De quoi est fait l’acier au carbone ? Comprendre les différences entre l'acier au carbone et l'acier inoxydable

Dans de nombreuses industries, les professionnels doivent connaître les différences entre les types d’acier utilisés en métallurgie. L'acier au carbone et l'acier inoxydable sont deux métaux courants avec des propriétés et une utilisation uniques. Cet article explique donc de quoi ils sont fabriqués et les compare de manière exhaustive. En examinant ces informations sur l'acier inoxydable, les gens peuvent mieux comprendre leurs caractéristiques particulières ainsi que les endroits où les appliquer. Une telle compréhension devient nécessaire lors des choix en cours de construction ou dans tout autre domaine nécessitant une sélection minutieuse parmi les matériaux à des fins de production.

Qu'est-ce que l'acier au carbone?

Quels éléments composent l’acier au carbone ?

Le fer et le carbone constituent la majorité de l’acier au carbone. Entre 0.05 % et 2.0 % est la quantité moyenne de carbone qu’il contient. Parfois, de petites quantités de métaux comme le manganèse, le silicium ou le cuivre sont présentes ; cependant, cela modifie rarement les caractéristiques principales qui définissent ce qui constitue « l'acier ».

Comment la teneur en carbone affecte-t-elle l’acier au carbone ?

Les propriétés mécaniques et la facilité d'utilisation de l'acier au carbone sont fortement affectées par la quantité de carbone qu'il contient. Cela signifie que si une plus grande quantité de carbone est présente, la dureté et la résistance de l’acier augmenteront également, même si cela le rendra également moins ductile et plus cassant. D’un autre côté, la réduction de sa teneur en carbone rendra cet acier plus doux et plus ductile, améliorant ainsi sa soudabilité et sa formabilité. Différents niveaux ou quantités de carbone jouent également un rôle pour décider où chaque type d'acier au carbone peut être utilisé au mieux, par exemple, pièces de construction ou arêtes de coupe, entre autres.

Comparaison entre l'acier au carbone et l'acier inoxydable

L'acier au carbone et l'acier inoxydable sont tous deux des alliages de fer, mais les similitudes s'arrêtent là. L'acier au carbone est principalement composé de carbone, auquel sont ajoutées des traces d'autres éléments comme le silicium ou le manganèse. Au contraire, les aciers inoxydables ont une teneur minimale en chrome de 10.5 % ; cet élément réagit avec l'oxygène de l'air ou de l'eau pour former une couche protectrice invisible (oxyde de chrome) sur sa surface, ce qui leur confère leurs propriétés de résistance à la corrosion dans de nombreux environnements différents, y compris ceux dans lesquels les aciers ordinaires échoueraient car ils rouillent facilement lorsqu'ils sont exposés sans protection. trop long.

• Résistance à la rouille : L'acier inoxydable est synonyme de résistance à la rouille en raison de sa composition en chrome, ce qui le rend parfait pour une utilisation dans des endroits humides et autres conditions corrosives. En revanche, les aciers au carbone n'ont pas la capacité d'auto-réparation contre l'oxydation qui résulte naturellement des mécanismes de passivation inhérents à la plupart des nuances d'acier inoxydable ; par conséquent, si ces matériaux ne sont pas recouverts ou traités correctement avant d’être exposés à l’extérieur (en particulier à proximité de l’humidité), ils se corroderont rapidement.
• Forces & Duretés : D'une manière générale, les aciers inoxydables ont tendance à être plus tendres que les types durcissables à haute teneur en carbone, bien qu'ils puissent toujours atteindre des niveaux de résistance importants grâce à des processus d'écrouissage tels que le laminage à froid – offrant ainsi un bon équilibre entre ductilité/facilité de fabrication et résistances à la traction ultimes requises par certains. applications, par exemple, les structures aérospatiales. Néanmoins, des teneurs en carbone plus élevées conduiront à des valeurs de dureté plus élevées mais également à des ductilités plus faibles puisque ces deux propriétés ont une relation inverse.
• Frais: Le facteur coût place souvent l'acier au carbone avant les options inoxydables, car le chrome et le nickel - les éléments d'alliage qui assurent la résistance à la corrosion - sont plus chers que la production d'aciers de base faiblement alliés couramment utilisés dans diverses industries sans aucun ajout spécial nécessaire pour des exigences de performance spécifiques ; c'est donc globalement moins cher même si des revêtements supplémentaires peuvent parfois être nécessaires.
• Applications : Le choix entre l’acier au carbone et l’acier inoxydable dépend en grande partie de l’utilisation que vous comptez en faire. Les aciers au carbone sont appréciés lorsque la résistance compte le plus : en rendant les bâtiments suffisamment solides pour résister aux tremblements de terre ou en fabriquant des outils résistants tels que des marteaux. Les aciers inoxydables sont d'excellents choix dans les environnements où la rouille ne peut être tolérée, comme les usines de transformation des aliments, les hôpitaux et autres établissements médicaux, ainsi que les applications marines exposées en permanence à l'eau de mer, etc.

