Acier inoxydable

L’acier inoxydable est un métal remarquablement polyvalent qui est devenu un matériau essentiel dans la vie moderne. Des appareils électroménagers aux poutres de construction, l’acier inoxydable offre durabilité, esthétique et résistance à la corrosion.

Ce guide détaillé couvrira tout ce que vous devez savoir sur ce métal largement utilisé – de sa composition et de ses propriétés à ses nombreuses applications. Découvrez ce qui fait de l’acier inoxydable un matériau si solide.

Une brève histoire de l’acier inoxydable

L'acier inoxydable a été développé pour la première fois en 1913 par le métallurgiste anglais Harry Brearley. À l’époque, Brearley cherchait à rendre les canons d’armes plus durables. Il a découvert que l’ajout de chrome à l’acier créait un alliage résistant à l’érosion et à la corrosion.

Cependant, l’acier inoxydable n’a été largement utilisé que dans les années 1920. Les progrès dans la production d'acier ont permis de commercialiser l'acier résistant à la corrosion de Brearley.

Dans les années 1930, les ingénieurs ont trouvé des moyens d’améliorer la formabilité, l’usinabilité et la soudabilité de l’acier inoxydable. Cela a ouvert la voie à une adoption massive. Pendant la Seconde Guerre mondiale, la demande d’acier inoxydable a explosé grâce aux applications dans le domaine de la défense et de l’aviation.

Après la guerre, l’acier inoxydable est devenu un incontournable de la construction. De nouvelles variantes d'alliage ont continué à élargir ses possibilités. La production mondiale d’acier inoxydable a dépassé 70 millions de tonnes d’ici 2021.

Aujourd’hui, ce métal merveilleux est omniprésent dans tout, des ustensiles de cuisine aux appareils médicaux. Les propriétés exceptionnelles de l’acier inoxydable le rendent indispensable.

Aperçu des nuances d'acier inoxydable

Il existe plus de 150 qualités d'acier inoxydable conçues pour optimiser différentes propriétés. Les différents métaux d'alliage et pourcentages donnent lieu à des types classés en cinq familles de base :

• Austénitique – Non magnétique avec une excellente formabilité et soudabilité. Les nuances austénitiques comme 304 et 316 sont les plus courantes et les plus polyvalentes.
• Ferritique – Magnétique avec une excellente ductilité mais une mauvaise soudabilité. Commun dans les pièces et appareils automobiles. 409 et 430 sont des qualités ferritiques populaires.
• Martensitique – Magnétique comme le ferritique mais avec plus de carbone pour plus de résistance. Utilisé pour les couteaux, les rasoirs et certaines applications aérospatiales.
• Duplex – Microstructure mixte avec un équilibre de propriétés austénitiques et ferritiques. Les Duplex 2205 et 2507 offrent une résistance élevée avec une résistance à la corrosion sous contrainte.
• Durcissement par précipitation – Nuances extrêmement résistantes capables d’un immense écrouissage sans déformation. Idéal pour les applications nécessitant élasticité et résistance aux chocs. Les variantes courantes incluent le 17-4PH et le 15-5PH.

Au sein de chaque famille, les pourcentages de métaux comme le chrome, le nickel et le molybdène peuvent être modifiés selon les besoins. Cette flexibilité rend l’acier inoxydable personnalisable.

Propriétés de l'acier inoxydable

L’acier inoxydable tire son nom de l’une de ses caractéristiques déterminantes : la résistance à la corrosion. Mais l’acier inoxydable offre une combinaison de propriétés bénéfiques qui le rendent si polyvalent :

Résistance – L’acier inoxydable conserve une résistance à la traction et une durabilité élevées, même dans des environnements dangereux ou sous pression. Certaines nuances martensitiques et à durcissement par précipitation offrent des limites d'élasticité supérieures à 200 000 PSI.

Ouvrabilité – L'acier inoxydable austénitique en particulier peut être formé et usiné sous des formes complexes. Il accepte également de nombreuses techniques de finition comme le meulage et le polissage.

