La teneur en carbone de l'acier : un facteur déterminant pour les propriétés du matériau
L'acier est un matériau composé principalement de fer et ne contenant qu'une faible proportion de carbone. C'est l'un des matériaux de construction les plus polyvalents et il peut être recyclé presque indéfiniment. La teneur en carbone est un élément d'alliage crucial qui influence considérablement les propriétés mécaniques ; le contrôle qualité est donc essentiel pour garantir que les matériaux utilisés présentent les propriétés requises.
L'influence de la teneur en carbone de l'acier
Résistance et dureté
Plus la teneur en carbone augmente, plus la résistance et la dureté de l'acier augmentent également. Cela en fait un matériau idéal pour les applications nécessitant une capacité de charge élevée, telles que les aciers à outils ou les composants de machines. À partir d'une teneur en carbone de 2 %, le matériau est qualifié de fonte et n'est plus considéré comme de l'acier. La fonte présente une résistance élevée, mais ne peut plus être déformée plastiquement, c'est-à-dire forgée ou laminée.
Ductilité
La ductilité, c'est-à-dire la capacité d'un matériau à se déformer de manière plastique, diminue à mesure que la teneur en carbone augmente. Cela peut compliquer la mise en œuvre et accroître le risque de rupture. Les matériaux ductiles jouent un rôle important, notamment dans les secteurs de la construction et de l'automobile. En cas d'accident, une voiture doit
Soudabilité
Tous les aciers ne sont pas soudables. La soudabilité tend à diminuer à mesure que la teneur en carbone augmente ; les aciers dont la teneur en carbone ne dépasse pas environ 0,20 % sont considérés comme soudables. En effet, l'augmentation de la dureté rend l'acier plus sensible à la fissuration. La teneur équivalente en carbone (CEV) est utilisée pour une évaluation précise de la soudabilité ; il s'agit d'un paramètre comparatif qui fournit des informations sur la soudabilité des aciers et tient compte de l'influence d'autres éléments d'alliage.
Résistance à la corrosion
Les aciers au chrome fortement alliés, dont la teneur en chrome est d'au moins 10,5 % et qui forment une couche passive protectrice, sont considérés comme résistants à la corrosion. Ces aciers ne doivent contenir que très peu de carbone (moins de 0,1 %), car des carbures de chrome peuvent se former lorsque la teneur en carbone est plus élevée. Ces carbures fixent le chrome, qui n'est alors plus disponible pour la formation de la couche passive protectrice, ce qui a un impact négatif sur la résistance à la corrosion.
Exemples de différents types d'acier et de leur teneur en carbone
Teneur en carbone de l'acier de construction
Plus de la moitié des aciers produits dans le monde sont des aciers de construction. Ceux-ci sont principalement utilisés pour la construction de bâtiments et de machines ne présentant pas d’exigences particulières, notamment en termes de résistance mécanique ou de résistance à la corrosion. Les aciers de construction présentent souvent une très faible teneur en carbone et possèdent donc une certaine ductilité. En règle générale, l’acier de construction peut se déformer d’environ 25 % avant de se fissurer. Cette caractéristique est importante dans le secteur du bâtiment, car elle permet de détecter, grâce à la déformation, les contraintes excessives subies par les éléments de construction.
Teneur en carbone de l'acier inoxydable
Le terme « acier inoxydable » désigne de manière générique les aciers alliés ou non alliés présentant un haut degré de pureté. Des éléments d’alliage tels que le chrome ou d’autres éléments sont souvent utilisés pour répondre à des exigences spécifiques, comme la résistance à la corrosion. De ce fait, les aciers inoxydables présentent une faible teneur en carbone. Les aciers inoxydables AISI 316 et AISI 316L illustrent bien l'influence du carbone sur les propriétés des matériaux. La composition élémentaire de ces aciers ne diffère que par leur teneur en carbone. L’AISI 316L contient moins de carbone (le « L » signifie « faible teneur en carbone ») et présente donc une meilleure soudabilité et une corrosion intercristalline moindre.
Teneur en carbone de l'acier duplex
Les aciers duplex font partie des aciers résistants à la rouille et aux acides et allient les propriétés des aciers inoxydables au chrome et des aciers inoxydables au chrome-nickel. De ce fait, ils contiennent très peu de carbone. Cependant, l'alliage à l'azote (jusqu'à 0,3 %) est plus déterminant que la teneur en carbone de l'acier duplex : c'est ce qui distingue un acier fortement allié d'un acier duplex. L'azote agit comme un élément de durcissement et augmente la résistance mécanique. Il améliore également la résistance à la corrosion par piqûres et à la corrosion interstitielle.
Teneur en carbone de la fonte
La fonte est un alliage de fer à forte teneur en carbone (> 2,06 %), ce qui la distingue de l'acier. En raison de sa teneur en carbone, la fonte est dure et cassante et ne peut donc pas être forgée. Elle présente toutefois un point de fusion nettement inférieur à celui de l'acier et est donc coulée dans un moule. Par rapport à l'acier, la fonte peut contenir davantage d'impuretés et est donc moins chère que l'acier.
Teneur en carbone dans l'acier trempable (trempe par transformation)
La trempe de l'acier permet d'augmenter sa résistance mécanique en modifiant spécifiquement sa microstructure. On peut y parvenir, par exemple, par un traitement thermique suivi d'un refroidissement rapide. Cependant, pour qu'un acier soit trempable, il doit présenter une teneur en carbone d'au moins 0,2 %.
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Contrôle qualité par la détermination précise de la composition chimique de l'acier
Compte tenu de l'influence majeure de la composition élémentaire, notamment de la teneur en carbone, sur les propriétés de l'acier, la caractérisation et le contrôle qualité sont essentiels pour garantir que les matériaux utilisés présentent les propriétés requises. L'analyse des matériaux permet de détecter et de corriger à un stade précoce les écarts par rapport aux spécifications, afin d'éviter les problèmes et les défaillances liés aux matériaux. De plus, l’analyse des matériaux permet de tirer des conclusions sur la cause des problèmes liés aux matériaux ou des défaillances des produits lorsque des problèmes se sont déjà produits.
La teneur en carbone de l’acier et d’autres métaux peut être déterminée à l’aide de l’analyse élémentaire ou de la spectrométrie d’émission optique (OES). L’analyse élémentaire réalisée avec l’inductar CS cube est idéale pour la détermination de haute précision du carbone et du soufre dans les métaux et autres matériaux inorganiques. La spectrométrie d’émission optique, quant à elle, est idéale pour déterminer la fraction massique ou identifier les métaux et leurs alliages. Grâce au spectromètre à étincelles mobile ferro.lyte®, vous pouvez à tout moment effectuer une identification positive des matériaux (PMI) sur site afin de vous assurer que le matériau que vous utilisez répond aux spécifications requises.
Analyseurs destinés à la détermination de la teneur en carbone des métaux
Plus d'informations sur l'analyse de la teneur en carbone de l'acier
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