Pour résumer, il faut choisir soit l'acier au carbone, soit l'acier inoxydable en fonction de la rentabilité par rapport aux propriétés mécaniques requises (résistance, ductilité…), aux besoins de résistance à la corrosion dans des conditions d'utilisation spécifiques, etc.

Quels sont les types d’acier au carbone ?

Différences entre l'acier à faible teneur en carbone et l'acier à haute teneur en carbone

• Maquillage: L'acier à faible teneur en carbone contient moins de 0.3 % de carbone, tandis que l'acier à haute teneur en carbone contient entre 0.6 % et 1.0 % de carbone.
• Puissance et dureté : Comparé à l’acier à faible teneur en carbone – qui est relativement tendre et plus ductile – l’acier à haute teneur en carbone possède une plus grande résistance à la traction et une plus grande dureté.
• Soudabilité : La raison pour laquelle l’acier à faible teneur en carbone est plus facile à souder est qu’il contient moins de carbone ; à l’inverse, pour ne pas se fissurer lors du soudage, les aciers à haute teneur en carbone nécessitent des techniques de soudage particulières.
• Applications : Le secteur de la construction utilise largement des aciers à faible teneur en carbone ainsi que l'industrie de fabrication de carrosseries ou la construction de pipelines, tandis que les outils de coupe nécessitent des matériaux à haute résistance, tels que des ressorts fabriqués à partir de ce type : les composants de ces machines sont également exposés à des charges plus élevées, de sorte que ils peuvent être produits à partir d'aciers à haute teneur en carbone pour de meilleures performances dans des conditions de contrainte.

Caractéristiques de l'acier à teneur moyenne en carbone

La composition de l'acier à moyenne teneur en carbone est généralement d'environ 0.3 à 0.6 % de carbone et de 0.60 à 1.65 % de manganèse, se situant entre la teneur en carbone la plus faible des aciers à faible teneur en carbone et la teneur plus élevée des aciers à haute teneur en carbone.

• Force et Dureté : Par exemple, dans ce cas, l'acier à teneur moyenne en carbone a une résistance à la traction et une dureté modérées, ce qui en fait un matériau idéal pour les applications nécessitant une durabilité élevée sans être cassant comme les aciers à haute teneur en carbone, établissant ainsi un équilibre entre malléabilité et dureté.
• Également en acier au carbone moyen répond bien aux traitements thermiques tels que la trempe et le revenu qui peuvent améliorer considérablement ses propriétés mécaniques ; grâce à des processus de traitement thermique tels que la trempe et le revenu, de nombreuses améliorations peuvent être apportées à ses propriétés mécaniques.
• Usinabilité Cependant, en raison de ces niveaux de dureté plus élevés, les aciers à carbone moyen sont plus difficiles à usiner que les aciers à faible teneur en carbone, même s'ils ont une usinabilité passable qui pourrait être améliorée en utilisant des fluides de coupe et des techniques d'outils appropriés.
• Soudabilité : Il nécessite cependant un préchauffage avant le soudage en raison de certains défauts de soudage qui peuvent survenir lors du soudage de l'acier à moyenne teneur en carbone ; d'un autre côté, des pratiques de soudage incorrectes peuvent provoquer des fissures, entre autres problèmes.
• Applications : Certaines applications courantes incluent les composants automobiles tels que les essieux, les vilebrequins, etc., les pièces de machines, les engrenages, etc., les voies ferrées, etc. ; tous ces éléments privilégient la qualité combinée de résistance et de ténacité, caractéristique de l'acier au carbone.

