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 Angle du réseau d'austénite 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 une contrainte énorme 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 néfastes. 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 « sans rouille ». 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 de 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 hautes performances contiennent des concentrations élevées de chrome et de molybdène, et du nickel est ajouté pour maintenir la structure austénitique lorsque davantage de chrome ou d'autres éléments de formation de ferrite sont ajoutés à l'acier. La structure d'austénite 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 crevasses de l'acier inoxydable dans un environnement de chlorure. La combinaison de molybdène et de chrome, en particulier d'azote, confère à l'acier inoxydable austénitique hautes performances 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 plus forte teneur en alliages 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 chaudière, mais dans certains cas, il peut 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 grades de soudage (304L, 201L et 316L) est limité à 0.030%. La teneur en carbone de certaines nuances hautes performances fortement alliées est même limitée à 0.020%.

 

N

L'azote stabilise et renforce la phase austénitique et ralentit la sensibilisation du carbure et la formation de la 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 0.1 %) 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 meilleurs aciers inoxydables austénitiques hautes performances résistants à la corrosion ont une teneur en azote pouvant atteindre 0.5 %.

 

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 pour augmenter la teneur en azote, améliorer la résistance et la résistance à la corrosion. Le manganèse est ajouté à certains aciers inoxydables austénitiques haute performance 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 les environnements acides concentrés et à forte oxydation. Il est rapporté que UNS S30600 et d'autres aciers inoxydables spéciaux à haute teneur en silicium ont une résistance élevée à la corrosion par piqûres. 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 des carbures et peuvent être utilisés à la place des nuances 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 à haute température et de soudabilité. 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 mal est de réduire la maniabilité thermique, d'augmenter le nombre d'inclusions de sulfure de manganèse, ce qui réduit la résistance à la corrosion par piqûres de l'acier inoxydable. L'acier inoxydable austénitique de haute qualité n'est pas facile à chauffer, donc la teneur en soufre doit être contrôlée au niveau le plus bas possible, environ 0.001%. Le soufre n'est normalement pas ajouté en tant qu'élément d'alliage aux aciers inoxydables austénitiques à hautes performances. 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 du soudage par autofusion, 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. Dans le processus de refroidissement après soudage, cela favorisera également l'apparition de craquage thermique. Par conséquent, la teneur en phosphore doit être contrôlée à un niveau minimum.

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