L'effet des éléments communs sur l'acier moulé

L'ajout de C au processus de moulage de l'acier est une méthode courante. Lorsque la teneur en C est inférieure à 2%, on parle d'acier moulé ; lorsqu'elle est supérieure à 2%, on parle d'acier C. Cependant, le C lui-même n'a pas de résistance ni de dureté. Cependant, en tant que Fe(3)C, le carbure de fer dans la solution solide, le C est le principal élément de contrôle de la résistance et de la dureté.

Le rôle principal de C :

Dans les coulées d'acier inoxydable, l'augmentation de la teneur en C accroît la résistance, la dureté et la trempabilité de l'acier. En revanche, elle réduit la plasticité, la ténacité et les propriétés magnétiques et électriques. La combinaison de C et de certains éléments d'alliage dans l'acier forme divers carbures, qui ont des effets différents sur les propriétés de l'acier.
La teneur en C dans certaines gammes d'acier moulé : Acier C 0,03 ~ 1,04%, acier à outils à haute vitesse 0,75 ~ 1,60%, acier à outils pour travail à chaud 0,22 ~ 0,70%, acier à outils pour travail à froid 0,45 ~ 2,85%.

Le Mn est présent dans l'acier fondu lors du processus de désoxydation et de désalinisation, mais à ce stade, il reste dans l'acier en quantités inférieures à 1%. Lorsque la quantité de Mn dans l'acier dépasse 1%, le Mn est un élément d'alliage ajouté intentionnellement.

Le rôle principal de Mn :

Améliorer la résistance à la traction, la trempabilité, la haute ténacité et les propriétés de traitement de l'acier moulé. Dans les aciers contenant du S, le Mn minimise la fragilisation à chaud et à froid causée par le S. L'acier à forte teneur en Mn présente une grande résistance à l'usure après un travail difficile ou un impact. Mais il a tendance à favoriser la croissance du grain de l'acier et à augmenter le deuxième type de fragilité due au revenu. L'élément Mn est utilisé dans les aciers de construction, les aciers de renforcement et les aciers à ressorts.
Mn dans certaines coulées d'acier dans la gamme de contenu : Acier C 0,25 ~ 0,65%, acier Mn 1,6 ~ 1,9%, acier pour outils à froid 0,30 ~ 2,50%, acier inoxydable Cr - Ni authentique 2,00 ~ 15,5%.

Le Si est un élément qui forme de la ferrite. Il augmente les températures A(1) et A(3). Comme le Si a un effet graphitique, il est généralement associé au Mn dans l'acier pour stabiliser les carbures. C'est un désoxydant couramment utilisé.

Le rôle principal de Si :

Dans les aciers pour tôles électriques, le Si augmente la perméabilité et la résistivité et permet des pertes par hystérésis peu profondes. Le Si rend certains aciers résistants à haute température résistants à l'oxydation. La coulée d'acier améliore la trempabilité, la résistance et la résilience grâce à la combinaison de Si et de Mn. En particulier après la trempe et le revenu, il peut améliorer la limite d'élasticité et la limite élastique de l'acier. La teneur élevée en Si de l'acier moulé augmente considérablement ses propriétés magnétiques et sa résistance. Cependant, le Si a tendance à favoriser la graphitisation, et lorsque l'acier contient des niveaux élevés de C, l'effet est encore plus important.
La teneur en Si de l'acier ordinaire varie de 0,17 à 0,37%.

Le rôle principal de Cr :

Les coulées d'acier inoxydable contiennent suffisamment de C lorsque le Cr améliore la dureté de l'acier. En général, les aciers à faible teneur en Cr contenant 1% C sont très durs. L'ajout de Cr à un acier à faible teneur en C peut améliorer la résistance mais réduire la ductilité. Le Cr améliore la résistance à haute température et la trempabilité de l'acier ; dans l'acier à haute teneur en C, il améliore la résistance à l'usure.

