Acier inoxydable - Définition et Explications

Types de corrosion des aciers inoxydables

Comme tous les métaux, ces aciers peuvent subir une corrosion chimique uniforme qui attaque les surfaces de manière régulière ; on peut alors mesurer la masse perdue par unité de surface et par unité de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...).

corrosion intergranulaire

D'autres formes de corrosion caractérisent les aciers inoxydables austénitiques et peuvent se révéler très gênantes à l'usage :

• la corrosion intergranulaire, en cheminant entre les microcristaux du métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des...), finit par désagréger le métal. Elle est liée à la précipitation (En météorologie, le terme précipitation désigne des cristaux de glace ou des...) de carbure (Un carbure est un composé chimique du carbone avec un deuxième élément chimique...) de chrome (Le chrome est un élément chimique de symbole Cr et de numéro atomique 24.) le long des joints. Pour qu'elle se produise, trois conditions doivent être remplies : au moins 0,035 % de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C,...), une sensibilisation par un maintien à une température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) de 400 à 800 °C, un milieu extérieur acide (Un acide est un composé chimique généralement défini par ses réactions...) avec un pouvoir oxydant compris entre deux limites bien définies ;
• la corrosion par piqûres n'est généralement pas due à une hétérogénéité du matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...) mais à la présence accidentelle d'une poussière métallique qui, en milieu humide, forme une pile électrique (Une pile électrique (ou plus simplement pile) est un dispositif électrochimique...). La surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) de l'acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction...) constitue alors la cathode (La cathode est une électrode siège d'une réduction, que l'on qualifie alors de réduction...) et se corrode. On peut ainsi voir des tôles de 2 mm d'épaisseur se percer en quelques heures (L'heure est une unité de mesure  :). Un milieu à la fois très acide et très oxydant peut produire des effets similaires ;
• la corrosion sous contrainte provoque la mise hors service très rapide des objets qu'elle attaque. Elle est heureusement très rare. Pour qu'elle se produise, il faut que les pièces comportent des parties mises en tension (La tension est une force d'extension.), même faiblement, sous l'effet des contraintes de service ou des effets secondaires des soudures, de l'emboutissage... et qu'elles soient en outre exposées à un milieu corrosif de type eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) impure, solutions de chlorures même très diluées, soude caustique (Une caustique désigne en optique et en mathématiques l'enveloppe des rayons lumineux...) chaude.

Conditions à réunir pour favoriser la résistance à la corrosion

Les facteurs favorables à la lutte contre la corrosion sont également applicables aux aciers inoxydables :

• les surfaces doivent être décapées pour éliminer tous les oxydes résultant du travail à chaud : laminage, forgeage, traitements thermiques, assemblages par soudure, etc. ;
• ne traiter thermiquement que des pièces propres et sèches, sans traces (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de...) de graisses, de résidus de produits dégraissants, et surtout sans particules ferreuses. Le nettoyage à l'acide nitrique (L’acide nitrique, parfois appelé acide azotique, est un composé chimique liquide...) avant traitement est généralement une excellente solution, ;
• supprimer les tensions résiduelles résultant d'un écrouissage à froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.), en particulier celles qui résultent de l'emboutissage ;
• éviter, lors de la conception des pièces, de créer des zones difficiles à nettoyer ;
• éviter tous les contacts non indispensables entre les pièces d'acier inoxydables et les autres matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...), métalliques ou non ;
• utiliser des outils (brosse, piquettes, marteaux, disques de meule, etc.) n'ayant servi que sur ce type d'acier ;
• protéger des projections et des poussières métalliques provenant de la mise en œuvre, à proximité, d'aciers non inoxydables. Favoriser le travail en atelier blanc ;
• Plus encore pour les aciers inoxydables que pour les autres métaux, l'état de surface doit être particulièrement soigné car il conditionne l'établissement d'un film passivant.

Types d'aciers inoxydables

Les aciers au chrome sont ferritiques et magnétiques à l'état adouci. Certains se comportent comme des aciers spéciaux auto-trempants, d'autres ne se trempent que partiellement ou pas du tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...). Les aciers au nickel-chrome sont en général austénitiques et le traitement d'hypertrempe (réchauffage à 1100°C environ pour remise en solution, suivi d'un refroidissement rapide qui permet d'éviter les températures critiques auxquelles peuvent se former les précipités de carbure de chrome ; ce traitement confère à l'acier une plus grande « souplesse » et limite les risques de corrosion intergranulaire) , loin de les durcir, a, au contraire, la propriété de les adoucir. Il existe d'innombrables nuances appropriées aux usages les plus divers.

