Le contrôle précis du carbone à l'acier est critique. L'acier devient cassant quand il y a trop de carbone, tandis que trop peu le fait s'affaiblir. Comment le carbone est-il ajouté à l'acier? Comprendre comment ajouter du carbone à l'acier offre une résistance maximale, longévité, et performances.
Le carbone est ajouté à l’acier principalement par le processus du haut fourneau, four à arc électrique (AEP) raffinage, ou techniques de métallurgie secondaire. Dans les hauts fourneaux, le fer absorbe le carbone du coke de carbone. Dans l'AEP, des matériaux carbonés comme le graphite sont ajoutés. Les méthodes de raffinage secondaire ajustent la teneur en carbone pour répondre aux spécifications. Ces techniques garantissent des propriétés mécaniques optimales dans l'acier au carbone.
Explorons plusieurs techniques d'ajout de carbone à l'acier et comment elles affectent la résistance et la qualité de l'acier au carbone..
Quel rôle joue le carbone dans l'acier et comment le carbone est-il ajouté à l'acier?
Comprendre le rôle du carbone dans l'acier est essentiel lors du choix du matériau approprié à diverses fins.. La teneur en carbone a un impact direct sur les qualités de l'acier telles que la dureté, résistance à la traction, ductilité, et la soudabilité. La teneur en carbone appropriée garantit que l'acier au carbone répond aux normes de performance de divers secteurs.
Le carbone augmente la dureté et la résistance de l'acier tout en diminuant la ductilité. L'acier à faible teneur en carbone est plus facile à souder que l'acier à haute teneur en carbone, qui est plus dur mais cassant. L’équilibrage de la teneur en carbone améliore les performances.
Le carbone est l'ingrédient le plus important dans carbone parce que cela change la structure cristalline, le rendant plus solide et plus résistant à l'usure.
- Acier à faible teneur en carbone (0.05%-0.25% carbone) est doux et se forme facilement. Il est utilisé dans les tôles d'acier au carbone, composants automobiles, et les tuyaux.
- Acier à teneur moyenne en carbone (0.25%-0.60% carbone) est plus résistant et est utilisé pour les bobines d’acier au carbone, rails de chemin de fer, et les engrenages.
- Acier à haute teneur en carbone (0.60% à 1.50% carbone) est exceptionnellement dur mais cassant. Il est présent dans les plaques d’acier au carbone, lames, et tubes en acier au carbone.
Comment le carbone est-il ajouté pendant le processus de haut fourneau?
La méthode du haut fourneau est l’une des techniques les plus anciennes et les plus efficaces pour ajouter du carbone à l’acier tout en raffinant le minerai de fer en métal en fusion.. Dans un haut fourneau, minerai de fer, coke, et le calcaire sont chauffés, et le coca brûle, dégageant du monoxyde de carbone, qui réduit le minerai de fer en fer fondu tout en ajoutant du carbone.
L'élément fondamental de ce processus est le coke de carbone, une substance à haute teneur en carbone qui se combine avec le minerai de fer. La fonte brute se forme lorsque la fonte du fer absorbe du carbone. Cette fonte brute est ensuite raffinée pour ajuster le rapport carbone/acier avant d'être coulée en tôle d'acier au carbone ou tuyau en acier au carbone. Les hauts fourneaux modernes contrôlent avec précision les niveaux de carbone pour créer des tôles et des bobines d'acier au carbone de haute qualité..
Comment le carbone est-il introduit dans la fabrication de l’acier au four à arc électrique?
Le four à arc électrique (AEP) la technologie permet un ajout précis de carbone à l'acier, ce qui le rend parfait pour recycler l'acier et produire de l'acier au carbone à haute résistance. L'EAF fait fondre la ferraille et le fer à l'aide d'électrodes à haute tension. Le carbone est ajouté en utilisant du graphite, coke de carbone, ou alliages contenant du carbone.
La sidérurgie EAF offre plus de flexibilité que les hauts fourneaux. Les fabricants peuvent fabriquer des alliages spéciaux en ajustant le rapport carbone/acier, tels qu'une bobine en acier au carbone à haute résistance et une plaque en acier au carbone durable. L'EAF est fréquemment utilisé pour fabriquer des tuyaux en acier au carbone à des fins de construction et d'ingénierie..
