L'influence de différents éléments sur l'acier inoxydable

À l'heure actuelle, il existe plus de 100 éléments chimiques connus et une vingtaine d'éléments chimiques peuvent être rencontrés dans les matériaux en acier couramment utilisés dans l'industrie. Pour le acier spécial série d'acier inoxydable formée par la lutte à long terme des gens contre la corrosion, il existe plus d'une douzaine d'éléments couramment utilisés. En plus des éléments de base de l'acier, le fer a le plus grand impact sur les performances et la structure de l'acier inoxydable.

Les éléments sont le carbone, le chrome, le nickel, le manganèse, le silicium, le molybdène, le titane, le niobium, le titane, le manganèse, l'azote, le cuivre, le cobalt, etc. À l'exception du carbone, du silicium et de l'azote, ces éléments sont tous des éléments du groupe de transition de le tableau périodique des éléments chimiques.

En effet, l'inox utilisé dans l'industrie comporte plusieurs voire une dizaine d'éléments à la fois. Lorsque plusieurs éléments coexistent dans l'unité de l'inox, leur influence est beaucoup plus compliquée que lorsqu'ils existent seuls. Dans ces circonstances, non seulement le rôle de chaque élément lui-même doit être considéré, mais aussi leur influence mutuelle. Par conséquent, la structure de l'acier inoxydable est déterminée par la somme de l'influence de divers éléments.

1. Le rôle déterminant du chrome dans l'acier inoxydable

Il n'y a qu'un seul élément qui détermine les propriétés de l'acier inoxydable, et c'est le chrome. Chaque type d'acier inoxydable contient une certaine quantité de chrome. Jusqu'à présent, il n'y a pas d'acier inoxydable sans chrome. La raison fondamentale pour laquelle le chrome est devenu l'élément principal déterminant les performances de l'acier inoxydable est que l'ajout de chrome en tant qu'élément d'alliage à l'acier favorise son mouvement contradictoire interne pour aider à résister aux dommages de corrosion. Ce changement peut s'expliquer par les aspects suivants:

① Le chrome augmente le potentiel d'électrode de la solution solide à base de fer

②Le chrome absorbe les électrons du fer pour passiver le fer

La passivation est un phénomène dans lequel la résistance à la corrosion des métaux et alliages est améliorée en raison de la prévention de la réaction anodique. Il existe de nombreuses théories qui constituent la passivation des métaux et des alliages, notamment la théorie des films, la théorie de l'adsorption et la théorie de l'arrangement des électrons.

2. La dualité du carbone dans l'acier inoxydable

Le carbone est l'un des principaux éléments de l'acier industriel. Les performances et la structure de l'acier sont largement déterminées par la teneur et la répartition du carbone dans l'acier. L'influence du carbone dans l'acier inoxydable est particulièrement importante. L'effet du carbone sur la structure de l'acier inoxydable se manifeste principalement sous deux aspects. D'une part, le carbone est un élément qui stabilise l'austénite et a un effet important (environ 30 fois celui du nickel). D'autre part, en raison de l'affinité du carbone et du chrome, Large, formé avec le chrome, une série de carbures complexes. Par conséquent, en termes de résistance et de résistance à la corrosion, le rôle du carbone dans l'acier inoxydable est contradictoire.

Connaissant la loi de cette influence, nous pouvons choisir des aciers inoxydables avec différentes teneurs en carbone pour différentes exigences d'utilisation.

Par exemple, l'acier inoxydable le plus largement utilisé et le plus basique de l'industrie - la teneur en chrome standard des cinq nuances d'acier 0Crl3~4Cr13 est fixée à 12~14%, ce qui correspond au facteur de carbone et de chrome en chrome. carbure. L'objectif de la décision est qu'une fois le carbone et le chrome combinés pour former du carbure de chrome, la teneur en chrome de la solution solide ne doit pas être inférieure à la teneur minimale en chrome de 11.7%.

