Le rôle des éléments d'alliage dans l'acier(deux)

(9) Cobalt

Le cobalt est principalement utilisé dans les aciers spéciaux et les alliages.L'acier rapide contenant du cobalt a une dureté élevée à haute température, et du molybdène peut être ajouté à l'acier vieillissant martensitique en même temps pour obtenir une dureté ultra-élevée et de bonnes propriétés mécaniques complètes.De plus, le cobalt est un élément d'alliage important dans les aciers résistants à chaud et les matériaux magnétiques.

Le cobalt réduit la trempabilité de l'acier, donc l'ajout d'acier au carbone seul réduira les propriétés mécaniques globales de l'acier trempé.Le cobalt peut renforcer la ferrite et, lorsqu'il est ajouté à l'acier au carbone, il peut améliorer la dureté, la limite d'élasticité et la résistance à la traction de l'acier à l'état recuit ou normalisé, et a un effet négatif sur l'allongement et le retrait de section.La résistance aux chocs diminue avec l'augmentation de la teneur en cobalt.Le cobalt est utilisé dans les aciers et alliages résistants à la chaleur en raison de sa résistance à l'oxydation.Les turbines à gaz en alliage à base de cobalt montrent son rôle unique.

(10) Silicium (Si)

Le silicium peut être dissous dans la ferrite et l'austénite pour améliorer la dureté et la résistance de l'acier. Son rôle est le deuxième après le phosphore et plus fort que le manganèse, le nickel, le chrome, le tungstène, le molybdène, le vanadium et d'autres éléments.Cependant, lorsque la teneur en silicium dépasse 3%, la ductilité et la ténacité de l'acier seront considérablement réduites.Le silicium peut améliorer la limite élastique, la limite d'élasticité et le rapport d'élasticité (σs/σb), ainsi que la résistance à la fatigue et le rapport de fatigue (σ-1/σb) de l'acier.C'est la raison pour laquelle l'acier au silicium ou au silicium-manganèse peut être utilisé comme acier à ressort.

Le silicium peut réduire la densité, la conductivité thermique et la conductivité électrique de l'acier.Peut favoriser le grossissement du grain de ferrite, réduire la coercivité.Il a tendance à réduire l'anisotropie du cristal, de sorte que la magnétisation est facile, la réticence est réduite et il peut être utilisé pour produire de l'acier électrique, de sorte que la perte de bloc magnétique de la tôle d'acier au silicium est faible.Le silicium peut améliorer la conductivité magnétique de la ferrite, de sorte que la tôle d'acier a une sensibilité magnétique plus élevée sous un champ magnétique faible.Cependant, le silicium réduit la sensibilité magnétique de l'acier sous un fort champ magnétique.Le silicium a une forte désoxydation, ce qui réduit l'effet de vieillissement magnétique du fer.

Lorsque l'acier contenant du silicium est chauffé dans l'atmosphère oxydante, une couche de film de SiO2 se formera à la surface, améliorant ainsi la résistance à l'oxydation de l'acier à haute température.

Le silicium peut favoriser la croissance cristalline colonnaire et réduire la plasticité de l'acier coulé.Si l'acier au silicium refroidit plus rapidement lorsqu'il est chauffé, la différence de température entre l'intérieur et l'extérieur de l'acier est importante en raison de la faible conductivité thermique, et donc de la rupture.

Le silicium peut réduire la soudabilité de l'acier.Parce que le silicium est plus fort que le fer lorsqu'il se combine avec l'oxygène, il est facile de générer du silicate à bas point de fusion lors du soudage, ce qui augmente la fluidité du laitier fondu et du métal fondu, provoquant un phénomène d'éclaboussures et affectant la qualité du soudage.Le silicium est un bon désoxydant.Lors de l'utilisation de la désoxydation de l'aluminium, une certaine quantité de silicium est ajoutée, ce qui peut améliorer considérablement le taux de désoxydation.Il y a une certaine quantité de silicium dans l'acier, qui est introduit comme matière première dans le processus de fabrication du fer et de l'acier.Dans l'acier bouillant, le silicium est limité à <0,07 %, lorsqu'il est destiné à être ajouté, l'alliage de ferrosilicium est ajouté en sidérurgie.