Résistance à la corrosion – Le chrome crée une barrière d'oxyde invisible qui permet à l'acier inoxydable de résister à la rouille et aux piqûres, même dans des environnements humides ou lorsqu'il est exposé à des acides.

Hygiène – La faible rugosité de la surface et la structure non poreuse permettent un nettoyage en profondeur. Cela rend l’acier inoxydable idéal pour les applications nécessitant la stérilité comme la production médicale et alimentaire.

Abordabilité – L’acier inoxydable coûte une fraction de ce que coûtent les alliages plus exotiques. Il maintient également la valeur intrinsèque des déchets afin de réaliser des économies grâce au recyclage.

Esthétique – Les finitions en acier inoxydable vont du industriel au contemporain. Il convient bien aux traitements de coloration par passivation comme le gris bronze. Les finitions miroir et brossées rehaussent le décor.

Ce mélange de vertus rend l’acier inoxydable plus précieux que la somme de ses parties. De petits ajustements dans la composition peuvent être optimisés pour une application donnée.

Comment est fabriqué l’acier inoxydable

La fabrication de l’acier inoxydable est un processus complexe en plusieurs étapes. Bien que les usines utilisent différentes méthodes, voici un aperçu général :

1. Matières premières – La ferraille d’acier et les alliages comme le ferronickel, le ferrochrome et le ferromolybdène sont fondus ensemble dans des fours électriques. Une analyse chimique rigoureuse garantit la composition exacte.

2. Fusion – Les fours à arc électrique font rapidement fondre les matières premières à l'état liquide pour un mélange plus facile à des températures supérieures à 3 000°F.

3. Raffinage – Les impuretés sont éliminées de l'acier en fusion qui est remis en circulation jusqu'à ce qu'il soit homogène. D'autres alliages sont ajoutés jusqu'à ce que l'équilibre chimique souhaité soit atteint.

4. Coulée – L'acier inoxydable fondu est coulé dans des moules pour former des lingots de dalles ou coulé directement dans des formes semi-finies comme des billettes.

5. Laminage/forgeage – Les lingots sont réchauffés et passés dans des laminoirs et des presses pour former des feuilles, des bandes, des barres, des tiges et des tubes.

6. Finition – Les bobines d'acier inoxydable subissent un laminage à froid supplémentaire jusqu'à l'épaisseur finale. D'autres finitions comme le recuit ou le décapage peuvent être appliquées.

7. Fabrication – Pour les utilisations finales, l'acier inoxydable est coupé, usiné, soudé ou autrement fabriqué en un composant ou un produit fini.

Ce processus du début à la fin permet de transformer les minerais bruts en un matériau en acier inoxydable exceptionnellement fonctionnel.

Catégories courantes d'acier inoxydable

Avec autant de possibilités d’alliages, il est utile de se familiariser avec quelques-unes des nuances les plus populaires :

Acier inoxydable 304

Cheval de bataille de l'acier inoxydable, le 304 représente plus de 50 % de la production totale d'acier inoxydable. Avec 18 à 20 % de chrome et 8 à 10 % de nickel, le 304 offre une excellente résistance à la corrosion et une excellente durabilité. Il présente également une usinabilité et une soudabilité faciles ainsi qu'une bonne formabilité.

Les applications vont des ustensiles de cuisine et des tuyaux aux conteneurs de produits chimiques et aux panneaux de construction. 304, également étiqueté UNS S30400, établit la norme en matière de fonctionnalité inoxydable à un coût abordable.

Acier inoxydable 316

Pour les environnements plus difficiles exposés aux chlorures et aux acides, le 316 est le choix idéal. Avec 16 à 18 % de chrome, 10 à 14 % de nickel et 2 à 3 % de molybdène, le 316 résiste aux piqûres et à la fissuration par corrosion sous contrainte. Le molybdène ajouté renforce la protection contre la corrosion.

Les applications incluent les collecteurs d’échappement, les équipements de traitement chimique, les outils chirurgicaux et les composants marins. 316, avec la désignation UNS S31600, offre une résistance supérieure à la corrosion.

