Comment l’élément d’alliage affecte-t-il l’acier inoxydable ?

La composition chimique a une grande influence sur la microstructure, les propriétés mécaniques, les propriétés physiques et la résistance à la corrosion de l'acier. Le chrome, le molybdène, le nickel et d'autres éléments d'alliage peuvent remplacer le sommet. L'angle du réseau austénitique et le centre des six côtés du cube le fer, le carbone et l'azote sont situés dans l'espace entre les atomes du réseau (position de l'espace) en raison du petit volume. , produisent d’énormes contraintes dans le réseau, deviennent donc des éléments de durcissement efficaces. Différents éléments d'alliage ont des effets différents sur les propriétés de l'acier, parfois bénéfiques et parfois nocifs. Les principaux éléments d'alliage de l'acier inoxydable austénitique ont les effets suivants :

 

Cr

Le chrome est un élément d'alliage qui rend l'acier inoxydable « antirouille ». Au moins 10,5% de chrome est nécessaire pour former le film de passivation de surface caractéristique de l'acier inoxydable. Le film de passivation peut permettre à l'acier inoxydable de résister efficacement à l'eau corrosive, à une variété de solutions acides et même à une forte oxydation de la corrosion des gaz à haute température. Lorsque la teneur en chrome dépasse 10,5%, la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable est améliorée. La teneur en chrome de 304 l'acier inoxydable est le 18%, et certains aciers inoxydables austénitiques de haute qualité ont une teneur en chrome aussi élevée que 20% à 28%.

 

Ni

Le nickel peut former et stabiliser la phase austénitique. 8%Ni fait Acier inoxydable 304, lui conférant les propriétés mécaniques, la résistance et la ténacité requises par l'austénite. Les aciers inoxydables austénitiques à haute performance contiennent de fortes concentrations de chrome et de molybdène, et du nickel est ajouté pour maintenir la structure austénitique lorsque davantage de chrome ou d'autres éléments formant de la ferrite sont ajoutés à l'acier. La structure austénitique peut être garantie par une teneur en nickel d'environ 20%, et la résistance à la rupture par corrosion sous contrainte de l'acier inoxydable peut être considérablement améliorée.

Le nickel peut également réduire le taux d'écrouissage lors de la déformation à froid, de sorte que les alliages utilisés pour l'emboutissage profond, le filage et la frappe à froid ont généralement une teneur élevée en nickel.

 

Mo

Le molybdène améliore la résistance à la corrosion par piqûres et fissures de l'acier inoxydable dans un environnement chloré. La combinaison de molybdène et de chrome, en particulier d'azote, confère à l'acier inoxydable austénitique haute performance une forte résistance aux piqûres et à la corrosion caverneuse. Le Mo peut également améliorer la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable dans des environnements réducteurs tels que l'acide chlorhydrique et l'acide sulfurique dilué. La teneur minimale en molybdène de l'acier inoxydable austénitique est d'environ 2%, comme l'acier inoxydable 316. Les aciers inoxydables austénitiques hautes performances avec la teneur en alliage la plus élevée contiennent jusqu'à 7,5% de molybdène. Le molybdène contribue à la formation de la phase ferrite et affecte l'équilibre des phases. Il est impliqué dans la formation de plusieurs phases secondaires nocives et formera des oxydes instables à haute température, aura un impact négatif sur la résistance à l'oxydation à haute température, l'utilisation d'acier inoxydable contenant du molybdène doit être prise en compte.

 

C

Le carbone stabilise et renforce la phase austénitique. Le carbone est un élément bénéfique pour l'acier inoxydable utilisé dans des environnements à haute température tels que les tubes de chaudières, mais peut dans certains cas avoir un effet néfaste sur la résistance à la corrosion. La teneur en carbone de la plupart des aciers inoxydables austénitiques est généralement limitée au niveau le plus bas possible. La teneur en carbone des qualités de soudage (304L, 201L et 316L) est limité à 0,030%. La teneur en carbone de certaines nuances hautement alliées hautes performances est même limitée à 0,020%.

