Aciers inoxydables Éléments d’alliage

Les aciers inoxydables contiennent plusieurs éléments d’alliage qui sont en accord avec la composition et la nuance spécifiques. Les sections suivantes décrivent les ajouts d’alliage et les raisons de leur présence, ainsi qu’un tableau récapitulatif de chaque élément d’alliage.

Crédit image : /Nutthpol Kandaj

Carbone

Le carbone et le fer sont alliés ensemble pour former l’acier. Ce processus renforce la résistance et la dureté du fer. Le traitement thermique n’est pas adéquat pour renforcer et durcir le fer pur, mais lorsque du carbone est ajouté, une large gamme de résistance et de dureté est réalisée.

Une teneur élevée en carbone n’est pas préférée dans les aciers inoxydables ferritiques et austénitiques, spécifiquement à des fins de soudage, en raison du risque de précipitation de carbure.

Manganèse

L’ajout de manganèse à l’acier améliore les propriétés de travail à chaud et renforce la ténacité, la résistance et la trempabilité. Tout comme le nickel, le manganèse est un élément formateur d’austénite et a été traditionnellement utilisé pour remplacer le nickel dans la gamme AISI200 des aciers inoxydables austénitiques, par exemple AISI 202 en remplacement de AISI 304.

Chrome

Le chrome est combiné à l’acier pour améliorer sa résistance à l’oxydation. Lorsque plus de chrome est ajouté, la résistance est encore améliorée.

Les aciers inoxydables ont au moins 10,5% de chrome (généralement 11 ou 12%), ce qui confère un niveau considérable de résistance à la corrosion, par rapport aux aciers ayant un pourcentage relativement plus faible de chrome.

La résistance à la corrosion est attribuée à la formation d’une couche passive et autoréparatrice d’oxyde de chrome sur la surface de l’acier inoxydable.

Nickel

De grandes quantités de nickel – plus de 8% – sont ajoutées aux aciers inoxydables à haute teneur en chrome pour produire le groupe le plus important d’aciers qui résistent à la fois à la chaleur et à la corrosion.

Il s’agit notamment des aciers inoxydables austénitiques qui sont caractérisés par 18-8 (304/1.4301), où la tendance du nickel à former de l’austénite contribue à une résistance élevée et à une excellente ténacité ou résistance aux chocs, à la fois à basse et à haute température. Le nickel améliore également de manière significative la résistance à la corrosion et à l’oxydation.

Molybdène

Lorsqu’il est mélangé aux aciers austénitiques au chrome-nickel, le molybdène améliore la résistance à la corrosion par crevasses et par piqûres, en particulier dans les environnements contenant du soufre et des chlorures.

Azote

Similaire au nickel, l’azote est un élément formant de l’austénite et augmente la stabilité de l’austénite des aciers inoxydables. Lorsque l’azote est mélangé aux aciers inoxydables, la limite d’élasticité est considérablement améliorée ainsi qu’une résistance accrue à la corrosion par piqûre.

Cuivre

Dans l’acier inoxydable, le cuivre est souvent présent comme élément résiduel. Cet élément est ajouté à plusieurs alliages pour créer des caractéristiques de durcissement par précipitation ou pour améliorer la résistance à la corrosion, principalement dans des conditions d’acide sulfurique et d’eau de mer.

Titanium

Le titane est souvent ajouté pour stabiliser le carbure, en particulier lorsque le matériau doit être soudé. Le titane fusionne avec le carbone pour former des carbures de titane qui sont relativement stables et ne peuvent pas être facilement dissous dans l’acier, ce qui est susceptible de réduire l’apparition de la corrosion inter-granulaire.

Lorsqu’environ 0,25 / 0.60 % de titane est ajouté, il fait en sorte que le carbone fusionne avec le titane plutôt qu’avec le chrome, ce qui évite un rattachement du chrome résistant à la corrosion sous forme de carbures inter-granulaires et la perte associée de la résistance à la corrosion aux joints de grains.

Au cours des dernières années, l’utilisation du titane a considérablement diminué en raison de la capacité des aciéristes à fournir des aciers inoxydables qui ont des teneurs en carbone extrêmement faibles. De tels aciers peuvent être facilement soudés sans qu’il soit nécessaire de les stabiliser.

Phosphore

Afin d’améliorer l’usinabilité, du phosphore est souvent ajouté avec du soufre. Bien que la présence de phosphore dans les aciers inoxydables austénitiques renforce la résistance, elle a un effet négatif sur la résistance à la corrosion et augmente la tendance du matériau à se briser pendant le soudage.

Soufre

Le soufre améliore l’usinabilité lorsqu’il est ajouté en petites quantités, mais tout comme le phosphore, il a un effet négatif sur la résistance à la corrosion et la soudabilité subséquente.

Sélénium

Le sélénium était précédemment employé comme ajout pour améliorer l’usinabilité.

Niobium/Colombium

La stabilisation du carbone est obtenue en ajoutant du niobium à l’acier, et se comporte de la même manière que le titane. En outre, le niobium renforce les alliages et les aciers pour un service à température accrue.

SiIicone

Le silicium est généralement employé comme agent désoxydant (tuant) dans le processus de fusion de l’acier, et une petite quantité de silicium est utilisée dans la plupart des aciers.

Cobalt

Lorsqu’il est soumis aux fortes radiations des réacteurs nucléaires, le cobalt devient hautement radioactif et par conséquent, tous les aciers inoxydables déployés en service nucléaire auront une certaine limitation de cobalt, souvent 0.2% au maximum.

Cette question est importante car une certaine quantité du cobalt restant sera présente dans le nickel utilisé pour fabriquer les aciers inoxydables austénitiques.

Calcium

Le calcium est ajouté en petites quantités pour améliorer la machinabilité, sans avoir d’effet néfaste sur les autres propriétés induites par le sélénium, le phosphore et. le soufre.

Le tableau suivant montre l’effet des éléments d’alliage sur les propriétés de l’acier inoxydable.

Effet des éléments d’alliage sur les propriétés de l’acier inoxydable

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Key
√ = Bénéfique
X = Préjudiciable

Cette information a été sourcée, revues et adaptées à partir de documents fournis par Aalco – Stockeur de métaux ferreux et non ferreux.

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Citations

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