Comment choisir un acier inoxydable ?

Un acier inoxydable fait pour durer : comment ?

La couche passive des inox : un phénomène naturel et gratuit

QU’EST-CE QU’UN ACIER INOX ?

L’acier inoxydable est un matériau qui, par définition, ne doit pas rouiller, ne doit pas s’oxyder.

Lorsque des taches de rouille apparaissent, il est facile de considérer qu’il s’agit d’un « mauvais inox ». Est-ce vraiment le cas ? Existet-il des bons et des mauvais inox ? Le bon inox est-il celui qui ne colle pas à l’aimant ?

Bases normatives

Selon les normes EN 10020 (2000) et EN 10088-1 (2014), l’acier inoxydable est un alliage à base de fer contenant moins de carbone et plus de 10,5 % de chrome. D’autres éléments d’addition comme le nickel, le molybdène, le titane, le soufre … s’ajoutent à cette base chimique. La rouille des aciers correspond à la formation d’un oxyde de fer par réaction du fer avec l’oxygène de l’air ou de l’eau : c’est une réaction d’oxydo-réduction.

Par le même phénomène, le chrome des aciers inoxydables permet avec l’oxygène du milieu, de former un oxyde de chrome sur la surface du métal. Ainsi lorsqu’elle est formée uniformément à la surface, cette couche d’oxydes de chrome appelée la couche passive, stoppe la réaction de l’oxydation du fer, donc la formation de rouille.

La Couche passive

Le formidable avantage des aciers inoxydables est que cette couche de protection se forme naturellement en présence d’oxygène, dans l’air ou dans l’eau. Pour cela, la surface du métal doit être propre. En effet, cette couche est transparente, fine et fragile. Elle mesure moins de 10 nanomètres (10-6 mm). C’est sa continuité qui garantit la résistance à la corrosion de l’acier inoxydable. La moindre imperfection, la moindre discontinuité de la couche passive laisse la surface non protégée comme celle d’un acier standard et risque d’entrainer la formation d’oxydes de fer, c’est-à-dire de taches de couleur orangée.

L’inoxydabilité du métal est lié à la présence de cette fine couche de chrome et également à son renouvellement tout au long de sa vie. Voilà pourquoi nous faisons la vaisselle chaque jour : nous reconstituons une couche passive uniforme grâce à l’action de l’eau pour pérenniser nos ustensiles en inox. Ainsi, reconstituer la couche passive des plats et couverts consiste à éliminer toutes les particules extérieures alimentaires qui entraineraient la moindre discontinuité lors de la réaction Oxygène-Chrome et reconstituer la protection face à la rouille. Une surface propre sur acier inoxydable est synonyme d’une bonne protection contre la corrosion.

Pour faciliter le nettoyage et la formation de la couche passive, l’état de surface a une importance non négligeable : on parle de la rugosité de la surface. Plus la surface est lisse, plus elle est facile à nettoyer, plus elle se passive facilement et plus elle résistera à la corrosion. Il faut ainsi comprendre qu’une surface polie miroir est plus facile à nettoyer donc à « passiver » qu’une surface brossée présentant de minuscules stries ou rayures constituant des sites d’accrochage. Optimiser l’état de surface est un moyen de gagner sur la résistance à la corrosion des aciers inoxydables et ce critère est très souvent oublié au moment de la conception et de la fabrication. Il convient de donner l’indication « état de surface » ou rugosité Ra et Rmax, même s’il ne s’agit pas d’esthétisme. La durabilité de l’inoxydabilité dépend de ce critère.

DIFFERENTES FAMILLES D’ACIER INOXYDABLES

Eléments d’addition et nuances

Si le principe général de la couche passive et de l’état de surface s’applique dans tous les domaines, il sera, cependant, nécessaire de choisir la nuance en définissant les conditions d’utilisation dans un milieu donné : le bon inox au bon endroit. En effet, l’ajout d’éléments d’addition au mélange fer-carbone-chrome permet d’améliorer la capacité de l’alliage à résister à des milieux plus ou moins agressifs. C’est le cas du molybdène, du nickel, du titane ou du niobium. On évite alors de développer des corrosions particulières : la corrosion par piqures, la corrosion intergranulaire, la corrosion caverneuse…

Familles d’aciers inoxydables et applications

Ces éléments d’alliage permettent aussi d’améliorer les propriétés mécaniques ou de mise en œuvre. Ils ont un rôle sur la structure du matériau.

Cet ensemble : Fer, Carbone, Chrome et éléments d’addition, constitue alors des nuances réparties dans 4 familles :

• Acier inoxydable ferritique,

• Acier inoxydable martensitique,

• Acier inoxydable austénitique?

• Acier inoxydable austéno-ferritique (ou duplex).

La structure métallurgique obtenue par l’addition des éléments chimiques donne le nom à la famille d’alliage et le pourcentage de chaque élément va définir une nuance. Le diagramme ci-après illustre une répartition des familles en fonction de leur résistance à la corrosion et des propriétés mécaniques.

Propriétés Mécaniques

*PH est une famille tantôt austénitique tantôt martensitique qui se caractérise par un phénomène de durcissement structural ou durcissement par précipitation : Precipitation Hardening.

Ce schéma synthétique regroupe toutes les corrosions qui peuvent affecter les aciers inoxydables. La résistance à la corrosion n’est pas équivalente pour toutes les corrosions. Il existe un grand nombre de corrosion et elles dépendent de la famille d’aciers inoxydables et du milieu agressif. On peut citer la sensibilité des aciers inoxydables austénitiques à la corrosion sous contraintes ou bien l’absence de piqûres (corrosion par piqûres) des Duplex.