On distingue les quatre familles d'aciers inoxydables suivantes :

Les aciers martensitiques

Ils sont utilisés lorsque les caractéristiques de résistance mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) sont importantes. Les plus courants titrent 13 % de chrome avec au moins 0,08 % de carbone. D'autres nuances sont plus chargées en additions, avec éventuellement un faible pourcentage (Un pourcentage est une façon d'exprimer une proportion ou une fraction dans un ensemble. Une...) de nickel (Le nickel est un élément chimique, de symbole Ni et de numéro atomique 28.).

Exemples : X20Cr13, X46Cr13, X29CrS13.

Les aciers ferritiques

Ils ne prennent pas la trempe (La trempe ou trempage est un traitement thermique consistant en un refroidissement rapide d'un...). On trouve dans cette catégorie des aciers réfractaires à haute teneur en chrome (jusqu'à 27 %), particulièrement intéressants en présence de soufre (Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de...). Les aciers ferritiques sont parfois utilisés comme barrière de résistance à la corrosion (tôles plaquées, tôle revêtues, protégées (dites « claddées », de « cladding »)) des parois d'équipements sous pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) en acier utilisés dans les industries pétrochimique et chimique. Ces aciers sont souvent utilisés en lieu et place des aciers austénitiques pour la réalisation d'ustensiles de cuisine (La cuisine est l'ensemble des techniques de préparation des aliments en vue de leur...) bon marché et de qualité médiocre (plats et couteaux par exemple).

Exemples : X6Cr17, X6CrMo17-1, X3CrTi17.

Les aciers austénitiques

Ce sont de loin les plus nombreux, en raison de leur résistance chimique très élevée, de leur ductilité (La ductilité désigne la capacité d'un matériau à se déformer plastiquement sans se rompre. La...) comparable à celle du cuivre (Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29. Le cuivre...) ou du laiton, et aussi de leurs caractéristiques mécaniques élevées. Les teneurs en éléments d'addition (L'addition est une opération élémentaire, permettant notamment de décrire la...) tournent autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de 18 % de chrome et 10 % de nickel. La teneur en carbone est très basse et la stabilité améliorée par des éléments tels que le titane (Le titane est un élément chimique métallique de symbole Ti et de numéro...) ou le niobium (Le niobium est un élément chimique, de symbole Nb et de numéro atomique 41. C'est un...). Ces aciers sont, également, en compétition avec les alliages légers et l'acier à 9 % de nickel pour la réalisation d'équipements destinés à la cryogénie (La cryogénie est l'étude et la production des basses températures (inférieures à -150 °C)...).

Exemples : X2CrNi18-9, X2CrNiMo17-12-2.

Les aciers improprement dénommés « austéno-ferritiques »

Ils ont des propriétés de résistance à la corrosion intergranulaire ainsi qu'à la corrosion en eau de mer (L'eau de mer est l'eau salée des mers et des océans de la Terre.) remarquables et présentent, pendant l'essai de traction, un palier élasto-plastique. Ils ont un comportement mécanique semblable aux aciers de construction. La transformation liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est...) / solide se traduit par une solidification (La solidification est l'opération au cours de laquelle un liquide passe à l'état solide. Cela...) en phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) ferritique (ferrite delta) puis d'une seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...) transformation, à l'état solide, en austénite. Ils devraient donc, en conséquence, être dénommés aciers ferrito-austénitiques. Le simple fait de désigner correctement ces aciers permet de tout de suite comprendre qu'un refroidissement lent, pendant le soudage (Le soudage (Voir article sur la théorie du soudage) est un moyen d'assemblage permanent. Il a...), permettra à un maximum de phase ferritique de se transformer en phase austénitique et réciproquement, un refroidissement rapide aboutira à un gel de la ferrite laissant peu de possibilités à la transformation austénitique.

Exemple : X2CrNiN23-4.

La connaissance des types d'acier est essentielle pour les systèmes constitués d'éléments assemblés mécaniquement ou par soudage, la mise en présence de deux aciers inoxydables trop différents dans un électrolyte peut en effet provoquer des phénomènes de corrosion électrochimique très destructeurs.

Caractéristiques mécaniques

Voir : b:Matériaux/Caractéristiques mécaniques des aciers#Aciers inoxydables