Pour ces cinq nuances d'acier, en raison de la teneur différente en carbone, la résistance et la résistance à la corrosion sont également différentes. La résistance à la corrosion de l'acier 0Cr13~2Crl3 est meilleure mais la résistance est inférieure à celle de l'acier 3Crl3 et 4Cr13. Il est principalement utilisé pour fabriquer des pièces de structure. Les deux nuances d'acier peuvent obtenir une résistance élevée en raison de leur teneur élevée en carbone et sont principalement utilisées dans la fabrication de ressorts, de couteaux et d'autres pièces nécessitant une résistance et une résistance à l'usure élevées.

Par exemple, afin de surmonter la corrosion intergranulaire de l'acier inoxydable 18-8 chrome-nickel, la teneur en carbone de l'acier peut être réduite à moins de 0.03 %, ou un élément (titane ou niobium) avec une plus grande affinité que le chrome et le carbone peut être ajouté pour l'empêcher de former une carbonisation.

Le chrome, par exemple, lorsqu'une dureté élevée et une résistance à l'usure deviennent les principales exigences, nous pouvons augmenter la teneur en carbone de l'acier tout en augmentant de manière appropriée la teneur en chrome, afin de répondre aux exigences de dureté et de résistance à l'usure, mais aussi prendre en compte-fixe La fonction de résistance à la corrosion des aciers inoxydables 9Cr18 et 9Cr17MoVCo utilisés comme roulements, outils de mesure et lames dans l'industrie, bien que la teneur en carbone soit aussi élevée que 0.85 à 0.95% car leur teneur en chrome a été augmentée en conséquence, elle garantit toujours la résistance à la corrosion. Exiger.

En général, la teneur en carbone de l'acier inoxydable actuellement utilisé dans l'industrie est relativement faible. La plupart des aciers inoxydables ont une teneur en carbone comprise entre 0.1% et 0.4%, et les aciers résistants aux acides ont une teneur en carbone de 0.1% à 0.2%. L'acier inoxydable avec une teneur en carbone de plus de 0.4% ne représente qu'une petite partie des nuances totales d'acier. En effet, dans la plupart des conditions d'utilisation, l'acier inoxydable a toujours pour objectif principal la résistance à la corrosion. De plus, la plus faible teneur en carbone est également due à certaines exigences technologiques, telles qu'un soudage facile et une déformation à froid.

3. Le rôle du nickel dans l'acier inoxydable n'est joué qu'après avoir coopéré avec le chrome

Le nickel est un excellent matériau résistant à la corrosion et un élément d'alliage important pour l'acier allié. Le nickel est un élément qui forme de l'austénite dans l'acier, mais pour que l'acier au nickel à faible teneur en carbone obtienne une structure d'austénite pure, la teneur en nickel doit atteindre 24 % ; et ce n'est que lorsque la teneur en nickel est de 27% que l'acier peut être résistant à certains supports. Les performances de corrosion changent de manière significative. Par conséquent, le nickel ne peut pas constituer à lui seul l'acier inoxydable. Mais lorsque le nickel et le chrome existent en même temps dans l'acier inoxydable, l'acier inoxydable contenant du nickel possède de nombreuses propriétés intéressantes.

Sur la base de la situation ci-dessus, le rôle du nickel en tant qu'élément d'alliage dans l'acier inoxydable est qu'il modifie la structure de l'acier à haute teneur en chrome de sorte que la résistance à la corrosion et les performances de traitement de l'acier inoxydable puissent être améliorées.

4. Le manganèse et l'azote peuvent remplacer le nickel dans l'acier inoxydable au chrome-nickel

Bien que l'acier austénitique au chrome-nickel présente de nombreux avantages, ces dernières décennies, en raison du développement et de l'application à grande échelle d'alliages résistants à la chaleur à base de nickel et d'aciers résistants à la chaleur contenant moins de 20 % de nickel, et du développement croissant du l'industrie chimique, la demande d'acier inoxydable a augmenté. Plus la taille est grande, plus les gisements de nickel et la répartition de la concentration dans quelques zones sont petits, il y a donc une contradiction entre l'offre et la demande de nickel dans le monde.