Acier inoxydable 409

Avec 11 à 13 % de chrome mais pas de nickel, l'acier ferritique 409 atteint une stabilité utile sans le coût du nickel. Bien qu'il ne soit pas aussi résistant ou brillant que les aciers austénitiques, le 409 conserve sa maniabilité et son usinabilité avec une résistance à la corrosion décente.

Les applications vont des composants d’échappement automobiles aux fours et réservoirs de stockage. Le prix bas fait également du 409, ou UNS S40900, une alternative rentable pour les appareils électroménagers.

Acier inoxydable 430

En tant que deuxième acier ferritique le plus populaire derrière le 409, le 430 évite également le nickel pour réduire les dépenses. Ses 16 à 18 % de chrome confèrent une résistance à la corrosion et une esthétique utiles. Cependant, le manque de nickel a un impact sur la ductilité et la formabilité.

Les utilisations courantes incluent les garnitures automobiles, les appareils de cuisine et les équipements tels que les réservoirs dans l'industrie chimique. 430, désigné S43000, offre une option en acier inoxydable abordable et fonctionnelle.

Duplex 2205

Pour les applications structurelles nécessitant une résistance ultime, l'acier duplex 2205 est à la hauteur. Avec 22 % de chrome, 5 % de nickel et 3 % de molybdène, le duplex 2205 équilibre une résistance impressionnante à la corrosion avec le double de la résistance des aciers austénitiques de la série 300.

2205, code produit S32205, est fréquemment utilisé pour les récipients sous pression, les tuyaux, les raccords et les supports structurels dans les secteurs maritime, pétrolier/gazier et chimique.

Utilisations de l'acier inoxydable

Grâce à sa combinaison gagnante de propriétés, l’acier inoxydable est utilisé dans toutes les industries modernes. Certaines de ses principales applications incluent :

Architecture – L'acier inoxydable permet des conceptions grandioses et minces pour les bâtiments et les monuments grâce à sa résistance, sa longévité et son esthétique. Les exemples marquants incluent le Gateway Arch et le Washington Monument.

Automobile/Aérospatiale – L’acier inoxydable permet de réduire le poids des véhicules ainsi que le chromage pour les finitions décoratives. Presque toutes les voitures contiennent de l’acier inoxydable. Les moteurs à réaction et les avions dépendent également d’alliages inoxydables spécialisés.

Médical – Les propriétés non toxiques, sérialisables et anticorrosion de l'acier inoxydable en font la norme mondiale pour les outils chirurgicaux, les dispositifs médicaux comme les stents et les équipements hospitaliers.

Biens de consommation – L’acier inoxydable occupe une place importante dans les appareils électroménagers, les ustensiles de cuisine, les couverts, les meubles et les boîtiers électroniques grâce à sa beauté et à son faible entretien.

Industriel – Les usines de tous types utilisent l’acier inoxydable pour fabriquer des équipements tels que des canalisations, des réservoirs, des vannes et des supports structurels résistants aux produits chimiques et à l’humidité.

Marine – La salinité élevée des environnements océaniques impose l’acier inoxydable pour les composants tels que les arbres d’hélice, les usines de dessalement et le matériel marin. 316L ou duplex 2205 sont des sélections courantes.

L’acier inoxydable répond parfaitement aux exigences de cas d’utilisation aussi divers. De petits ajustements d'alliage personnalisent l'acier inoxydable pour chaque application de niche.

Comment est formé l’acier inoxydable

Pour transformer l’acier inoxydable brut en produits et pièces utilisables, les fabricants s’appuient sur différents procédés de travail des métaux :

Coulée – L’acier inoxydable fondu se solidifie dans une cavité de moule. Cela produit efficacement des pièces dans la forme finale ou presque finale. Le moulage sous pression impliquant l’injection du métal en fusion sous haute pression est courant.

Laminage – Le passage de l’acier inoxydable à travers des rouleaux progressivement plus petits l’amincit et l’allonge en feuilles ou en bandes. Le laminage à froid peut réduire l'épaisseur jusqu'à 90 % avec l'écrouissage.

Forgeage – Des presses et des marteaux puissants façonnent l’acier inoxydable grâce à la force de compression lorsqu’il est chaud ou froid. Cela permet d'obtenir des pièces métalliques robustes et sans soudure.

