L’acier inoxydable est un matériau ayant des utilisations critiques dans des industries allant de l’aérospatiale à l’automobile. Les alliages métalliques, y compris l’acier inoxydable, contiennent un mélange de plusieurs éléments. Dans l’acier inoxydable, le fer est mélangé à d’autres éléments. La composition exacte de l’acier inoxydable définit ses propriétés, il est donc important de savoir ce qu’il contient.
Discutons-en en détail.
Aperçu de la Composition de l’Acer Inoxydable
Tout l’acier n’est pas un alliage d’acier inoxydable : l’acier inoxydable est caractérisé par un minimum de 10,5% de chrome.
Deux autres composants couramment utilisés sont le nickel et le manganèse. En plus de ceux-ci, vous trouverez également du molybdène, du silicium et du carbone en quantités variables.
La présence et le pourcentage des éléments d’alliage affectent les propriétés du matériau. Ainsi, l’étendue de sa résistance à la chaleur, sa force, sa durabilité et sa résistance à la rouille dépendent du grade que vous utilisez.
D’autres propriétés importantes de l’acier inoxydable incluent l’ampleur de sa soudabilité et usinabilité – la capacité de l’acier à être joint à une autre pièce en acier ou à être coupé, percé ou fraisée par des machines. Toutes ces caractéristiques dépendent de la composition chimique de l’acier inoxydable.
Compréhension des Agents d’Alliage dans l’Acer Inoxydable
L’acier inoxydable est principalement composé de fer, de chrome, de nickel et de manganèse, selon son grade. Discutons-en en détail.
1.Fer
Le fer est le constituant principal de tout acier, fournissant la majeure partie de la composition. Vous le trouverez généralement dans une fourchette de 50% à 70% dans l’acier inoxydable, voire plus.
Les différentes catégories d’acier inoxydable ont la composition en fer suivante :
- L’acier inoxydable austénitique contient des niveaux élevés de fer, autour de 70%.
- L’acier inoxydable ferritique a la teneur en fer la plus élevée, autour de 70 à 75%.
- Les grades d’acier inoxydable martensitique ont une teneur en fer plus faible, autour de 50%.
La teneur en fer dans l’acier inoxydable détermine ses propriétés de résistance à la corrosion. En général, plus il y a de fer, moins l’acier est résistant à la corrosion.
Un excès de fer provoque une couche d’oxyde passive plus épaisse car il réagit avec le chrome pour former de l’oxyde de fer et de chrome, qui sera moins stable. Cela entraînera également une diminution locale du chrome dans certaines zones, le rendant sujet à la corrosion. Mais une teneur en fer moins élevée fournira à votre acier une couche d’oxyde plus fine mais stable.
2.Chrome
Ce métal est d’une importance significative dans l’acier inoxydable, car il confère à l’acier sa résistance à la corrosion avec sa couche d’oxyde passive. Cette couche d’oxyde de chrome est auto-cicatrisante et peut se réparer si endommagée.
Mais le rôle du chrome dans l’acier inoxydable n’est pas seulement la résistance à la corrosion : il augmente également la dureté et la résistance et améliore la soudabilité en réduisant la tendance de l’acier à se fissurer lors de la soudure.
La teneur en chrome se situe entre 16 et 26% dans l’acier inoxydable austénitique. Dans les aciers ferritiques, elle varie beaucoup mais est toujours supérieure à 10,5%. Et dans l’acier inoxydable martensitique, elle est d’environ 14-18%.
3.Nickel
Le nickel est un constituant essentiel de l’acier inoxydable. C’est un métal austénitique et confère à l’acier austénitique sa forme cristalline caractéristique. Ainsi, les aciers austénitiques sont riches en nickel.
Le nickel a deux rôles principaux dans l’acier inoxydable : la prévention de la corrosion et la résistance. Il génère également une couche d’oxyde protectrice contre la corrosion.
La résistance à la traction d’un alliage d’acier est proportionnelle à sa teneur en nickel : l’ajout de nickel peut rendre votre acier plus dur et augmenter sa résistance à la traction. Ainsi, vous pouvez utiliser des grades riches en nickel dans des environnements fortement corrosifs, comme des systèmes marins, et dans des industries nécessitant une grande résistance, comme l’aérospatiale.
Vous pouvez utiliser deux types de nickel : des alliages de nickel et du ferro-nickel. Les premiers contiennent d’autres matériaux comme le molybdène et le cuivre. Et le ferro-nickel est une alternative économique aux alliages de nickel contenant du nickel, du carbone et du fer.
4.Manganèse
Ce composant essentiel de l’acier inoxydable réduit sa fragilité et améliore ses propriétés mécaniques.
Le manganèse n’a pas d’effet direct sur la prévention de la corrosion dans l’acier inoxydable car il ne génère pas de couche d’oxyde. Cependant, il protège contre la corrosion par piqûres en stabilisant la structure cristalline austénitique de l’acier.
