Qu'est-ce que l'acier inoxydable ?
« Inoxydable » est un terme inventé au début du développement de ces aciers destinés aux applications de coutellerie. Il a été adopté comme nom générique pour ces aciers et couvre désormais une large gamme de types et de nuances d'acier pour les applications résistantes à la corrosion ou à l'oxydation.
Les aciers inoxydables sont des alliages de fer contenant au minimum 10,5 % de chrome. D'autres éléments d'alliage sont ajoutés pour améliorer leur structure et leurs propriétés telles que la formabilité, la résistance et la ténacité cryogénique.
Cette structure cristalline rend ces aciers non magnétiques et moins cassants à basse température. Pour une dureté et une résistance plus élevées, du carbone est ajouté. Lorsqu'ils sont soumis à un traitement thermique adéquat, ces aciers sont utilisés comme lames de rasoir, couverts, outils, etc.
Des quantités importantes de manganèse ont été utilisées dans de nombreuses compositions d'acier inoxydable. Le manganèse préserve une structure austénitique dans l'acier comme le nickel, mais à moindre coût.
Les principaux éléments en acier inoxydable
L’acier inoxydable ou acier résistant à la corrosion est une sorte d’alliage métallique que l’on retrouve sous diverses formes. Il répond si bien à nos besoins pratiques qu’il est difficile de trouver un domaine de notre vie où nous n’utilisons pas ce type d’acier. Les principaux composants de l'acier inoxydable sont : le fer, le chrome, le carbone, le nickel, le molybdène et de petites quantités d'autres métaux.
Il s'agit notamment de métaux tels que :
- Nickel
- Molybdène
- Titane
- Cuivre
Des ajouts non métalliques sont également réalisés dont les principaux sont :
- Carbone
- Azote
CHROME ET NICKEL :
Le chrome est l'élément qui rend l'acier inoxydable inoxydable. Il est essentiel à la formation du film passif. D’autres éléments peuvent influencer l’efficacité du chrome dans la formation ou le maintien du film, mais aucun autre élément ne peut à lui seul créer les propriétés de l’acier inoxydable.
À environ 10,5 % de chrome, un film faible se forme et fournira une légère protection atmosphérique. En augmentant la teneur en chrome à 17-20 %, ce qui est typique dans la série d'aciers inoxydables austénitiques de type 300, la stabilité du film passif est augmentée. Des augmentations supplémentaires de la teneur en chrome offriront une protection supplémentaire.
| Symbole | Élément |
| Al | Aluminium |
| C | Carbone |
| Cr | Chrome |
| Cu | Cuivre |
| Fe | Fer |
| Mo | Molybdène |
| Mn | Manganèse |
| N | Azote |
| Ni | Nickel |
| P. | Phosphoreux |
| S | Soufre |
| Se | Sélénium |
| Ta | Tantale |
| Ti | Titane |
Le nickel stabilisera la structure austénitique (la structure des grains ou des cristaux) de l'acier inoxydable et améliorera les propriétés mécaniques et les caractéristiques de fabrication. Une teneur en nickel de 8 à 10 % et plus diminuera la tendance du métal à se fissurer en raison de la corrosion sous contrainte. Le nickel favorise également la repassivation en cas de dommage du film.
MANGANÈSE:
Le manganèse, associé au nickel, remplit bon nombre des fonctions attribuées au nickel. Il interagira également avec le soufre de l’acier inoxydable pour former des sulfites de manganèse, ce qui augmente la résistance à la corrosion par piqûre. En remplaçant le nickel par du manganèse, puis en le combinant avec de l'azote, la résistance est également augmentée.
MOLYBDÈNE:
Le molybdène, associé au chrome, est très efficace pour stabiliser le film passif en présence de chlorures. Il est efficace pour prévenir la corrosion par crevasses ou par piqûres. Le molybdène, après le chrome, offre la plus grande augmentation de la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable. Edstrom Industries utilise de l'acier inoxydable 316 car il contient 2 à 3 % de molybdène, ce qui offre une protection lorsque du chlore est ajouté à l'eau.
CARBONE:
Le carbone est utilisé pour augmenter la résistance. Dans la nuance martensitique, l'ajout de carbone facilite le durcissement par traitement thermique.
