Afin d'améliorer et de renforcer certaines propriétés de l'acier et de lui permettre d'obtenir des propriétés spéciales, les éléments ajoutés intentionnellement dans le processus de fusion sont appelés éléments d'alliage. Les éléments d'alliage courants sont le chrome, le nickel, le molybdène, le tungstène, le vanadium, le titane, le niobium, le zirconium, le cobalt, le silicium, le manganèse, l'aluminium, le cuivre, le bore, les terres rares, etc. Le phosphore, le soufre, l'azote, etc., agissent également comme des alliages dans certains cas.
1
Cr
24
Le chrome peut augmenter la trempabilité de l'acier et a un effet de trempe secondaire, ce qui peut améliorer la dureté et la résistance à l'usure de l'acier au carbone sans rendre l'acier cassant. Lorsque la teneur dépasse 12%, l'acier présente une bonne résistance à l'oxydation à haute température et à la corrosion par oxydation, et augmente également la résistance thermique de l'acier. Le chrome est le principal élément d'alliage de l'acier inoxydable résistant à l'acide et à la chaleur.
Le chrome peut améliorer la résistance et la dureté de l'acier au carbone à l'état de laminage et réduire l'allongement et le retrait de la section. Lorsque la teneur en chrome dépasse 15%, la résistance et la dureté diminuent, et l'allongement et le retrait de la section augmentent en conséquence. Les pièces contenant de l'acier au chrome sont faciles à obtenir une meilleure qualité d'usinage de surface par meulage.
Le rôle principal du chrome dans la structure trempée est d'améliorer la trempabilité, de sorte que l'acier après la trempe et le revenu présente de meilleures propriétés mécaniques globales, dans l'acier cémenté peut également former du carbure de chrome, afin d'améliorer la résistance à l'usure de la surface du matériau.
Les aciers à ressorts contenant du chrome ne sont pas faciles à décarburer pendant le traitement thermique. Le chrome peut améliorer la résistance à l'usure, la dureté et la dureté rouge de l'acier à outils et présente une bonne stabilité au revenu. Dans les alliages électrothermiques, le chrome peut améliorer la résistance à l'oxydation, la résistance et la solidité de l'alliage.
2
Ni
28
Le nickel renforce la ferrite et affine la perlite dans l'acier, l'effet global est d'augmenter la résistance, et l'effet sur la plasticité n'est pas significatif. D'une manière générale, pour l'acier à faible teneur en carbone utilisé à l'état laminé, normalisé ou recuit sans traitement de revenu, une certaine teneur en nickel peut améliorer la résistance de l'acier sans réduire de manière significative sa ténacité. Selon les statistiques, chaque augmentation de 1% de nickel peut augmenter la résistance de 29,4Pa. Avec l'augmentation de la teneur en nickel, la limite d'élasticité de l'acier est plus rapide que la résistance à la traction, de sorte que le ratio de l'acier contenant du nickel peut être plus élevé que celui de l'acier au carbone ordinaire. Tout en améliorant la résistance de l'acier, le nickel a moins d'impact sur la ténacité, la plasticité et d'autres propriétés de traitement de l'acier que d'autres éléments d'alliage. Pour l'acier à teneur moyenne en carbone, la perlite devient plus fine car le nickel réduit la température de transition de la perlite. Et comme le nickel réduit la teneur en carbone du point eutectoïde, la quantité de perlite est supérieure à celle de l'acier au carbone avec la même teneur en carbone, de sorte que la résistance de l'acier ferritique perlite avec du nickel est supérieure à celle de l'acier au carbone avec la même teneur en carbone. Au contraire, si la résistance de l'acier est la même, la teneur en carbone de l'acier contenant du nickel peut être réduite de manière appropriée, de sorte que la ténacité et la plasticité de l'acier peuvent être améliorées. Le nickel peut améliorer la résistance de l'acier à la fatigue et réduire la sensibilité de l'acier à l'entaille. Le nickel réduit la température de transition fragile à basse température de l'acier, ce qui est très important pour l'acier à basse température. L'acier avec 3,5% de nickel peut être utilisé à -100°C, et l'acier avec 9% de nickel peut fonctionner à -196°C. Le nickel n'augmente pas la résistance de l'acier au fluage, c'est pourquoi il n'est généralement pas utilisé comme élément de renforcement de l'acier à résistance thermique.
