Pourquoi l'acier inoxydable est-il inoxydable?

En 1913, le métallurgiste anglais Harry Brearley, travaillant sur un projet visant à améliorer les canons de carabine, a accidentellement découvert que l'ajout de chrome à l'acier à faible teneur en carbone le rend résistant aux taches. En plus du fer, du carbone et du chrome, l'acier inoxydable moderne peut également contenir d'autres éléments, tels que le nickel, le niobium, le molybdène et le titane.

Le nickel, le molybdène, le niobium et le chrome améliorent la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable. C'est l'ajout d'un minimum de 12% de chrome à l'acier qui le rend résistant à la rouille ou aux taches «moins» que les autres types d'acier. Le chrome de l'acier se combine avec l'oxygène de l'atmosphère pour former une fine couche invisible d'oxyde contenant du chrome, appelée film passif. Les tailles des atomes de chrome et de leurs oxydes sont similaires, de sorte qu'ils s'emboîtent parfaitement ensemble à la surface du métal, formant une couche stable de seulement quelques atomes d'épaisseur. Si le métal est coupé ou rayé et que le film passif est perturbé, plus d'oxyde se formera rapidement et récupérera la surface exposée, la protégeant de la corrosion oxydative.

Le fer, d'autre part, rouille rapidement parce que le fer atomique est beaucoup plus petit que son oxyde, donc l'oxyde forme une couche lâche plutôt que hermétique et s'écaille. Le film passif nécessite de l'oxygène pour se réparer lui-même, de sorte que les aciers inoxydables ont une faible résistance à la corrosion dans des environnements pauvres en oxygène et en mauvaise circulation. Dans l'eau de mer, les chlorures du sel attaquent et détruisent le film passif plus rapidement qu'il ne peut être réparé dans un environnement pauvre en oxygène.

Types d'acier inoxydable

Les trois principaux types d'aciers inoxydables sont austénitiques, ferritiques et martensitiques. Ces trois types d'aciers sont identifiés par leur microstructure ou phase cristalline prédominante.

• Austénitique: Les aciers austénitiques ont l'austénite comme phase primaire (cristal cubique à face centrée). Ce sont des alliages contenant du chrome et du nickel (parfois du manganèse et de l'azote), structurés autour de la composition de fer de type 302, 18% de chrome et 8% de nickel. Les aciers austénitiques ne sont pas durcissables par traitement thermique. L'acier inoxydable le plus connu est probablement le type 304, parfois appelé T304 ou simplement 304. L'acier inoxydable chirurgical de type 304 est un acier austénitique contenant 18-20% de chrome et 8-10% de nickel.
• Ferritique: Les aciers ferritiques ont la ferrite (cristal cubique centré sur le corps) comme phase principale. Ces aciers contiennent du fer et du chrome, basés sur la composition de type 430 de 17% de chrome. L'acier ferritique est moins ductile que l'acier austénitique et n'est pas durcissable par traitement thermique.
• Martensitique: La microstructure de martensite orthorhombique caractéristique a été observée pour la première fois par le microscopiste allemand Adolf Martens vers 1890. Les aciers martensitiques sont des aciers à faible teneur en carbone construits autour de la composition de fer de type 410, 12% de chrome et 0,12% de carbone. Ils peuvent être trempés et durcis. La martensite confère à l'acier une grande dureté, mais elle réduit également sa ténacité et la rend fragile, si peu d'aciers sont entièrement durcis.

Il existe également d'autres types d'aciers inoxydables, tels que les aciers inoxydables trempés par précipitation, duplex et coulés. L'acier inoxydable peut être produit dans une variété de finitions et de textures et peut être teinté sur un large éventail de couleurs.

Passivation

Il existe une certaine controverse quant à savoir si la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable peut être améliorée par le processus de passivation. La passivation consiste essentiellement à éliminer le fer libre de la surface de l'acier. Ceci est réalisé en plongeant l'acier dans un oxydant, tel que de l'acide nitrique ou une solution d'acide citrique. La couche supérieure de fer étant éliminée, la passivation diminue la décoloration de la surface.

Bien que la passivation n'affecte pas l'épaisseur ou l'efficacité de la couche passive, elle est utile pour produire une surface propre pour un traitement ultérieur, comme le placage ou la peinture. D'un autre côté, si l'oxydant n'est pas complètement éliminé de l'acier, comme cela arrive parfois dans des pièces avec des joints ou des coins serrés, une corrosion par crevasse peut en résulter. La plupart des recherches indiquent que la diminution de la corrosion des particules de surface ne réduit pas la sensibilité à la corrosion par piqûres.