Ainsi, dans les domaines de l'acier inoxydable et de nombreux autres alliages (tels que l'acier pour les grandes pièces moulées et forgées, l'acier à outils, l'acier résistant à la chaleur, etc.), en particulier dans les pays où les ressources en nickel sont relativement rares, la science de l'économie du nickel et le remplacement du nickel par d'autres éléments a été largement réalisé. Dans la pratique de recherche et de production, il y a plus de recherches et d'applications dans ce domaine qui remplacent le nickel dans l'acier inoxydable et l'acier résistant à la chaleur par du manganèse et de l'azote.

L'effet du manganèse sur l'austénite est similaire à celui du nickel. Mais pour être plus précis, le rôle du manganèse n'est pas de former de l'austénite, mais de réduire la vitesse critique de trempe de l'acier, d'augmenter la stabilité de l'austénite lors du refroidissement, d'inhiber la décomposition de l'austénite et de la faire se former à haute température. L'austénite peut être maintenue à température ambiante. En améliorant la résistance à la corrosion de l'acier, le manganèse a peu d'effet. Par exemple, la teneur en manganèse de l'acier passe de 0 à 10.4 % et ne modifie pas de manière significative la résistance à la corrosion de l'acier dans l'air et l'acide.

En effet, le manganèse a peu d'effet sur l'augmentation du potentiel d'électrode de la solution solide à base de fer, et l'effet protecteur du film d'oxyde formé est également très faible, donc bien qu'il existe des aciers austénitiques alliés au manganèse (tels que 40Mn18Cr4, 50Mn18Cr4WN, ZGMn13 acier Etc.), ils ne peuvent pas être utilisés comme acier inoxydable. Le rôle du manganèse dans la stabilisation de l'austénite dans l'acier est environ la moitié de celui du nickel, c'est-à-dire que le rôle de 2 % d'azote dans l'acier stabilise également l'austénite, et le rôle est supérieur à celui du nickel.

Par exemple, afin d'obtenir la structure austénitique de l'acier contenant 18 % de chrome à température ambiante, de l'acier inoxydable à faible teneur en nickel avec du manganèse et de l'azote au lieu du nickel et de l'acier inoxydable sans nickel au chrome-manganèse-azote a été appliqué dans l'industrie à présent, et certains Il a remplacé avec succès l'acier inoxydable classique 18-8 au chrome-nickel.

5. Le titane ou le niobium est ajouté à l'acier inoxydable pour empêcher la corrosion intergranulaire.

6. Le molybdène et le cuivre peuvent améliorer la résistance à la corrosion de certains aciers inoxydables.

7. L'influence d'autres éléments sur les performances et l'organisation de l'acier inoxydable

Les neuf éléments principaux ci-dessus ont un impact sur les performances et la structure de l'acier inoxydable. En plus des éléments qui ont un impact plus important sur les performances et la structure de l'acier inoxydable, l'acier inoxydable contient également d'autres éléments. Certains sont les mêmes que l'acier général en tant qu'impuretés, telles que le silicium, le soufre, le phosphore, etc. Certains sont ajoutés à des fins spécifiques, comme le cobalt, le bore, le sélénium et les terres rares. Au regard de la nature principale de la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable, ces éléments sont non essentiels par rapport aux neuf éléments évoqués. Néanmoins, ils ne peuvent pas être complètement ignorés car ils affectent également les performances et l'organisation de l'acier inoxydable. Influence.

Le silicium »est un élément qui forme la ferrite et est un élément d'impureté souvent présent dans l'acier inoxydable en général.

Le cobalt n'est pas largement utilisé comme élément d'alliage dans l'acier. Cela est dû au prix élevé du cobalt et à son importance dans d'autres aspects (tels que l'acier rapide, l'alliage dur, l'alliage résistant à la chaleur à base de cobalt, l'acier magnétique ou l'alliage magnétique dur, etc.). Il n'y a pas beaucoup de tôles inoxydables courantes qui ajoutent du cobalt comme élément d'alliage. Les aciers inoxydables couramment utilisés tels que l'acier 9Crl7MoVCo (contenant 1.2-1.8% de cobalt) ajoutent du cobalt. Le but n'est pas d'améliorer la résistance à la corrosion mais d'augmenter la dureté, car le but principal de ce type d'acier inoxydable dans la fabrication d'outils de coupe pour machines à trancher, de ciseaux et de lames chirurgicales, etc.

