Métallurgie et spécifications
L'acier est défini comme un matériau dont la teneur massique en fer est supérieure à celle de tout autre élément chimique et dont la teneur en carbone est généralement inférieure à deux pour cent.
L'acier peut être classé en trois catégories de base :
- Acier non allié
- Acier allié
- Acier inoxydable
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Acier non allié - L'acier de base auquel aucune quantité significative d'alliage n'a été délibérément ajoutée.
Acier allié - L'acier de base auquel on a ajouté des éléments d'alliage. Les éléments d'alliage les plus importants sont l'aluminium (AI), le bore (B), le cobalt (Co), le chrome (Cr), le cuivre (Cu), le manganèse (Mn), le molybdène (Mo), le niobium (Nb), le nickel (Ni), le phosphore (P), le plomb (Pb), le soufre (S), le silicium (Si), le titane (Ti), le vanadium (V) et le tungstène (W).
Acier inoxydable - Les aciers inoxydables contiennent une fraction de masse d'au moins 10,5 % de chrome et un maximum de 1,2 % de carbone. Les autres éléments d'alliage importants sont le nickel, le molybdène, le cuivre et bien d'autres, en fonction des propriétés souhaitées et de l'application. Les aciers qui ne forment pas de rouille dans l'environnement naturel sont généralement appelés aciers inoxydables. Le groupe le plus important parmi les aciers inoxydables est celui des aciers inoxydables austénitiques, qui contiennent au minimum 18 % de chrome et 8 % de nickel. Les aciers inoxydables austénitiques ne sont pas magnétisables. En raison de leur structure austénitique, ils présentent une bonne ductilité et, à basse température, ils sont très faciles à déformer à froid et à souder.
Effet des éléments d'alliage dans l'acier
Les propriétés de l'acier peuvent varier d'un pays à l'autre.
Certains éléments d'alliage sont importants pour la production d'acier lors de la fusion, en particulier l'aluminium et le silicium.
L'aluminium est, outre le silicium, l'agent désoxydant le plus important. Dans l'acier désoxydé, la teneur en aluminium est généralement d'environ 0,01 % Al. Dans l'acier nitruré, avec des teneurs typiques de 0,8 à 1,2 % Al, l'aluminium augmente la dureté de la couche de surface dure et sa résistance à l'usure.
Dans les aciers à haute température, de faibles quantités d'aluminium augmentent la résistance à haute température.
Le chrome augmente la capacité de durcissement des aciers traitables à chaud et accroît la résistance à la traction tout en ne réduisant que légèrement la ductilité. Utilisé dans les aciers pouvant être traités thermiquement jusqu'à 3,5 %, le chrome augmente la profondeur de trempe effective lorsque de grands diamètres ou de grandes épaisseurs sont traités thermiquement. La décarburation de l'acier d'hydrogénation à haute pression est minimisée par un alliage allant jusqu'à 12 % de Cr.
Le cobalt est utilisé comme élément d'alliage pour les aciers fortement alliés. Les aciers maraging contiennent jusqu'à 12 % de Co. Les aciers à outils, en particulier les aciers à haute vitesse, contiennent jusqu'à 10 % de Co afin d'obtenir une dureté élevée dans les applications à température élevée.
Le cuivre est utilisé dans les aciers au carbone pour augmenter la résistance à la corrosion atmosphérique. Dans certaines nuances d'acier inoxydable austénitique fortement allié, le cuivre est ajouté pour augmenter la résistance au fluage ou à la corrosion.
Le manganèse est largement utilisé pour la désoxydation et est donc présent en petites quantités dans presque tous les aciers. L'introduction de manganèse dans un alliage est souvent une solution économique pour augmenter la résistance ou améliorer la trempabilité des aciers. La teneur maximale peut atteindre 14 % dans les aciers austénitiques au manganèse résistants à l'abrasion.
Le molybdène Jusqu'à 2 % de molybdène est utilisé comme élément d'alliage dans différentes nuances d'aciers. Dans les aciers faiblement alliés, il augmente la capacité de durcissement de l'acier et empêche la fragilité des aciers à traitement thermique alliés au chrome et au manganèse. Dans les aciers à outils, sa capacité à induire des carbures est utilisée pour augmenter la résistance à l'abrasion et la résistance au revenu.
Le nickel est utilisé comme élément d'alliage pour diverses nuances d'acier et applications.
Avec jusqu'à 2,2 % dans les aciers de cémentation et les aciers à traitement thermique, il augmente la ductilité en induisant une structure de grains fins et permet une trempe et un revenu sur tout le diamètre.
La ductilité à basse température des aciers faiblement et fortement alliés est améliorée par un alliage allant jusqu'à environ 10 % de Ni.
Les aciers inoxydables austénitiques contiennent au minimum 18 % de chrome et 8 % de nickel.
Le silicium est un puissant désoxydant et présente en outre les avantages suivants .
Le soufre est - comme le phosphore - considéré comme un élément indésirable - sauf pour des applications spéciales - qui forme des impuretés dans l'acier et diminue la ductilité de différentes manières.
Le titane est utilisé dans les aciers à grains fins pour créer la structure à grains fins par précipitation de carbures de titane à haute température. Cela permet d'augmenter la ductilité, la résistance et la soudabilité.
Le tungstène est allié jusqu'à environ 8 % dans divers aciers à outils pour améliorer la dureté et la résistance à l'usure à des températures normales et élevées.
Le vanadium peut être allié à moins de 0,1 % aux aciers à grains fins avec un effet similaire à celui du titane, et est également allié à des teneurs allant jusqu'à 4 % aux aciers à outils pour améliorer la dureté et la résistance à l'usure.Le vanadium est allié à des teneurs allant jusqu'à 4 % aux aciers à outils pour améliorer la dureté et la résistance à l'usure.