Résumé des données :

• La teneur en carbone: 0.3% à 0.6%.
• Teneur en manganèse : 0.60% à 1.65%.
• Résistance à la traction: Modéré (selon le traitement thermique).
• Dureté: Modéré (augmente avec le traitement thermique).
• Usinabilité Passable (amélioré grâce à des techniques appropriées).
• Soudabilité : Nécessite des procédures spéciales.
• Applications clés: Pièces automobiles, composants de machines, engrenages, voies ferrées.

Nous pouvons donc conclure que l'acier à moyenne teneur en carbone possède des propriétés mécaniques équilibrées qui en font un excellent matériau pour une utilisation dans diverses industries où une combinaison de résistance et de ductilité est requise.

Utilisations de l'acier au carbone ordinaire

En raison de sa rentabilité et de sa polyvalence, l’acier au carbone ordinaire – également appelé acier doux – est l’un des matériaux les plus largement utilisés. Son utilisation principale est dans les parties structurelles des bâtiments ou des ponts en raison de sa résistance et de sa ductilité. En outre, ce type de métal trouve de nombreuses applications telles que la fabrication de pipelines, la fabrication de carrosseries automobiles ou différents types de production de machines. Les aciers au carbone ordinaires sont faciles à usiner, à souder ou à former, c'est pourquoi ils sont souvent choisis dans la fabrication d'outils, la construction navale et la construction où des routes ou des voies ferrées doivent être construites. De plus, les articles ménagers sont créés à partir de cette substance car elle est durable et peut être trouvée partout.

Quels sont les inconvénients de l'acier au carbone ?

L'acier au carbone rouille-t-il facilement ?

Oui, l’acier au carbone peut rouiller car il contient du fer. L'acier au carbone rouille lorsque le fer réagit avec l'oxygène et l'humidité de l'air, formant de l'oxyde de fer ou ce que nous appelons la rouille. Contrairement à l’acier inoxydable qui contient une quantité importante de chrome qui le protège de la corrosion, les aciers au carbone n’ont pas ce niveau de protection, ce qui les rend très sujets à l’oxydation. Il a été prouvé par de nombreuses études de corrosion réalisées au fil du temps que l’exposition à des conditions humides ou à l’eau salée augmente considérablement la vitesse à laquelle ce type de métal se corrode.

Information additionnelle:

Facteurs environnementaux:

• Humidité – Des niveaux d’humidité élevés provoquent une rouille plus rapide des aciers au carbone.
• Eau salée – La présence de sel accélère les processus corrosifs, que l’on retrouve principalement dans les milieux marins.

Méthodes de protection :

• Revêtements – L’application de peinture, de laque ou de galvanisation (zingage) contribuera à protéger la surface contre de telles agressions.
• Éléments d'alliage : L'alliage avec du chrome et du nickel peut réduire la rouille ; cependant, cela en fait techniquement un alliage (acier allié).

Taux de corrosion :

• Sans aucune forme de protection, la rouille visible peut se développer sur l’acier au carbone ordinaire en quelques jours, voire semaines, à température ambiante et avec une humidité modérée.
• Dans des environnements très corrosifs comme à proximité de la mer, on peut remarquer en quelques heures des signes indiquant le point de départ de la corrosion, ou plutôt, la formation de rouille peut être observée avant même de se rendre compte qu'elle a commencé.

En résumé, bien que les aciers au carbone soient connus pour leur susceptibilité à l'oxydation, conduisant à une défaillance structurelle s'ils ne sont pas traités suffisamment tôt, il existe diverses méthodes visant à atténuer ces effets, améliorant ainsi leurs performances tout en maintenant intactes leurs propriétés de résistance.

Comment l’acier au carbone se compare-t-il à l’acier inoxydable en termes de résistance à la corrosion ?

