28 éléments qui influencent l'acier: leurs effets sur les propriétés et les performances

I. INTRODUCTION: Pourquoi les éléments déterminent-ils les propriétés en acier?

L'acier est un matériau en alliage avec du fer (Fe) comme matrice. Ses propriétés dépendent non seulement du fer lui-même, mais sont également influencées par des éléments fondamentaux tels que le carbone (C), le silicium (Si) et le manganèse (MN). En ajoutant des éléments d'alliage comme le chrome (CR), le nickel (Ni) et le molybdène (MO), l'acier peut acquérir des propriétés spéciales, notamment la résistance à la corrosion, la résistance à l'usure et la résistance à haute température. Pendant ce temps, les éléments d'impureté et les oligo-éléments ont également un impact profond sur les propriétés complètes de l'acier. Cet article présente systématiquement les fonctions de différents éléments sur les propriétés en acier et leurs applications typiques.

Ii Éléments fondamentaux: pose les bases des propriétés d'acier

2.1 Carbone (C): le régulateur de base des propriétés en acier

Le carbone est l'élément le plus crucial de l'acier. Son contenu détermine directement la dureté, la résistance, la plasticité et la ténacité de l'acier. L'acier à faible teneur en carbone (C <0,25%) présente une excellente ténacité et une bonne soudabilité. L'acier moyen en carbone (0,25 à 0,6%) combine la résistance et la ténacité, ce qui le rend adapté à la fabrication de pièces mécaniques et d'essieux automobiles. L'acier à haute teneur en carbone (> 0,6%) améliore considérablement la résistance à la dureté et à l'usure, qui est largement utilisé dans les outils, les ressorts et les rails.

2.2 Silicon (SI): Double rôles dans la désoxydation et l'amélioration des propriétés

Le silicium sert principalement de désoxydant en acier. Il peut également améliorer la résistance et la dureté de l'acier et améliorer ses propriétés élastiques, jouant un rôle vital dans l'acier électrique et l'acier printanier. Cependant, lorsque la teneur en silicium est trop élevée, la ténacité et la soudabilité de l'acier diminueront.

2.3 Manganais (MN): Amélioration des performances et suppression des effets nocifs

Le manganèse peut augmenter la résistance et la dureté de l'acier et améliorer considérablement sa durabilité. Il réagit avec le soufre pour former le MNS, réduisant les effets nocifs du soufre. Dans l'acier élevé de Manganais, avec une teneur en manganèse dépassant 10%, l'acier présente une résistance à l'usure extrêmement élevée et une ténacité à impact, largement appliquée dans le champ des machines minières.

Iii. Éléments d'alliage principal: dotation de l'acier avec des propriétés spéciales

3.1 Chrome (CR): clé pour améliorer la dureté et la résistance à la corrosion

Le chrome peut améliorer la dureté, la résistance et la résistance à l'usure de l'acier. Lorsque son contenu atteint plus de 12%, il améliore considérablement la résistance à la corrosion de l'acier, qui est une caractéristique clé de l'acier inoxydable.

3.2 Nickel (NI): Optimisation de la ténacité et de la résistance à la corrosion

Le nickel peut améliorer la ténacité, la résistance à la corrosion et les propriétés à basse température de l'acier. Des aciers inoxydables austénitiques (tels que 304 et 316), qui contiennent du nickel, fonctionnent parfaitement dans des environnements chimiques et marins.

3.3 molybdène (MO): améliorer la durabilité et les performances à haute température

Le molybdène peut améliorer la durabilité et la résistance à la température à haute température de l'acier et prévenir efficacement la viande de température. Il est couramment utilisé en acier résistant à la chaleur et en acier structurel à haute résistance.

3.4 Vanadium (V): Raffinement des grains et amélioration de la résistance

Le vanadium peut affiner considérablement les grains d'acier et améliorer sa résistance et l'usure en formant des carbonitrides. Il est indispensable en acier à grande vitesse et en acier en alliage à haute résistance.

3.5 Tungstten (W): dotation de l'acier avec dure rouge

Le tungstène endowe l'acier d'une bonne dure rouge, lui permettant de maintenir la dureté à des températures élevées. Il est largement utilisé dans la fabrication d'outils de coupe en acier à grande vitesse.

3.6 Cobalt (CO): Amélioration de la résistance à la chaleur et des propriétés magnétiques

Le cobalt peut améliorer la résistance à la chaleur et les propriétés magnétiques de l'acier, couramment trouvées dans l'acier à grande vitesse et les alliages magnétiques permanents.

