Les éléments d'alliage expliqués : ce que chaque élément fait dans l'acier

Comment lire ce tableau

Les éléments agissent ensemble, et le même élément peut être une caractéristique dans une nuance et un résiduel plafonné dans une autre. Les entrées ci-dessous décrivent l'effet principal recherché dans les aciers alliés et inoxydables typiques ; les pages de nuances de ce site donnent les plages réellement autorisées pour chaque nuance nommée.

Élément	Effets principaux	À savoir
Carbone (C)	Le principal élément durcissant : forme des carbures et permet la martensite à la trempe, augmentant la dureté et la résistance à la traction	La ductilité, la ténacité et la soudabilité diminuent à mesure que le carbone augmente ; l'élément le plus déterminant de la recette
Manganèse (Mn)	Désoxydant ; augmente la résistance et la trempabilité ; lie le soufre sous forme de MnS inoffensif au lieu de films fragiles de FeS	Présent dans presque tous les aciers ; des teneurs élevées (11–14%) créent les aciers anti-usure Hadfield à durcissement par écrouissage
Silicium (Si)	Désoxydant ; durcissant par solution solide ; élément clé des aciers à ressorts et des aciers électriques	Des teneurs élevées peuvent dégrader la qualité de surface et le comportement en galvanisation
Chrome (Cr)	Trempabilité, carbures résistants à l'usure, résistance à haute température ; à environ 10.5% et au-dessus, le film passif qui définit l'acier inoxydable	Apporte aussi une sensibilité à la fragilisation au revenu dans certains aciers Cr-Mo si le refroidissement est négligé
Molybdène (Mo)	Résistance à haute température (au fluage), trempabilité, résistance au revenu ; améliore fortement la résistance à la piqûration dans l'inox (c'est le terme Mo dans la formule PREN)	Coûteux — les nuances l'utilisent délibérément, généralement quelques dixièmes de pour cent dans les aciers alliés
Nickel (Ni)	Ténacité, en particulier à basse température ; trempabilité ; stabilise l'austénite (la base des inox de la série 300)	Généralement l'addition courante la plus coûteuse ; il explique l'écart de prix entre le 304 et le 430
Vanadium (V)	Carbures fins : affinage du grain, durcissement secondaire dans les aciers à outils, résistance à l'usure, résistance au fluage à faibles doses	Efficace à faibles teneurs, généralement 0.05–0.30%
Tungstène (W)	Carbures très durs et stables à chaud : la dureté à chaud des aciers rapides (le M2 contient environ 6% de W)	Lourd et coûteux ; partiellement remplacé par le molybdène dans de nombreux aciers à outils modernes
Niobium (Nb)	Affinage du grain et durcissement par précipitation dans les aciers HSLA ; stabilise l'inox contre la sensibilisation (nuance 347)	Agit à des centièmes de pour cent dans les aciers de construction
Titane (Ti)	Formateur puissant de carbures/nitrures : stabilise l'inox (nuance 321), protège le bore de l'azote, fixe le carbone dans les aciers IF	Un excès de titane peut nuire à la qualité de surface et à la ténacité
Bore (B)	À seulement quelques parties par million, augmente considérablement la trempabilité des aciers à faible et moyenne teneur en carbone	Son effet disparaît s'il se combine avec l'azote ou l'oxygène — les aciers au bore le protègent avec du titane ou de l'aluminium
Soufre et phosphore (S, P)	Généralement des résiduels à limiter : le soufre nuit à la ténacité transversale, le phosphore fragilise et ségrège	Délibérément ajoutés dans les aciers de décolletage — le soufre pour l'usinabilité (par ex. 1215, 11SMn30), le phosphore dans certaines nuances rephosphorées et patinables

Les interactions comptent plus que les éléments pris isolément

Les nuances réelles sont des équilibres : le chrome plus le molybdène donnent la résistance au fluage dans le 2.25Cr-1Mo ; le nickel plus le chrome donnent la structure austénitique du 304 ; le potentiel de dureté du carbone n'est atteignable à travers l'épaisseur de la section que lorsque le manganèse, le chrome ou le bore fournissent la trempabilité. Les normes spécifient donc les éléments comme un ensemble de plages, et la substitution entre nuances « équivalentes » est la plus sûre lorsque l'ensemble complet est comparé, et non un élément à la fois.