La principale différence entre l’acier au carbone et l’acier inoxydable en ce qui concerne leur capacité à résister à la corrosion réside dans le type d’alliages qu’ils contiennent. Par exemple, le chrome ne représente généralement pas moins de 10.5 % en masse dans l'acier inoxydable, ce qui crée un film auto-réparateur en surface, empêchant toute nouvelle attaque. En revanche, les aciers au carbone ne contiennent pas suffisamment de chrome, de sorte qu'une couche d'oxyde ne peut pas se former facilement, ce qui les rend susceptibles à la rouille même dans des conditions atmosphériques ordinaires. Cela signifie que si vous laissez l’acier au carbone non protégé à l’extérieur ou si vous l’exposez fréquemment à l’air humide ou aux pulvérisations d’eau salée, il se corrodera rapidement. Donc, dans l’ensemble, cela signifie que l’acier inoxydable est bien supérieur à la résistance à la rouille et à la dégradation générale causée par l’exposition aux produits chimiques humides, etc. – ce qui en fait des matériaux plus appropriés pour une utilisation autour de choses comme les quais, les ponts, les usines chimiques, etc.

Pourquoi choisir l'acier à haute teneur en carbone ?

Applications de l'acier à haute teneur en carbone dans la fabrication de couteaux

En raison de sa dureté inégalée et de sa capacité à conserver son tranchant pendant longtemps, l'acier à haute teneur en carbone est très apprécié dans la création de couteaux. Cette caractéristique confère également au métal résistance et netteté, ce qui le rend parfait pour les travaux précis. De plus, ces types de couteaux peuvent être affûtés avec une précision semblable à celle d'un rasoir, nécessaire aux tâches délicates et aux hautes performances. Bien qu'il soit sujet à la corrosion, des soins appropriés comme un huilage et un séchage réguliers garantissent la durabilité et donc la fiabilité également ; Il n’est donc pas étonnant que ce matériau soit préféré aussi bien par les artistes culinaires que par les fabricants d’outils.

Avantages de l'acier à haute teneur en carbone en termes de résistance à la traction

La contrainte maximale que peut supporter l'acier à haute teneur en carbone lorsqu'il est tiré ou étiré avant de se briser est beaucoup plus élevée que celle de l'acier à faible teneur en carbone. Cette qualité est le résultat de la présence d’une grande quantité de carbone, généralement comprise entre 0.6 % et 1.0 %. La dureté et la résistance du métal augmentent grâce à l'introduction de plus de carbone dans sa structure, car cela conduit à la formation de carbure de fer (Fe3C), également appelé cémentite et qui agit comme phase de renforcement.

Différentes sources de données ont montré que les aciers à haute teneur en carbone peuvent atteindre des résistances à la traction supérieures à 1,200 400 MPa (mégapascals), tandis que les aciers doux restent entre 550 et XNUMX MPa. Cet écart important met en évidence la capacité de ce(s) type(s) à répondre à des exigences strictes lorsqu'ils nécessitent une résistance à l'usure améliorée ainsi qu'une capacité de charge accrue. Dans l'industrie de la construction, par exemple, le secteur automobile, entre autres comme les industries manufacturières, utilise généralement cette propriété lors de processus de production qui impliquent la fabrication de pièces exposées à des pressions extrêmes telles que les poutres pour charges lourdes utilisées dans la construction de maisons ou de ponts, etc., les ressorts. trouvés dans les voitures ou les camions ainsi que les fils destinés à supporter des charges très lourdes, etc. Par conséquent, je dirais sans aucun doute que l’acier à haute teneur en carbone reste imbattable en matière de résistance à la déformation, même dans des conditions extrêmes, devenant ainsi vital dans les domaines de l’ingénierie et de l’industrie.

Y a-t-il des inconvénients à utiliser de l’acier à haute teneur en carbone ?

Malgré ses nombreux avantages, l’acier à haute teneur en carbone présente également certains inconvénients. Pour commencer, la quantité plus élevée de carbone qu’il contient rend le métal fragile au lieu d’être élastique – cela signifie que dans des conditions ou des impacts particuliers, il peut se fissurer et se briser facilement. Deuxièmement, comparés aux aciers à faible teneur en carbone, les aciers à haute teneur en carbone sont plus difficiles à souder et à usiner ; ils nécessitent des équipements et des techniques spéciaux, ce qui entraîne des délais de production plus longs et des coûts plus élevés. De plus, ces types d’acier se corrodent plus rapidement et rouillent plus facilement que les aciers à faible teneur en carbone ; par conséquent, ils doivent être traités avec des produits antirouille ou recouverts d'un revêtement avant d'être utilisés pour certaines applications où une résistance à la corrosion est requise. Dernier point mais non le moindre, étant donné que ces matériaux manquent de ductilité tout en possédant une dureté accrue, ce qui les rend moins malléables, leur utilisation doit être limitée uniquement aux zones où la flexibilité ou la malléabilité ne sont pas nécessaires.