(11) Manganèse (Mn)

Le manganèse est un bon désoxydant et désulfurant.L'acier contient généralement une certaine quantité de manganèse, qui peut éliminer ou affaiblir la fragilité à chaud de l'acier causée par le soufre, de manière à améliorer les performances de travail à chaud de l'acier.

La solution solide formée par le manganèse et le fer améliore la dureté et la résistance de la ferrite et de l'austénite dans l'acier.En même temps, c'est un élément formé de carbures et qui pénètre dans la cémentite pour remplacer certains atomes de fer.Le manganèse joue un rôle dans le raffinage de la perlite et améliore indirectement la résistance de l'acier perlitique en réduisant la température de transition critique dans l'acier.Le manganèse vient juste après le nickel dans sa capacité à stabiliser les structures austénitiques et augmente également fortement la trempabilité de l'acier.Une variété d'aciers alliés ont été fabriqués avec du manganèse contenant moins de 2% et d'autres éléments.

Le manganèse a les caractéristiques de ressources riches et d'efficacité diversifiée, et a été largement utilisé, comme l'acier de construction au carbone à haute teneur en manganèse, l'acier à ressort.

Dans l'acier résistant à l'usure à haute teneur en carbone et à haute teneur en manganèse, la teneur en manganèse peut atteindre 10% ~ 14%.Après traitement en solution solide, il a une bonne ténacité.Lorsqu'elle est déformée par un impact, la couche de surface sera renforcée en raison de la déformation et a une résistance élevée à l'usure.

Le manganèse et le soufre forment du MnS avec un point de fusion plus élevé, ce qui peut empêcher le phénomène de fragilité à chaud provoqué par le FeS.Le manganèse a tendance à augmenter le grossissement du grain et la sensibilité à la fragilité de l'acier.Si le refroidissement après la fusion et le forgeage n'est pas correct, il est facile de produire des taches blanches.

(12) Aluminium (Al)

L'aluminium est principalement utilisé pour désoxyder et affiner les grains.Favorise la formation d'une couche de nitruration dure résistante à la corrosion dans l'acier de nitruration.L'aluminium peut inhiber le vieillissement de l'acier à faible teneur en carbone et améliorer la ténacité de l'acier à basse température.Lorsque la teneur est élevée, la résistance à l'oxydation et la résistance à la corrosion dans l'acide oxydant et le gaz H2S de l'acier peuvent être améliorées, et les propriétés électriques et magnétiques de l'acier peuvent être améliorées.L'aluminium joue un grand rôle dans le renforcement de la solution dans l'acier, améliorant la résistance à l'usure, la résistance à la fatigue et les propriétés mécaniques de base de l'acier cémenté.

Dans les alliages réfractaires, l'aluminium et le nickel forment des composés pour améliorer la résistance de la fusion.L'alliage d'aluminium Fe-cr contenant de l'aluminium présente les caractéristiques d'une résistance quasi constante et d'une excellente résistance à l'oxydation à haute température, ce qui convient pour être utilisé comme alliage électrométallurgique et fil de résistance en aluminium chromé.

Lorsque certains aciers sont désoxydés, si la quantité d'aluminium est trop importante, cela produira une microstructure anormale et favorisera la tendance à la graphitisation de l'acier.Dans les aciers ferritiques et perlitiques, une teneur élevée en aluminium réduira la résistance et la ténacité à haute température, et apportera certaines difficultés à la fusion, au coulage et à d'autres aspects.