 

N

L'azote stabilise et renforce la phase austénitique et ralentit la sensibilisation au carbure et la formation de phase secondaire. Les aciers inoxydables austénitiques standard et les aciers inoxydables austénitiques hautes performances contiennent de l'azote. Dans le grade à faible teneur en carbone (L), une petite quantité d'azote (jusqu'à 0,11 TP3T) peut compenser la perte de résistance due à la faible teneur en carbone. L'azote contribue également à améliorer la résistance aux piqûres de chlorure et à la corrosion caverneuse, de sorte que certains des aciers inoxydables austénitiques hautes performances les plus résistants à la corrosion ont une teneur en azote aussi élevée que 0,51 TP3T.

 

Mn

Les aciéries utilisent du manganèse pour désoxyder l’acier en fusion, de sorte qu’une petite quantité de manganèse reste dans tout l’acier inoxydable. Le manganèse peut également stabiliser la phase austénitique et améliorer la solubilité de l'azote dans l'acier inoxydable. Par conséquent, dans l’acier inoxydable de la série 200, le manganèse peut être utilisé pour remplacer une partie du nickel afin d’augmenter la teneur en azote, améliorer la résistance et la résistance à la corrosion. Le manganèse est ajouté à certains aciers inoxydables austénitiques hautes performances pour obtenir le même effet.

 

Cu

Le cuivre peut améliorer la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable dans les acides réducteurs, tels que certaines solutions mixtes d'acide sulfurique et phosphorique.

 

Si

En général, le silicium est un élément bénéfique dans l’acier inoxydable austénitique car il peut améliorer la résistance à la corrosion de l’acier dans des environnements acides concentrés et à forte oxydation. Il est rapporté que l'UNS S30600 et d'autres aciers inoxydables spéciaux à haute teneur en silicium présentent une résistance élevée à la corrosion par piqûre. Le silicium, comme le manganèse, peut également être utilisé pour désoxyder l'acier en fusion, de sorte que de petites inclusions d'oxyde contenant du silicium, du manganèse et d'autres éléments désoxydants restent toujours dans l'acier. Mais trop d’inclusions affecteront la qualité de surface du produit.

 

Nb et Ti

Ces deux éléments sont de puissants éléments formant du carbure et peuvent être utilisés à la place des qualités à faible teneur en carbone pour atténuer la sensibilisation. Le carbure de niobium et le carbure de titane peuvent améliorer la résistance à haute température. 347 et les aciers inoxydables 321 contenant du Nb et du Ti sont couramment utilisés dans les chaudières et les équipements de raffinage pour répondre aux exigences de résistance et de soudabilité à haute température. Ils sont également utilisés dans certains procédés de désoxydation comme éléments résiduels dans les aciers inoxydables austénitiques à hautes performances.

 

S et P

Le soufre est à la fois bon et mauvais pour l’acier inoxydable. Il peut améliorer les performances d'usinage, le préjudice est de réduire la maniabilité thermique, d'augmenter le nombre d'inclusions de sulfure de manganèse, ce qui entraîne une réduction de la résistance à la corrosion par piqûre de l'acier inoxydable. L'acier inoxydable austénitique de haute qualité n'est pas facile à traiter thermiquement, c'est pourquoi la teneur en soufre doit être contrôlée au niveau le plus bas possible, environ 0,001%. Le soufre n'est normalement pas ajouté comme élément d'alliage aux aciers inoxydables austénitiques à haute performance. Cependant, la teneur en soufre de l'acier inoxydable de qualité standard est souvent élevée (0,005% ~ 0,017%), afin d'améliorer la profondeur de pénétration de la soudure lors du soudage par autofusion et d'améliorer les performances de coupe.

Le phosphore est un élément nocif et peut nuire aux propriétés de travail à chaud du forgeage et du laminage à chaud. Lors du processus de refroidissement après le soudage, cela favorisera également l’apparition de fissures thermiques. La teneur en phosphore doit donc être contrôlée à un niveau minimum.