Ainsi, chaque famille a des caractéristiques particulières qui lui confèrent des domaines privilégiés d’utilisation. A l’origine d’un équipement, l’association « Propriétés Mécaniques » et « Résistance à la corrosion » fait l’objet d’une étude pour garantir la pérennité du métal dans l’utilisation. Chaque nuance a ses propres caractéristiques pour répondre à des sollicitations de fabrication et d’utilisation. Pour plus de détails, Les programmes de formation EASYINOX reprennent ces points : https://www.easy-inox.com/formations

Prenons un exemple d’application :

Dans le nautisme, les vis à l’intérieur d’un bateau sont en acier inoxydable austénitique standard 1.4301 ou X5CrNi18-10 ou AISI 304 ou encore A2 (désignation pour les vis en boulonnerie). Celles qui sont sur le pont du bateau sont en acier inoxydable austénitique 1.4404 ou X5CrNiMo17-12-2 ou AISI 316 ou encore A4, plus résistant à la corrosion : elles contiennent du molybdène.

Norme EN 10088-1 (2014) : https://www.boutique.afnor.org/fr-fr/norme/nf-en100881/aciers-inoxydables-partie-1-liste-des-aciers-inoxydables/fa173619/44456

On attire l’attention sur le fait que l’appellation AISI 304 ou AISI 316 peut correspondre à une norme américaine avec des fourchettes analytiques (mini et maxi) un peu différentes sur les éléments comme le carbone, chrome et nickel notamment. Pour la désignation spécifique aux vis en acier inoxydables, la norme EN ISO 3506-1 (2010) impose des fourchettes analytiques différentes, notamment sur le nickel.

Dans le cas du bateau, l’application en extérieur, face aux embruns, demande une résistance à la corrosion améliorée. Quelle que soit la pièce (tôles, tubes, vis), la norme s’y rattachant prend en compte cette sollicitation : la corrosion, et impose des éléments d’additions apportant l’amélioration de la propriété attendue en utilisation : la résistance à la corrosion.

D’autres exemples pourraient démontrer les mêmes adaptations normatives pour obtenir des propriétés mécaniques permettant la fabrication des pièces plus aisée. Le nickel facilite l’emboutissage des aciers inoxydables austénitiques (on parle de nuances DDQ), le soufre améliore les performances d’usinabilité de cette famille d’acier inoxydable…

QUELQUES BASES POUR LES EQUIPEMENTS EN ACIERS INOXYDABLES

Lorsque le choix de l’alliage est défini en fonction du milieu et des conditions d’utilisation, la fabrication de la pièce va générer des blessures comme des chocs, impacts ou rayures, à la surface du métal. La couche passive ne possède pas les mêmes propriétés d’allongement que celle du métal qu’elle protège. Son épaisseur de quelques angström ne protège pas la pièce des contacts mécaniques. Elle est altérée par les frottements, fissurée par les déformations et polluée par des impacts de pollution ferreuse : malgré cette fragilité, l’acier inoxydable doit rester inoxydable.

Face à ce type de situation, il est important pour l’acier inoxydable de régénérer la couche passive. Les fabricants d’équipements en acier inoxydable peuvent avoir 2 positions opposées :

• fabriquer la pièce sans se soucier des dégradations de la couche passive et en final avant l’expédition, régénérer une couche passive sans pollution et discontinuités, par un traitement chimique adéquat : c’est le traitement de décapage - passivation,

• fabriquer la pièce en mettant tout en œuvre pour éviter les pollutions et les discontinuités, pour la préserver au maximum tout au long de la fabrication et avant utilisation, laisser le métal consolider la couche passive formée naturellement. Dans ce cas, il faut considérer que les assemblages par soudage sont traités chimiquement localement.

Les retours d’expérience mettent en évidence que l’une comme l’autre des positions amènent à un résultat concluant dès lors que la nuance d’acier inoxydable a été bien choisie pour le milieu auquel elle est confrontée en utilisation et pour son process de fabrication. On gardera à l’esprit que, pour toute nuance choisie, c’est souvent le milieu d’utilisation qui dicte le niveau de qualité de la couche passive. Un traitement chimique de décapage passivation assure une qualité de passivation supérieure à celle de la couche passive naturelle. Il permet notamment de renforcer les liaisons chimiques entre les oxydes de chrome. Ainsi, en réalisant un test de corrosion, la pièce passivée naturellement aura une tenue à la corrosion moindre que celle de la même pièce (même nuance, même fabrication et même état de surface) passivée chimiquement.

La nuance a été choisie parfaitement, elle a été fabriquée selon les règles de l’art, elle est livrée à son utilisateur pour être utilisée de façon pérenne. C’est donc aussi la responsabilité de l’utilisateur qui va entrer en jeu. Il prend en charge l’entretien et la régénération de la couche passive tout au long de la vie de l’équipement. Il veille à la réaction naturelle de protection de la pièce, comme nous le faisons pour la vaisselle : restaurer la couche passive après chaque repas.

Observez les notices d’utilisation : du bateau avec les pièces d’accastillage au plat en inox de la ménagère, de la piscine municipale au mobilier urbain, il est question d’entretien régulier de l’équipement.

Ainsi, il ne faut pas parler de bons ou de mauvais inox, il faut plutôt de « bons ou mauvais choix » d’acier inoxydable ou de « bons ou mauvais utilisateurs ». Du concepteur à l’utilisateur, le choix d’aciers inoxydables et l’entretien de la couche passive sont des vecteurs de durabilité.