(13) Cuivre (Cu)

Le rôle exceptionnel du cuivre dans l'acier est d'améliorer la résistance à la corrosion atmosphérique de l'acier ordinaire faiblement allié, en particulier lorsqu'il est utilisé avec du phosphore, l'ajout de cuivre peut également améliorer la résistance et le rapport de rendement de l'acier, mais n'a aucun effet négatif sur le soudage performance.La durée de vie de la résistance à la corrosion de l'acier du rail (U-Cu) contenant 0,20 % ~ 0,50 % de cuivre est 2 à 5 fois supérieure à celle du rail en carbone ordinaire en plus de la résistance à l'usure.

Lorsque la teneur en cuivre est supérieure à 0,75 %, il peut produire un effet de renforcement du vieillissement après traitement en solution et vieillissement.A faible teneur, son effet est similaire au nickel, mais plus faible.Lorsque la teneur est plus élevée, elle est défavorable au traitement de déformation à chaud et conduit à la fragilité du cuivre lors du traitement de déformation à chaud.Le cuivre de 2% à 3% dans l'acier inoxydable austénitique peut résister à la corrosion de l'acide sulfurique, de l'acide phosphorique et de l'acide chlorhydrique et à la stabilité de la corrosion sous contrainte.

(14) Bore (B)

La fonction principale du bore dans l'acier est d'augmenter la trempabilité de l'acier, économisant ainsi d'autres métaux plus rares, et le nickel, le chrome, le molybdène, etc. A cet effet, sa teneur est généralement spécifiée dans la plage de 0,001% à 0,005%.Il peut remplacer 1,6 % de nickel, 0,3 % de chrome ou 0,2 % de molybdène.Il convient de noter que le molybdène peut prévenir ou réduire la fragilité au revenu, tandis que le bore favorise légèrement la tendance à la fragilité au revenu, de sorte qu'il ne peut pas être complètement remplacé par le bore.

L'acier au carbone à carbone moyen avec du bore, en raison de l'amélioration de la trempabilité, peut atteindre une épaisseur d'acier de plus de 20 mm après que les performances de trempe sont grandement améliorées, par conséquent, l'acier 40B et 40MnB peut être utilisé à la place de l'acier 40Cr, 20Mn2TiB peut être utilisé à la place de Acier cémenté 20CrMnTi.Mais du fait que le rôle du bore avec l'augmentation de la teneur en carbone de l'acier et l'affaiblissement, voire la disparition, dans le choix de l'acier au carbone boré, il faut tenir compte des pièces après cémentation, la trempabilité de la couche de cémentation sera inférieure à celle du noyau de la trempabilité de cette caractéristique.

L'acier à ressort doit généralement être complètement trempé, généralement la surface du ressort n'est pas grande, l'utilisation d'acier contenant du bore est avantageuse.L'effet du bore sur l'acier à ressort à haute teneur en silicium fluctue considérablement, il n'est donc pas pratique à utiliser.

Le bore a une forte affinité avec l'azote et l'oxygène.L'ajout de 0,007% de bore à l'acier bouillant peut éliminer le phénomène de vieillissement de l'acier.

(15) Terre rare (Re)

D'une manière générale, les éléments de terres rares se réfèrent au tableau périodique des éléments avec des numéros atomiques de 57 à 71 (15 lanthanides) plus 21 scandium et 39 yttrium, un total de 17 éléments.Ils sont proches par nature et ne peuvent pas être facilement séparés.Les terres rares non séparées, appelées terres rares mixtes, sont moins chères et peuvent améliorer la plasticité et la résistance aux chocs de l'acier laminé forgé, en particulier de l'acier moulé.Il peut améliorer la résistance au fluage des alliages et superalliages électrothermiques en acier résistant à la chaleur.

Les éléments de terres rares peuvent également améliorer la résistance à l'oxydation et la résistance à la corrosion de l'acier.L'effet antioxydant est plus que le silicium, l'aluminium, le titane et d'autres éléments.Il peut améliorer la fluidité de l'acier, réduire les inclusions non métalliques et rendre la structure en acier compacte et pure.

