Composition chimique de l'acier

L'acier est un alliage de fer et d'autres éléments. Certains éléments sont ajoutés intentionnellement au fer dans le but d'atteindre certaines propriétés et caractéristiques spécifiques. D'autres éléments sont présents incidemment et ne peuvent pas être facilement enlevés. Ces éléments sont appelés éléments «traces» ou «résiduels».

De nombreuses spécifications de produits comportent des exigences obligatoires pour la déclaration de certains éléments et celles-ci varient. La plupart des moulins fournissent régulièrement une analyse de la chaleur qui comprend les éléments ci-dessous. Bien qu'il soit possible d'analyser d'autres éléments, ce n'est le plus souvent pas pratique ou nécessaire sauf s'il s'agit d'ajouts (par exemple pb-plomb, sb-antimoine ou co-cobalt).

C-carbone

Mn-manganèse

P-phosphore

S-soufre

Si-silicium

Cu-cuivre

Ni-nickel

Cr-chrome

Mo-molybdène

V-vanadium

Cb (nb) - columbium (niobium)

Ti-titane

Al-aluminium

N-azote

B-bore

Sn-étain

Ca-calcium

Il existe des milliers d'alliages d'acier et leur catégorisation est complexe et varie selon l'organe directeur. La plupart, cependant, peuvent être largement regroupés en acier au carbone ordinaire, en acier à très faible teneur en carbone (ulc), en acier allié à faible résistance (hsla), en acier allié, en acier fortement allié (y compris l'acier inoxydable et l'acier à outils) et en acier électrique. L'acier de haute résistance avancé (ahss) est la plus nouvelle classification des aciers.

Éléments d'alliage servent souvent à des fins différentes dans différents aciers. Par exemple, le manganèse contribue à la force et à la dureté de l'acier dans l'état comme laminé, mais une autre caractéristique importante est sa capacité à augmenter la trempabilité qui est critique dans le traitement thermique.

L'effet des éléments d'alliage sur les propriétés de l'acier est un sujet énorme. Ce qui suit est un résumé très sommaire de l'influence des éléments ci-dessus dans les produits laminés plats courants. Plus d'informations peuvent être trouvées sur les sites Web des organes directeurs et des sociétés d'information de matériaux tels que asm international.

Le carbone est l'élément durcissant principal en acier. La dureté et la résistance augmentent proportionnellement à mesure que la teneur en carbone augmente jusqu'à environ 0,85%. Le carbone a un effet négatif sur la ductilité, la soudabilité et la ténacité. Gamme de carbone en acier ulc est généralement 0. 002-0. 007%. Le niveau minimum de carbone en acier au carbone ordinaire et hsla est 0.02%. Les catégories simples d'acier au carbone vont jusqu'à 0,95%, aciers de hsla à 0,13%.

Le manganèse est présent dans tous les aciers commerciaux en tant qu'ajout et contribue de manière significative à la résistance et à la dureté de l'acier de la même manière, mais à un degré moindre que le carbone. Le manganèse améliore la dureté froide d'impact de la température. L'augmentation de la teneur en manganèse diminue la ductilité et la soudabilité. La teneur typique en manganèse est de 0, 20-2, 00%.

Le phosphore est le plus souvent un résidu mais il peut être un ajout. En plus, il augmente la dureté et la résistance à la traction. Il est préjudiciable à la ductilité, à la soudabilité et à la ténacité. Le phosphore est également utilisé dans l'acier à haute résistance re-phosphorisé pour les panneaux de carrosserie automobile. Les quantités typiques en tant que résiduel sont inférieures à 0,020%.

Le soufre est présent dans les matières premières utilisées dans la fabrication du fer. Le processus de fabrication de l'acier est conçu pour l'enlever car c'est presque toujours une impureté néfaste. Une quantité typique dans l'acier commercial est 0.012%, et 0.005% dans hsla formable.

Le silicium peut être une addition ou un résidu. En plus, il a pour effet d'augmenter la résistance mais dans une moindre mesure que le manganèse. Une addition minimale typique est de 0,10%. Pour des applications de galvanisation de courrier le maximum résiduel désiré est 0.04%.

Le cuivre, le nickel, le chrome (chrome), le molybdène (moly) et l'étain sont les résidus les plus couramment trouvés dans l'acier. La quantité dans laquelle ils sont présents est contrôlée par la gestion de la ferraille dans le processus de fabrication de l'acier. Les quantités résiduelles maximales spécifiées sont généralement de 0,20%, 0,20%, 0,15% et 0,06% respectivement pour le cuivre, le nickel, le chrome et le molybdène, mais les limites acceptables dépendent principalement des exigences du produit. Le cuivre, le nickel, le chrome et le molybdène, lorsqu'ils sont des ajouts, ont des effets d'amélioration très spécifiques sur l'acier. Un maximum de résidus d'étain n'est généralement pas spécifié, mais sa teneur en acier est normalement maintenue à 0,03% ou moins en raison de ses caractéristiques néfastes.

Le vanadium, le columbium et le titane sont des éléments de renforcement qui sont ajoutés à l'acier seul ou en combinaison. En très petites quantités ils peuvent avoir un effet très significatif d'où ils sont appelés micro-alliages. Les quantités typiques sont 0,01 à 0,10%. Dans les aciers à très faible teneur en carbone, le titane et le columbium sont ajoutés comme agents «stabilisants» (c'est-à-dire qu'ils se combinent avec le carbone et l'azote restant dans l'acier liquide après dégazage sous vide). Le résultat final est une formabilité et une qualité de surface supérieures.

L'aluminium est utilisé principalement comme agent désoxydant dans la sidérurgie, combinant avec l'oxygène dans l'acier pour former des oxydes d'aluminium qui peuvent flotter dans les scories. En général, 0,01% est considéré comme le minimum requis pour «l'acier à l'aluminium tué». L'aluminium agit comme un raffineur de grain pendant le laminage à chaud en combinant avec de l'azote pour produire des précipités d'aluminium-nitrure. Dans le traitement en aval des précipités de nitrure d'aluminium peuvent être contrôlés pour affecter les propriétés de la bobine.

L'azote peut entrer dans l'acier comme impureté ou comme addition intentionnelle. Typiquement, les niveaux résiduels sont inférieurs à 0,0100 (100 ppm).

Le bore est le plus souvent ajouté à l'acier pour augmenter sa trempabilité, mais dans les aciers à faible teneur en carbone, il peut être ajouté pour attacher l'azote et aider à réduire l'allongement de la limite d'élasticité minimisant ainsi les ruptures de bobine. En même temps, lorsqu'il est traité de manière appropriée, le produit aura une excellente formabilité. À cet effet, il est ajouté en quantités allant jusqu'à environ 0,009%. En tant que résidu dans l'acier, il est généralement inférieur à 0,0005%.

Du calcium est ajouté à l'acier pour contrôler la forme des sulfures afin d'améliorer la formabilité (il se combine avec le soufre pour former des inclusions rondes). Il est utilisé généralement dans les aciers de hsla particulièrement aux niveaux plus de haute résistance. Une addition typique est de 0,003%.