Lorsqu'il est ajouté en grandes quantités, jusqu'à 25%, le Cr améliore la résistance à la corrosion en formant une couche d'oxyde protectrice à la surface de l'acier. En combinaison avec des éléments tels que le Ni, il améliore la résistance à l'oxydation et la résistance thermique de l'acier et améliore encore la résistance à la corrosion. Le Cr favorise la croissance du grain, ce qui augmente la fragilité de l'acier. Le Cr est un élément largement utilisé dans les aciers de construction, les aciers à outils, les aciers à roulements, les aciers inoxydables et les aciers résistants à la chaleur.

Le W est un élément solide formant des carbures. Il forme les carbures très durs et stables W(2)C, WC, et le carbure complexe Fe(4)W(2)C. Ces carbures se dissolvent très lentement et uniquement à des températures très élevées. Le W est un composant important des aciers à outils, en particulier des aciers à outils à haute vitesse. Dans ces aciers, le W augmente considérablement la dureté après la trempe secondaire. En tant qu'élément formant de la ferrite, le W abaisse la température A(4) et augmente la température A(3).

Le rôle principal de W :

W inhibe la croissance des grains et a donc un effet d'affinage des grains. W réduit la décarburation pendant le travail à chaud et le traitement thermique. Il augmente la dureté à haute température des aciers trempés et revenus. Dans certains alliages à haute température, le W augmente la résistance au fluage. La coulée d'acier inoxydable contenant du W est chauffée à 600~700℃ le carbure ne précipite toujours pas, évitant ainsi le ramollissement de l'acier. C'est l'un des éléments utilisés plus dans l'acier à outils à haute vitesse et l'acier à outils allié. Cependant, il n'est pas approprié pour la résistance à l'oxydation de l'acier moulé.
W dans certaines gammes de teneur en acier : Acier W-Cr 1.75%, acier à outils à haute vitesse 1.15 ~ 21.0%, acier à outils pour travail à chaud 0 ~ 19.0%, acier à outils pour travail à froid 0 ~ 2.0%, acier résistant aux chocs 0 ~ 3.0%.

Le Mo est un élément robuste formant des carbures. Il forme le carbure rigide et stable Mo(2)C, ainsi que d'autres carbures complexes tels que Fe(4)Mo(2)C et Fe(21)MoC(6).

Le rôle principal de Mo :

Une petite quantité peut réduire efficacement le taux de transformation et améliorer la résistance à haute température et la résistance au fluage de l'acier moulé. Il peut également améliorer la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable, en particulier dans les solutions d'acide chlorhydrique. Le W joue un rôle similaire dans les aciers à outils à haute vitesse, souvent avec du Mo au lieu du W. Cela réduit l'accumulation de carbure dans les aciers contenant du W et améliore les propriétés mécaniques. Le Mo est l'un des composants essentiels des aciers au Mo, qui présentent une résistance élevée à la traction et une bonne plasticité. Dans les aciers au Cr, le Mo est ajouté pour améliorer l'usinabilité et les propriétés mécaniques. Dans les aciers Ni-Mo, le Mo augmente la dureté superficielle de l'acier inoxydable moulé.
Mo dans certaines gammes de teneur en acier : Acier au Mo 0,15 ~ 0,60%, acier à outils à haute vitesse 0 ~ 10,0%, acier à outils pour travail à chaud 0 ~ 5,5%, acier à outils pour travail à froid 0 ~ 1,8%, acier inoxydable Cr - Ni authentique 0,~ 4,0%, acier Cr martensitique 0 ~ 1,25%, acier ferrochrome 0 ~ 1,25%.

V est un élément solide qui forme des carbures. Il forme des carbures VC. V est présent dans l'acier moulé sous forme de carbures et de nitrures à grains fins et diffus. Ils ne se décomposent pas aux températures moyennes de traitement thermique et peuvent empêcher la croissance des grains. Une quantité suffisante de carbone et de V soluble à des températures élevées provoque l'effet de durcissement secondaire le plus important observable.