L'acier ordinaire faiblement allié avec des éléments de terres rares appropriés a un bon effet de désoxydation et d'élimination du soufre, améliore la ténacité aux chocs (en particulier la ténacité à basse température) et améliore les propriétés d'anisotropie.

Les éléments de terres rares dans l'alliage d'aluminium Fe-Cr augmentent la capacité antioxydante de l'alliage, maintiennent le grain fin de l'acier à haute température, améliorent la résistance à haute température, de sorte que la durée de vie de l'alliage de chauffage électrique est considérablement augmentée.

(16) Azote (N)

L'énergie azotée est en partie utilisée dans le fer, ce qui a pour effet de renforcer la solution solide et d'améliorer la trempabilité, mais ce n'est pas significatif.En raison de la précipitation de nitrures sur les joints de grains, la résistance à haute température des joints de grains peut être augmentée et la résistance au fluage de l'acier peut être augmentée.Combiné avec d'autres éléments en acier, effet de durcissement par précipitation.La résistance à la corrosion de l'acier n'est pas significative, mais la nitruration de surface de l'acier augmente non seulement la dureté et la résistance à l'usure, mais améliore également considérablement la résistance à la corrosion.L'azote résiduel dans l'acier à faible teneur en carbone peut entraîner une fragilité due au vieillissement.

(17) Soufre (S)

L'usinabilité de l'acier peut être améliorée en augmentant la teneur en soufre et en manganèse.Dans l'acier facilement usinable, le soufre est ajouté comme élément bénéfique.Le soufre est fortement séparé dans l'acier.La détérioration de la qualité de l'acier, à des températures élevées, réduit la plasticité de l'acier, est un élément nocif, qui existe sous la forme de FeS à point de fusion plus bas.FeS seul a un point de fusion de seulement 1190℃, tandis que la température eutectique du cristal eutectique formé avec du fer dans l'acier est encore plus basse, seulement 988℃.Lorsque l'acier se solidifie, le sulfure de fer fusionne à la limite primaire des grains.Lorsque l'acier est laminé à 1100 ~ 1200℃, le FeS sur le joint de grain fondra, ce qui affaiblit considérablement la force de liaison entre les grains et conduit au phénomène de fragilité à chaud de l'acier, de sorte que le soufre doit être strictement contrôlé.Généralement, il est contrôlé entre 0,020% et 0,050%.Pour éviter la fragilité causée par le soufre, suffisamment de manganèse doit être ajouté pour former du MnS avec un point de fusion plus élevé.Si l'acier contient un débit élevé, le soudage, en raison de la génération de SO2, formera des pores et se détachera dans le métal de soudage.

(18) Phosphore (P)

Le phosphore a un effet important sur le renforcement de la solution solide et le durcissement à froid de l'acier.L'ajout d'acier de construction faiblement allié comme élément d'alliage peut améliorer sa résistance et sa résistance à la corrosion atmosphérique, mais réduire ses performances d'emboutissage à froid.Le phosphore combiné au soufre et au manganèse peut augmenter les performances de coupe de l'acier, augmenter la qualité de surface de la pièce, pour une coupe facile de l'acier, donc une coupe facile de l'acier a également une teneur en phosphore relativement élevée.Le phosphore utilisé dans la ferrite, bien qu'il puisse améliorer la résistance et la dureté de l'acier, le plus grand mal est que la ségrégation est grave, augmente la fragilité trempée, augmente considérablement la plasticité et la ténacité de l'acier, ce qui fait que l'acier traité à froid est facile à fissurer , à savoir le phénomène dit de « fragilité à froid ».Le phosphore a également un effet néfaste sur la soudabilité.Le phosphore est un élément nocif, doit être strictement contrôlé, le contenu général n'est pas supérieur à 0,03% ~ 0,04%.