Extrusion – Le forçage de barres en acier inoxydable à travers une ouverture de matrice permet de produire de longues sections métalliques spécialisées telles que des voies ferrées et des châssis de camions.

Soudage – La fusion des bords en acier inoxydable les lie ensemble. Le soudage à l'arc est le plus courant, mais le soudage au laser et par résistance par points de l'acier inoxydable est également populaire.

Usinage – Les machines CNC coupent, percent, taraudent, fraisent et usinent autrement des pièces en acier inoxydable en composants. La découpe au jet d'eau utilise de l'eau sous haute pression pour une découpe précise de l'acier inoxydable.

Estampage – Les presses à estamper poinçonnent des formes personnalisées à partir d’ébauches en acier inoxydable. L'estampage progressif répète le processus pour une production en grand volume.

Ces techniques de travail des métaux permettent de façonner l’acier inoxydable dans toutes les applications possibles.

Finitions pour l'acier inoxydable

Les procédés de finition appliqués à l'acier inoxydable permettent de personnaliser son aspect :

Finition miroir – Finition hautement réfléchissante, semblable au chrome, obtenue par laminage et polissage. Ajoute une apparence prestigieuse pour des applications telles que l'architecture et les produits de luxe.

Finition brossée – Une texture mate avec des marques de brossage linéaires visibles réalisées par abrasion. Offre un style contemporain et cache les empreintes digitales.

Finition en relief – Impressions à motifs roulées dans la surface en acier inoxydable pour une touche décorative. Les revêtements en nitrure de titane ajoutent des finitions colorées uniques.

Projection de billes – Propulser des billes de verre ou de métal contre l'acier inoxydable donne une texture uniforme mate et non réfléchissante, idéale pour masquer les rayures.

Électropolissage – Élimine la rugosité de la surface grâce au placage inversé pour lisser le métal pour les surfaces stériles et aérodynamiques.

Finitions colorées – La passivation ou le dépôt physique en phase vapeur confère à l'acier inoxydable des finitions colorées durables comme l'oxyde noir (bronze à canon), le rose, le bronze et plus encore.

La finition de surface choisie modifie l'aspect de l'acier inoxydable d'utilitaire à orné selon les besoins.

Comment prendre soin de l'acier inoxydable

Bien que résistant à la corrosion, l’acier inoxydable nécessite néanmoins des soins et un entretien appropriés pour maximiser la longévité :

• Nettoyer régulièrement avec de l'eau et du savon doux. Évitez les poudres abrasives ou les nettoyants contenant du chlorure qui peuvent endommager la couche de protection superficielle.
• Rincer et essuyer après utilisation. Laisser persister des éléments tels que de la nourriture, des débris ou des taches d’eau augmente le risque de taches.
• Frottez doucement dans le sens du grain pour éviter les rayures lors du nettoyage.
• Huiler périodiquement les surfaces. Une légère couche d’huile minérale de qualité alimentaire améliore le déperlage et l’éclat de l’eau tout en empêchant l’oxydation.
• Inspectez régulièrement l’équipement pour déceler des fissures ou des piqûres. Réparez rapidement tout dommage pour éviter toute détérioration.
• Passive après soudage. La chaleur du soudage détruit la couche d'oxyde de chrome. La passivation restaure la protection contre la corrosion.

Avec un régime d’entretien approprié, l’acier inoxydable conserve sa résilience innée et son attrait esthétique.

L’acier inoxydable est-il magnétique ?

L’un des mythes les plus répandus sur l’acier inoxydable est qu’il doit être magnétique. En réalité, seules certaines nuances d’acier inoxydable sont magnétiques :

• Les aciers inoxydables austénitiques comme 304 et 316 sont non magnétiques car leur structure cristalline les rend paramagnétiques.
• Les aciers inoxydables ferritiques et martensitiques comme les 409 et 440 sont magnétiques en raison de leur réseau cristallin cubique centré sur leur corps.
• Les aciers inoxydables duplex offrent un mélange avec un magnétisme légèrement plus faible que leurs homologues ferritiques.
• Les qualités durcissant par précipitation comme le 17-4PH présentent également un magnétisme notable.
• L'écrouissage et le travail à froid de l'acier inoxydable peuvent induire une légère réponse magnétique en fonction de l'alignement de la structure des grains cristallins du métal.