Comment prévenir la corrosion de l’acier au carbone ?

Méthodes de revêtement pour protéger l'acier au carbone de la corrosion

1. Galvanisation : C'est une activité de zingage de l'acier pour lui donner une forte protection contre la rouille ou tout autre dommage causé par la corrosion.
2. Revêtement époxy : Ce système utilise une couche de résine époxy pour résister aux produits chimiques et empêcher l'humidité.
3. Revêtement en poudre: Type de revêtement qui applique un composé en poudre sèche, qui est ensuite durci par la chaleur, formant une finition de peau dure résistante aux éclats et à la corrosion.
4. Couche de peinture: Cette application où certains systèmes de peinture sont utilisés crée des barrières entre les métaux et leur environnement, empêchant ainsi tout contact direct entre eux.
5. Anodisation: Principalement réalisé sur des matériaux non ferreux, mais peut être modifié pour l'acier au carbone afin de produire un film anticorrosion de longue durée.
6. Revêtement polyuréthane : Il donne une finition robuste qui résiste aux produits chimiques même dans des conditions difficiles.

Comment l’ajout d’éléments d’alliage comme le chrome est-il utile ?

L'inclusion d'éléments comme le chrome comme alliages avec l'acier au carbone améliore considérablement sa résistance à la corrosion. En créant une couche passive d'oxyde sur la surface de l'acier, le chrome empêche l'oxygène et l'humidité de réagir avec lui, réduisant ainsi la vitesse à laquelle la rouille se produit. La couche d'oxyde est auto-cicatrisante ; ainsi, même lorsqu'il est rayé ou autrement endommagé, il se reforme de manière à continuer de protéger le métal situé en dessous contre d'autres dommages. De plus, le chrome augmente la dureté et la résistance à la traction des aciers, augmentant ainsi leur durabilité et les rendant utilisables dans des domaines d'application plus larges.

Conseils d'entretien de l'acier au carbone pour éviter la rouille

Prévenir la rouille sur l’acier au carbone consiste à en prendre soin régulièrement ; voici quelques-uns des conseils qui ont été trouvés :

1. Nettoyage régulier : L'acier au carbone doit être nettoyé souvent afin d'éliminer la saleté, l'humidité et les crasses susceptibles de déclencher la corrosion. Utilisez uniquement des détergents doux et évitez les produits de nettoyage agressifs ou abrasifs.
2. Des revêtements protecteurs: Appliquer des revêtements protecteurs tels que de l'huile, de la cire ou tout autre produit anticorrosion destiné à agir comme une barrière entre le métal et l'oxygène ou l'humidité.
3. Stockage au sec : Placez les articles en acier au carbone dans un environnement sans humidité. S'il est nécessaire de les stocker, des dessiccateurs ou des déshumidificateurs peuvent être utilisés pour éliminer l'humidité dans les zones de stockage.
4. Vérification et réparation : Vérifiez régulièrement les signes de rouille ou de dommages sur les pièces fabriquées dans ce type d'acier particulier. Lorsque vous les repérez, traitez-les immédiatement en les convertissant avec des convertisseurs de rouille et du papier de verre avant de réappliquer des couches de protection.
5. Assez de ventilation : Assurer une ventilation suffisante là où les opérations impliquent ces métaux, car leur absence provoque de la condensation, ce qui les rend humides et entraîne la formation de rouille en surface.

Ces mesures contribueront grandement à garantir que les produits fabriqués à partir d’aciers au carbone durent plus longtemps grâce à la prévention contre la corrosion causée par la rouille.

Sources de référence

Acier

acier au carbone

Inox

Foire Aux Questions (FAQ)

Q : De quoi est fait l’acier au carbone ?

R : L'acier au carbone est un alliage de fer qui contient jusqu'à 2.1 % de carbone en poids. Cela améliore la résistance et la dureté de l'acier, le rendant ainsi adapté à de nombreuses utilisations différentes.

