'oxygène, et on ignore à l'époque l'influence des autres éléments, comme le silicium. En effet, le texte continue ainsi :

Dans son ouvrage Description de l'art de fabriquer des canons, Monge rappelle que l'acier est .. Le pluriel apparaît : si la définition de l'acier reste fondée sur sa teneur en carbone, il reste encore à expliquer la variété des propriétés de cet alliage.

Définition actuelle

Les alliages ferreux sont composés majoritairement de l'élément chimique fer. La distinction entre les trois familles d'alliages ferreux est fondée sur le taux de carbone contenu dans l'alliage, et en particulier sur la présence d'une phase eutectoïde ou eutectique : fer industriel et acier extra-doux : < 0,050 % de carbone ; acier : entre 0,050 % et 2,1 % de carbone : présence d'une phase eutectoïde ; fonte : entre 2,1 % et 6,67 % de carbone : présence d'une phase eutectique.. Dans le cas du fer industriel, le carbone est entièrement dissous. Dans les aciers, une partie est sous la forme de précipités de carbures. Dans le cas des fontes, on peut avoir des précipités de carbure ou de graphite.

La définition par le taux de carbone est assez théorique, elle est établie pour un alliage purement binaire fer-carbone sans autre élément d'alliage. C'est une situation exceptionnelle qui ne tient compte ni des impuretés ni d'éventuels éléments d'alliages ajoutés volontairement.

Protohistoire : apparition de la métallurgie du fer

L'âge du fer débute entre le et le millénaire , mais on ne sait encore que peu de chose sur sa genèse. Le consensus actuel, qui attribue aux Indo-Européens. parmi eux les Hittites l'invention de la production de fer et d'acier., s'appuie essentiellement sur la découverte d'objets en fer en Anatolie et contemporains à leur culture : c'est avec eux que le fer commence à se substituer au cuivre et au bronze dans la fabrication des armes (lance, épée, poignard, hache). Ainsi, un des objets en fer non météoritique parmi les plus anciens jamais trouvés est une lame de dague, trouvée dans une tombe hattie, datée de -2500.. Cependant, la métallurgie du fer a peut-être été inventée indépendamment en Afrique subsaharienne... La question de savoir si la métallurgie africaine a été inventée indépendamment de celle du reste du monde n'est pas tranchée par la communauté scientifique..

De -2000 à -1600 (l'âge du bronze moyen au Proche-Orient), seul un nombre très restreint d'objets en fer nous est parvenu : quatre ont été trouvés en Asie Mineure, un en Crète et deux à Chypre. Mais les premières traces écrites évoquant la production de fer apparaissent à cette époque. Les écrits trouvés à Kültepe, Alalakh et Mari suggèrent que le fer était produit en Anatolie orientale depuis la fin du et que le métal était alors précieux, sa disponibilité comme sa qualité restant très aléatoire..

À partir de -1500, les objets en fer non météoritique deviennent de plus en plus présents dans l'Est du bassin méditerranéen, mais ils demeurent rares : le bronze apparaît comme étant, de loin, le métal le plus employé.. C'est vers le que le fer devient un métal plus courant, dans une zone allant de l'Afrique subsaharienne à l'Inde. Du fait, soit de problèmes d'approvisionnement en cuivre ou en étain., soit, plus probablement, de la diffusion de la technologie de réduction du minerai de fer., l'âge du fer succède alors à celui du bronze au Levant, à Chypre, en Grèce, en Crète, en Égypte et en Anatolie. L'origine de la dague de fer trouvée dans la tombe de Toutânkhamon a longtemps été sujette à débat, mais ses teneurs en nickel et en cobalt mesurées en 2016 ont montré qu'il s'agissait de fer météorique.

+ Cours du fer par rapport à l'argent dans l'antiquitéÉpoqueFerArgent14012231

Si l'on en croit un texte akkadien du avant notre ère trouvé à Kültepe, le fer coûtait alors huit fois plus cher que l'or.. Au , un document comptable précise que d'argent sont équivalents à de fer.. Au avant notre ère, en Grèce, d’argent ne coûte plus que le prix de de fer.. Le fer est alors devenu un matériau utilitaire, et les armes fabriquées à base de fer se multiplient : une découverte importante de cette époque est un stock de Sargon II de de fer à Dur-Sharrukin, avec tout un ensemble d'objets, dont des loupes forgées, des outils et des armes.

Peu de sites de production de fer ont été par contre découverts. Malgré des découvertes de laitier sur certains sites archéologiques du , Jane Waldbaum constatait qu'en 1978, . En 1998, le constat était le même, les plus anciens bas fourneaux actuellement connus, à Tell Hammeh en Jordanie, n'ayant été datés que de -930. Mais même sur ce site, où de nombreuses tuyères ont été retrouvées avec une grande quantité de laitier, . De fait, la connaissance actuelle des procédés primitifs est essentiellement issue de reconstitutions de bas fourneaux :

Antiquité et Moyen Âge : l'acier « artisanal » Chine Production de fer, ses transformations en fonte ou en acier

C'est pendant la période des Printemps et Automnes (771 à 453 ), bien que le bronze reste le métal dominant., que le fer, issu d'une loupe obtenue au bas fourneau, apparait et supplante progressivement le fer météorique..

La Chine est riche en minerai de fer, et l'argile utilisée s'avère être un excellent matériau réfractaire. Avec la mise au point de puissants soufflets, les artisans de l'époque y disposent des techniques nécessaires à la maîtrise de la fusion du fer.. Il est alors fondu dans des fours de fusion au rôle semblable au cubilot.. Mais lorsque le fer chaud entre au contact avec le charbon de bois, il absorbe le carbone contenu dans le combustible jusqu'à s'en saturer. On obtient alors de la fonte, plus facile à fondre que le fer, homogène et débarrassée des impuretés présentes dans la loupe.

Les objets en fonte moulée apparaissent donc très tôt en Chine, peu après le fer, dès . La fonte se généralise pendant la période des Royaumes combattants (500 à 221 )., au cours de laquelle les outils agricoles et les armes en fonte deviennent très répandus, tandis que les fondeurs du emploient des équipes de plus de deux cents hommes.. En effet, les Chinois comprennent très tôt, 20 siècles avant les Européens, les qualités de ce matériau et développent l'art de la fonderie, produisant des objets complexes et de qualité (comme des socs de charrue). À partir du , la fonte blanche, cassante, est convertie, par un long recuit d'une semaine, en fonte malléable..