Ainsi, même si de nombreuses variétés d’acier inoxydable sont magnétiques, toutes ne le sont pas. Par conséquent, le magnétisme ou son absence ne constitue pas un test définitif pour identifier les qualités d’acier inoxydable.

L’acier inoxydable est-il plus résistant que l’acier ordinaire ?

L'acier inoxydable est plus résistant que l'acier au carbone ordinaire à bien des égards grâce à des éléments d'alliage comme le chrome, le manganèse et le nickel :

• Les propriétés d’écrouissage de l’acier inoxydable permettent d’atteindre le double de la limite d’élasticité de l’acier doux.
• L'acier inoxydable conserve sa résistance et sa durabilité à mesure que les températures fluctuent, tandis que l'acier ordinaire s'affaiblit lorsqu'il est chaud.
• L'acier inoxydable démontre une résistance beaucoup plus élevée à la déformation par fluage sous charge sur des périodes prolongées.
• Les aciers inoxydables austénitiques et duplex offrent des résistances à la traction ultimes dépassant 100 000 PSI, soit plus du triple de celles de l'acier à faible teneur en carbone.
• L'acier inoxydable conserve mieux son élasticité et sa ténacité après écrouissage que l'acier ordinaire.

Cependant, les aciers à haute teneur en carbone fortement revenus peuvent égaler ou dépasser de peu certains alliages d'acier inoxydable dans des paramètres de résistance spécifiques. Mais de manière globale, l’acier inoxydable possède des propriétés mécaniques supérieures.

L’acier inoxydable est-il résistant aux rayures ?

Bien que très résistant, l’acier inoxydable n’est pas insensible aux rayures. La dureté de surface et la résistance aux rayures varient considérablement entre les nuances d'acier inoxydable :

• Les aciers inoxydables austénitiques comme le 304 sont relativement mous, avec une note d'environ 200 seulement sur l'échelle de dureté Vickers. Ils se rayent facilement à un niveau inférieur à l'acier trempé.
• Les aciers inoxydables ferritiques et martensitiques atteignent une dureté Vickers jusqu'à 400 pour offrir une résistance aux rayures décente, semblable à celle des outils en acier au carbone.
• Les nuances fortement alliées comme le 17-4PH ou le 15-5PH atteignent des valeurs de dureté Vickers supérieures à 450 grâce au renforcement par précipitation. Cela se rapproche de la résistance aux rayures de l’acier à outils.
• L'écrouissage par laminage à froid ou par forgeage augmente également considérablement la dureté de surface de l'acier inoxydable.

Ainsi, alors que les variétés austénitiques comme le 304 se rayent assez facilement, les qualités de dureté plus élevées peuvent rivaliser et surpasser l'acier au carbone en termes de résistance aux rayures. Le maintien de la couche protectrice d’oxyde de chrome aide également à prévenir les rayures sur la surface.

L’acier inoxydable est-il antirouille ?

L'acier inoxydable est très résistant à la rouille mais n'est pas complètement à l'abri lorsque son film d'oxyde de chrome est perturbé. Un manque d’oxygène ou d’abrasion permet à l’acier inoxydable de se corroder dans certaines conditions :

• Privé d’oxygène, l’acier inoxydable peut encore rouiller. Cela limite son application pour les structures sous-marines et nécessite des revêtements.
• Dans la saumure chaude ou l'eau salée, même l'acier de qualité marine 316 peut se corroder par piqûres et crevasses, nécessitant un supplément de molybdène pour renforcer la résistance à la corrosion.
• Les dommages mécaniques dus au grattage ou aux débris abrasant la surface interrompent la couche de passivation protégeant l'acier en dessous.
• Le soudage détruit localement l’intégrité de la couche d’oxyde de chrome, permettant ainsi la rouille autour des zones affectées par la chaleur.