Le coefficient de dilatation linéaire de l'alliage Fe-Ni à haute teneur en nickel change de manière significative avec l'augmentation ou la diminution de la teneur en nickel. Cette propriété permet de concevoir et de produire des alliages de précision et des matériaux bimétalliques avec un coefficient de dilatation linéaire très faible ou certain.
En outre, le nickel ajouté à l'acier n'est pas seulement résistant aux acides, mais aussi aux alcalis, à la corrosion dans l'atmosphère et au sel ; le nickel est l'un des éléments importants de l'acier inoxydable résistant aux acides.
3
Mo
42
Le molybdène dans l'acier peut améliorer la trempabilité et la résistance thermique, prévenir la fragilité du revenu, augmenter la rémanence et la coercivité et la résistance à la corrosion dans certains milieux.
Dans l'acier trempé, le molybdène peut rendre la plus grande partie des pièces trempées profondément, trempées à travers, améliorer la résistance au revenu ou la stabilité du revenu de l'acier, de sorte que les pièces peuvent être trempées à des températures plus élevées, afin d'éliminer (ou de réduire) plus efficacement le stress résiduel, d'améliorer la plasticité.
Outre les fonctions susmentionnées dans l'acier cémenté, le molybdène peut également réduire la tendance des carbures à former un réseau continu sur le joint de grain dans la couche de cémentation, réduire l'austénite résiduelle dans la couche de cémentation et augmenter relativement la résistance à l'usure de la couche superficielle.
Dans la matrice de forgeage, le molybdène peut également maintenir l'acier à une dureté relativement stable, augmenter la déformation. Résistance à la fissuration et à l'usure.
Dans l'acier inoxydable résistant aux acides, le molybdène peut encore améliorer la résistance à la corrosion des acides organiques (tels que l'acide formique, l'acide acétique, l'acide oxalique, etc.) et du peroxyde d'hydrogène, de l'acide sulfurique, du sulfite, du sulfate, des colorants acides, de la poudre de blanchiment, etc. En particulier, l'ajout de molybdène permet d'éviter la tendance à la corrosion ponctuelle causée par la présence d'ions chlorure.
L'acier rapide W12Cr4V4Mo contenant environ 1% de molybdène présente une résistance à l'usure, une dureté de revenu et une dureté rouge.
4
W
74
Outre la formation de carbures dans l'acier, le tungstène est partiellement dissous dans le fer pour former une solution solide. Son effet est similaire à celui du molybdène, mais selon le calcul de la fraction de masse, l'effet général n'est pas aussi important que celui du molybdène. Le principal échantillon de tungstène dans l'acier est l'augmentation de la stabilité du revenu, de la dureté rouge, de la résistance thermique et de la résistance à l'usure grâce à la formation de carbures. Par conséquent, il est principalement utilisé pour l'acier à outils, tel que l'acier à grande vitesse, l'acier pour matrices de forgeage à chaud, etc.
Le tungstène forme des carbures réfractaires dans l'acier à ressorts de haute qualité, ce qui peut faciliter le processus d'accumulation des carbures et maintenir une résistance élevée à haute température lorsque l'acier est trempé à des températures plus élevées. Le tungstène peut également réduire la sensibilité à la surchauffe de l'acier, augmenter la trempabilité et la dureté. L'acier à ressort 65SiMnWA a une dureté élevée après le refroidissement à l'air après le laminage à chaud, et l'acier à ressort avec une section transversale de 50 mm2 peut être trempé dans l'huile, ce qui peut être utilisé comme un ressort important pour résister à de grandes charges, à la résistance à la chaleur (pas plus de 350 ° C) et à l'impact. 30W4Cr2VA haute résistance à la chaleur acier à ressort, avec une grande trempabilité, 1050 ~ 1100℃ trempe, 550 ~ 650℃ trempe résistance à la traction de 1470 ~ 1666Pa. Il est principalement utilisé pour fabriquer des ressorts utilisés à des températures élevées (pas plus de 500 ° C).