Le rôle principal de V :

V est un élément essentiel de l'affinage du grain. Il inhibe la croissance de l'austénite, et une quantité aussi faible que 0,1% V inhibe efficacement la croissance du grain pendant la trempe. Cependant, la croissance du grain commence immédiatement lorsque l'acier moulé est chauffé à une température où la croissance du grain inhibe la dissolution des particules de carbure et de nitrure.
Un rapport fer/carbone supérieur à 5,7 peut prévenir ou réduire la corrosion intergranulaire de l'acier inoxydable. Et améliorer de manière significative la résistance de l'acier inoxydable moulé à la haute température, à la haute pression et à la capacité de corrosion par l'hydrogène. Il est possible d'affiner le grain et de ralentir le taux de transfert des éléments d'alliage, mais la résistance à l'oxydation à haute température de l'acier en fonte n'est pas bonne.
V dans certaines gammes d'acier et d'alliage : acier au chrome - V 0,10 ~ 0,20%, acier à outils à haute vitesse 0,90 ~ 5,25%, acier à outils à chaud 0 ~ 2,20%, acier à outils à froid 0 ~ 5,15%

Le cobalt est un élément qui forme des carbures. Il a une tendance à former des carbures légèrement plus forte que le fer. Il améliore les propriétés à haute température de l'acier et sa résistance à l'oxydation et à la corrosion. Le cobalt est un composant essentiel de certains aciers super durs pour outils à grande vitesse, de certains alliages pour aimants permanents et d'alliages pour hautes températures.

Le rôle principal de Co :

Le Co augmente considérablement la résistance et la ténacité en favorisant le processus de durcissement par précipitation. Le Co se dissout dans la ferrite ou l'austénite et inhibe le ramollissement lors de l'augmentation de la température.
La gamme de la teneur en Co dans certains aciers et alliages : 0~13,0% pour les aciers à outils à haute vitesse, 0~4,5% pour les aciers à outils pour travail à chaud.

Le Ti est un élément solide formant des carbures. À l'état de solution solide, l'effet de renforcement de la solution fiable est extrêmement fort mais réduit simultanément la ténacité de la solution solide.

Le rôle principal de Ti :

Dans les aciers à teneur moyenne en chrome, le Ti retire le carbone de la solution solide et réduit la dureté et la trempabilité de la martensite. Dans les aciers à haute teneur en chrome, le Ti empêche la formation d'austénite. Dans les aciers inoxydables austénitiques, le Ti retire le carbone de la solution solide à haute température, empêchant ainsi la formation de carbures de chrome aux joints de grains. Dans les alliages austénitiques à haute température, le Ti favorise le durcissement par précipitation. Dans les aciers sédimentaires à haute résistance faiblement alliés, le Ti améliore la ténacité de l'acier. Le Ti peut affiner le grain et fixer le carbone, ce qui améliore la soudabilité de l'acier moulé.
La teneur en Ti dans les aciers faiblement alliés à haute résistance varie de 0 à 0,10%.

Le plomb a une solubilité limitée dans l'acier en fusion. Comme il a une densité bien supérieure à celle de l'acier, il s'enfonce dans l'acier en fusion et s'en sépare. Il est présent dans l'acier sous forme d'inclusions. Ces inclusions sont molles et agissent comme des lubrifiants interstitiels. Sa teneur d'environ 0,20% et la présence de très petites particules peuvent améliorer l'usinabilité de l'acier sans affecter de manière significative les autres propriétés.

Le Ni ne forme pas de carbures. La présence de Ni dans l'acier en fonte déstabilise les carbures de fer et favorise donc la graphitisation. Le Ni agit pour renforcer la ferrite en développant des solutions solides de remplacement simples. En tant qu'élément formateur d'austénite, le Ni stabilise l'austénite en augmentant la température A(4) et en abaissant la température A(3). Si le fer pur contient plus de 25% Ni, l'alliage résultant est de l'austénite pure même s'il est lentement refroidi à la température ambiante.

