Acier inoxydable

L'acier inoxydable, couramment appelé acier inox ou inox, est un alliage d' acier (comportant moins de 1,2 % de carbone) avec plus de 10,5 % de chrome, dont la propriété est d'être peu sensible à la corrosion et de ne pas se dégrader en rouille.

La présence de chrome en solution au-delà de 10,5 % dans la matrice d'un acier provoque la formation d'une couche protectrice d' oxyde de chrome qui lui confère son inoxydabilité. D'autres composants peuvent être ajoutés, notamment le nickel qui améliore les propriétés mécaniques en général et la ductilité en particulier, ou encore le molybdène ou le titane qui améliorent la stabilité de l'alliage pour des températures autres qu'ambiante, ou encore des éléments à hauts points de fusion comme le vanadium et le tungstène accompagné en général d'une augmentation de la teneur en chrome, pour obtenir la résistance aux hautes températures au contact d'une flamme (aciers réfractaires).

L'acier inoxydable est devenu indispensable dans de nombreux domaines : ustensiles de cuisine, objets usuels, médecine, chirurgie, bâtiment et travaux publics, construction navale, automobile, aéronautique, outillage, industries mécaniques, agroalimentaires, chimiques, transports, etc. Il est entièrement recyclable.

Principe

Corrosion

Vue d'une serre-câble.
L' écrou de gauche n'est pas en inox et rouille, contrairement au reste du serre-câble.
Articles détaillés : Corrosion et Réaction d'oxydoréduction.

Les phénomènes de corrosion des métaux sont de nature électrochimique : le métal retrouve son état thermodynamiquement stable, l'état oxydé, en présence d'un milieu oxydant (eau, atmosphère, milieu naturel ou industriel). Le métal réagit avec l'environnement, cette réaction se faisant avec des échanges d'électrons.

Le fer, constituant majoritaire des aciers, s'oxyde facilement ; le produit de corrosion, la rouille, s'effrite ou se dissout dans l'eau, ce qui crée une dégradation de la pièce. À chaud, la diffusion des atomes oxydants dans l'épaisseur du métal peut compliquer encore le problème.

Passivation

Une des manières d'éviter la corrosion consiste à mettre une quantité importante de chrome (Cr) dans l'acier (plus de 10,5 % en masse). Le chrome réagit avec le dioxygène de l'air et forme une couche d' oxyde de chrome Cr2O3 :

4 Cr + 3 O2 → 2 Cr2O3

Cette couche, compacte, adhérente et donc protectrice, est appelée « couche passive » : elle forme une barrière séparant l'acier de son milieu. En temps normal, elle est invisible car très fine. Ainsi, contrairement à son nom, l'acier n'est pas inoxydable : il s'oxyde rapidement, mais forme un oxyde protecteur, contrairement à la rouille.

Par rapport à une électrode à hydrogène de référence, le potentiel des aciers inoxydables se situe entre le molybdène et le mercure, non loin de l' argent et du platine.

Propriétés des différents alliages

L'addition de divers éléments d'alliage permet de s'adapter au milieu spécifique dans lequel doit être utilisé l'acier, et de modifier ses propriétés mécaniques :

  • L'ajout de nickel améliore les propriétés de la couche passive ; celui-ci s'intègre à la couche d'oxyde (2 Ni + O2 → 2 NiO). Le nickel est un élément gammagène, il permet d'obtenir une structure austénitique et donc d'avoir des tôles qui se mettent en forme facilement ;
  • Le carbone en haute teneur permet de tremper l'acier et d'obtenir un acier martensitique très dur, mais le carbone nuit à la soudabilité, et peut par ailleurs piéger le chrome et gêner la formation de la couche passive ;
  • D'autres éléments d'alliage, pour l'essentiel des métaux relativement « nobles » comme le molybdène, le titane, le cuivre améliorent encore la résistance chimique, en particulier dans les milieux non oxydants.

Il existe de fait de très nombreuses nuances d'aciers inoxydables et le choix est parfois difficile, car ils n'ont pas tous le même comportement dans un milieu donné. On les désigne souvent par les pourcentages massiques en nickel et en chrome. Ainsi, un acier inoxydable 18/10, tel que ceux utilisés en coutellerie, pour les couverts et pour la cuisine en général, contient 18 % en masse de chrome et 10 % en masse de nickel. Cette désignation est en fait très insuffisante car elle ne préjuge en rien de la structure métallurgique.

Les aciers inoxydables peuvent se corroder si l'on n'utilise pas la bonne nuance par rapport à l'environnement de la pièce (composition chimique de l'environnement, température), ou bien si la couche passive ne se forme pas avant la mise en service de la pièce :

  • le métal est mis à nu (meulage, usinage, déformation de la pièce faisant craquer la couche passive, frottement, érosion, cavitation), mais de l'huile ou de la graisse empêche l'air d'arriver pour oxyder ; la surface est alors dite « active » ;
  • des particules d'acier non inoxydable polluent la surface (pollution par le fer) : ces particules rouillent, ce qui forme des auréoles, mais peuvent aussi amorcer une corrosion de l'inox dans certains cas ;
  • on peut avoir de la corrosion galvanique : contact de l'inox avec un métal plus noble, hétérogénéité dans l'inox, variation de concentration du milieu.

On peut dire que :

  • les aciers inoxydables ne peuvent être corrodés à froid qu'en présence d'humidité. C'est ainsi qu'ils résistent au chlore, gaz pourtant très corrosif, pourvu que ce dernier soit parfaitement sec ;
  • une bonne utilisation des aciers inoxydables nécessite donc un métal d'une très grande homogénéité pour éviter des corrosions locales et un passage de l'état actif à l'état passif en tous les points de la surface exposée.
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