AZOTE:
L'azote est utilisé pour stabiliser la structure austénitique de l'acier inoxydable, ce qui améliore sa résistance à la corrosion par piqûre et renforce l'acier. L'utilisation d'azote permet d'augmenter la teneur en molybdène jusqu'à 6 %, ce qui améliore la résistance à la corrosion dans les environnements chlorés.
TITANE ET MIOBIUM :
Le Titane et le Miobium sont utilisés pour réduire la sensibilisation de l'acier inoxydable. Lorsque l’acier inoxydable est sensibilisé, une corrosion intergranulaire peut se produire. Ceci est dû à la précipitation de carbures de chrome lors de la phase de refroidissement lors du soudage des pièces. Cela épuise la zone de soudure en chrome. Sans chrome, le film passif ne peut pas se former. Le titane et le niobium interagissent avec le carbone pour former des carbures, laissant le chrome en solution afin qu'un film passif puisse se former.
CUIVRE ET ALUMINIUM :
Du cuivre et de l'aluminium, ainsi que du titane, peuvent être ajoutés à l'acier inoxydable pour accélérer son durcissement. Le durcissement est obtenu par trempage à une température de 900 à 1150F. Ces éléments forment une microstructure intermétallique dure pendant le processus de trempage à température élevée.
SOUFRE ET SÉLÉNIUM :
Du soufre et du sélénium sont ajoutés à l'acier inoxydable 304 pour le rendre usinable librement. Cela devient de l'acier inoxydable 303 ou 303SE, utilisé par Edstrom Industries pour fabriquer des vannes, des écrous et des pièces de porc qui ne sont pas exposés à l'eau potable.
Types d'acier inoxydable
L'AISI DÉFINIT ENTRE AUTRES LES GRADES SUIVANTS :
Également connu sous le nom d'acier inoxydable de « qualité marine » en raison de sa capacité accrue à résister à la corrosion par l'eau salée par rapport au type 304. Le SS316 est souvent utilisé pour la construction d'usines de retraitement nucléaire.
ACIER INOXYDABLE 304/304L
Le type 304 a une résistance légèrement inférieure à celle du 302 en raison de sa plus faible teneur en carbone.
ACIER INOXYDABLE 316/316L
L'acier inoxydable de type 316/316L est un acier au molybdène possédant une résistance améliorée aux piqûres causées par des solutions contenant des chlorures et d'autres halogénures.
ACIER INOXYDABLE 310S
L'acier inoxydable 310S a une excellente résistance à l'oxydation à des températures constantes jusqu'à 2000°F.
ACIER INOXYDABLE 317L
Le 317L est un acier au chrome-nickel austénitique au molybdène similaire au type 316, sauf que la teneur en alliage du 317L est légèrement plus élevée.
ACIER INOXYDABLE 321/321H
Le type 321 est un type de base 304 modifié en ajoutant du titane en une quantité au moins 5 fois supérieure à la teneur en carbone et en azote.
ACIER INOXYDABLE 410
Le type 410 est un acier inoxydable martensitique qui est magnétique, résiste à la corrosion dans des environnements doux et présente une assez bonne ductilité.
DUPLEX 2205 (UNS S31803)
Le Duplex 2205 (UNS S31803) ou Avesta Sheffield 2205 est un acier inoxydable ferritique-austénitique.
LES ACIERS INOXYDABLES SONT AUSSI CLASSÉS SELON LEUR STRUCTURE CRISTALLINE :
- Les aciers inoxydables austénitiques représentent plus de 70 % de la production totale d’acier inoxydable. Ils contiennent un maximum de 0,15 % de carbone, un minimum de 16 % de chrome et suffisamment de nickel et/ou de manganèse pour conserver une structure austénitique à toutes les températures depuis la région cryogénique jusqu'au point de fusion de l'alliage. Une composition typique est de 18 % de chrome et 10 % de nickel, communément appelé acier inoxydable 18/10 et souvent utilisé dans les couverts. De même, 18/0 et 18/8 sont également disponibles. Les aciers inoxydables « superausténitiques », tels que l'alliage AL-6XN et 254SMO, présentent une grande résistance aux piqûres de chlorure et à la corrosion caverneuse en raison de leurs teneurs élevées en molybdène (> 6 %) et des ajouts d'azote. La teneur plus élevée en nickel assure une meilleure résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte. sur la série 300. La teneur plus élevée en alliage des aciers « superausténitiques » signifie qu'ils sont terriblement chers et que des performances similaires peuvent généralement être obtenues en utilisant des aciers duplex à un coût bien inférieur.