L'ajout de tungstène permet d'améliorer considérablement la résistance à l'usure et l'usinabilité de l'acier, c'est pourquoi le tungstène est l'élément principal de l'acier à outils allié.
5
V
23
Le vanadium a une forte affinité avec le carbone, l'ammoniac et l'oxygène, et forme avec eux des composés stables correspondants. Le vanadium existe principalement sous forme de carbure dans l'acier. Sa fonction principale est d'affiner la structure et le grain de l'acier, d'améliorer la solidité et la résistance de l'acier. Lorsqu'il est dissous dans une solution solide à haute température, il augmente la trempabilité ; au contraire, s'il existe sous forme de carbure, la trempabilité est réduite. Le vanadium augmente la stabilité de l'acier trempé et produit un effet de durcissement secondaire. La teneur en vanadium de l'acier, à l'exception de l'acier à outils rapide, ne dépasse généralement pas 0,5%.
Le vanadium dans l'acier allié ordinaire à faible teneur en carbone peut affiner le grain, améliorer la solidité et le rapport de rendement après normalisation et les caractéristiques à basse température, améliorer les performances de soudage de l'acier.
Le vanadium dans l'acier structurel allié en raison des conditions générales de traitement thermique réduira la trempabilité, c'est pourquoi il est souvent utilisé en combinaison avec le manganèse, le chrome, le molybdène et le tungstène dans l'acier structurel. Le vanadium dans l'acier trempé est principalement utilisé pour améliorer la solidité et la limite d'élasticité de l'acier, affiner le grain et améliorer la sensibilité à la surchauffe. Dans l'acier cémenté, le grain peut être affiné, de sorte que l'acier peut être directement trempé après la cémentation, sans trempe secondaire.
Dans l'acier à ressorts et l'acier à roulements, le vanadium peut améliorer la force et le ratio de rendement, augmenter particulièrement la limite proportionnelle et la limite élastique, réduire la sensibilité à la décarbonisation pendant le traitement thermique, et donc améliorer la qualité de la surface. L'acier pour roulements contenant du vanadium dans cinq chromes a une grande dispersion de carbonisation et de bonnes performances.
Le vanadium dans l'acier à outils affine les grains, réduit la sensibilité à la surchauffe, augmente la stabilité de la trempe et la résistance à l'usure, prolongeant ainsi la durée de vie des outils.
6
Ti
81
Le titane et l'azote, l'oxygène et le carbone ont une forte affinité, et l'affinité avec le soufre est plus forte que celle avec le fer. C'est donc un bon agent de dégazage désoxydant et un élément efficace pour fixer l'azote et le carbone. Bien que le titane soit un élément formant un carbure puissant, il ne se combine pas avec d'autres éléments pour former des composés complexes. La force de liaison du carbure de titane est forte, stable, pas facile à décomposer, dans l'acier seulement chauffé à plus de 1000 ° C pour se dissoudre lentement dans la solution solide. Avant la fusion, les particules de carbure de titane ont pour effet d'empêcher la croissance des grains. Étant donné que l'affinité entre le titane et le carbone est beaucoup plus grande que l'affinité entre le chrome et le carbone, le titane est couramment utilisé dans l'acier inoxydable pour fixer le carbone afin d'éliminer l'appauvrissement du chrome à la limite du grain, éliminant ou réduisant ainsi la corrosion intergranulaire de l'acier.
Le titane est également l'un des éléments de formation de ferrite les plus puissants, ce qui augmente fortement les températures A1 et A3 de l'acier. Le titane peut améliorer la plasticité et la ténacité de l'acier ordinaire faiblement allié. Comme le titane fixe l'azote et le soufre et forme du carbure de titane, la résistance de l'acier est accrue. En normalisant l'affinage du grain, la précipitation du carbure peut améliorer considérablement la plasticité et la résistance aux chocs de l'acier. L'acier de construction allié au titane possède de bonnes propriétés mécaniques et de bonnes propriétés de traitement, mais son principal inconvénient est que sa trempabilité est légèrement médiocre.