Q : En quoi l’acier inoxydable et l’acier au carbone sont-ils différents ?

R : La principale distinction entre l'acier inoxydable et l'acier au carbone est que les aciers inoxydables contiennent du chrome, ce qui leur confère leurs propriétés de résistance à la corrosion, alors que les carbones sont dépourvus de cet élément, ce qui les rend plus vulnérables à la rouille. Les aciers inoxydables sont généralement plus coûteux mais offrent une résistance à l'usure plus élevée et un entretien facile par rapport aux aciers au carbone.

Q : Que signifie une teneur élevée en carbone en termes d’acier ?

R : À haute teneur en carbone fait référence à tout type ou qualité (non spécifique) ayant une teneur en C supérieure à 0.6 % ; cela rend ces types/qualités extrêmement durs mais cassants car ils contiennent de grandes quantités d'éléments durcissants comme la cémentite, qui se forment lors des processus de traitement thermique utilisés sur eux ; créant ainsi des matériaux parfaits pour les outils destinés à découper des objets, etc.

Q : Comment la quantité de carbone affecte-t-elle les propriétés de l’acier ?

R : Avec des quantités accrues de C, il y aura une augmentation de la résistance et de la dureté, mais à un coût, la ductilité diminue également là où les plus doux (moins de 0.25 % de C) ont une excellente soudabilité tandis que les plus résistants sont plus solides avec une meilleure résistance à l'usure bien que cassants.

Q : Que fait l'AISI concernant la classification des aciers ?

R : L'American Iron and Steel Institute (AISI) fournit des numéros de spécification ou des désignations standard grâce auxquels diverses qualités peuvent être identifiées en fonction de leur composition chimique et de leurs propriétés mécaniques dans le cadre de son système.

Q : À quoi sert principalement l’acier à outils au carbone ?

R : L'acier à outils au carbone est utilisé pour fabriquer des outils de coupe, des matrices et d'autres articles qui doivent être très solides et durs. Ces outils doivent souvent être capables de supporter une usure importante tout en conservant une arête vive.

Q : Pourquoi l’acier inoxydable est-il considéré comme meilleur pour certaines utilisations ?

R : L’acier inoxydable est souvent considéré comme étant meilleur que les autres types de métal lorsqu’il s’agit de résister à la corrosion dans des endroits comme les cuisines où il peut y avoir beaucoup d’humidité ou de sel ; les instruments médicaux exposés à des fluides corporels pouvant avoir des effets corrosifs sur eux ; environnements marins où les bateaux entrent constamment en contact avec l'eau salée, etc. Une autre raison pour laquelle les gens pourraient choisir l’acier inoxydable plutôt que l’acier au carbone, par exemple, aurait quelque chose à voir avec l’esthétique, car non seulement il est beau, mais il résiste également à la rouille et aux taches.

Q : Qu’est-ce que l’acier eutectoïde ?

R : L’acier avec une teneur en carbone d’environ 0.8 % est appelé acier eutectoïde. À ce stade, les propriétés mécaniques du matériau sont optimisées et lors du refroidissement, l’austénite se transforme directement en perlite, lui conférant à la fois résistance et ductilité.

Q : Comment la teneur en carbone affecte-t-elle la teneur en carbone dans les aciers hypereutectoïdes et hypereutectoïdes ?

R : Les aciers hypoeutectoïdes contiennent moins de 0.8 % de carbone, ils sont donc plus doux et plus ductiles, tandis que les aciers hypereutectoïdes en contiennent plus de 0.8 %, ce qui en fait des matériaux plus durs mais cassants. Cela signifie différentes manières d’utiliser ou de traiter ces deux types en fonction des diverses applications.

Q : Qu'est-ce qui détermine la qualité de l'acier dans l'acier au carbone ?

R : La nuance d'un type donné (ou « nuance ») au sein de cette catégorie familiale plus large connue collectivement sous le nom d'aciers « au carbone » dépendra principalement de sa composition chimique ainsi que de ses propriétés mécaniques spécifiques, notamment la dureté (HRC), la résistance à la traction ( TS), limite d'élasticité (YTS) et ductilité (EL). Nous pouvons ainsi comprendre ce qui rend chaque grade unique par rapport aux autres, ce qui nous aide à déterminer où ces grades pourraient être utilisés.