Le monde des aciers inoxydables est extrêmement riche et varié. Le terme « acier inoxydable » désigne toute une famille d'alliages de fer dont la caractéristique commune est une résistance accrue à la corrosion grâce à une teneur minimale de 10,5 % de chrome (Cr). Cependant, ce qui détermine leurs propriétés uniques – de la résistance mécanique à la soudabilité, en passant par le magnétisme – est principalement leur microstructure cristalline interne.

Dans cet article, nous nous concentrerons sur trois familles fondamentales d'aciers inoxydables : ferritique, austénitique et martensitique. Comprendre les différences clés entre elles est absolument essentiel pour faire un choix éclairé et optimal du matériau pour une application spécifique – des simples éléments décoratifs aux installations industrielles complexes, en passant par les instruments chirurgicaux de précision.

Dans le monde des matériaux d'ingénierie, l'acier inoxydable est une véritable star. On l'associe principalement à sa résistance à la rouille, à son aspect brillant et à son utilisation en cuisine ou en architecture. Cependant, derrière le terme générique d'"acier inoxydable" se cache toute une famille de matériaux aux propriétés variées. Alors que les aciers austénitiques populaires (comme le célèbre "acier résistant aux acides") règnent en maîtres là où la résistance à la corrosion est la priorité, il existe une branche de cette famille conçue pour des tâches spéciales : l'acier martensitique.

C'est un matériau qui privilégie une dureté et une résistance mécanique exceptionnelles, en acceptant un certain compromis (bien que minime) en matière de résistance à la rouille. Qu'est-ce que c'est exactement et où ses caractéristiques uniques s'expriment-elles le mieux ? Plongeons dans l'univers d'un acier au caractère bien trempé.

L'acier réfractaire est un matériau aux propriétés exceptionnelles, jouant un rôle clé dans de nombreuses branches de l'industrie. Grâce à sa résistance aux hautes températures et à la corrosion, il trouve une large application dans des environnements où d'autres matériaux industriels courants peuvent rapidement subir des défaillances mécaniques.

La corrosion est l’un des ennemis les plus fréquents de l’acier. Ce processus évolue avec le temps et peut considérablement affaiblir les structures, les installations ou les éléments d’assemblage. Pour protéger efficacement l’acier contre la dégradation, il est essentiel de choisir le matériau et les revêtements de protection adaptés — en fonction des conditions d’exploitation prévues.

C’est précisément dans ce but qu’a été établie la norme PN-EN ISO 12944-2:2018-02, qui définit les catégories de corrosivité des environnements. Grâce à cette norme, il est plus facile d’évaluer l’agressivité d’un environnement donné et de sélectionner les solutions les plus appropriées.

Le choix de l’acier inoxydable approprié pour un environnement corrosif de catégorie C4 (conformément à la norme ISO 9223) est essentiel. L’acier inoxydable est-il suffisant ou faut-il appliquer un revêtement de protection spécial ? La classification des conditions atmosphériques corrosives est réalisée conformément aux normes NF EN ISO 12944-2 et NF EN ISO 12500. En outre, l’évaluation de la corrosivité de l’atmosphère repose sur le niveau de dépôt de polluants tels que le SO₂ et les ions Cl⁻, ainsi que sur la mesure des retombées de poussières industrielles, conformément aux normes NF ISO 9225, NF ISO 9223 et PN-67/Z-04010. Un environnement de classe C4 est considéré comme hautement corrosif. Des exemples typiques incluent les zones industrielles et côtières à salinité moyenne, les usines chimiques, les piscines, ainsi que les chantiers navals de réparation de bateaux et de navires.

Les aciers inoxydables sont des alliages de fer caractérisés par une teneur en chrome d'au moins 10,5 % en poids et une teneur maximale en carbone de 1,2 %. Le chrome est le principal élément d'alliage de l'acier inoxydable et peut représenter jusqu'à 26 % en poids de sa teneur. Dans ce cas, l'acier est utilisé dans des environnements agressifs. Le chrome contenu dans l'acier a des propriétés de blocage de l'oxydation. Cet élément réagit avec l'oxygène et forme une couche protectrice d'oxyde de chrome à la surface de l'acier, qui protège l'acier des agents corrosifs et rend le matériau aussi résistant que possible à la rouille. La couche protectrice est appelée la couche passive. Le revêtement se régénère rapidement après une éraflure et la surface de l'acier reprend sa forme normale tout en conservant un éclat brillant. La constitution de l'état passif dépend principalement de la concentration de chrome dans l'acier, mais la résistance à la corrosion est également augmentée par d'autres éléments tels que le nickel. Grâce à ses propriétés antioxydantes, l'acier inoxydable est l'un des plus populaires pour son utilisation. Le phénomène de passivation peut également être observé dans d'autres métaux tels que l'aluminium et le titane...