Le rôle principal de Ni :

Dans les aciers alliés contenant jusqu'à 5% Ni, le Ni améliore la résistance et la ténacité. Le Ni permet la formation d'austénite à haute teneur en chrome, ce qui donne des aciers inoxydables austénitiques au chrome-Ni. Il est largement utilisé, en particulier dans l'acier inoxydable et l'acier résistant à la chaleur. Les aciers à haute teneur en Ni contenant de petites quantités de carbone augmentent considérablement l'hystérésis thermique de la transformation hétéro-cristalline isotrope. Cela conduit à la rétention de la martensite dans les aciers martensitiques vieillis lorsqu'ils sont chauffés à 600°C. Le Ni réduit le coefficient de dilatation thermique et, dans les alliages à forte teneur en Ni, il augmente la perméabilité. Lorsque la teneur en Ni de l'acier moulé est élevée, sa combinaison avec le chrome peut améliorer de manière significative la résistance à la corrosion et à la chaleur de l'acier.

Le Nb augmente la résistance en durcissant par précipitation et en affinant le grain de ferrite.

Le rôle principal de Nb :

De petites quantités de Nb (environ 0,02%) peuvent augmenter efficacement la résistance à la traction et la limite d'élasticité de l'acier au carbone. Le Nb est un composant essentiel de certains aciers faiblement alliés à haute résistance.
Lorsque la teneur dépasse 8 fois la teneur en carbone, il peut fixer presque tout le carbone de l'acier moulé. Les aciers autentiques empêchent la corrosion intergranulaire de l'acier moulé par les milieux oxydants. Grâce à la fixation du carbone dans l'acier et à l'effet de durcissement par précipitation, ils peuvent améliorer les propriétés à haute température des aciers à haute résistance, telles que la résistance au fluage.

Le cuivre est un élément formant de l'austénite. Comme le cuivre a tendance à se graphiter, il n'est ajouté qu'à l'acier doux et dans des quantités ne dépassant pas 1,5%.
Le rôle principal du cuivre est d'améliorer la résistance à la corrosion et d'augmenter la résistance à la traction de l'alliage par le biais du durcissement par précipitation. Le cuivre peut légèrement augmenter la limite d'élasticité des aciers qui ne subissent pas de durcissement par précipitation. Toutefois, la plasticité et la ténacité des pièces coulées en acier inoxydable sont réduites. L'acier au carbone augmente la trempabilité et diminue la ductilité. Lorsque la teneur en cuivre dépasse 0,4%-0,5%, la surface des pièces en acier peut facilement se fissurer pendant le travail à chaud.

L'aluminium a une capacité de formation de carbure inférieure à celle du fer. L'aluminium favorise la graphitisation dans les coulées d'acier inoxydable.

Le rôle principal d'Al :

Al et l'azote ou O pour produire des dispersions fines efficaces afin d'inhiber la croissance des grains. Il génère une couche efficace de durcissement superficiel par la diffusion à basse température de l'azote (nitruration). L'Al rend l'acier résistant à la corrosion en développant une couche solide d'oxyde d'Al sur la surface de l'acier moulé. L'Al affine les grains de l'acier inoxydable moulé, augmentant ainsi la résistance et la ténacité de l'acier.
La teneur en Al de certains aciers et alliages varie de 0,01 à 0,03% dans l'acier ordinaire, de 0 à 0,30% dans l'acier inoxydable ferritique et de 0 à 1,5% dans l'acier inoxydable à durcissement par précipitation.

B est un solide très dur qui fond à 2300°C.

Le rôle principal de B :

L'ajout de traces de B (0,0005 à 0,005%) dans de l'acier inoxydable moulé entièrement désoxydé peut améliorer de manière significative la trempabilité de l'acier. Ceci est dû à une réduction du taux de transition de phase pendant le refroidissement, mais lorsque la teneur en carbone augmente, la trempabilité diminue. Par conséquent, le B ajouté à un acier à faible ou moyenne teneur en carbone avec une teneur en carbone <0,6% a un effet significatif. Si vous ajoutez une petite quantité de B, réduisez de moitié la quantité d'autres éléments d'alliage plus coûteux, tout en continuant à couler l'acier pour maintenir le même taux de transformation. B améliore la ductilité et les propriétés mécaniques de l'acier inoxydable coulé.