- Les aciers inoxydables ferritiques sont très résistants à la corrosion, mais beaucoup moins durables que les nuances austénitiques et ne peuvent pas être durcis par traitement thermique. Ils contiennent entre 10,5 % et 27 % de chrome et très peu, voire pas du tout, de nickel. La plupart des compositions contiennent du molybdène ; certains, en aluminium ou en titane. Les qualités ferritiques courantes comprennent le 18Cr-2Mo, le 26Cr-1Mo, le 29Cr-4Mo et le 29Cr-4Mo-2Ni.
- Les aciers inoxydables martensitiques ne sont pas aussi résistants à la corrosion que les deux autres classes, mais sont extrêmement solides et résistants, hautement usinables et peuvent être durcis par traitement thermique. L'acier inoxydable martensitique contient du chrome (12 à 14 %), du molybdène (0,2 à 1 %), pas de nickel et environ 0,1 à 1 % de carbone (ce qui lui donne plus de dureté mais rend le matériau un peu plus cassant). Il est trempé et magnétique. Il est également connu sous le nom d’acier « série 00 ».
- Les aciers inoxydables duplex ont une microstructure mixte d'austénite et de ferrite, l'objectif étant de produire un mélange 50:50 bien que dans les alliages commerciaux, le mélange puisse être 60:40. L'acier duplex présente une résistance améliorée par rapport aux aciers inoxydables austénitiques et une meilleure résistance à la corrosion localisée, en particulier par piqûres, corrosion caverneuse et fissuration par corrosion sous contrainte. Ils se caractérisent par des teneurs élevées en chrome et en nickel inférieures à celles des aciers inoxydables austénitiques.
Histoire de l'acier inoxydable
Quelques artefacts en fer résistant à la corrosion survivent de l'Antiquité. Un exemple célèbre (et très important) est le pilier de fer de Delhi, érigé sur ordre de Kumara Gupta I vers l'an 400 après JC. Cependant, contrairement à l'acier inoxydable, ces artefacts ne doivent pas leur durabilité au chrome, mais à leur teneur élevée en phosphore. ce qui, combiné à des conditions météorologiques locales favorables, favorise la formation d'une couche de passivation protectrice solide d'oxydes de fer et de phosphates, plutôt que la couche de rouille fissurée non protectrice qui se développe sur la plupart des ferronneries.
La résistance à la corrosion des alliages fer-chrome a été reconnue pour la première fois en 1821 par le métallurgiste français Pierre Berthier, qui a noté leur résistance aux attaques de certains acides et a suggéré leur utilisation en coutellerie. Cependant, les métallurgistes du XIXe siècle étaient incapables de produire la combinaison de faible teneur en carbone et de haute teneur en chrome que l'on trouve dans la plupart des aciers inoxydables modernes, et les alliages à haute teneur en chrome qu'ils pouvaient produire étaient trop fragiles pour présenter un intérêt pratique.
Cette situation a changé à la fin des années 1890, lorsque l'Allemand Hans Goldschmidt a mis au point un procédé aluminothermique (thermite) pour produire du chrome sans carbone. Dans les années 19041911, plusieurs chercheurs, notamment le Français Léon Guillet, préparèrent des alliages qui seraient aujourd'hui considérés comme de l'acier inoxydable. En 1911, l'Allemand Philip Monnartz a rendu compte de la relation entre la teneur en chrome et la résistance à la corrosion de ces alliages.
Harry Brearley du laboratoire de recherche Brown-Firth à Sheffield, en Angleterre, est le plus souvent considéré comme « l'inventeur » de l'acier inoxydable.
acier. En 1913, alors qu'il cherchait un alliage résistant à l'érosion pour les canons d'armes à feu, il découvrit puis industrialisa un alliage d'acier inoxydable martensitique. Cependant, des développements industriels similaires avaient lieu à la même époque dans les usines sidérurgiques de Krupp en Allemagne, où Eduard Maurer et Benno Strauss développaient un alliage austénitique (21 % de chrome, 7 % de nickel), et aux États-Unis, où Christian Dantsizen et Frederick Becket industrialisaient l'inox ferritique.
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Heure de publication : 16 juin 2022