Il est généralement nécessaire d'ajouter environ 5 fois la teneur en carbone du titane dans l'acier inoxydable à haute teneur en chrome, ce qui peut non seulement améliorer la résistance à la corrosion (principalement la résistance à la corrosion intergranulaire) et la ténacité de l'acier, mais aussi organiser la tendance à la croissance du grain de l'acier à haute température et améliorer les performances de soudage de l'acier.
7
Nb/Cb
41
Le niobium et le columbium coexistent souvent avec le tantale, et leur rôle dans l'acier est similaire. Le niobium et le tantale sont partiellement dissous dans la solution solide pour la renforcer. Lorsqu'ils sont dissous dans l'austénite, la trempabilité de l'acier est considérablement améliorée. Cependant, sous la forme de particules de carbure et d'oxyde, le grain est affiné et la trempabilité de l'acier est réduite. Il peut augmenter la stabilité de l'acier au revenu et a un effet de durcissement secondaire. Une petite quantité de niobium peut améliorer la résistance de l'acier sans affecter sa plasticité ou sa ténacité. En raison de l'effet d'affinage du grain, la résistance à l'impact de l'acier peut être améliorée et la température de transition fragile peut être réduite. Lorsque la teneur en carbone est plus de 8 fois supérieure à celle de l'acier, presque tout le carbone de l'acier peut être fixé, de sorte que l'acier présente une bonne résistance à l'hydrogène. Dans l'acier austénitique, la corrosion intergranulaire de l'acier par un milieu oxydant peut être évitée. Grâce à la fixation du carbone et au durcissement par précipitation, il peut améliorer les propriétés à haute température de l'acier à résistance élevée, telles que la résistance au fluage.
Le niobium peut améliorer la limite d'élasticité et la résistance aux chocs et réduire la température de transition fragile dans l'acier faiblement allié commun utilisé dans la construction. Dans l'acier de construction allié cémenté et trempé, la trempabilité est augmentée en même temps. Améliorer la ténacité et la performance à basse température de l'acier. Il peut réduire la trempe à l'air de l'acier inoxydable martensitique résistant à la chaleur à faible teneur en carbone, éviter la fragilité due à la trempe et au revenu et améliorer la résistance au fluage.
8
Zr
40
Le zirconium est un élément de formation de carbure puissant, et son rôle dans l'acier est similaire à celui du niobium, du tantale et du vanadium. L'ajout d'une petite quantité de zirconium a pour effet de dégazer, de purifier et d'affiner les grains, ce qui favorise les performances de l'acier à basse température et améliore les performances d'emboutissage. Il est souvent utilisé dans la fabrication d'acier à ultra-haute résistance et de superalliages à base de nickel utilisés dans les moteurs à gaz et les structures de missiles balistiques.
9
Co
27
Le cobalt est principalement utilisé dans les aciers spéciaux et les alliages, les aciers rapides contenant du cobalt ont une dureté à haute température, et le molybdène peut être ajouté à l'acier maraging en même temps pour obtenir une dureté ultra-élevée et de bonnes propriétés mécaniques globales. En outre, le cobalt est également un élément d'alliage important dans les aciers résistants à la chaleur et les matériaux magnétiques.
Le cobalt réduit la trempabilité de l'acier, par conséquent, l'ajout d'acier au carbone seul réduira les propriétés mécaniques globales après le revenu. Le cobalt peut renforcer la ferrite, ajouté à l'acier au carbone, recuit ou normalisé, il peut améliorer la dureté de l'acier, la limite d'élasticité et la résistance à la traction, l'allongement et le retrait de section ont des effets négatifs, la résistance aux chocs diminue également avec l'augmentation de la teneur en cobalt. En raison de sa résistance à l'oxydation, le cobalt est utilisé dans les aciers et les alliages résistants à la chaleur. Les turbines à gaz en alliage à base de cobalt jouent également un rôle unique.
10
Si
14
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 celui du phosphore, et plus important que celui du manganèse, du nickel, du chrome, du tungstène, du molybdène, du vanadium et d'autres éléments. Toutefois, lorsque la teneur en silicium dépasse 3%, la plasticité et la ténacité de l'acier sont 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 ressorts.