La classe désignée (selon la norme européenne) par EN 1.4571 est un acier inoxydable de type 316Ti. On peut l'appeler la qualité d'acier de base du type 316 (1.4401) avec un additif stabilisant. Cet additif est le titane. Le rôle du titane dans cet acier est fondamental. Il est particulièrement important lorsque le produit est chauffé à une température maximale de 815°C. Lorsque du titane est ajouté, le risque de corrosion intercristalline est réduit. Le titane, associé au carbone, crée des carbures appropriés qui empêchent la formation de carbures de chrome. Cela permet de maintenir la concentration de chrome à un niveau constant – de sorte que la corrosion intergranulaire ne se produit pas.

Qu'est-ce que la corrosion intergranulaire (intergranular corrosion)?
Elle se produit lorsque la solution attaque les limites du grain sans perturber l'intérieur du grain. Ce phénomène est également connu sous le nom de dissolution sélective des joints de grains ou des zones adjacentes en raison du processus de corrosion. Le déclencheur de ce processus est la différence de potentiel entre le joint de grain appauvri en Cr (chrome) dans le cas des carbures de chrome – l'anode – et l'inclusion, la phase intermétallique ou les impuretés qui se forment au joint de grain...

Les aciers inoxydables sont également utilisés dans l'industrie alimentaire. Ces produits se caractérisent par une très bonne résistance à divers agents corrosifs, ce qui est très important lors du transport des aliments ainsi que lors de leur traitement. Il convient de noter qu'il n'existe aucune norme explicite qui dicte que seuls les aciers inoxydables doivent être utilisés dans ce type d'activité. L'utilisation de ces aciers est principalement basée sur une longue expérience et des retours positifs. Les normes générales stipulent (et non imposent) que le matériau en contact avec les aliments doit répondre à certaines exigences. Par exemple, il est conseillé d'utiliser des contenants alimentaires qui sont sûrs pour les aliments et qui sont en bon état – pas de fissures, de desquamation, etc. L'acier inoxydable répond parfaitement à ces exigences. En outre, il ne transmet pas d'odeurs indésirables, n'affecte pas le goût des produits et n'en modifie pas la couleur...

L'acier inoxydable martensitique n'est pas aussi résistant à la corrosion que les aciers austénitiques et ferritiques décrits précédemment, mais il possède des propriétés de résistance extrêmement élevées et une grande résistance à l'usure. La teneur en chrome de l'acier varie entre 11,5 et 17,5 %. Il se caractérise également par une teneur en carbone relativement élevée (0,08 à 0,5 %), ce qui lui confère des propriétés de durcissement et augmente son niveau de rigidité, mais rend également le matériau quelque peu cassant. Les aciers inoxydables martensitiques sont non soudables ou difficiles à souder, à l'exception de la classe 1.4006. Ces alliages peuvent être traités thermiquement. La structure martensitique qui en résulte est magnétique.

L'acier martensitique est utilisé dans des environnements peu agressifs. Utilisé pour la fabrication de pièces d'équipement nécessitant une dureté élevée, telles que les vis, les ressorts, les goupilles, les pièces de pompe, les valves pour les presses hydrauliques. En outre, il est utilisé pour fabriquer des outils de coupe, des instruments chirurgicaux, des instruments de mesure, etc.

Les aciers inoxydables à structure ferritique ont de bonnes propriétés mécaniques. Il s'agit de matériaux à haute limite d'élasticité, plus faciles à découper et à usiner, présentant une bonne conductivité thermique et une meilleure résistance à la corrosion sous contrainte induite par les chlorures que les aciers austénitiques.  La magnétisation est également une propriété fondamentale de cet acier.  L'acier ferritique se distingue par l'absence de nickel dans sa composition chimique. Cependant, il contient un minimum de 10,5 % de chrome. Les autres éléments inclus dans l'alliage sont le molybdène, l'aluminium et le titane. Les aciers ferritiques, lorsqu'ils sont stabilisés avec du niobium, présentent une résistance élevée à la déformation.

L'absence de nickel coûteux dans le contenu de l'acier ferritique se traduit par son faible prix. C'est pourquoi il est largement utilisé dans l'industrie. Il est principalement utilisé dans les industries automobile et alimentaire, ainsi que dans les industries du pétrole, du coke et de la pétrochimie. En outre, il est utilisé dans la construction de certains équipements de l'industrie chimique, pour les équipements de cuisine et la fabrication d'appareils électroménagers.

Les aciers ferritiques peuvent être divisés en cinq groupes.

