La principale influence des éléments d'alliage sur les propriétés de l'acier

Dec 14, 2023

Tuyau en acier alliéetTuyau en acier au carboneFournisseur-GNEE

La teneur en carbone de l'acier a une grande influence sur le régime de température de fusion, de laminage et de traitement thermique. L'acier à faible teneur en carbone avec une teneur en carbone inférieure à {{0}},25 % a une bonne plasticité, aucune tendance au durcissement et une bonne soudabilité. L'acier à moyenne teneur en carbone avec une teneur en carbone de 0,25 % à 0,60 % possède de bonnes propriétés globales (c'est-à-dire une bonne résistance et ténacité). Teneur en carbone supérieure ou égale à 0,60 % est un acier à haute teneur en carbone avec une dureté élevée et une faible durabilité. Le carbone forme une variété de carbures de haute dureté dans l’acier à roulements et l’acier à outils et à matrices. Peut améliorer la dureté et la résistance à l'usure de l'acier.
Le silicium est le principal agent réducteur et désoxydant dans le processus de fabrication de l’acier. L'acier tué contient généralement de {{0}},15 % à 0,30 % de silicium. Le silicium contenu dans l'acier peut se dissoudre dans la ferrite à température ambiante et a un certain effet renforçant sur l'acier. Si la teneur en silicium de l'acier dépasse 0,50 % à 0,60 %, la limite élastique, la limite d'élasticité et la résistance à la traction de l'acier peuvent être considérablement augmentées, de sorte qu'il peut être utilisé dans l'acier à ressorts. Le silicium est combiné avec du molybdène, du tungstène, du chrome, etc. pour améliorer la résistance à la corrosion et à l'oxydation, et peut être utilisé pour fabriquer de l'acier résistant à la chaleur. L'acier à faible teneur en carbone avec une teneur en silicium de 1 % à 4 % a une perméabilité magnétique extrêmement élevée et constitue la matière première des tôles d'acier électriques au silicium. Lorsque la teneur en silicium est élevée, il est facile de provoquer une fragilité à froid et il est facile de produire une graphitisation lorsqu'elle est trempée dans de l'acier à moyenne teneur en carbone et de l'acier à haute teneur en carbone.
La teneur en manganèse de l'acier de construction au carbone est de {{0}},50 % à 1,50 %, et dans l'acier de construction au carbone de haute qualité, de 0,20 % à 1,20 %. C’est le principal élément de désoxydation et d’élimination du soufre. Pour l'acier calmé, le manganèse peut améliorer la capacité de désoxydation du silicium et de l'aluminium. Certains des oxydes formés par le manganèse dans l'acier peuvent être combinés avec le fer pour former du sulfure de manganèse sphérique à point de fusion élevé, qui présente une certaine plasticité à haute température, ce qui peut réduire la fragilité thermique causée par le soufre et éliminer les effets nocifs. de soufre dans l'acier dans une certaine mesure. L'autre partie du manganèse se dissout dans la ferrite pour provoquer un renforcement de la solution solide, de sorte que lorsque l'acier est refroidi après le laminage, il obtienne une perlite relativement fine et à haute résistance, ce qui peut améliorer la dureté et la résistance de l'acier après le laminage à chaud, et a un impact significatif sur le retrait de la zone (Z) et la résistance aux chocs (Akv) est légèrement affectée. Le manganèse est un élément qui élargit fortement la zone de phase et peut être utilisé dans l'acier austénitique résistant à l'usure à haute teneur en manganèse, l'acier non magnétique à haute résistance, l'acier inoxydable austénitique et l'acier résistant à l'usure.
Le phosphore entre dans l'acier avec les matières premières. Le phosphore a un fort effet de renforcement des solutions solides et peut être complètement dissous dans la ferrite, ce qui augmente la résistance et la dureté de l'acier mais réduit considérablement sa plasticité et sa ténacité. Ce phénomène de fragilisation est plus grave à basse température et est appelé « fragilité à froid ». En particulier, pendant le processus de cristallisation du phosphore, une ségrégation intracristalline se produit facilement, ce qui entraîne une teneur locale élevée en phosphore, ce qui provoque une augmentation de la température de transition froid-fragile, causant ainsi des dommages plus importants. De plus, la ségrégation du phosphore amène également l'acier à former une structure en forme de bande après le laminage à chaud. La teneur en phosphore de l'acier doit être réduite autant que possible (l'acier général est inférieur à 0,045 et l'acier de haute qualité nécessite une teneur instantanée inférieure). Dans certaines conditions, l’utilisation combinée du phosphore et du cuivre améliorera la résistance à la corrosion atmosphérique des aciers à haute résistance faiblement alliés.
