Le rôle du nickel dans l'acier inoxydable n'est joué qu'après sa combinaison avec le chrome.
1. Le nickel comme élément d'alliage dans l'acier inoxydable
Le nickel est un excellent matériau résistant à la corrosion et un élément d'alliage essentiel dans l'acier allié. En tant qu'élément formant de l'austénite dans l'acier, le nickel doit atteindre une teneur de 24 % pour obtenir une structure purement austénitique dans l'acier au nickel à faible teneur en carbone. Ce n'est que lorsque la teneur en nickel atteint 27 % que la résistance de l'acier à la corrosion dans certains milieux change de manière significative. Par conséquent, le nickel seul ne peut pas constituer l'acier inoxydable. Cependant, lorsque le nickel et le chrome coexistent dans l'acier inoxydable, l'acier inoxydable contenant du nickel présente de nombreuses propriétés intéressantes.
Il ressort clairement de cela que le rôle du nickel en tant qu’élément d’alliage dans l’acier inoxydable est de modifier la structure de l’acier à haute teneur en chrome, améliorant ainsi la résistance à la corrosion et l’aptitude au traitement de l’acier inoxydable.
2. Le manganèse et l'azote comme substituts du nickel dans l'acier inoxydable au chrome-nickel
Bien que l'acier austénitique au chrome-nickel présente de nombreux avantages, les dernières décennies ont vu un développement et une application à grande échelle d'alliages résistants à la chaleur à base de nickel et d'aciers résistants à la chaleur contenant moins de 20 % de nickel. En outre, le développement croissant de l'industrie chimique a augmenté la demande d'acier inoxydable. Cependant, les réserves minérales de nickel sont limitées et concentrées dans quelques régions, ce qui entraîne un déséquilibre entre l'offre et la demande mondiales. Par conséquent, la science de la conservation du nickel et de son remplacement par d'autres éléments est devenue un centre de recherche et de production, en particulier dans les pays où les ressources en nickel sont rares. Dans ce contexte, le manganèse et l'azote sont utilisés pour remplacer le nickel dans l'acier inoxydable et l'acier résistant à la chaleur.
3. Le manganèse a un effet similaire sur l'austénite que le nickel
mais avec quelques distinctions. Plus précisément, le manganèse ne forme pas d'austénite ; au contraire, il réduit la vitesse de trempe critique de l'acier, augmente la stabilité de l'austénite pendant le refroidissement, inhibe la décomposition de l'austénite et aide à maintenir la structure austénitique à température ambiante. Le manganèse a un effet minime sur l'amélioration de la résistance à la corrosion de l'acier. Par exemple, l'augmentation de la teneur en manganèse de l'acier de 0 à 10,4 % ne modifie pas significativement sa résistance à la corrosion dans l'air ou les environnements acides. En effet, le manganèse a un impact négligeable sur l'augmentation du potentiel d'électrode des solutions solides à base de fer, et l'effet protecteur du film d'oxyde formé est également assez faible. Par conséquent, bien que des aciers austénitiques alliés au manganèse existent dans l'industrie (tels que l'acier 40Mn18Cr4, 50Mn18Cr4WN, ZGMn13, etc.), ils ne sont pas utilisés comme acier inoxydable.
Le rôle du manganèse dans la stabilisation de l'austénite dans l'acier est environ la moitié de celui du nickel. En comparaison, 2 % d'azote peuvent également stabiliser l'austénite dans l'acier, et son effet est même supérieur à celui du nickel. Par exemple, pour obtenir une structure austénitique à température ambiante dans un acier contenant 18 % de chrome, on utilise désormais dans l'industrie de l'acier inoxydable à faible teneur en nickel avec du manganèse et de l'azote en remplacement du nickel, ainsi que de l'acier inoxydable au chrome-manganèse-azote avec du nickel. Dans certains cas, ces alternatives ont remplacé avec succès l'acier inoxydable classique au chrome-nickel 18-8.
