La source d’azote
L’azote présent dans l’acier est principalement absorbé lors de l’exposition aux conditions atmosphériques lors du traitement de l’acier en fusion. La fabrication de l’acier au four électrique, y compris le chauffage à l’arc pour l’affinage secondaire, accélère la dissociation des gaz, ce qui entraîne une teneur en azote plus élevée. Des durées de fusion prolongées dans des fours à sole ouverte augmentent encore les concentrations d’azote. Un contrôle inadéquat des opérations de resoufflage du convertisseur et un passage tardif des gaz de protection azote-argon augmentent également les concentrations d’azote. De plus, l’azote transporté par les ferroalliages, la ferraille et les scories peut être introduit dans l’acier en fusion lors du chargement.
La forme de l’azote
Une partie de l’azote présent dans l’acier se présente sous forme de nitrures métalliques ou de solutions solides interstitielles. La plupart des éléments d’alliage ajoutés aux aciers spéciaux forment des nitrures stables dans des conditions spécifiques. Ces éléments nitrurants comprennent le manganèse, l’aluminium, le bore, le chrome, le vanadium, le molybdène, le titane, le tungstène, le niobium, le tantale, le zirconium, le silicium et les terres rares. Étant donné que de nombreux éléments nitrurants peuvent créer de multiples composés simples ou complexes, plus de 70 phases nitrurantes distinctes peuvent potentiellement se former dans l’acier. L’azote restant existe sous forme d’azote atomique dissous dans la matrice de fer. Dans des cas exceptionnels, l’azote peut former des bulles de gaz moléculaire ou s’adsorber sur les surfaces d’acier.
L’effet de l’azote
L’azote ne doit pas être catégoriquement classé comme un élément gazeux nocif, car certains aciers spéciaux incorporent intentionnellement de l’azote. Toutes les nuances d’acier contiennent de l’azote, à des concentrations spécifiques déterminées par les méthodes de production, la composition de l’alliage, les techniques d’ajout et les paramètres de coulée. Dans certaines nuances d’acier inoxydable, une augmentation contrôlée de la teneur en azote peut réduire les besoins en chrome, diminuant ainsi efficacement les coûts de production tout en maintenant les performances. Cependant, l’azote est principalement présent sous forme de nitrures métalliques dans les alliages ferreux. Par exemple, les produits en acier présentant un vieillissement sous contrainte après stockage deviennent impropres aux applications d’emboutissage profond (p. ex., panneaux de carrosserie automobile) en raison de la formation de déchirures lors d’une déformation plastique non uniforme. Ce phénomène résulte de structures à gros grains combinées à une précipitation de Fe₄N aux joints de grains.
Un autre exemple critique se produit dans les aciers inoxydables, où la formation de Cr₂N aux joints de grains épuise la teneur en chrome interfacial, entraînant une susceptibilité à la corrosion intergranulaire. Cet effet néfaste peut être atténué par des ajouts de titane, qui forment préférentiellement des composés TiN stables, préservant ainsi la teneur en chrome aux joints de grains.