Le soufre pénètre dans l'acier avec les matières premières et les carburants. À l’état solide, le soufre présent dans l’acier existe sous forme de FeS et sa solubilité est extrêmement faible. En raison de la mauvaise plasticité du FeS, l’acier à plus forte teneur en soufre est plus fragile. En particulier, FeS et Fe peuvent former un eutectique à bas point de fusion réparti sur les joints de grains de l'austénite. Lorsque l'acier est chauffé à 1 200 degrés pour le traitement sous pression, en raison de la fusion de l'eutectique aux joints de grains, la liaison intergranulaire est détruite, provoquant la fissuration de l'acier le long des joints de grains pendant le traitement, phénomène connu sous le nom de « fragilisation à chaud ». Afin d'éliminer les effets nocifs du soufre, la teneur en soufre doit être strictement limitée et la teneur en manganèse de l'acier doit être augmentée de manière appropriée. Généralement, le soufre est considéré comme un composant nocif, mais l'acier avec une plus grande teneur en soufre peut former plus de MnS, ce qui peut jouer un rôle dans la lubrification et la rupture des copeaux pendant la coupe, et peut améliorer l'aptitude au traitement de coupe de l'acier, il est donc facile d'ajouter des additifs couramment utilisés. pour couper l'acier.
Le chrome est un métal précieux. Il a pour effet de renforcer la solution solide, de rendre l'acier dur à chaud et peut améliorer les performances à haute température, la résistance à l'oxydation et la résistance à la corrosion. C'est un élément d'alliage important dans les alliages à haute température et les aciers rapides ultra-durs. Dans les aciers de construction et à outils, le chrome peut augmenter considérablement la résistance, la dureté et la résistance à l'usure, mais réduit la plasticité et la ténacité. Il peut améliorer la résistance à l'oxydation et à la corrosion de l'acier, c'est donc également un élément d'alliage important de l'acier inoxydable et de l'acier résistant à la chaleur.
Le nickel a une haute résistance à la corrosion aux acides et aux alcalis, et est antirouille et résistant à la chaleur à haute température. Cependant, cela coûte cher et constitue une ressource rare dans mon pays. Il est souvent utilisé en combinaison avec le chrome et le molybdène dans les aciers alliés de haute qualité pour former un acier résistant à la chaleur. Et les principaux éléments d'alliage de l'acier inoxydable et des alliages à haute température. Le nickel peut augmenter la résistance de l'acier et maintenir une bonne plasticité et ténacité.
Lorsque la teneur en cuivre est élevée, cela nuit au traitement de déformation à chaud. S'il dépasse {{0}},3 %, cela provoquera une fragilité du cuivre à haute température lors du traitement de déformation à chaud. Lorsque la teneur est supérieure à 0,75 %, un renforcement du vieillissement peut se produire après un traitement en solution solide et un vieillissement. Dans les aciers alliés à faible teneur en carbone, la coexistence du cuivre et du phosphore peut améliorer la résistance à la corrosion atmosphérique de l'acier. 2 % -3 % de cuivre dans l'acier inoxydable peuvent améliorer la résistance à la corrosion de l'acide sulfurique, de l'acide phosphorique et de l'acide chlorhydrique.
Le tungstène a un point de fusion élevé et une densité élevée. C'est un alliage dont les réserves sont abondantes en Chine. 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, et convient à la fabrication d'outils, d'aciers pour moules et de carbure cémenté, etc.
Le molybdène peut affiner les grains d'acier, améliorer les propriétés de trempabilité et de résistance thermique, et maintenir une résistance et une résistance au fluage suffisantes à haute température. L'ajout de molybdène à l'acier de construction peut améliorer les propriétés mécaniques, inhiber la fragilité de l'acier allié due au revenu et améliorer la dureté rouge et la résistance à l'usure de l'acier à outils.
