Pourquoi l'acier se casse?

Il existe des milliers de variétés d'acier utilisées dans diverses industries. Chaque acier a un nom commercial différent en raison de propriétés, d'une composition chimique ou d'un type et d'une teneur en alliage différents. Bien que les valeurs de ténacité à la rupture facilitent grandement la sélection de chaque acier, ces paramètres sont difficiles à appliquer à tous les aciers. Les principales raisons sont les suivantes :

• 1. Parce qu'une certaine quantité d'un ou plusieurs éléments d'alliage doit être ajoutée lors de la fusion de l'acier, une microstructure différente peut être obtenue après un simple traitement thermique, modifiant ainsi les propriétés d'origine de l'acier ;
• 2. Parce que les défauts générés lors du processus de fabrication et de coulée de l'acier, en particulier les défauts concentrés (tels que les pores, les inclusions, etc.) sont extrêmement sensibles lors du laminage, et des changements différents se produisent entre les différents temps de fusion du même acier de composition chimique, et même dans différentes parties de la même billette, affectant ainsi la qualité de l'acier. Parce que la ténacité de l'acier dépend principalement de la microstructure et de la dispersion des défauts (prévenir strictement les défauts concentrés), plutôt que de la composition chimique. Par conséquent, la ténacité changera considérablement après le traitement thermique.

Afin d'explorer en profondeur les propriétés de l'acier et les causes de la rupture, il est également nécessaire de maîtriser la relation entre la métallurgie physique, la microstructure et la ténacité de l'acier.

L'influence de la technologie de traitement

Il est connu par la pratique que la performance au choc de l'acier trempé à l'eau est meilleure que celle de l'acier recuit ou normalisé, car le refroidissement rapide empêche la formation de cémentite aux joints de grains et favorise le raffinement des grains de ferrite.

De nombreux aciers sont vendus à l'état laminé à chaud, et les conditions de laminage ont une grande influence sur les propriétés au choc. La température finale de laminage plus basse réduira la température de transition au choc, augmentera la vitesse de refroidissement et favorisera le raffinement des grains de ferrite, améliorant ainsi la ténacité de l'acier. Parce que la vitesse de refroidissement de la tôle épaisse est plus lente que celle de la tôle mince, le grain de ferrite est plus épais que celui de la tôle mince. Par conséquent, dans les mêmes conditions de traitement thermique, les tôles épaisses sont plus fragiles que les tôles minces. Par conséquent, le traitement de normalisation est couramment utilisé après le laminage à chaud pour améliorer les propriétés des tôles d'acier.

Le laminage à chaud peut également produire des aciers anisotropes et des aciers ductiles directionnels avec diverses structures mixtes, des bandes de perlite et des joints de grains d'inclusion dans la même direction de laminage. La bande de perlite et les inclusions allongées sont grossièrement dispersées en écailles, ce qui a une grande influence sur la ténacité à l'entaille à basse température dans la plage de température de transition Charpy.

L'impact de la teneur en carbone de 0,3 % ~ 0,8 %

La teneur en carbone de l'acier hypoeutectoïde est de 0,3 % ~ 0,8 %, et la ferrite proeutectoïde est une phase continue et se forme en premier au joint de grain austénitique. La perlite se forme dans les grains d'austénite et représente 35 % ~ *** de la microstructure. De plus, une variété de structures d'agrégation se forment à l'intérieur de chaque grain d'austénite, ce qui rend la perlite polycristalline.

Parce que la résistance de la perlite est supérieure à celle de la ferrite pro-eutectoïde, l'écoulement de la ferrite est limité, de sorte que la limite d'élasticité et le taux d'écrouissage de l'acier augmentent avec l'augmentation de la teneur en carbone de la perlite. L'effet limitatif est renforcé avec l'augmentation du nombre de blocs durcis et le raffinement de la taille des grains pro-eutectoïdes de la perlite.

Lorsqu'il y a une grande quantité de perlite dans l'acier, des micro-fissures de clivage peuvent se former à basse température et/ou à des vitesses de déformation élevées pendant la déformation. Bien qu'il existe des sections de tissu agrégé interne, le canal de fracture est initialement le long du plan de clivage. Par conséquent, il existe certaines orientations préférées dans les grains de ferrite entre les plaques de ferrite et dans les structures d'agrégation adjacentes.

Rupture de l'acier inoxydable

L'acier inoxydable est principalement composé d'alliages fer-chrome, fer-chrome-nickel et d'autres éléments qui améliorent les propriétés mécaniques et la résistance à la corrosion. La résistance à la corrosion de l'acier inoxydable est due à la formation d'oxyde de chrome à la surface du métal pour empêcher une oxydation supplémentaire - une couche imperméable.

Par conséquent, l'acier inoxydable dans une atmosphère oxydante peut empêcher la corrosion et renforcer la couche d'oxyde de chrome. Cependant, dans une atmosphère réductrice, la couche d'oxyde de chrome est endommagée. La résistance à la corrosion augmente avec l'augmentation de la teneur en chrome et en nickel. Le nickel peut améliorer la passivation du fer.

L'ajout de carbone vise à améliorer les propriétés mécaniques et à assurer la stabilité des propriétés de l'acier inoxydable austénitique. En général, l'acier inoxydable est classé par microstructures.

• Acier inoxydable martensitique. Il s'agit d'un alliage fer-chrome qui peut être austénitisé et post-traité thermiquement pour produire de la martensite. Généralement 12 % de chrome et 0,15 % de carbone.
• Acier inoxydable ferritique. Teneur en chrome d'environ 14 % ~ 18 %, carbone 0,12 %. Parce que le chrome est un stabilisateur de la ferrite, la phase austénitique est complètement supprimée par plus de 13 % de chrome et est donc une phase ferritique complète.
• Acier inoxydable austénitique. Le nickel est un fort stabilisateur de l'austénite, donc à température ambiante, en dessous de la température ambiante ou à haute température, une teneur en nickel de 8 %, une teneur en chrome de 18 % (type 300) peut rendre la phase austénitique très stable. Les aciers inoxydables austénitiques sont similaires aux formes ferritiques et ne peuvent pas être durcis par transformation martensitique.

Les caractéristiques des aciers inoxydables ferritiques et martensitiques, telles que la taille des grains, sont similaires à celles des autres aciers ferritiques et martensitiques de la même classe.