Composition chimique de l’acier – l’influence du carbone

La composition chimique de l’acier est ce qui définit les propriétés de l’acier. Les différentes qualités d’acier sont différenciées en fonction de cette caractéristique.

L’acier est en général un alliage de carbone et de fer, mais il contient de nombreux autres éléments. Certains de ces éléments sont conservés lors du processus de fabrication de l’acier, d’autres sont ajoutés pour produire des propriétés spécifiques.

Les éléments chimiques les plus courants dans la composition chimique de l’acier, outre le fer, sont le carbone, le manganèse, le silicium, le phosphore, le soufre, le chrome, le molybdène, le nickel, l’aluminium et le vanadium.

Chaque élément ajouté à la composition de base de l’acier a un effet sur les propriétés de l’acier et sur la façon dont il réagit aux processus de fabrication.

La teneur en carbone varie de 0,02 % à 2,11 %.

COMPOSITION CHIMIQUE DE L’ACIER – INFLUENCE DU CARBONE

Le carbone est l’élément le plus important de l’acier. Il est essentiel dans les aciers à durcir par trempe, et le degré de carbone contrôle la dureté et la résistance du matériau, ainsi que la réponse au traitement thermique (ouvrabilité).

La teneur en carbone varie de 0,02 % à 2,11 %.

La ductilité, la forgeabilité et l’usinabilité diminuent si la quantité de carbone augmente, de même que les propriétés de soudage de l’acier.

Plus la teneur en carbone de l’acier est élevée, plus la dureté, la résistance et la résistance à l’usure après traitement thermique sont importantes. La dureté et la résistance augmentent proportionnellement lorsque la teneur en carbone augmente jusqu’à environ 0,85 %.

À mesure que la teneur en carbone de l’acier augmente, la limite d’élasticité et la résistance à la traction augmentent, mais la plasticité et les propriétés d’impact diminuent. En outre, le carbone peut accroître la sensibilité à la chaleur et le vieillissement de l’acier.

En outre, lorsque la teneur en carbone dépasse 0,23 %, les performances de soudage de l’acier se détériorent.

En fonction de la teneur en carbone, nous pouvons établir la classification suivante :

• acier à faible teneur en carbone, jusqu’à 0,3 % de carbone ;
• acier à teneur moyenne en carbone, entre 0,3 et 0,6 % de carbone ;
• acier à haute teneur en carbone, entre 0,6 et 1 % de carbone ;
• l’acier à très haute teneur en carbone, entre 1 et 2 %.

Par rapport aux autres éléments présents dans l’acier (à l’exception du bore), de faibles variations de la teneur en carbone peuvent modifier radicalement ses propriétés et ses utilisations.

Ainsi, un acier dont la teneur en carbone est inférieure à 0,7 % C peut être utilisé comme acier de construction.  En revanche, si la teneur en carbone dépasse cette valeur, il peut être utilisé comme acier à outils.