L’acier austénitique contient jusqu'à 0,15 % de carbone et un minimum de 16 % de chrome. Un minimum de 6% de nickel est également un additif important qui, en combinaison avec d'autres éléments, confère aux aciers résistants à la corrosion une structure austénitique durable qu'ils conservent à toutes les températures. Plus la teneur en additifs d'alliage, tels que le chrome et le molybdène, est élevée, plus la résistance à la corrosion est importante. Le marché connaît la plus forte demande mondiale en aciers inoxydables austénitiques.  Cette qualité représente environ 70 % de la production totale d'acier inoxydable. Les propriétés qui rendent les austénites si populaires sont une résistance supérieure à la corrosion, une bonne déformabilité plastique, la malléabilité ou encore la soudabilité. Ils ont une structure monophasée qui crée les conditions les plus favorables à la formation de l'état passif et au maintien de sa durabilité.

Les alliages les plus courants contiennent 18 % de chrome et 10 % de nickel, communément appelés 18/10.

Il existe plusieurs méthodes de traitement chimique de la surface d'un matériau. Leur objectif est d'obtenir une surface propre et métallique.

1. Le décapage
Le décapage vise à éliminer les oxydes, principalement la ternissure colorée qui résulte du soudage du matériau et d'autres décolorations ou ternissures de corrosion. Le résultat du décapage est une surface métallique propre, qui permet à l'auto-passivation naturelle de l'acier inoxydable de s'amorcer sur la surface métallique. Les agents de décapage les plus courants sont l'acide nitrique (HNO3) et l'acide fluorhydrique (HF). Le temps nécessaire à un décapage approprié dépend de la température de la solution et de sa concentration...

La principale différence entre les aciers résistants à la chaleur et les aciers inoxydables est leur finalité. La principale caractéristique de performance des aciers inoxydables est la résistance à la corrosion. L'utilisation de ce type d'acier peut se faire aussi bien dans des conditions ambiantes que dans des environnements à température fortement négative, jusqu'à des températures d'environ 500°C. De telles conditions imposent des exigences en matière de résistance élevée à la corrosion des matériaux. Les propriétés mécaniques sont de moindre importance dans ce domaine. Dans le passé, les aciers étaient divisés en aciers inoxydables et en aciers résistants aux acides. Actuellement, le terme inoxydable désigne tout acier qui présente une résistance à la corrosion sans être un acier résistant à la chaleur (résistant au feu).

Dans le cas des aciers résistants au feu, la principale caractéristique du matériau est une résistance importante à la corrosion à des températures supérieures à 500°C. Les aciers résistants à la chaleur doivent présenter des propriétés mécaniques élevées à des températures supérieures à 500°C. Ceci est lié à la résistance du matériau à la déformation lente de contraintes inférieures à la limite d'élasticité du matériau, appelée résistance au fluage.

Le secteur des métaux est l'une des plus importantes industries de transformation en Pologne. Les plus grands centres de production sont situés dans les voïvodies de Silésie et de Mazovie. L'industrie sidérurgique polonaise se place très bien par rapport à l'industrie sidérurgique mondiale, car elle est l'une des branches les plus modernes du secteur en Europe. Par conséquent, notre pays est à la pointe en ce qui concerne la qualité de l'acier produit et la réduction des niveaux d'émission.

Les éléments d'alliage dans l'acier

La composition chimique de l'acier détermine ses propriétés. L'obtention de ce produit nécessite l'utilisation d'alliages de fer avec du carbone et d'autres éléments, c'est-à-dire d'additifs d'alliage. Leur quantité doit dépasser la concentration minimale sans modification des propriétés et de la structure de l'acier. Les éléments d'alliage les plus couramment utilisés sont le nickel, le titane, le vanadium, le chrome, le silicium, le molybdène, le tungstène, le cobalt, l'aluminium, le cuivre, le niobium et le manganèse...

L'électropolissage est l'une des techniques les plus complexes de traitement électrochimique de l'acier. L'objectif principal de ce processus est d'obtenir une surface lisse formée à partir de produits de réaction. En plus de l'objectif premier d'un tel traitement, à savoir le lissage de la surface, le produit est soumis à une passivation anodique profonde. Cela permet de protéger le produit contre la corrosion. Le procédé est également utilisé pour la fabrication de tuyaux modernes dont les surfaces sont ainsi lissées...

ACIER DUPLEX - CARACTÉRISTIQUES

L'acier duplex (austénitique-ferrite) est équilibré en deux phases, avec une proportion approximative égale d'austénite et de ferrite. L'acier duplex a une teneur élevée en chrome, de 19 à 32%, et en molybdène, jusqu'à 5%. Les propriétés de résistance de l'acier duplex et sa résistance aux acides ou aux chlorures sont supérieures à celle de l'acier austénitique. Il se caractérise également par une bonne résistance à la corrosion par piqûre, par crevasse et par contrainte. En outre, elle est surexprimée par sa plasticité, sa férocité et sa dureté...