La teneur en carbone peut-elle être ajustée après la fabrication initiale de l'acier?
Après la fabrication de l'acier au carbone, des procédés métallurgiques secondaires sont utilisés pour affiner le rapport carbone/acier à des fins spécifiques. Dégazage sous vide, raffinage en poche, et les techniques d'alimentation en fil permettent des modifications précises des caractéristiques de l'acier au carbone, s'assurer que les normes exactes sont respectées.
- Dégazage sous vide: Élimine l'excès de carbone, résultant en des tôles d'acier à très faible teneur en carbone utilisées dans les secteurs de l'aérospatiale et de l'automobile.
- Affinage à la poche: Affine les propriétés des plaques d'acier au carbone, assurer une qualité uniforme pour les ponts et la machinerie lourde.
- Alimentation en fil: Introduit des quantités contrôlées de carbone pour ajuster la dureté des tuyaux en acier au carbone pour les oléoducs et les gazoducs.
Quels sont les défis liés à l’ajout de carbone à l’acier?
En ajoutant carbone en acier augmente la force, une distribution excessive ou inégale peut entraîner des défauts structurels. Trop de carbone rend l'acier au carbone cassant, tandis qu'une mauvaise distribution entraîne des zones faibles. Des procédures de raffinage avancées garantissent l’homogénéité.
Si la concentration en carbone est trop élevée, la plaque d'acier au carbone peut se briser. Une quantité insuffisante de carbone pourrait donner lieu à des bobines d'acier au carbone qui n'auraient pas la résistance requise à des fins structurelles.. Les aciéries modernes utilisent l'analyse spectrométrique pour réguler les niveaux de carbone et produire des tôles et des tubes en acier au carbone de haute qualité..
Que se passe-t-il si trop de carbone est ajouté à l'acier?
L'excès de carbone dans l'acier au carbone réduit la durabilité et l'usinabilité, ce qui rend difficile le soudage et le façonnage. L'acier à haute teneur en carbone devient plus résistant mais plus cassant, ce qui le rend sujet à la rupture sous contrainte et difficile à souder. Pour éviter un excès de carbone, les producteurs adoucissent les tôles d'acier au carbone par recuit. Si un tube en acier au carbone contient trop de carbone, il faudra peut-être le diluer avec des éléments à faible teneur en carbone.
Ce qui est le plus fort: Acier au carbone ou acier doux?
L'acier au carbone et l'acier doux ont des résistances différentes, en fonction du pourcentage de carbone et de l'application prévue. Acier au carbone est plus solide et plus résistant que l'acier doux en raison de sa teneur accrue en carbone, mais il est moins ductile et plus difficile à souder. L'acier doux est utilisé dans les bobines d'acier au carbone et les tuyaux en acier au carbone en raison de sa formabilité.. Acier à haute teneur en carbone, souvent connue sous le nom de plaque d'acier au carbone, est utilisé dans les outils et les composants à haute résistance qui exigent de la ténacité.
L'acier carbonisé est-il sans danger?
La sécurité de l’acier au carbone repose sur son application, en particulier dans les secteurs qui nécessitent des niveaux de pureté élevés. L'acier carbonisé est sans danger pour un usage structurel et industriel, cependant, il peut ne pas convenir aux applications de qualité alimentaire en raison des impuretés. Certains matériaux de tuyaux en acier au carbone contiennent des impuretés qui les rendent inappropriés pour une utilisation dans des aliments ou des équipements médicaux.. Cependant, plaque d'acier au carbone et les tubes en acier au carbone sont couramment utilisés dans la construction en raison de leur haute résistance et de leur résistance à la corrosion..
Résumé
Comprendre comment ajouter du carbone à l'acier garantit une résistance et une longévité maximales. L'acier au carbone est utile pour un large éventail d'applications industrielles en raison de sa capacité à éviter la fragilité lorsqu'il est correctement contrôlé..
