Chromium
L’ajout de chrome à l’acier peut améliorer considérablement son effet antioxydant et augmenter sa résistance à la corrosion. Le chrome et le fer forment une solution solide continue et forment divers composés avec le carbone. Parmi les éléments qui forment les carbures, l’affinité du chrome pour le carbone est supérieure à celle du fer et du manganèse, mais inférieure à celle du tungstène et du molybdène. Il peut remplacer une partie du fer pour former une cémentite composite, et ce carbure complexe peut améliorer la résistance à l’usure de l’acier. Le chrome et le fer peuvent former des composés intermétalliques. Le chrome peut également augmenter considérablement la trempabilité de l’acier, mais il tend également à augmenter sa fragilité à la trempe. L’acier à haute teneur en chrome est également très fragile en cas de traitement thermique inadéquat.
Nickel
L’acier au nickel pur est actuellement rarement utilisé dans l’industrie. En effet, le nickel et d’autres éléments d’alliage (notamment le chrome et le molybdène) offrent de meilleures performances lorsqu’ils sont utilisés en combinaison. Le nickel possède une certaine résistance à la corrosion. Lorsqu’il est ajouté au fer, en particulier lorsque sa teneur en nickel est élevée (atteignant 15 à 20 %), il présente une forte résistance à la corrosion par l’acide sulfurique, l’acide chlorhydrique, l’air et l’eau de mer, mais ne résiste pas à la corrosion par l’acide nitrique. Il est présent dans les phases α et γ de l’acier, ce qui le renforce et améliore sa ténacité à basse température en affinant les grains de la phase α. Le nickel peut améliorer la trempabilité de l’acier, mais son effet sur la fragilité à la trempe est moins important que celui du manganèse et du chrome. Une teneur élevée en nickel peut améliorer significativement le coefficient de dilatation linéaire, la conductivité thermique et la résistivité de l’acier ; c’est donc un élément important pour l’affinage de certains matériaux spéciaux. L’acier contenant du nickel est sujet à des défauts de structure en bandes et de points blancs, et doit faire l’objet d’une attention particulière pendant le processus de production.
Tungstène
Le tungstène présente un point de fusion élevé et une densité élevée. Il se combine souvent avec le carbone pour former des composés spéciaux et peut également être partiellement dissous dans le fer pour former une solution solide. L’ajout de tungstène à l’acier améliore principalement la stabilité au revenu, la dureté rouge, la résistance à la chaleur et à l’usure, et peut également améliorer l’aptitude au fluage de l’acier à haute température. L’ajout de tungstène à l’acier augmente légèrement la fusion à chaud et réduit fortement la conductivité thermique, mais peut améliorer significativement la force coercitive et l’induction magnétique résiduelle de l’acier. Le tungstène peut également améliorer la stabilité de l’acier à l’hydrogène. La structure moulée de l’acier à haute teneur en tungstène est fortement ségréguée et présente une tendance à la décarburation superficielle sous l’effet de la chaleur.
Molybdène
Le molybdène est présent en solution solide et en carbure dans l’acier. En phase carbure, lorsque la teneur en molybdène est faible, il forme de la cémentite avec le fer et le carbone ; lorsque la teneur en carbone est élevée, il forme des carbures spéciaux. Le rôle du molybdène dans l’acier se résume à l’amélioration de la trempabilité, de la résistance à la chaleur, à la prévention de la fragilité à la trempe, à l’amélioration de la rémanence et de la coercivité, à la résistance à la corrosion dans certains milieux et à la prévention de la piqûre. Le molybdène renforce la ferrite en solution solide et améliore également la stabilité des carbures, ce qui a un effet favorable sur la résistance de l’acier. Un acier contenant plus de 3 % de molybdène présente une faible résistance à l’oxydation à haute température. L’acier à haute teneur en molybdène est sujet au démolybdène et à la décarburation lorsqu’il est chauffé, ce qui nécessite une attention particulière lors de la production. Le molybdène est difficile à brûler et peut être ajouté à n’importe quelle étape de la fusion.