Le manganèse améliore également la dureté, la résistance et la durabilité du métal, le rendant moins susceptible de se fissurer et de se casser. Cela est utile car vous pouvez utiliser des aciers contenant du manganèse pour des applications soumises à beaucoup de stress, comme la construction de ponts.
Vous pouvez utiliser soit du manganèse électrolytique, soit du ferromanganèse pour fabriquer de l’acier inoxydable. Le manganèse électrolytique est la forme la plus pure de métal utilisée dans les alliages haute performance. Le ferromanganèse est du manganèse mélangé avec du fer pour fabriquer des alliages d’acier inoxydable de moindre qualité.
5.Autres Éléments
L’acier inoxydable peut contenir d’autres composants, selon son grade.
Carbone
Vous trouverez du carbone dans l’acier inoxydable pour le rendre plus dur, mais sa quantité doit être contrôlée. Trop de carbone peut provoquer la formation de carbures, perturbant les processus de travail de la matière et rendant l’alliage moins résistant à la corrosion. Généralement, la teneur en carbone dans l’acier inoxydable est de 0,03% ou moins.
Silicium
Le silicium améliore la résistance à haute température de l’acier inoxydable et le rend moins vulnérable à l’oxydation. Il fonctionne de manière similaire au chrome et au nickel et forme une couche d’oxyde de silicium stable à la surface du matériau.
Molybdène.
C’est un autre élément ajouté à l’acier inoxydable pour améliorer sa résistance à la corrosion, en particulier dans des environnements difficiles comme l’eau de mer ou des conditions acides. L’acier contenant du molybdène est également plus résistant et reste soudable.
Cuivre
Le cuivre peut également améliorer la résistance à la corrosion de l’acier inoxydable, notamment contre les ions chlorure et l’acide sulfurique. Il protège également contre la fissuration due à la corrosion sous contrainte.
Les aciers inoxydables austénitiques peuvent contenir du titane pour stabiliser la structure austénitique à des températures élevées et résister à la corrosion par piqûres. L’acier contenant du titane a également une bonne soudabilité.
Azote.
Vous pouvez utiliser de l’azote pour améliorer la résistance et la résistance à la corrosion de ce matériau. Il aide principalement contre la corrosion par piqûres : une corrosion localisée où des agents corrosifs forment de petits trous dans la surface de l’acier.
Phosphore et Soufre
Le phosphore et le soufre sont généralement considérés comme des contaminants dans la fabrication de l’acier inoxydable, vous les maintenez donc à de faibles niveaux.
Trop de phosphore provoque la formation de phosphures fragiles, et trop de soufre provoque la formation de sulfures. Ils provoquent des fissures et de la corrosion et entraînent également une résistance réduite. Mais en plus petites quantités, le soufre et le phosphore peuvent améliorer l’usinabilité de l’acier inoxydable.
Facteurs Affectant la Composition de l’Acer Inoxydable
Plusieurs facteurs peuvent influencer la composition de l’acier inoxydable. Certains de ces facteurs incluent :
1.Impuretés
Les impuretés courantes dans le processus de production d’acier inoxydable sont le soufre et le phosphore. Parfois, l’azote peut également être une impureté. Ces impuretés affectent la composition chimique de l’acier inoxydable.
Les impacts des éléments d’alliage sur l’acier inoxydable
Par exemple, ils provoquent la formation de sulfures et de phosphures et réduisent la résistance globale de l’acier inoxydable. Ils réduisent également la ductilité de l’acier, et leur présence réduit également le pourcentage global d’autres éléments de l’alliage.
2.Traitement
La méthode de traitement, telle que le laminage à chaud et le laminage à froid, affecte la composition de l’acier inoxydable au niveau de la microstructure en provoquant le verrouillage des cristaux dans une forme particulière. Le choix des éléments que vous ajoutez à l’étape de traitement impacte également la composition finale de l’acier inoxydable.
3.Traitement thermique
Vous pouvez utiliser des processus de traitement thermique, tels que le recuit, la trempe et le revenu, pour modifier la microstructure du matériau et lui fournir une meilleure résistance à la corrosion et à la chaleur. Par exemple, si vous trempez de l’acier austénitique, son carbone reste en place et forme une microstructure d’acier inoxydable martensitique.
Le traitement thermique affecte la résistance à la corrosion, la résistance à la chaleur, la résistance et la ductilité du produit en influençant sa composition.
Quels sont les différents types d’aciers inoxydables et leurs propriétés?
L’acier inoxydable existe en différentes séries, qui aident à catégoriser ses propriétés:
- Série 200: La série 200 a une résistance à la corrosion plus faible que les autres séries. Cependant, elle est bon marché et principalement utilisée là où la dureté et les considérations de coût sont importantes. Par exemple, les utilisations domestiques de l’acier, telles que les couverts de cuisine, utilisent la série 200.