Le silicium peut réduire la densité, la conductivité thermique et la conductivité électrique de l'acier. Il peut favoriser le grossissement des grains de ferrite et réduire la coercivité. Il a tendance à réduire l'anisotropie du cristal, de sorte que l'aimantation est facile, la résistance magnétique est réduite, et il peut être utilisé pour produire de l'acier électrique, de sorte que la perte de blocage magnétique de la tôle d'acier au silicium est faible. Le silicium peut améliorer la perméabilité magnétique de la ferrite, de sorte que la tôle d'acier a une force d'induction magnétique plus élevée sous un faible champ magnétique. Cependant, le silicium diminue la force d'induction magnétique de l'acier sous un champ magnétique fort. Le silicium a un fort pouvoir de désoxydation, ce qui réduit l'effet de vieillissement magnétique du fer.
Lorsque l'acier contenant du silicium est chauffé dans une atmosphère oxydante, une couche de film SiO2 se forme à la surface, améliorant ainsi la résistance à l'oxydation de l'acier à haute température.
Le silicium peut favoriser la croissance de cristaux colonnaires dans l'acier moulé et réduire la plasticité. Si l'acier au silicium est refroidi plus rapidement lorsqu'il est chauffé, en raison de sa faible conductivité thermique, la différence de température entre l'intérieur et l'extérieur de l'acier est importante, d'où la rupture.
Le silicium peut réduire la soudabilité de l'acier. La capacité de liaison du silicium avec l'oxygène étant plus forte que celle du fer, il est facile de générer du silicate à bas point de fusion pendant le soudage, ce qui augmente la fluidité du laitier fondu et du métal fondu, provoquant des éclaboussures et affectant la qualité du soudage. Le silicium est un bon désoxydant. Lors de la désoxydation de l'aluminium, l'ajout d'une certaine quantité de silicium peut améliorer de manière significative le taux de désoxydation. L'acier contient une certaine quantité de silicium, qui est utilisé comme matière première lors de la fabrication du fer et de l'acier. Dans l'acier bouillant, le silicium est limité à <0,07%, et lorsqu'il doit être ajouté, l'alliage de ferrosilicium est ajouté dans la fabrication de l'acier.
1
11
Mn
25
Le manganèse est un bon désoxydant et désulfurant. L'acier contient généralement une certaine quantité de manganèse, qui peut éliminer ou affaiblir la fragilité de l'acier à chaud causée par le soufre, améliorant ainsi les performances de l'acier à chaud.
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 par les carbures, qui pénètre dans la cémentite pour remplacer une partie des atomes de fer. Le manganèse joue un rôle dans l'affinage de la perlite en réduisant la température de transition critique de l'acier, et joue également un rôle indirect dans l'amélioration de la résistance de l'acier perlé. Le manganèse est le deuxième élément, après le nickel, à stabiliser les structures austénitiques et à augmenter fortement la trempabilité de l'acier. Divers aciers alliés ont été fabriqués avec du manganèse de moins de 2% combiné à d'autres éléments.
Le manganèse se caractérise par la richesse de ses ressources et la diversité de ses performances. Il a été largement utilisé, notamment dans les aciers de construction au carbone à haute teneur en manganèse et dans les aciers à ressorts.
Dans l'acier résistant à l'usure à haute teneur en carbone et en manganèse, la teneur en manganèse peut atteindre 10% à 14%, après traitement en solution solide, bonne ténacité, lors de l'impact et de la déformation, la couche superficielle sera renforcée en raison de la déformation, avec une résistance élevée à l'usure.
Le manganèse et le soufre forment le MnS dont le point de fusion est plus élevé, ce qui permet d'éviter la fragilité thermique causée 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 dans l'acier.
12
Al
13
L'aluminium est principalement utilisé pour la désoxydation et l'affinage du grain. Il favorise la formation d'une couche de nitruration dure et résistante à la corrosion dans l'acier nitruré. 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 sa teneur est élevée, il peut améliorer la résistance à l'oxydation et la résistance à la corrosion de l'acier dans l'acide oxydant et le gaz H2S, et améliorer les propriétés électriques et magnétiques de l'acier. L'aluminium joue un rôle important dans le renforcement de la solution solide dans l'acier, améliorant la résistance à l'usure, la résistance à la fatigue et les propriétés mécaniques de base de l'acier cémenté.
