Combinaison d'éléments en acier allié

Les principaux éléments d'alliage de l'acier allié sont le silicium, le manganèse, le chrome, le nickel, le molybdène, le tungstène, le vanadium, le titane, le niobium, le zirconium, le cobalt, l'aluminium, le cuivre, le bore, les terres rares, etc.
1. Carbone (C) : Plus la teneur en carbone de l'acier augmente, plus la limite d'élasticité et la résistance à la traction augmentent, mais plus la plasticité et la résistance aux chocs diminuent. Lorsque la teneur en carbone dépasse 0,23 %, les performances de soudage de l'acier se dégradent, ce qui explique son utilisation pour le soudage. Pour les aciers de construction faiblement alliés, la teneur en carbone ne dépasse généralement pas 0,20 %. Une teneur élevée en carbone réduit également la résistance à la corrosion atmosphérique de l'acier, et l'acier à haute teneur en carbone utilisé dans les parcs à bestiaux à ciel ouvert rouille facilement ; de plus, le carbone peut augmenter la fragilité à froid et la sensibilité au vieillissement de l'acier.
2. Silicium (Si) : Le silicium est ajouté comme agent réducteur et désoxydant lors de la fabrication de l'acier. L'acier calmé contient donc entre 0,15 et 0,30 % de silicium. Si la teneur en silicium de l'acier dépasse 0,50 à 0,60 %, le silicium est considéré comme un élément d'alliage. Le silicium peut augmenter considérablement la limite d'élasticité, la limite d'élasticité et la résistance à la traction de l'acier, ce qui le rend largement utilisé dans l'acier à ressort. L'ajout de 1,0 à 1,2 % de silicium à l'acier de construction trempé et revenu peut augmenter sa résistance de 15 à 20 %. Le silicium est associé au molybdène, au tungstène, au chrome, etc., pour améliorer la résistance à la corrosion et à l'oxydation, et peut être utilisé pour fabriquer de l'acier réfractaire. L'acier à faible teneur en carbone contenant entre 1 et 4 % de silicium présente une perméabilité magnétique extrêmement élevée et est utilisé dans l'industrie électrique pour la fabrication de tôles d'acier au silicium. Une teneur accrue en silicium réduit les performances de soudage de l'acier.

3. Manganèse (Mn) : Dans le processus de fabrication de l'acier, le manganèse est un bon désoxydant et désulfurant. Généralement, l'acier contient 0,30 à 0,50 % de manganèse. Lorsqu'on ajoute plus de 0,70 % de manganèse à l'acier au carbone, on parle d'« acier au manganèse ». Un acier contenant une plus grande quantité d'acier que l'acier ordinaire présente non seulement une ténacité suffisante, mais aussi une résistance et une dureté supérieures, une meilleure trempabilité et une meilleure aptitude au travail à chaud. Par exemple, la limite d'élasticité de l'acier 16Mn est 40 % supérieure à celle de l'acier A3. L'acier contenant 11 à 14 % de manganèse présente une résistance à l'usure extrêmement élevée et est utilisé dans les godets d'excavatrices, les revêtements de broyeurs à boulets, etc. Une teneur élevée en manganèse affaiblit la résistance à la corrosion de l'acier et réduit les performances de soudage.
4. Phosphore (P) : En conditions normales, le phosphore est un élément nocif de l'acier. Il augmente sa fragilité à froid, dégrade ses performances de soudage, réduit sa plasticité et ses performances de pliage à froid. Par conséquent, la teneur en phosphore de l'acier doit généralement être inférieure à 0,045 %, et les exigences pour un acier de haute qualité sont encore plus faibles.
5. Soufre (S) : Le soufre est également un élément nocif en conditions normales. Il fragilise l'acier à chaud, réduit sa ductilité et sa ténacité, et provoque des fissures lors du forgeage et du laminage. Le soufre nuit également aux performances de soudage et réduit la résistance à la corrosion. Par conséquent, la teneur en soufre requise est généralement inférieure à 0,055 %, et pour un acier de haute qualité, inférieure à 0,040 %. L'ajout de 0,08 à 0,20 % de soufre à l'acier peut améliorer l'usinabilité ; on parle alors d'acier de décolletage.
6. Chrome (Cr) : Dans l'acier de construction et l'acier à outils, le chrome peut améliorer considérablement la résistance, la dureté et la résistance à l'usure, mais en même temps réduire la plasticité et la ténacité. Il peut également améliorer la résistance à l'oxydation et à la corrosion de l'acier, ce qui en fait un élément d'alliage important pour l'acier inoxydable et l'acier réfractaire.

