De quoi est fait l’inox ?

L’acier se compose d’éléments de fer avec un petit peu de carbone. Et si nous y ajoutons suffisamment de chrome ? Nous l’appelons alors inox, ou acier inoxydable. Dans la pratique, d’autres éléments d’alliage y sont encore souvent ajoutés.

Le terme « alliage » correspond à l’ajout d’éléments à un métal, avec pour objectif d'en améliorer les propriétés. Quelles propriétés améliorer précisément, dépend de l’élément et de la quantité. 

Dans ce blog, nous vous expliquons plus en détail la composition de l’inox, ce qui y est ajouté et quelle est la fonction de ces additifs.

Quelle est la composition chimique de l’inox ?

L’inox standard, également appelé acier au chrome, est composé de fer, de carbone et de chrome. Une exigence à cet égard, est le fait qu’il doit contenir au minimum 10,5 % de chrome et au maximum 1,2 % de carbone.

Lorsque le fer entre en contact avec l’humidité, de l’oxyde de fer se forme du fait de l’oxygène contenu dans l’humidité. L’oxyde de fer est mieux connu sous le nom de rouille. Il s’agit de la couleur brun rouge à la surface de l’acier.

Ainsi, nous arrivons à la fonction de l’élément d’alliage chrome. Cet élément réagit également avec l’oxygène, mais il le fait plus facilement et plus rapidement que le fer. Avant que le fer puisse se mettre à rouiller, le chrome et l’oxygène forment ensemble une peau d’oxyde de chrome à la surface. Cette couche est (pratiquement) étanche à l'air. L’oxygène ne la pénètre pas et ne peut donc pas atteindre le fer. Sans oxygène, il ne peut y avoir de formation d’oxyde et par conséquent, le processus de rouille s’arrête.

Quels autres éléments d’alliage peuvent également être ajoutés à l’inox ?

Outre le chrome, il y a encore d’autres éléments qui peuvent être ajoutés à l’inox. Les éléments les plus utilisés sont les suivants :

•    Nickel
•    Molybdène
•    Azote
•    Titane
•    Silicium
•    Soufre
•    Manganèse

Comme nous l'avons expliqué, le chrome dans l’acier permet d’obtenir une peau d’oxyde protectrice. De ce fait, l'acier est relativement bien protégé contre l’humidité. En ajoutant des éléments supplémentaires, cette protection est améliorée. Notamment la résistance aux chlorures.

C’est le cas du nickel. Les chlorures sont en mesure de rompre la peau d'oxyde de chrome. On trouve des chlorures non seulement dans des produits palpables comme, par exemple, le sel de table, le sel de déneigement, l'eau de piscine et l'eau de mer, mais également dans l’air au niveau des piscines et des zones côtières. Grâce au nickel, les chlorures ont pour ainsi dire plus de difficultés pour « détacher » les atomes de chrome de la peau d’oxyde. Ceci augmente la résistance aux chlorures. Le nickel est présent par exemple dans l’inox 304.

Le molybdène améliore également la résistance de l’inox à la corrosion. Il ne faut que quelque pour cent pour augmenter de manière drastique la résistance à la corrosion. La fonction est identique à celle du nickel : il fait en sorte que les chlorures aient plus de difficulté à attaquer la peau d'oxyde de chrome. Ainsi, le molybdène, souvent en combinaison avec le nickel, améliore la résistance de l’inox à la corrosion par piqûres et la corrosion caverneuse.  Le molybdène est présent par exemple dans l’inox 316.

Il y a ensuite l’azote. En théorie, il s’agit du meilleur additif pour améliorer la résistance à la corrosion. Cependant, vous ne pouvez en ajouter que quelques dixièmes. Et si vous en ajoutez trop ? Des piqûres et des soufflures se forment dans l’acier inoxydable. Dans la pratique, il n’y a donc jamais beaucoup de cet élément ajouté à l’inox. L’influence est par conséquent moins importante que la théorie ne l’indique. Cet élément est présent par exemple dans l’inox 304 LN et l’inox 316 LN.

