Acier inoxydable : caractéristiques et applications

Le développement de l'acier inoxydable découle de ses propriétés inhérentes, qui répondent à diverses exigences. Bien que sa caractéristique clé soit la résistance à la corrosion, l'acier inoxydable n'est pas uniquement défini par ce trait. Il possède également des propriétés mécaniques uniques (telles que la limite d'élasticité, la résistance à la traction, la résistance au fluage, la résistance à haute température et la résistance à basse température), des propriétés physiques (y compris la densité, la capacité calorifique spécifique, le coefficient de dilatation linéaire, la conductivité thermique, la résistivité électrique, la perméabilité magnétique et le module d'élasticité), la transformabilité (telle que la formabilité, la soudabilité et l'usinabilité), ainsi que des caractéristiques métallographiques (composition de phase, microstructure, etc.). Ces propriétés définissent collectivement l'acier inoxydable. Ci-dessous, nous allons brièvement introduire certaines de ses caractéristiques fondamentales.

(1) Résistance (Résistance à la traction, Résistance à la limite d'élasticité)

La résistance de l'acier inoxydable est influencée par divers facteurs, l'ajout de différents éléments chimiques, principalement des éléments métalliques, étant le plus crucial et fondamental. Différents types d'acier inoxydable présentent des caractéristiques de résistance variées en raison des différences dans leurs compositions chimiques.

(a) Aciers inoxydables martensitiques

Les aciers inoxydables martensitiques, comme les aciers alliés ordinaires, possèdent la capacité de durcir par trempe. Par conséquent, une large gamme de propriétés mécaniques peut être obtenue en sélectionnant des nuances appropriées et des conditions de traitement thermique.

Les aciers inoxydables martensitiques peuvent être largement classés comme des aciers inoxydables fer-chrome-carbone. Ils peuvent être divisés en aciers inoxydables martensitiques au chrome et en aciers inoxydables martensitiques au chrome-nickel. Les tendances des changements de résistance lors de l'ajout d'éléments tels que le chrome, le carbone et le molybdène aux aciers inoxydables martensitiques au chrome, ainsi que les caractéristiques de résistance lors de l'ajout de nickel aux aciers inoxydables martensitiques au chrome-nickel, sont décrites ci-dessous.

Sous des conditions de trempe et de revenu, l'augmentation de la teneur en chrome dans les aciers inoxydables martensitiques au chrome entraîne une augmentation de la teneur en ferrite, réduisant ainsi la dureté et la résistance à la traction. Pour les aciers inoxydables martensitiques au chrome à faible teneur en carbone dans l'état recuit, une augmentation de la teneur en chrome entraîne une légère augmentation de la dureté et une légère diminution de l'allongement. Avec une teneur en chrome fixe, une augmentation de la teneur en carbone élève la dureté de l'acier après trempe tout en réduisant sa plasticité. Le principal objectif de l'ajout de molybdène est d'améliorer la résistance, la dureté et l'effet de durcissement secondaire de l'acier. L'effet de l'ajout de molybdène devient particulièrement prononcé après une trempe à basse température, sa teneur étant généralement inférieure à 1 %. Dans les aciers inoxydables martensitiques au chrome-nickel, la présence d'une certaine quantité de nickel réduit la teneur en δ-ferrite dans l'acier, lui permettant d'atteindre des valeurs de dureté plus élevées.

La composition chimique des aciers inoxydables martensitiques se caractérise par l'ajout d'éléments tels que le molybdène, le tungstène, le vanadium et le niobium sur la base de différentes combinaisons de 0,1 % à 1,0 % de carbone et de 12 % à 27 % de chrome. En raison de leur structure cubique centrée sur le corps, leur résistance diminue fortement à des températures élevées. Cependant, en dessous de 600 °C, ils présentent une résistance à haute température et une résistance au fluage qui sont parmi les plus élevées de tous les types d'aciers inoxydables.

(b) Aciers inoxydables ferritiques

Selon les résultats de la recherche, lorsque la teneur en chrome est inférieure à 25 %, la structure ferritique inhibe la formation de la structure martensitique, ce qui entraîne une diminution de la résistance avec l'augmentation de la teneur en chrome. Lorsque la teneur en chrome dépasse 25 %, l'effet de renforcement par solution solide de l'alliage augmente légèrement la résistance. Une augmentation de la teneur en molybdène facilite la formation d'une structure ferritique, favorise la précipitation des phases α', β et χ, et améliore la résistance grâce au renforcement par solution solide. Cependant, cela augmente également la sensibilité aux encoches, réduisant ainsi la ténacité. L'effet du molybdène sur l'amélioration de la résistance des aciers inoxydables ferritiques est supérieur à celui du chrome.

La composition chimique des aciers inoxydables ferritiques se caractérise par une teneur en chrome de 11 % à 30 %, avec l'ajout de niobium et de titane. Leur résistance à haute température est la plus faible parmi tous les types d'aciers inoxydables, mais ils présentent une forte résistance à la fatigue thermique.

(c) Aciers inoxydables austénitiques