3.7 Aluminium (AL): désoxydation et amélioration de la résistance à l'oxydation à haute température

L'aluminium est un désoxydant commun. Il peut également affiner les grains et améliorer la résistance à l'oxydation à haute température de l'acier, largement appliqué en acier résistant à la corrosion et en acier résistant à la chaleur.

3.8 Cuivre (CU): améliorant la résistance à la corrosion atmosphérique

Le cuivre peut améliorer considérablement la résistance à la corrosion atmosphérique de l'acier. Une quantité appropriée de cuivre peut former un film d'oxyde protecteur sur la surface de l'acier, utilisé dans l'acier d'altération. Mais une teneur en cuivre excessive peut provoquer une brise à chaud en acier.

3.9 Titane (TI): prévention de la corrosion intergranulaire en acier inoxydable

Le titane peut former des composés stables avec du carbone et de l'azote, empêchant la corrosion intergranulaire en acier inoxydable et améliorant le raffinement des grains. Une application typique est en acier inoxydable 321.

3.10 Niobium (NB): Amélioration des grains et amélioration de la résistance

Le niobium peut affiner les grains et améliorer la résistance et la résistance à la chaleur de l'acier. Il s'agit d'un élément clé en acier à faible alliage à faible alliage (HSLA) et en acier pipeline.

3.11 Éléments spéciaux résistants à la haute température (Zr, Hf, Ta, Re)

Ces éléments peuvent améliorer considérablement la résistance à haute température et la résistance au fluage de l'acier, principalement appliqués dans les moteurs aérospatiaux, les turbines à gaz et l'équipement d'énergie nucléaire.

Iv. Éléments d'impureté: influences à double face sur les propriétés de l'acier

4.1 Phosphore (P): coexistence d'amélioration des performances et risque de contrefort du froid

Le phosphore peut augmenter la résistance et la résistance à la corrosion de l'acier, mais réduit considérablement sa plasticité et sa ténacité, susceptibles de provoquer une brièveté du froid. Grâce à un contrôle raisonnable et à une combinaison d'éléments, ses effets positifs peuvent être utilisés dans des champs spécifiques.

4.2 Soufre (s): de la transformation nocive à un usage spécial

Le soufre est généralement un élément nocif, provoquant une brièveté et des fissures en acier. Cependant, dans l'acier de coupe libre, une quantité appropriée de soufre peut améliorer la machinabilité.

4.3 azote (n): bénéfique en petites quantités, nocif en excès

De petites quantités d'azote peuvent affiner les grains et améliorer la résistance de l'acier, mais l'azote excessif peut provoquer une fragilité de l'âge. Dans l'acier nitridé, l'azote peut augmenter considérablement la dureté de surface.

4.4 Oxygène (O) et hydrogène (H): impuretés nocives en acier

L'oxygène et l'hydrogène sont généralement considérés comme des impuretés nocives. L'oxygène forme des inclusions, réduisant la ténacité de l'acier. L'hydrogène peut entraîner une fragilisation de l'hydrogène, provoquant une fracture soudaine d'acier sous contrainte. Par conséquent, leur contenu doit être strictement contrôlé pendant le processus de production d'acier.

V. Trace et éléments spéciaux: petits contenus, gros impacts

5.1 bore (b): élément trace améliorant considérablement la durabilité

Le bore est un élément trace crucial. Même une teneur en quelques parties par million peut améliorer considérablement la durabilité de l'acier, couramment utilisée en acier automobile et en acier à faible résistance à haute résistance.

5.2 TIN (SN), plomb (PB), bismuth (BI), antimoine (SB)

Ces éléments ont généralement des effets néfastes sur l'acier, provoquant une brièveté à chaud. Mais dans l'acier à coupe libre, l'ajout d'une quantité appropriée de plomb ou de bismuth peut plutôt améliorer la machinabilité et prolonger la durée de vie de l'outil.

Vi. Conclusion: Éléments façonnant en collaboration les propriétés d'acier

D'après ces effets, il est clair que l'acier n'est pas seulement un simple alliage de fer-carbone, mais un système soigneusement équilibré de plusieurs éléments. La présence, la quantité et les interactions de chaque élément déterminent les propriétés finales de l'acier. En adaptant les éléments d'alliage et en contrôlant les impuretés, les métallurgistes peuvent concevoir des aciers avec des caractéristiques très spécifiques, garantissant qu'ils répondent aux diverses exigences des industries modernes allant de la construction et du transport à l'énergie et à l'aérospatiale.

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