- Série 300: Cette série, également connue sous le nom d’acier austénitique de haute qualité, est l’une des meilleures qualités d’acier pour les applications industrielles. Elle contient principalement des teneurs élevées en chrome et en nickel, et certaines qualités peuvent également contenir du molybdène et du manganèse. Vous l’utilisez lorsque vous avez besoin d’une excellente résistance à la corrosion, comme dans le traitement alimentaire ou chimique.
- Série 400: La série 400 est principalement de l’acier inoxydable martensitique, et vous l’utilisez lorsque vous avez besoin d’une durabilité supplémentaire, d’une résistance à l’usure et d’une dureté supplémentaires, comme dans les pièces de pompe. Elle contient généralement du chrome et du carbone.
- Série 600: Cette série se compose d’acier inoxydable duplex. C’est de l’acier inoxydable de qualité premium, a une excellente résistance à la corrosion et est utilisée dans les moteurs d’avions et les turbines à gaz.
Quelles sont les applications les plus courantes de l’acier inoxydable et pourquoi?
Les applications industrielles de l’acier inoxydable dépendent de sa composition. Les plus courantes incluent:
- Aérospatiale: Cette industrie nécessite des grades d’acier inoxydable capables de supporter des températures élevées et des niveaux de contrainte élevés. Considérez des grades comme 15-5 PH et 17-4 PH pour les utilisations aérospatiales.
- Automobile: Les voitures nécessitent également une résistance à haute température car le moteur peut chauffer considérablement. Vous avez également besoin d’une bonne résistance aux chocs pour une utilisation automobile. L’acier inoxydable 409 et 430 sont de bons candidats ici.
- Pétrole et Gaz: Cette industrie nécessite de l’acier capable de supporter des pressions élevées et des températures élevées. L’acier inoxydable 310 est un choix populaire.
- Procédés Chimiques: Vous avez besoin de grades d’acier avec une excellente résistance chimique, comme les grades contenant du molybdène, pour une utilisation dans les camions-citernes de traitement chimique.
- Transformation Alimentaire: Ici, vous avez besoin d’acier inoxydable résistant à la corrosion, de préférence de la série 300. Les grades 304 et 316 sont populaires ici.
Comment la composition de l’acier inoxydable influence sa durabilité
La composition de l’acier inoxydable peut avoir un impact sur sa durabilité. Certains alliages sont plus faciles à recycler que d’autres, donc votre composition détermine la recyclabilité de l’acier. Par exemple, les aciers contenant une teneur plus élevée en nickel sont moins recyclables, car le recyclage du nickel a des coûts significativement élevés.
De même, l’impact environnemental du processus de fabrication d’acier inoxydable dépend de sa composition. Comme le chrome a un point de fusion élevé, les grades d’acier contenant plus de chrome utilisent plus d’énergie et produisent plus d’émissions que les grades d’acier avec moins de chrome.
Conclusion
L’acier inoxydable est un alliage de fer avec au moins 10,5% de chrome, mais la composition spécifique de l’acier inoxydable est variable. Chaque grade d’acier a une composition différente en termes d’éléments utilisés et de leur proportion. En général, les éléments les plus courants que vous trouverez dans ce matériau sont le chrome, le nickel et le manganèse. D’autres éléments, comme le molybdène, le cuivre, le titane, le carbone et le silicium, sont également utilisés. La composition de l’acier inoxydable affecte ses propriétés, ses applications et sa durabilité.
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FAQ
1.L’acier inoxydable peut-il supporter des températures élevées?
La capacité de l’acier inoxydable à supporter des températures élevées dépend de son grade. En général, l’acier inoxydable est plus résistant à la chaleur que d’autres types d’acier, et de nombreux grades d’acier inoxydable peuvent supporter des températures allant jusqu’à 870 degrés Celsius sans trop de dommages. Les aciers austénitiques sont particulièrement résistants aux températures.
2.L’acier inoxydable est-il soudable?
L’acier inoxydable est généralement soudable, mais les propriétés exactes de soudage dépendent de sa composition et de son grade. En général, l’acier inoxydable austénitique est considéré comme ayant la meilleure soudabilité. En général, vous aurez besoin de traitements avant et après soudage pour vous assurer que votre acier ne se fissure pas pendant le processus de soudage.
3.Comment est-il facile d’usiner l’acier inoxydable?
La facilité d’usinage de l’acier inoxydable dépend de son grade et de sa composition, mais la plupart des aciers inoxydables sont facilement usinables. Plus l’acier est gros, dur et complexe, plus son usinage sera difficile. En général, l’acier inoxydable austénitique a une excellente usinabilité.