Le titane est ajouté principalement à l’inox pour préserver la soudabilité de l’inox et pour créer une « qualité stabilisée par le titane ». À hautes températures, le chrome s’allie volontiers au carbone pour former des carbures de chrome. C'est un problème, car le chrome n’est alors plus disponible pour former la peau d’oxyde de chrome et protéger le fer situé en dessous. C’est la raison pour laquelle de la corrosion se forme souvent au niveau d’un cordon de soudure. Le titane permet d’éviter cela. Le titane a en effet une plus grande affinité que le chrome avec le carbone. Le carbone crée donc plutôt des carbures de titane et laisse le chrome « tranquille ». De ce fait, le chrome reste disponible pour former la peau d’oxyde de chrome. Le titane est présent par exemple dans l’inox 316Ti.

Le silicium est un élément qui est présent en tout cas dans l’acier, afin de renforcer la ductilité. Dans l’inox, il a par ailleurs également une influence positive sur la résistance à la chaleur de la peau d’oxyde. À de très hautes températures, la peau d’oxyde a tendance à devenir plus épaisse. Les oxydes épais peuvent se désagréger du fait de la dilatation et la contraction de l’inox durant les variations de températures (pendant l’emploi). De ce fait, la peau d’oxyde assure moins bien sa fonction. Le silicium permet d’éviter que les oxydes s’épaississent et il a une influence positive sur la résistance à la chaleur de la peau d’oxyde. Il faut savoir par ailleurs qu’à haute température l’inox va se décolorer ; mais il s’agit surtout d’un effet secondaire esthétique. L’inox 314 par exemple, contient une haute concentration de silicium.

Le soufre n’est pas en réalité un élément d’alliage, mais un contaminant dans l’inox. Surtout lors des soudures. Il se combine avec le nickel et ceci crée des particules qui rendent l’inox plus sensible aux fissures.  Le soufre peut cependant également être considéré comme un élément utile, notamment lorsque vous voulez usiner l’inox.  Le soufre et le manganèse forment ensemble des sulfures de manganèse.  Il s’agit de « brise-copeaux » qui font en sorte que les copeaux se brisent rapidement et sont donc « courts », ce qui facilite ainsi l’usinabilité.

Le manganèse n’est également pas un élément d’alliage en réalité, mais un élément standard de l’acier. Il est devenu populaire aux alentours de 2005 en tant qu’alternative bon marché pour le nickel, dans les aciers au chrome-nickel (la série AISI 300). Le nickel peut transformer l’acier ferritique en acier austénitique. Ceci rend l’acier plus malléable. Toutefois, le nickel est relativement coûteux. Le manganèse à la même fonction que le nickel et était beaucoup moins cher. C’est ainsi qu’est née la série d’inox AISI 200. Mais il s’est avéré rapidement qu’une différence notable signerait la fin de l’élément : la résistance à la corrosion. La résistance à la corrosion de l’AISI 200 ne pouvait pas rivaliser avec celle de la série AISI 300 (la série d’inox avec nickel). Et la résistance à la corrosion est bien la propriété la plus importante de l’inox... Alors, le manganèse n’est-il plus du tout utilisé dans l’inox ? Si, mais uniquement pour ce qui suit.

•    Il forme, ensemble avec le soufre, des sulfures de manganèse, qui ont un effet bénéfique sur l’usinabilité, en tant que brise-copeaux.
•    Le composé neutralise les effets nocifs du soufre lors des processus de soudure. Il abaisse la sensibilité aux fissures à chaud.

Vous avez des questions sur la composition de l’inox ?

Dans ce blog, nous avons abordé les principaux composants ainsi que les éléments d'alliage courants de l’inox. La liste n’est pas exhaustive, mais elle donne une bonne idée. Tenez compte du fait que nous avons tenté de tout formuler le plus simplement possible, ce qui a pu provoquer la perte de certaines nuances.

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