La solution solide de vanadium dans la ferrite produit un fort effet de renforcement de la solution solide, qui peut affiner les grains. La solution solide de vanadium dans l'austénite peut améliorer la trempabilité de l'acier et la résistance aux chocs à basse température. Cependant, la présence de vanadium à l'état combiné réduira la trempabilité de l'acier, augmentera la stabilité de revenu de l'acier et aura un fort effet de durcissement secondaire. Le carbure de vanadium est un durcisseur métallique doté d'une dureté extrêmement élevée et d'une excellente résistance à l'usure. Il peut prolonger considérablement la durée de vie de l'acier à outils et améliorer le fluage et la résistance durable de l'acier.
Le titane est un puissant désoxydant pour l’acier. Il peut rendre la structure interne de l'acier dense, affiner les grains et réduire la sensibilité au vieillissement et la fragilité au froid. Le titane a un fort effet de renforcement de la solution solide et sa solution solide dans l'austénite améliore la trempabilité de l'acier, mais réduit également la ténacité de la solution solide. Les composés de titane réduisent la trempabilité de l'acier, améliorent la stabilité du revenu et ont un effet de durcissement secondaire. Il peut améliorer la résistance à l'oxydation, la résistance thermique, le fluage et la résistance durable de l'acier résistant à la chaleur, et a un bon effet sur l'amélioration de la soudabilité de l'acier.
L'acier microallié (acier avec une teneur en éléments d'alliage inférieure à 0,1 %) développé ces dernières années utilise principalement le niobium, le vanadium et le titane comme éléments d'alliage. Parmi eux, le niobium joue un rôle de premier plan dans l’amélioration de la résistance de l’acier. Sa particularité est qu'il peut se combiner avec le carbone et l'azote pour former des nitrures et des carbonitrures. Ces composés se dissolvent à haute température et précipitent à basse température. Sa fonction est d'empêcher la croissance des grains d'austénite d'origine pendant le chauffage, d'inhiber la recristallisation et la croissance des grains après recristallisation pendant le laminage, et de précipiter à basse température pour se renforcer. Les oligo-éléments ajoutés à l'acier microallié peuvent améliorer la résistance, mais le processus de laminage contrôlé doit être utilisé pour le traitement sous pression, sinon la ténacité se détériorera. En effet, le processus de laminage contrôlé peut affiner les grains et compenser la détérioration de la ténacité provoquée par le renforcement par précipitation.
L'aluminium est l'un des éléments aux propriétés chimiques extrêmement actives et possède une forte affinité avec l'oxygène et l'azote. Afin de se désoxyder, l'aluminium est généralement ajouté à la fabrication de l'acier. Il peut affiner les grains, inhiber le vieillissement de l'acier à faible teneur en carbone et améliorer la ténacité de l'acier à basse température. Lorsqu'il est utilisé comme élément d'alliage, il peut améliorer la résistance à l'oxydation de l'acier. Il peut également être utilisé pour améliorer les propriétés électromagnétiques de l’acier et améliorer la nitruration. Résistance à l'usure et à la fatigue de l'acier. Par conséquent, il est largement utilisé dans l’acier nitruré, l’acier pelé résistant à la chaleur, l’acier magnétique et les alliages électrothermiques.
Le bore fait partie des éléments aux propriétés chimiques extrêmement actives. Il possède une forte affinité avec l’azote, l’oxygène et le carbone. Il est ajouté à l’acier principalement pour améliorer la trempabilité. Une trempe à 300 ~ 400 degrés peut améliorer la résistance aux chocs. Il est souvent utilisé pour produire de l'acier pour engrenages, de l'acier à ressorts, de l'acier résistant à la chaleur, etc. Cependant, lorsqu'il est utilisé dans de l'acier à haute teneur en carbone ou lorsque la teneur en oxygène résiduel dans l'acier est élevée, son bon fonctionnement sera affecté.
