Propriétés et défauts de l'acier inoxydable
Caractéristiques techniques
La résistance à la corrosion est l'exigence de base pour l'acier inoxydable. Elle dépend de la composition de l'alliage, de son état structurel, de l'agressivité de l'environnement corrosif et des contraintes imposées. La résistance à la corrosion est déterminée par la formation d'un film passif solide à la surface du produit, qui empêche la pénétration de la substance corrosive dans les couches profondes du matériau.
Le chrome
C'est l'un des agents passivants les plus puissants dans les environnements oxydants. Il forme à la surface de l'alliage un film d'oxyde très fin et invisible, d'une épaisseur de quelques couches atomiques seulement. La densité du film et la résistance à la corrosion augmentent avec le pourcentage de chrome. La teneur en chrome de 12 à 13 % rend l'acier inoxydable et résistant à l'humidité de l'air et du sol. L'augmentation de la teneur en chrome à 28-30 % rend l'alliage résistant aux environnements agressifs. Le chrome étant un élément ferritique, les alliages à forte teneur en chrome (16-30 %) sont classés comme ferritiques. La résistance à la ferrite rend les alliages imperméables à la trempe, ils sont donc caractérisés par de faibles propriétés de résistance, ce qui limite leur application. Les aciers purement ferritiques à base de 25-28% de chrome (X25, X28, etc.) avec de faibles ajouts de titane ou d'azote (pour l'affinage du grain) sont utilisés comme aciers résistants à la chaleur et non porteurs.
Résistance et ductilité
Ces qualités du métal dépendent de nombreux facteurs : la structure cristalline, l'énergie de liaison des atomes dans le réseau cristallin, la pureté du métal, la composition chimique, la pureté des limites et d'autres facteurs. Selon les concepts modernes, la résistance à la déformation plastique est principalement déterminée par le nombre d'imperfections dans la structure du réseau cristallin, en particulier les dislocations. Une résistance élevée peut être obtenue en réduisant ou, au contraire, en augmentant considérablement le nombre de dislocations.
Renforcement
La question de la création de matériaux exempts de défauts n'a pas encore été résolue dans la pratique, mais le renforcement par augmentation du nombre de dislocations et d'autres imperfections est très largement utilisé. Le durcissement des aciers inoxydables, qui sont des solutions solides, résulte de l'interaction des atomes d'impuretés - qui ne forment pas le réseau de la solution solide de base - avec les dislocations. Cependant, un renforcement plus important des aciers est effectué par le blocage par cisaillement de particules hautement dispersées d'une autre phase, à la suite d'un alliage et d'un traitement thermique approprié. Le durcissement correspond à une structure fine avec des précipitations de seconde phase de 20-50 nm (200-500 A) qui sont uniformément réparties dans tout le volume du grain. L'augmentation de la précipitation à 100 nm (1000 A) et plus conduit à l'adoucissement de l'alliage.
Nuances martensitiques
Lorsque la résistance à la corrosion et une résistance mécanique élevée sont requises, on utilise des nuances martensitiques à teneur réduite en chrome (12-18%) qui peuvent être durcies. Leur teneur en carbone est généralement de 0,1 à 0,4 % (nuances 1X13-4X13). S'il est nécessaire d'obtenir une dureté élevée après durcissement, la teneur en carbone peut être augmentée jusqu'à 1 % (nuance 9X18). Les alliages de ce type sont utilisés dans la fabrication de couteaux, de cisailles, d'outils chirurgicaux, de moules pour les matières plastiques, et les aciers à forte teneur en carbone sont utilisés dans la fabrication de roulements à billes fonctionnant dans des environnements corrosifs. Mais tous sont inadaptés aux températures élevées.
L'alliage
Avec l'augmentation de la température, les atomes du réseau cristallin s'affaiblissent, la mobilité des atomes se diffuse et la phase de renforcement (principalement les carbures de chrome) devient plus grossière. Cela conduit à l'adoucissement de l'alliage d'acier inoxydable. Le maintien à long terme de la résistance à haute température est favorisé par le retardement des processus de diffusion que l'on peut obtenir grâce à un alliage optimal.
Technique de coulée
Afin d'améliorer la qualité de la surface du lingot et de réduire la porosité du titane, l'acier inoxydable doit être coulé à grande vitesse, la surface du métal dans le moule doit être protégée par une atmosphère réductrice ou du laitier, et le jet de métal doit être protégé par des gaz inertes pendant la coulée.
Furnizor
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