L'aluminium et le nickel forment des composés dans les alliages réfractaires pour améliorer la résistance métallurgique. Les alliages d'aluminium Fe-cr contenant de l'aluminium présentent des caractéristiques de résistance quasi constantes et une excellente résistance à l'oxydation à haute température. Ils conviennent aux matériaux d'alliage électrométallurgiques et aux fils de résistance au chrome-al.
Lorsque certains aciers sont désoxydés, si la quantité d'aluminium est trop importante, l'acier produira une structure anormale et favorisera la tendance à la graphitisation de l'acier. Dans l'acier ferritique et perlitique, lorsque la teneur en aluminium est élevée, elle réduit la résistance et la ténacité à haute température et entraîne des difficultés au niveau de la fusion, de la coulée et d'autres aspects.
13
Cu
29
Le rôle principal 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 la limite d'élasticité de l'acier, et n'a pas d'effet négatif sur les performances de soudage. L'acier pour rails (U-Cu) contenant 0,20% à 0,50% de cuivre, outre la résistance à l'usure, a une durée de vie de 2 à 5 fois supérieure à celle des rails ordinaires au carbone.
Lorsque la teneur en cuivre dépasse 0,75%, l'effet de renforcement du vieillissement peut être produit après un traitement en solution et un vieillissement. À faible teneur, son effet est similaire à celui du nickel, mais plus faible. Lorsque la teneur est plus élevée, elle est défavorable au traitement de déformation à chaud, ce qui entraîne une fragilité du cuivre pendant le traitement de déformation à chaud. Le cuivre 2% ~ 3% dans l'acier inoxydable austénitique peut avoir une résistance à la corrosion à l'acide sulfurique, à l'acide phosphorique et à l'acide chlorhydrique et une stabilité à la corrosion sous contrainte.
14
B
5
Le rôle principal du bore dans l'acier est d'augmenter la trempabilité de l'acier, ce qui permet d'économiser d'autres métaux plus rares et plus coûteux, tels que le nickel, le chrome, le molybdène, etc. À cette fin, sa teneur est généralement comprise entre 0,001% et 0,005%. Il peut remplacer 1,6% de nickel, 0,3% de chrome ou 0,2% de molybdène. Il convient de noter que le bore remplace le molybdène, car le molybdène peut empêcher ou réduire la fragilité à la trempe, tandis que le bore favorise légèrement la tendance à la fragilité à la trempe, et ne peut donc pas être complètement remplacé par le molybdène au bore.
L'acier au carbone moyen avec du bore, en raison d'une meilleure trempabilité, peut rendre l'épaisseur de l'acier de plus de 20 mm après le revenu, la performance est grandement améliorée, par conséquent, l'acier 40B et 40MnB peut être utilisé au lieu de 40Cr, l'acier 20Mn2TiB peut être utilisé au lieu de l'acier cémenté 20CrMnTi. Cependant, en raison du rôle du bore avec l'augmentation de la teneur en carbone dans l'acier et de l'affaiblissement, voire de la disparition, dans la sélection de l'acier carburé au carbone contenant du bore, il est nécessaire de prendre en compte les pièces après la cémentation, la trempabilité de la couche de cémentation sera inférieure à la trempabilité du noyau.
L'acier à ressort doit généralement être entièrement trempé, la surface du ressort n'est généralement pas importante et l'utilisation d'un acier contenant du bore est avantageuse. L'action du bore sur l'acier à ressort à haute teneur en silicium fluctue fortement, ce qui rend son utilisation peu pratique.
Le bore a une forte affinité avec l'azote et l'oxygène, l'ajout de 0,007% de bore à l'acier en ébullition peut éliminer le phénomène de vieillissement de l'acier.
