Tableau des nuances

L’acier inoxydable (inox)

• Qu’est-ce que l’acier inoxydable ?
• L’origine de l’acier inoxydable
• Le principe de l’acier inoxydable
  1. La passivité
  2. Les propriétés des différents alliages
• Les différents types de corrosions de l’acier inoxydable
• Les composants qui peuvent être ajoutés
• Les nuances et les types d’acier inoxydable
• L’utilisation de l’acier inoxydable
• Les avantages et les inconvénients de l’acier inoxydable
  1. Les avantages
  2. Les inconvénients
• L’influence des milieux sur l’acier inoxydable

Qu’est-ce que l’acier inoxydable ?

L’acier inoxydable ou l’inox est un acier donc un alliage principalement à base de fer et de carbone, il est composé de maximum 1,2% de carbone et d’au moins 10,5% de chrome. Le chrome rend l’inox peu sensible à la corrosion et permet d’éviter la dégradation en rouille. Ce pourcentage de chrome dans l’acier permet la formation d’une couche protectrice d’oxyde de chrome qui est la cause de l’inoxydabilité. En plus du chrome, d’autres éléments peuvent faire partie de cet alliage comme le nickel qui optimise les propriétés mécaniques générales et notamment la ductilité qui correspond à la capacité d’un matériau à se déformer sans se casser. Pour que la stabilité l’alliage soit meilleur face à des températures différentes que celle ambiante, le molybdène ou le titane peuvent être ajoutés à l’alliage et le vanadium et le tungstène sont parfois ajoutés pour que l’alliage résiste à de très fortes températures comme au contact avec une flamme dans ce cas si la teneur en chrome est augmentée.

L’origine de l’acier l’inoxydable

C’est pendant l’Antiquité que les premiers alliages de fer et d’acier voient le jour, ces alliages étaient résistants et devaient leur résistance à leur haute teneur en phosphore ce qui les distingue des alliages en forte teneur en chrome d’aujourd’hui.

C’est Pierre Berthier, un métallurgiste français qui met au point les premiers aciers à base de chrome résistant pour les utiliser en coutellerie puisque ces aciers résistaient à certains acides mais dans ces alliages le taux de carbone était trop élevé et le taux de chrome trop bas ce qui le rendait fragile et donc peu intéressant.

C’est dans la Loire, en 1878 dans les établissements Jacob Holtzer que l’acier au creuset chromé commence à être produit de façon industrielle cependant les métallurgistes portaient peu d’importance à la corrosion et recherchaient seulement les meilleures caractéristiques mécaniques de l’alliage au chrome.

Ensuite dans les années 1890, le procédé de la thermite est développé et breveter par Hans Goldschmidt un chimiste allemand, cela permet d’obtenir un fer sans carbone. Quelques années plus tard entre 1904 et 1911, des alliages que nous pourrions qualifier d’inoxydables sont développés par différents chercheurs. Et c’est aussi en 1911 que le lien entre le taux de chrome et la résistance à la corrosion est mis en évidence par Philip Monnartz.

C’est finalement en 1913 que le premier acier à officiellement porter le nom d’inoxydable, il a été développé par Harry Brearley alors qu’il travaillait sur l’érosion des canons d’armes à feu. C’est un acier inoxydable martensitique composé de 0,24% de carbone et de 12,8% de chrome. Harry Brearley est donc l’inventeur de l’acier inoxydable.

Pourtant des aciers semblables ont été développés comme un acier inoxydable austénitique composé de 21% de chrome et 7% de nickel. La fabrication d’acier inoxydable ferritique était déjà industrialisée aux Etats-Unis. Et des navires avec des coques en acier inoxydable chrome-nickel ont vu le jour en 1908.

L’acier 18/8 composé de 18% en masse de chrome et 8% en nickel est l’acier fer-nickel-chrome le plus utilisé a été développé par William Herbert Hatfield en 1924.

Un an après, en 1925 une méthode est développée dans des usines savoyardes pour obtenir un acier inoxydable pur, fiable et bon marché.

Principe de l’acier inoxydable

La passivité

Pour éviter la corrosion, il est possible d’ajouter du chrome (plus de 10,5% en masse dans l’acier. Le chrome va alors réagir avec le dioxygène présent de l’air et cela va créer une couche d’oxyde de chrome protectrice cela est appelé « couche passive » et elle sert de barrière entre l’acier et son milieu. Contrairement à ce que nous pourrions croire cette couche est oxydable et elle s’oxyde vite et contrairement à la rouille elle forme un oxyde protecteur.

Les propriétés des différents alliages

Des éléments sont souvent ajoutés aux alliages pour qu’ils résistent dans des milieux spécifiques.

Le nickel peut être ajouté pour augmenter les propriétés de la couche passive dans un milieu acide. Le carbone peut aussi être ajouté, l’alliage peut alors être trempé ce qui le solidifie mais cet élément peut nuire à la formation de la couche passive. Des matériaux nobles comme le molybdène, le titane, le cuivre peuvent être intégrés pour une meilleure résistance chimique.

Les différents types de corrosion de l’acier inoxydable

Les aciers inoxydables peuvent quand même subir de la corrosion chimique si des nuances sont utilisées dans certains milieux.

L’acier inoxydables austénitiques peut se corroder de différentes façons, la corrosion intergranulaire qui est causée par la précipitation de carbure de chrome le long des joints. Cela est dû à une teneur en carbone d’au moins 0,035%, à la température de l’environnement comprise entre 400 et 800°C, et un milieu extérieur acide et oxydant. La corrosion par piqures est dû à la présence de poussière métalliques dans un milieu humide de plus un milieu très acide et oxydant peut avoir des effets similaires. Et enfin la corrosion sous contrainte, corrode l’inox très rapidement pour cela il faut une mise sous tension et un milieu corrosif (ce type de corrosion est très rare).

