I. Applications principales : industrie sidérurgique (part de plus de 90 %)
L’industrie sidérurgique est la plus grande consommatrice d’alliages ferrochromes. Le ferrochrome à différentes teneurs en carbone-correspond à différentes qualités d'acier, sa fonction principale étant d'améliorer les propriétés de l'acier par « alliage ».
1. Production d’acier inoxydable (application principale)
La propriété fondamentale de l'acier inoxydable -résistance à la corrosion-repose fondamentalement sur le "film de passivation" (Cr₂O₃) formé par le chrome sur la surface de l'acier. Ce film isole l'oxygène et l'eau, empêchant ainsi la rouille. Les alliages de ferrochrome constituent la principale source de chrome dans la fusion de l'acier inoxydable, la teneur en carbone déterminant directement le type d'acier inoxydable :
Fer chromé à haute teneur en carbone (C > 4 %) : utilisé pour fondre l'acier inoxydable martensitique (par exemple, l'acier 410, 420). Ce type met l'accent sur la dureté et la résistance, largement utilisé dans les couverts, les vannes, les pièces mécaniques, etc. (nécessite une résistance à la corrosion modérée et est sensible au coût).
Fer chromé à carbone moyen-(0,5 % -4 %) : utilisé pour produire de l'acier inoxydable ferritique (par exemple, l'acier 430), que l'on trouve couramment dans les boîtiers d'appareils électroménagers et les matériaux décoratifs (offre une meilleure résistance à la corrosion que l'acier martensitique à un coût inférieur à celui de l'acier austénitique).
Fer chromé à faible-carbone/ultra-faible-carbone (C < 0,5 %, ultra-faible C < 0,15 %) : utilisé pour produire des aciers inoxydables austénitiques (par exemple, l'acier 304, 316) et des aciers inoxydables à ultra-faible-carbone (par exemple, 316L). Ces aciers inoxydables présentent une résistance exceptionnelle à la corrosion, nécessitant un contrôle strict de la teneur en carbone (le carbone réagit avec le chrome pour former des carbures, appauvrissant le chrome et perturbant la couche de passivation). Ils sont largement utilisés dans les équipements chimiques, les appareils médicaux, les machines de transformation des aliments et les ustensiles de cuisine haut de gamme.
Par exemple : l’acier inoxydable 304 contient environ 18 % de chrome, la quasi-totalité du chrome provenant d’un alliage de chrome et de fer ; Le 316L (ultra-faible teneur en carbone) doit utiliser du fer chromé micro-carbone pour garantir une teneur en carbone <0,03 %.
2. Acier à outils et acier à matrices : amélioration de la dureté et de la résistance à l’usure
Les aciers à outils (par exemple, les aciers rapides-) et les aciers pour matrices (aciers pour matrices pour travail à froid/à chaud) supportent des frottements et des impacts de haute-intensité. L'ajout d'alliages de chrome et de fer améliore les performances du noyau grâce au « renforcement de la solution » et au « renforcement du carbure » :
Fer à haute teneur en chrome-de carbone : utilisé pour les aciers à outils-de travail à froid (par exemple, l'acier Cr12) avec une teneur d'environ 12 % de chrome. Il forme des carbures Cr₇C₃ de haute -dureté, permettant aux moules de résister à l'usure due à l'emboutissage à froid et à l'extrusion à froid. Convient pour la fabrication de matrices d'estampage, de cisailles, etc.
Ferrochrome à teneur moyenne-à-à faible teneur en carbone : utilisé dans les aciers rapides-à haute vitesse (par exemple, W18Cr4V), où le chrome améliore la dureté rouge (la capacité de maintenir la dureté à des températures élevées). Cela empêche le ramollissement lors de la coupe à grande vitesse-, ce qui le rend adapté aux fraises de machines-outils, aux forets et aux applications similaires.
3. Acier à roulement : durée de vie prolongée en fatigue
Les roulements supportent des charges alternées à haute fréquence-pendant leur fonctionnement, exigeant une résistance à l'usure et à la fatigue exceptionnelles. Les alliages de chrome et de fer (principalement du chrome-fer à carbone moyen -) servent d'additifs essentiels dans les aciers pour roulements comme le GCr15 :
Avec une teneur d'environ 1,5 % de chrome, il forme des carbures Cr₂₃C₆ fins et uniformes avec le carbone. Ces carbures se répartissent uniformément dans la matrice en acier, améliorant la dureté (empêchant l'usure) tout en inhibant la propagation des fissures (prolongant la durée de vie en fatigue). Ils sont largement utilisés dans les roulements à billes/chemins de roulement pour automobiles, machines-outils et moteurs électriques.