Bore L'ajout de 0.005% de bore à l'acier inoxydable ferritique à haute teneur en chrome Crl7Mo2Ti peut améliorer la résistance à la corrosion dans l'acide acétique bouillant à 65%. L'ajout d'une petite quantité de bore (0.0006 à 0.0007 %) peut améliorer la plasticité thermique de l'acier inoxydable austénitique. Une petite quantité de bore forme un eutectique à bas point de fusion, ce qui augmente la tendance de l'acier austénitique à générer des fissures à chaud pendant le soudage, mais lorsqu'il contient plus de bore (0.5 à 0.6 %), il peut empêcher l'apparition de fissures à chaud.

Car lorsqu'elle contient 0.5 à 0.6% de bore, il se forme la structure diphasique austénite-borure, ce qui abaisse le point de fusion de la soudure. Lorsque la température de solidification du bain en fusion est inférieure à la zone de semi-fusion, la contrainte de traction générée par le matériau de base lors du refroidissement sera à l'état liquide. Le métal soudé solide ne causera pas de fissures à ce stade. Même si une fissure se forme dans la zone proche du joint, elle peut être remplie de métal fondu liquide-solide. L'acier inoxydable austénitique au chrome-nickel contenant du bore a des applications spéciales dans l'industrie de l'énergie atomique.

Le phosphore est un élément d'impureté dans l'acier inoxydable général, mais son danger dans l'acier inoxydable austénitique n'est pas aussi important que dans l'acier général, de sorte que la teneur peut être plus élevée si certaines données suggèrent qu'elle peut atteindre 0.06 %. Favorise le contrôle de la fonte. La teneur en phosphore des aciers austénitiques individuels contenant du manganèse peut atteindre 0.06 % (comme l'acier 2Crl3NiMn9) ou même 0.08 % (comme l'acier Cr14Mnl4Ni). En utilisant du phosphore pour renforcer l'acier, le phosphore est également ajouté comme élément d'alliage pour l'acier inoxydable durcissant par vieillissement. L'acier PH17-10P (contenant 0.25% de phosphore) est l'acier PH-HNM (contenant 0.30 phosphore) et ainsi de suite.

Le soufre et le sélénium sont également des impuretés courantes dans l'acier inoxydable en général. Mais l'ajout de 0.2 à 0.4% de soufre à l'acier inoxydable peut améliorer les performances de coupe de l'acier inoxydable, et le sélénium a également le même effet. Le soufre et le sélénium améliorent les performances de coupe de l'acier inoxydable car ils réduisent la ténacité de l'acier inoxydable. Par exemple, la valeur d'impact de l'acier inoxydable 18-8 chrome-nickel peut atteindre 30 kg/cm2. La valeur d'impact de l'acier 18-8 avec 0.31 % de soufre (0.084 % C, 18.15 % Cr, 9.25 % Ni) est de 1.8 kg/cm² ; 18 avec 0.22 % de sélénium La valeur d'impact de l'acier -8 (0.094 % C, 18.4 % Cr, 9 % Ni) est de 3.24 kg/cm². Le soufre et le sélénium réduisent tous deux la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable, ils sont donc rarement utilisés comme éléments d'alliage de l'acier inoxydable.

Éléments de terres rares L'application d'éléments de terres rares à l'acier inoxydable vise actuellement principalement à améliorer les performances des procédés. Par exemple, l'ajout d'un petit nombre d'éléments de terres rares à l'acier Crl7Ti et à l'acier Cr17Mo2Ti peut éliminer les bulles causées par l'hydrogène dans le lingot d'acier et réduire les fissures dans la billette. L'acier inoxydable austénitique et austénitique-ferritique avec 0.02-0.5% d'éléments de terres rares (alliage cérium-lanthane) peut améliorer considérablement les performances de forgeage. Il y avait autrefois de l'acier austénitique contenant 19.5 % de chrome, 23 % de nickel et de molybdène, du cuivre et du manganèse. Dans le passé, elle ne pouvait produire que des pièces moulées en raison des performances du processus de travail à chaud. Après avoir ajouté des éléments de terres rares, il pourrait être roulé dans divers profils.

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