Les composants qui peuvent être ajoutés

Il possible d’ajouter des éléments qui vont apporter des propriétés particulières à l’alliage.

Le nickel et le manganèse peuvent être ajoutés pour les types austénitiques, ces deux éléments ont une bonne ductilité, sont malléables et résilients mais ne sont pas faits pour être utilisés dans le domaine du frottement. Le molybdène et le cuivre sont ajoutés pour que l’inox soit utilisé dans des milieux corrosifs, le film de passivation est plus stable grâce au molybdène. Pour que les aciers inoxydables austénitiques résistent mieux aux températures élevées du tungstène est ajouté. Pour éviter les dommages pendant les travaux à chauds et les soudures, du titane peut être ajouté mais sa teneur doit dépasser le quadruple de la teneur en carbone. Du niobium qui a un point de fusion plus élevé que le titane peut aussi être ajouté. Et pour que l’inox de s’oxyde pas à cause d’acides fortement oxydants du silicium peut être ajouté.

Les nuances et les types d’acier inoxydable

Nous pouvons distinguer quatre principale nuances et type d’acier inoxydable :

La nuance ferritique est composée de fer-chrome et carbone à moins de 0,1%, cette nuance est magnétique. L’acier ferritique contient jusqu’à 27% de chrome, cet acier est souvent utilisé en présence de souffre et utilisé comme barrière qui résiste à la corrosion, aussi utilisé pour les ustensiles de cuisine (à la place de l’acier austénitiques). La résistance à la corrosion de l’acier ferritique peut-être semblable à celle de l’acier austénitique si du titane y est ajouté.

La nuance martensitique composée de fer-chrome et carbone à plus de 0,1%, qui est aussi magnétique et apte à la trempe. Ce type d’acier est souvent composé d’environ 13% de chrome et d’au moins 0,08% de carbone et dans certains cas de nickel.

La nuance austénitique composée de fer-chrome-nickel et carbone à moins de 0,1%, qui est paramagnétique et qui représente 65% de l’acier inoxydable utilisé. Ce type d’acier est le plus commun et cela est dû à sa forte résistance chimique et à sa ductilité semblable à celle du cuivre. Sa composition est d’environ 18% de chrome et 10% de nickel, le carbone est lui présent en très petite quantité. Pour améliorer sa stabilité du titane ou du niobium peuvent être ajoutés. Ce type d’acier peut être utilisé dans des milieux où la température atteint moins 200°C.

La nuance duplex ou austénitique-ferritique, composée de fer-chrome-nickel, cette nuance est magnétique et a des caractéristiques mécaniques supérieures aux autres nuances austénitiques et ferritiques et a aussi une plus grande résistance à la corrosion. Ce type d’acier est très résistant à la corrosion intergranulaire et à la corrosion en eau de mer. Cependant si depuis l’état liquide le refroidissement est rapide cela peut rendre cet acier sensible aux fissures.

L’utilisation de l’acier inoxydable

Aujourd’hui l’acier inoxydable est utilisé dans la vie quotidienne et dans de nombreux domaines, comme en cuisine, dans le milieu médical, dans le bâtiment et les travaux publics, la construction navale, l’automobile, l’aéronautique, l’outillage, les industries mécaniques, l’agroalimentaire…

Les avantages et les inconvénients de l’acier inoxydable

Les avantages

Le principale avantage de l’acier inoxydable c’est qu’il est résistant à la corrosion et selon le type d’acier utilisé, il résiste à de hautes températures mais aussi à des températures basses, il est soudable et peut aussi bien être utilisé en intérieur et en extérieur. Il est aussi hygiénique, il ne ternit pas et ne nécessite pas d’entretien particulier. De plus l’acier inoxydable est entièrement recyclable.

Les inconvénients

Il est important d’utiliser la nuance d’acier inoxydable qui correspond à l’environnement dans lequel il se trouve, il faut donc faire attention à la composition chimique de son environnement ainsi qu’à la température sinon l’inox peut se corroder.

L’influence des milieux sur l’acier inoxydable

Certains éléments peuvent avoir des effets négatifs sur l’acier inoxydable comme les eaux industrielles à cause des chlorures ou même des sels, pour éviter les dégradations à cause de ces eaux, il préférable d’opter pour des nuances avec du molybdène. La vapeur d’eau peut aussi être néfaste si elle contient des impuretés. Les aciers au chrome s’altèrent très lentement dans des atmosphères marines et industrielles, il est donc préférable d’utiliser des aciers avec du molybdène. L’inox résiste assez bien aux acides nitrique, sulfurique, phosphorique, sulfites acides cependant si les acides contiennent des impuretés il faut aussi privilégier des nuances avec du molybdène. L’acide chlorhydrique provoque de la corrosion et celle-ci augmente en même temps que la concentration de l’acide. Les solutions alcalines ne sont pratiquement pas corrosives si elles sont froides. Les solutions salines n’ont généralement pas d’impact sur l’inox sauf si elles sont composées de certains sels comme les chlorures mais les nitrates eux améliorent la passivation mais l’acide nitrique avec des saumures peuvent complètement détruire l’inox. Certains produits alimentaires comme la moutarde et les vins blancs peuvent être corrosif à cause de leurs composants sulfureux. Des produits organiques chlorés et chauds peuvent aussi avoir un impact négatif sur l’acier inoxydable. Les sels et les produits minéraux fondus (sauf les nitrates, cyanures, acétates) corrodent les aciers inoxydables.