4. Acier de construction à haute résistance : amélioration de la robustesse et de la résistance aux intempéries
Des secteurs tels que les engins de construction (excavatrices, grues à tour), les ponts et les immeubles de grande hauteur-exigent un acier de construction à "haute résistance + haute ténacité". Les alliages de chrome et de fer (moyen-faible teneur en carbone) sont en synergie avec des éléments comme le manganèse et le silicium :
Augmentation de la limite d'élasticité (par exemple, acier Q690 à haute résistance -) tout en empêchant une fragilité accrue ;
La faible teneur en chrome (1 % à 3 %) améliore la résistance aux intempéries (résistance à la corrosion atmosphérique) pour les ponts extérieurs, les conteneurs, etc. (connu sous le nom d'« acier patinable »).
5. Aciers de performance spéciaux : applications de niche pour la résistance à la chaleur et à la corrosion
Aciers-résistants à la chaleur (par exemple, tubes de chaudières de centrales électriques, composants de moteurs d'avion) : les alliages de chrome et de fer (moyen-faible teneur en carbone) combinés avec du nickel, du tungstène, etc., forment des films d'oxyde stables qui empêchent l'oxydation à haute température tout en améliorant la résistance à haute température- ;
Acier-résistant aux acides (par exemple, réservoirs de stockage de produits chimiques, réservoirs de décapage) : repose sur une teneur élevée en chrome (17 %-25 %), nécessitant du fer chromé à faible teneur en carbone pour garantir la résistance à la corrosion dans des environnements fortement acides (par exemple, acide sulfurique, acide nitrique).
II. Applications secondaires : moulage, soudage et autres domaines
1. Industrie de la fonderie : production de pièces moulées-résistantes à l'usure
Le secteur de la fonderie nécessite de grandes quantités de pièces moulées « de haute-dureté et-résistantes à l'usure » (par exemple, des billes de broyage, des revêtements de concasseur, des manchons de cylindres de broyeur à ciment). Ces pièces moulées sont principalement constituées de « fonte à haute teneur en chrome », le chrome provenant entièrement de ferrochrome à haute teneur en carbone :
Le mélange de fer chromé à haute teneur en carbone (C > 6 %) avec du fer fondu élève la teneur en chrome dans les pièces moulées à 12 % - 30 %, formant d'abondants carbures Cr₇C₃ (dureté jusqu'à HV1300, dépassant de loin la fonte ordinaire). Leur résistance à l’usure est 5 à 10 fois supérieure à celle de la fonte standard, ce qui les rend largement utilisés dans les équipements de broyage et de concassage des industries minières, des matériaux de construction et de la métallurgie.
2. Matériaux de soudage : garantir les performances du soudage
Lors du soudage de l'acier inoxydable ou de l'acier-à haute résistance, la composition et les propriétés de la soudure doivent correspondre au matériau de base pour éviter la corrosion ou la fissuration. Les alliages de chrome et de fer (généralement à faible-carbone/micro-carbone) servent d'additifs essentiels dans les électrodes à revêtement de flux-et les fils de soudage :
Par exemple : les baguettes de soudage pour l'acier inoxydable 304 nécessitent du fer chromé micro-carbone dans le revêtement de flux pour garantir une teneur en chrome de soudure supérieure ou égale à 18 %, correspondant au matériau de base et empêchant la corrosion due à une carence en chrome.
Les fils de soudage pour l'acier de construction à haute résistance-bénéficient d'ajouts de fer chrome à teneur moyenne en carbone-, améliorant ainsi la résistance et la ténacité des soudures pour éviter la rupture des joints.
3. Autres : désoxydation, désulfuration et alliages spéciaux
Agent désoxydant/désulfurant : alliage de silicium-chrome (contenant 40 %-45 % de silicium, 30 %-35 % de chrome) fournit non seulement du chrome, mais fonctionne également comme désoxydant et désulfurant dans la fabrication de l'acier - - Le silicium se combine préférentiellement avec l'oxygène pour former SiO₂ (scories), tandis que le chrome facilite la désulfuration, réduisant les impuretés nocives. (l'oxygène et le soufre diminuent la ténacité de l'acier) dans les aciers. Ceci est utilisé pour produire des nuances d'acier haut de gamme à faible teneur en oxygène et en soufre ;
Alliages spéciaux : de petites quantités de ferrochrome sont utilisées dans la production d'alliages à base de nickel-et d'alliages à base de cobalt-(tels que les alliages aérospatiaux à haute-température), mais la proportion est extrêmement faible et ne constitue pas une application courante.
Résumé
Les alliages de ferrochrome sont les « moteurs de performance » de l'industrie moderne, leur valeur fondamentale étant de conférer trois propriétés clés aux matériaux grâce au chrome : la résistance à la corrosion, la résistance à l'usure et la haute résistance. Des ustensiles de cuisine quotidiens en acier inoxydable aux équipements chimiques industriels et aux machines de construction, en passant par les -applications haut de gamme telles que les appareils médicaux et les composants de moteurs d'avion-, tous reposent sur le support des alliages de ferrochrome. Parmi celles-ci, la production d’acier inoxydable représente son application la plus critique, déterminant directement la capacité de production mondiale et le paysage de la demande d’alliages ferrochromes.