L'azote contenu dans l'acier provient de la charge du four. Pendant la fusion et la coulée, l’acier liquide absorbe l’azote du gaz du four et de l’atmosphère. L'azote provoque le vieillissement par trempe et déformation de l'acier au carbone, ce qui a un impact significatif sur les propriétés de l'acier au carbone. En raison de l'effet de vieillissement de l'azote, bien que la dureté et la résistance de l'acier aient augmenté, la plasticité et la ténacité diminueront. En particulier en cas de vieillissement par déformation, la plasticité et la ténacité diminuent considérablement. Pour les aciers ordinaires faiblement alliés, le phénomène de vieillissement est néfaste, l'azote est donc considéré comme un élément nocif. Cependant, lorsqu'il est appliqué à certains aciers à grains fins, aux aciers contenant du vanadium et du niobium et aux super aciers inoxydables, le nitrure a pour effet de renforcer et d'affiner les grains, c'est pourquoi ses effets bénéfiques ont été découverts ces dernières années. De plus, comme élément d’alliage, l’azote est utilisé dans certains aciers inoxydables résistants aux acides et dans le traitement de nitruration. Le traitement de nitruration peut permettre aux pièces de machines d'obtenir d'excellentes propriétés mécaniques complètes et de prolonger la durée de vie des pièces. Le traitement de nitruration est donc le meilleur choix pour l'acier à outils. Une méthode utilisée pour augmenter la dureté.
Le point de fusion du plomb est très bas. Il se répartit dans les joints de grains sous forme de fines particules métalliques à bas point de fusion dans l'acier, provoquant une fragilité. C'est un élément nocif pour l'acier en général. Cependant, lorsqu'il est utilisé pour fabriquer de l'acier de décolletage au plomb, parce que le plomb adhère au sulfure environnant, le plomb fondu s'infiltre pendant la coupe, ce qui lubrifie et brise les copeaux, réduisant ainsi l'enroulement de l'outil ; de plus, tout en améliorant les performances de coupe de l'acier, cela aura peu d'effet sur les propriétés mécaniques à température ambiante.
Les éléments de terres rares font référence aux 15 éléments lanthanides dont les numéros atomiques vont de 57 à 71 dans le tableau périodique, ainsi qu'à un total de 17 éléments, dont l'yttrium et le scandium. Les éléments de terres rares peuvent améliorer la structure de l'acier tel que moulé, modifier la composition, la forme, la distribution et les propriétés des inclusions dans l'acier, améliorant ainsi diverses propriétés de l'acier, telles que la ténacité, la soudabilité, les performances de travail à froid et améliorant la résistance à l'oxydation et la haute résistance à l'oxydation. -résistance à la température. et résistance au fluage, augmentant la résistance à la corrosion.
L'hydrogène contenu dans l'acier est apporté par la charge contenant de l'eau ou rouillée, ou absorbé par l'air contenant de la vapeur d'eau. L'hydrogène est très nocif pour l'acier et peut provoquer une « fragilisation par l'hydrogène », c'est-à-dire que lorsque la contrainte admissible de l'acier est inférieure à la contrainte admissible de l'acier, après un certain temps de fonctionnement, l'acier se brisera soudainement sans aucun avertissement, provoquant dégâts catastrophiques. Conséquences; cela provoquera également un grand nombre de fines fissures à l'intérieur de l'acier - des taches blanches, c'est-à-dire des taches blanches argentées lisses sur la section transversale de l'acier, et des fissures en forme de cheveux sur la section longitudinale après décapage. Ce type de délié réduit considérablement l’allongement, le retrait de zone et la résistance aux chocs de l’acier. Ce type de défaut se produit souvent dans les aciers alliés et est très nocif.
La solubilité de l'oxygène dans l'acier est très faible et existe presque entièrement sous forme d'inclusions d'oxydes, telles que Fe0, AL2O3, MnO, CaO, MgO, etc. De plus, FeS, MnS, silicates , les nitrures et les phosphures existent également dans l'acier. Ces inclusions détruisent la continuité de la matrice en acier et deviennent sources de fissures sous charges statiques et dynamiques. Les différents états de ces inclusions non métalliques affectent la plasticité, la ténacité, la résistance à la fatigue et la résistance à la corrosion de l'acier à des degrés divers.

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