Les différents aciers inoxydables

Les aciers au chrome sont ferritiques et magnétiques à l’état adouci. Certains se comportent comme des aciers spéciaux autotrempants, d’autres ne se trempent que partiellement ou pas du tout. Les aciers au nickel-chrome sont en général austénitiques. Après certaines phases de travail, dans certains cas après soudage, il arrive que ces aciers subissent un traitement d’hypertrempe (réchauffage à 1 100 °C environ), pour remettre en solution des composés intermétalliques et/ou chimiques qui auraient pu se former. L’hypertrempe est toujours suivie d’un refroidissement rapide pour traverser très rapidement les zones de températures où il pourrait se former des précipités, comme le carbure de chrome (Cr₂₃C₆), ou des phases intermétalliques indésirables. Cette hypertrempe confère à l’acier les propriétés qu’il avait lors de son élaboration.

Pour être classé dans la catégorie inoxydable, un acier doit contenir au moins 10,5 % de chrome (Norme EN 10020).

Principales familles d’aciers inoxydables :

• martensitique : fer-chrome, carbone > 0,1 %, ferromagnétique (« magnétique »), apte à la trempe ;
• ferritique : fer-chrome, carbone < 0,1 %, ferromagnétique (« magnétique »). La nuance la plus courante est l’en 1.4016 (Aisi 430). Le chrome et le molybdène augmentent la résistance à la corrosion. Le titane et le niobium améliorent la soudabilité ;
• austénitique : fer-chrome-nickel, carbone < 0,1 % (y compris nuance 1.4301/304, souvent appelée 18/8; 18/10), paramagnétique (« amagnétique ») à l’état de livraison. C’est plus de 65 % de l’utilisation d’acier inoxydable ;
• duplex : fer-chrome-nickel, structure mixte austénitique-ferritique, magnétique (la nuance la plus connue est l’EN 1.4462). Ces aciers présentent en général des caractéristiques mécaniques supérieures et une meilleure résistance à la corrosion que la plupart des nuances courantes austénitiques et ferritiques.

Les aciers martensitiques

Ils sont utilisés lorsque les caractéristiques de résistance mécanique 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 de nickel.

Les aciers ferritiques

Ils ne prennent pas la trempe. On trouve dans cette catégorie des aciers réfractaires à haute teneur en chrome (jusqu’à 27 %), particulièrement intéressants en présence de soufre. Les aciers ferritiques sont parfois utilisés comme barrière de résistance à la corrosion (tôles plaquées, tôles revêtues, protégées) des parois d’équipements sous pression 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. Certains aciers ferritiques, intégrant du titane dans leur composition, développent une résistance à la corrosion semblable aux aciers austénitiques.

Les aciers austénitiques & réfractaires

Ce sont de loin les plus nombreux, en raison de leur résistance chimique très élevée, de leur ductilité comparable à celle du cuivre, et leurs caractéristiques mécaniques élevées. Les teneurs en éléments d’addition sont d’environ 18 % de chrome et 10 % de nickel. La teneur en carbone est très basse et leur stabilité peut être améliorée par des éléments tels que le titane ou le niobium. De par leur excellente ductilité, ces aciers ont aussi un domaine d’utilisation aux basses températures (jusqu’à moins 200 °C) et sont en compétition avec les alliages légers et l’acier à 9 % de nickel pour la réalisation d’équipements destinés à la cryogénie.

Les austénitiques réfractaires, comme l’AISI 310 (1.4845) résistent à des hautes températures, par exemple dans les fours industriels, les échangeurs de chaleur, les conduits d’échappement de fumée. Leurs teneurs sont de 19 à 26 % en chrome et de 12 à 20 % en nickel.

En tant que super-austénitique, l’AISI 904L (1.4539) dont la teneur en nickel est supérieure à 20 %, et contenant une forte teneur en molybdène (4 à 5 %), est utilisé pour sa haute résistance à la corrosion et recommandé pour les applications difficiles (traitement de l’eau de mer, industrie pétrochimique, offshore…).

Les aciers duplex

Les aciers duplex sont des aciers inoxydables ayant une structure biphasée composée de ferrite complétée de 40 à 60 % d’austénite. Ils sont aussi désignés comme appartenant à la famille des aciers austéno-ferritiques. Leur solidification se fait d’abord en alliage ferritique (ferrite delta) suivie d’une transformation, en phase solide, en alliage austénitique, certains (notamment dans le monde du soudage) préfèrent donc l’appellation ferrito-austénitiques.

Le simple fait de désigner correctement ces aciers permet de comprendre qu’un refroidissement lent, pendant le soudage, 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.

Les aciers inoxydables duplex couvrent différentes nuances classées en fonction de leur composition chimique. Cette composition chimique basée sur une teneur élevée en chrome, nickel et molybdène améliore la résistance à la corrosion intergranulaire et par piqûres. La présence des deux phases de microstructure garantit une plus grande résistance aux piqûres et la fissuration par corrosion en comparaison avec les aciers inoxydables classiques.

La nuance la plus courante est le X2CrNiMoN 22-5-3 (1.4462).

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.