Le S est l'élément le plus nocif pour l'acier moulé. Il a l'effet le plus néfaste sur l'acier en formant le sulfure cassant FeS. Le sulfure est présent dans l'acier en quantités aussi faibles que 0,01% et peut également provoquer la précipitation de sulfure le long des joints de grains.

Le rôle principal de S :

Lorsqu'une quantité suffisante de manganèse est ajoutée à l'acier moulé, S forme MnS, qui est plastique à des températures de travail élevées. Le S peut augmenter les inclusions non métalliques dans l'acier, de sorte que la résistance de l'acier est réduite et que les propriétés de soudage de l'acier sont considérablement réduites. Dans le travail à chaud, il est facile de produire de la fragilité (fragilité à chaud), mais une teneur en S légèrement plus élevée peut améliorer l'usinabilité de l'acier à faible teneur en carbone.
La teneur en S de l'acier ordinaire est ≤ 0,045%.

S est l'élément le plus nocif pour l'acier moulé. Le S a l'effet le plus néfaste sur l'acier en formant le sulfure cassant FeS. Le sulfure est présent dans l'acier en quantités aussi faibles que 0,01% et peut également provoquer la précipitation de sulfure le long des joints de grains.

Le rôle principal de S :

Lorsqu'une quantité suffisante de manganèse est ajoutée à l'acier moulé, S forme MnS, qui est plastique à des températures de travail élevées. Le S peut augmenter les inclusions non métalliques dans l'acier, de sorte que la résistance de l'acier est réduite et que les propriétés de soudage de l'acier sont considérablement réduites. Dans le travail à chaud, il est facile de produire de la fragilité (fragilité à chaud), mais une teneur en S légèrement plus élevée peut améliorer l'usinabilité de l'acier à faible teneur en carbone.
La teneur en S de l'acier ordinaire est ≤ 0,045%.

Dans l'acier, l'azote peut former des nitrures ou se dissoudre dans les interstices après la solidification. Dans les deux cas, l'azote fragilise l'acier et le rend impropre au travail à froid. Par conséquent, la teneur en N doit être aussi faible que 0,002% pour produire des aciers doux à plasticité élevée. La réduction de la teneur en N réduit également le vieillissement par trempe. Dans les aciers laminés à chaud ou forgés, le phosphore crée ce que l'on appelle des "zones anormales", qui deviennent des points faibles dans l'acier.

L'hydrogène peut se diffuser dans l'acier à température ambiante. Cette diffusion est plus efficace lors d'une augmentation lente de la température. Une teneur en hydrogène supérieure à environ 0,0005% entraîne une réduction de la ductilité de l'acier. Une teneur en hydrogène supérieure à 0,0005% peut provoquer une rupture interne de l'acier. Cela se produit généralement pendant le refroidissement du métal après le laminage ou le forgeage.
Elle rend l'acier susceptible de présenter des défauts inadmissibles tels que des taches blanches, qui peuvent entraîner une fragilisation par l'hydrogène, et constitue également un facteur essentiel conduisant à la fissuration à froid (fissuration retardée) dans la zone affectée thermiquement de la soudure.

Au cours du processus de soufflage de l'acier, une grande quantité d'O est soufflée dans la piscine de fusion. À la fin du processus de soufflage, l'acier contient un excès d'O. S'il n'est pas désoxydé, il affectera l'opération de coulée ultérieure. Lors du processus de solidification de l'acier, l'O se présente sous la forme de précipitations d'oxydes en grandes quantités. L'acier inoxydable coulé produira également des inclusions non métalliques d'oxyde, réduisant la plasticité et la résistance aux chocs de l'acier, ce qui le rendra cassant.

Comme la teneur ne dépasse pas 0,20%, les propriétés mécaniques générales de l'acier inoxydable moulé ne sont pas significatives mais augmentent la sensibilité à la fragilité du revenu.

Une petite quantité de Zr a dégazé, purifié et affiné le rôle du grain. La ténacité de l'acier à basse température est bénéfique. Il peut également éliminer le phénomène de vieillissement et améliorer les propriétés d'emboutissage de l'acier.