7. Nickel (Ni) : Le nickel peut améliorer la résistance de l'acier tout en conservant une bonne plasticité et une bonne ténacité. Il présente une grande résistance à la corrosion par les acides et les bases, ainsi qu'une résistance à la rouille et à la chaleur à haute température. Cependant, le nickel étant une ressource rare, d'autres éléments d'alliage devraient être utilisés à la place de l'acier nickel-chrome.
8. Molybdène (Mo) : Le molybdène permet d'affiner les grains de l'acier, d'améliorer la trempabilité et la résistance thermique, et de maintenir une résistance mécanique et une résistance au fluage suffisantes à haute température (une contrainte prolongée à haute température entraîne une déformation, appelée fluage). L'ajout de molybdène à l'acier de construction peut améliorer les propriétés mécaniques. Il peut également supprimer la fragilité de l'acier allié due à la trempe. Dans l'acier à outils, la rougeur peut être améliorée.
9. Titane (Ti) : Le titane est un puissant désoxydant de l'acier. Il peut densifier la structure interne de l'acier et affiner la force du grain ; réduire la sensibilité au vieillissement et la fragilité à froid. Il améliore les performances de soudage. L'ajout de titane approprié à l'acier inoxydable austénitique au chrome-nickel-18 permet d'éviter la corrosion intergranulaire.
10. Vanadium (V) : Le vanadium est un excellent désoxydant pour l'acier. L'ajout de 0,5 % de vanadium à l'acier permet d'affiner les grains de la structure et d'améliorer la résistance et la ténacité. Le carbure formé par le vanadium et le carbone peut améliorer la résistance à la corrosion par l'hydrogène à haute température et sous haute pression.

11. Tungstène (W) : Le tungstène a un point de fusion élevé et une densité élevée. C'est un alliage indispensable à la vie. Le tungstène et le carbone forment du carbure de tungstène, qui présente une dureté et une résistance à l'usure élevées. L'ajout de tungstène à l'acier à outils peut améliorer considérablement la dureté rouge et la résistance thermique. Il est utilisé comme outils de coupe et matrices de forge.
12. Niobium (Nb) : Le niobium peut affiner les grains, réduire la sensibilité à la surchauffe et la fragilité de l'acier, et augmenter sa résistance, mais sa plasticité et sa ténacité sont réduites. L'ajout de niobium à un acier faiblement allié ordinaire peut améliorer sa résistance à la corrosion atmosphérique et à la corrosion par l'hydrogène, l'azote et l'ammoniac à haute température. Le niobium améliore les propriétés de soudage. L'ajout de niobium à l'acier inoxydable austénitique peut prévenir la corrosion intergranulaire.
13. Cobalt (Co) : Le cobalt est un métal précieux rare, principalement utilisé dans les aciers et alliages spéciaux, tels que les aciers résistants à la chaleur et les matériaux magnétiques.
14. Cuivre (Cu) : L'acier fabriqué par Wuhan Iron and Steel Co., Ltd. à partir du minerai de Daye contient souvent du cuivre. Le cuivre améliore la résistance et la ténacité, notamment la résistance à la corrosion atmosphérique. Son inconvénient est sa fragilité thermique lors du traitement à chaud, et sa plasticité est considérablement réduite lorsque la teneur en cuivre dépasse 0,5 %. Une teneur en cuivre inférieure à 0,50 % n'a aucun effet sur la soudabilité.
15. Aluminium (Al) : L'aluminium est un désoxydant couramment utilisé dans l'acier. L'ajout d'une petite quantité d'aluminium à l'acier peut affiner les grains et améliorer la résistance aux chocs, comme l'acier 08Al pour les tôles minces embouties. L'aluminium possède également des propriétés antioxydantes et anticorrosion. La combinaison d'aluminium, de chrome et de silicium peut améliorer considérablement la résistance au pelage et à la corrosion à haute température de l'acier. L'inconvénient de l'aluminium est qu'il affecte les performances de traitement à chaud, de soudage et de découpe de l'acier.
16. Bore (B) : L’ajout d’une trace de bore à l’acier peut améliorer la densité et les propriétés de laminage à chaud de l’acier et augmenter sa résistance.
17. Azote (N) : L'azote peut améliorer la résistance, la ténacité à basse température et la soudabilité de l'acier, et augmenter la sensibilité au vieillissement.
18. Terres rares (Xt) : Les terres rares désignent les 15 éléments lanthanides de numéros atomiques 57 à 71 dans le tableau périodique. Ces éléments sont tous des métaux, mais leurs oxydes sont très proches de la terre ; c'est pourquoi on les appelle communément terres rares. L'ajout de terres rares à l'acier peut modifier la composition, la forme, la répartition et les propriétés des inclusions, améliorant ainsi diverses propriétés de l'acier, telles que la ténacité, la soudabilité et les aptitudes au travail à froid. L'ajout de terres rares à l'acier à socs de charrue peut améliorer la résistance à l'usure.
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