1
15
Re
75
D'une manière générale, les terres rares désignent les lanthanides (15) dont les numéros atomiques sont compris entre 57 et 71 dans le tableau périodique, plus 21 scandium et 39 yttrium, soit un total de 17 éléments. Ils sont proches par nature et ne sont pas faciles à séparer. Les terres rares non séparées, appelées terres rares mixtes, sont moins chères, et les éléments de terres rares peuvent améliorer la plasticité et la résistance aux chocs de l'acier laminé forgé, en particulier dans l'acier moulé. Ils peuvent améliorer la résistance au fluage de l'acier résistant à la chaleur, des alliages électrothermiques et des superalliages.
Les éléments des terres rares peuvent également améliorer la résistance à l'oxydation et à la corrosion de l'acier. L'effet de la résistance à l'oxydation dépasse celui du silicium, de l'aluminium, du titane et d'autres éléments. Ils peuvent améliorer la fluidité de l'acier, réduire les inclusions non métalliques et rendre la structure de l'acier dense et pure.
L'ajout d'éléments de terres rares appropriés dans un acier ordinaire faiblement allié permet une bonne désoxydation et une bonne élimination du soufre, améliore la résistance aux chocs (en particulier à basse température) et améliore les propriétés d'anisotropie.
Les éléments de terre rare augmentent la résistance à l'oxygène de l'alliage d'aluminium ferrochrome, 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 améliorée.
16
N
7
L'énergie de l'azote est partiellement 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 du nitrure sur le joint de grain, la résistance à haute température du joint de grain peut être augmentée et la résistance au fluage de l'acier peut être augmentée. Combiné à d'autres éléments dans l'acier, l'effet de durcissement par précipitation. La résistance à la corrosion de l'acier n'est pas significative, mais la surface de l'acier après nitruration, non seulement augmente sa dureté et sa résistance à l'usure, mais améliore également de manière significative la résistance à la corrosion. L'azote résiduel dans l'acier au carbone doux peut entraîner une fragilité due au vieillissement.
17
S
16
L'augmentation de la teneur en soufre et en manganèse peut améliorer les performances de coupe de l'acier, et le soufre est ajouté en tant qu'élément bénéfique dans l'acier de décolletage. Le soufre est fortement séparé dans l'acier. La détérioration de la qualité de l'acier, à haute température, réduit la plasticité de l'acier, est un élément nocif, qui existe sous la forme de FeS avec un point de fusion plus bas. Le FeS seul a un point de fusion de seulement 1190 ° C, alors que la température eutectique de formation d'un cristal eutectique avec le fer dans l'acier est encore plus basse, seulement 988 ° C, et lorsque l'acier se solidifie, le sulfure de fer se dépose à la limite primaire du grain. Lorsque l'acier est laminé à 1100 ~ 1200℃, le FeS sur le joint de grain va fondre, ce qui affaiblit considérablement la force de liaison entre les grains, ce qui entraîne la fragilité à chaud de l'acier, de sorte que le soufre doit être strictement contrôlé. Le contrôle général est de 0,020% ~ 0,050%. Afin d'éviter la fragilité causée par le soufre, il convient d'ajouter suffisamment de manganèse pour former du MnS avec un point de fusion plus élevé. Si le débit dans l'acier est élevé, la porosité et la porosité se formeront dans le métal de soudage en raison de la génération de SO2.
18
P
15
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 en tant qu'élément d'alliage peut améliorer sa solidité et sa résistance à la corrosion atmosphérique, mais réduit ses performances en matière d'emboutissage à froid. L'utilisation combinée du phosphore avec le soufre et le manganèse peut accroître les performances de coupe de l'acier, augmenter la qualité de la surface de la pièce à usiner et est utilisée pour l'acier de décolletage, de sorte que la teneur en phosphore de l'acier de décolletage est également relativement élevée. Le phosphore est utilisé dans la ferrite, bien qu'il puisse améliorer la résistance et la dureté de l'acier, le plus grand inconvénient est que la ségrégation est grave, la fragilité du revenu est augmentée, et la plasticité et la ténacité de l'acier sont considérablement accrues, ce qui rend l'acier susceptible d'être fragilisé pendant le traitement à froid, c'est-à-dire le phénomène dit de la "fragilité à froid". Le phosphore a également un effet négatif sur la soudabilité. Le phosphore est un élément nocif qui doit être strictement contrôlé, la teneur générale ne devant pas dépasser 0,03% ~ 0,04%.
