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Pourquoi l'acier inoxydable est-il inoxydable?

Pourquoi l'acier inoxydable est-il inoxydable?

En 1913, le métallurgiste anglais Harry Brearley, travaillant sur un projet d'amélioration des canons de fusil, découvrit accidentellement que l'ajout de chrome à l'acier à faible teneur en carbone le rend plus résistant aux taches. Outre le fer, le carbone et le 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 lui permet de résister à la rouille ou de se tacher «moins» que les autres types d'acier. Le chrome dans l’acier se combine à l’oxygène de l’atmosphère pour former une fine couche invisible d’oxyde contenant du chrome, appelée film passif. La taille des atomes de chrome et de leurs oxydes étant similaires, ils se superposent parfaitement 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 rompu, davantage d'oxydes se formeront rapidement et récupéreront la surface exposée, la protégeant ainsi de la corrosion oxydative.

Le fer, quant à lui, rouille rapidement car le fer atomique est beaucoup plus petit que son oxyde, de sorte que l’oxyde forme une couche lâche plutôt que compacte et s’écaille. Le film passif nécessite de l'oxygène pour s'auto-réparer, de sorte que les aciers inoxydables ont une résistance médiocre à la corrosion dans des environnements à faible circulation et à faible teneur en oxygène. 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 l'austénitique, le ferritique et le martensitique. Ces trois types d’aciers sont identifiés par leur microstructure ou leur phase cristalline prédominante.

  • Austénitique: Les aciers austénitiques ont pour phase principale l'austénite (cristal cubique à faces centrées). Ce sont des alliages contenant du chrome et du nickel (parfois du manganèse et de l'azote), structurés autour de la composition de type 302 en fer, 18% de chrome et 8% de nickel. Les aciers austénitiques ne peuvent pas être durcis 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 comme phase principale la ferrite (cristal cubique à corps centré). Ces aciers contiennent du fer et du chrome, sur la base de la composition de type 430 de 17% de chrome. L’acier ferritique est moins ductile que l’acier austénitique et ne peut être durci par traitement thermique.
  • MartensitiqueLa microstructure caractéristique de martensite orthorhombique 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 type 410 en fer, 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 le fragilise, de sorte que peu d’aciers sont entièrement durcis.

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

Passivation

La question de savoir si la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable peut être améliorée par le processus de passivation est controversée. La passivation consiste essentiellement à éliminer le fer libre de la surface de l'acier. Ceci est effectué en immergeant l'acier dans un oxydant, tel que l'acide nitrique ou une solution d'acide citrique. Puisque la couche supérieure de fer est enlevée, la passivation diminue la décoloration de la surface.

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