Cependant, une passivation de routine restaure la couche protectrice de l'acier inoxydable. Dans l’ensemble, l’acier inoxydable offre une résistance à la corrosion bien supérieure à celle de l’acier au carbone ordinaire, sans toutefois être totalement résistant à la rouille.

Avantages de l'acier inoxydable

L'acier inoxydable présente de nombreux avantages grâce à sa combinaison unique de propriétés :

• Force – Maintient une résistance élevée dans une plage de températures et dans des conditions difficiles. Deux fois plus résistant que l'acier normal.
• Résistance à la corrosion – L’alliage de chrome permet une excellente résistance à la rouille et aux attaques chimiques, même dans des environnements salés ou acides.
• Longévité – L’acier inoxydable dure des décennies avec un minimum d’entretien tout en conservant son attrait esthétique. Recyclable aussi.
• Hygiène – La structure non poreuse empêche l’accumulation de microbes. Facilement stérilisable pour les applications médicales et alimentaires.
• Maniabilité – Hautement usinable et soudable pour faciliter la fabrication. Forgeable lorsqu'il est chauffé.
• Abordabilité – Moins cher que les autres alliages commerciaux tout en conservant une valeur intrinsèque plus élevée que l’acier au carbone ordinaire. Abondant aussi.
• Résistance au feu – Un point de fusion élevé et des propriétés incombustibles qualifient l’acier inoxydable pour les systèmes de sécurité incendie.

L’acier inoxydable apporte ce large éventail d’avantages à toutes les industries qui l’utilisent.

Acier inoxydable vs aluminium

L’acier inoxydable est fréquemment comparé à l’aluminium, car les deux métaux sont omniprésents dans toutes les industries. Mais l’acier inoxydable présente certains avantages par rapport à l’aluminium :

• Force – L’acier inoxydable maintient une résistance à la traction stable à des températures modérées tandis que l’aluminium s’affaiblit à des températures plus élevées.
• Résistance à la corrosion – L’acier inoxydable présente une résistance à la corrosion beaucoup plus élevée, en particulier lorsqu’il est exposé à l’eau salée, où l’aluminium est extrêmement vulnérable.
• Apparence – L'acier inoxydable brossé ou poli miroir offre une meilleure esthétique que l'aspect gris terne de l'aluminium non plaqué.
• Hygiène – Taux d’acier inoxydable supérieurs à ceux de l’aluminium pour ses caractéristiques stériles et non contaminantes.
• Rétention de la valeur – Les déchets d’acier inoxydable conservent une valeur de récupération décente, contrairement à l’aluminium qui récupère une valeur recyclée minimale.
• Résistance aux chocs – Les aciers inoxydables austénitiques et ferritiques supportent mieux que l’aluminium les impacts répétés sans dommage.

Cependant, l’aluminium se compare avantageusement à l’acier inoxydable à certains égards :

• Poids – L’aluminium est presque trois fois moins dense que l’acier inoxydable, ce qui permet un gain de poids substantiel. Cela rend l’aluminium idéal pour les applications où une masse réduite est essentielle.
• Conductivité thermique – L’aluminium conduit bien mieux la chaleur que l’acier inoxydable, ce qui le rend préférable pour les échangeurs de chaleur et le refroidissement des appareils électroniques.
• Non magnétique – L’aluminium est amagnétique, contrairement à certaines qualités d’acier inoxydable. Cela permet à l'aluminium d'être utilisé dans des applications qui interdisent le magnétisme.
• Formabilité – Les alliages d’aluminium plus tendres présentent généralement de meilleures caractéristiques d’usinage et de formage que l’acier inoxydable.
• Coût – Les alliages d'aluminium de base peuvent coûter légèrement moins cher que les nuances d'acier inoxydable de base comme le 304, malgré la valeur plus élevée de la matière première de l'aluminium.

Ainsi, tandis que l’acier inoxydable l’emporte en termes de propriétés telles que la solidité et la résistance à la corrosion, l’aluminium le surpasse en termes de légèreté et de conductivité. Le métal optimal dépend des exigences spécifiques de l'application. Mais les deux métaux continueront de connaître une forte demande dans tous les secteurs.