ACIERS INOXYDABLES INTRODUCTION Lorsqu'on ajoute au fer des quantités croissantes de chrome, on constate que la résistance à la corrosion atmosphérique augmente. En effet, l'addition de chrome au fer, provoque une réaction qui permet la formation en surface d'un film de passivation invisible et protecteur, qui rend le métal passif. Compte tenu de ces observations, on convient d'appeler acier inoxydable un alliage fer / chrome ou la teneur en chrome est supérieure à environ 12%. Les aciers inoxydables sont résistants à de nombreux milieux corrosifs et dans des limites étendues de température. C'est la qualité du film de passivation qui détermine les qualités d inoxydabilité de l'acier. Ceci implique que ce film ne soit pas endommagé par des actions extérieures telles que des rayures... Cependant le terme inoxydable est impropre, on devrait parler d aciers difficilement oxydables, car comme tous les métaux, ils sont sensibles à la corrosion. La résistance à la corrosion de l acier inoxydable provient justement de l oxydation naturelle de la surface de l alliage. Bien qu extrêmement mince, la pellicule protectrice qui se forme à la surface adhère fortement, elle est chimiquement stable, c'est-à-dire passive, dans un environnement qui lui procure suffisamment d oxygène. L acier inoxydable ne peut être considéré comme indestructible, son état de passivité peut être rompu dans certaines conditions, ce qui occasionnera alors de la corrosion. Les aciers inoxydables sont donc : Actifs lorsqu ils sont travaillés, décapés ou agressés, ou passifs lorsque l oxydation a permis de former la peau protectrice.
CLASSIFICATION (Nuance) DES ACIERS INOXYDABLES La nuance d'inox correspond à la composition chimique du métal non à son aspect de surface. Elle influe essentiellement sur sa tenue à la corrosion et ses caractéristiques mécaniques. Il existe plus de 100 nuances d'inox, classées en 5 grandes familles (norme européenne EN 10088). On peut classer les aciers inoxydables d'après la structure cristalline qu'ils prennent après un traitement bien déterminé. Il existe 3 familles d'aciers inoxydables : Les aciers ferritiques (structure cubique centrée «cc») Les aciers martensitiques (structure quadratique) Les aciers austénitiques (structure cubique face centrée). 1. LES ACIERS FERRITIQUES (magnétiques) dénommés 1.4016 (ou 430 norme US) Ces aciers ne prennent pas la trempe. Ils sont appelés ferritiques parce que leur structure cristalline est la même que celle du fer à température ambiante. Ils possèdent une teneur en carbone très faible (de l'ordre de 0,07% de carbone). La teneur en chrome est comprise entre 11 et 29%. Ils ne contiennent pas de nickel. Les aciers ferritiques sont magnétiques à température ambiante. Ils sont moyennement ductiles. 2. LES ACIERS MARTENSITIQUES (magnétiques) Ces aciers peuvent prendre la trempe et sont susceptibles de donner des caractéristiques mécaniques variées suivant la teneur en carbone et le traitement thermique (trempe, revenu, recuit). Ils ont une très bonne trempabilité en général. Toutefois, il faut noter que l'accroissement de caractéristiques par la trempe et le revenu est inévitablement associé à une augmentation de la sensibilité à la corrosion. Les aciers martensitiques sont en général moins résistants à la corrosion que les aciers ferritiques. Les aciers martensitiques les plus courants ont une teneur en chrome de 13% et des teneurs en carbone supérieures à 0,08%. Exemple d'utilisation : lames de couteaux de cuisine. 3. LES ACIERS AUSTENITIQUES (amagnétiques) 1/ Les austénitiques au chrome-nickel 304 (18% de chrome et 8% de nickel) dénommés 1.4301 (ou 304 norme US). Ils sont très résistants à la corrosion grâce à la présence du chrome. Ils sont aussi très ductiles. Ces aciers ont une structure cubique à faces centrées à température ambiante. Cette structure est amagnétique et peut être conservée à température ambiante grâce à des éléments d'alliage appropriés dont le plus connu est le nickel. 2/ Les austénitiques au chrome-nickel-molybdène (18% de chrome, 10% de nickel et 2% de molybdène) dénommés 1.4404 (ou 316 norme US), pour les milieux les plus agressifs.
CORROSION DES ACIERS INOXYDABLES Considérer l acier inoxydable comme un matériau unique est une erreur grave, si on généralise improprement les propriétés d une nuance particulière. Outre les grandes familles d aciers inoxydables, le traitement de finition est un facteur déterminant de la résistance à la corrosion. 1. CORROSION DES ACIERS FERRITIQUES Ces aciers ont en général une meilleure résistance à la corrosion que les aciers martensitiques. Ils se comportent de manière satisfaisante dans la plupart des cas de corrosion atmosphérique. En atmosphère agressive (notamment en présence de chlorures) le risque principal est la corrosion par piqûres ou crevasses. 2. CORROSION DES ACIERS MARTENSITIQUES A l exception des aciers martensitiques au nickel riches en chrome, ces aciers sont les moins résistants des aciers inoxydables et ils ne donnent satisfaction que dans les milieux peu agressifs. 3. CORROSION DES ACIERS AUSTENITIQUES Ces aciers constituent la famille des aciers inoxydables la plus connue. Ils ne sont pas attirés par l aimant. Ils sont moins sujets à la fragilisation que les aciers férritiques. En atmosphère agressive ils peuvent être soumis à des phénomènes de corrosion inter granulaire et de corrosion sous tension liés à la fragilisation par l hydrogène.
TRAVAIL DES ACIERS INOXYDABLES 1. LA DECOUPE ET LE PERCAGE L acier étant inoxydable dans la masse, les tranches restent protégées même après découpe ou perçage. 2. LE SOUDAGE Il existe différents procédés de soudage pour les inox (sous protection gazeuse avec électrode réfractaire, par électrode fusible et par résistance électrique). Le soudage doit toujours se faire à basse énergie sur des inox à bas carbone (gammes estampillées L) pour éviter la baisse de la teneur en chrome dans la zone thermiquement affectée. L'inox peut être soudé sur de l'acier au carbone moyennant certaines précautions. La protection au soudage des aciers inoxydables est nécessaire pour des raisons de composition et de résistance à la corrosion du joint soudé. Elle a aussi pour rôle de limiter ou de supprimer l'oxydation superficielle du cordon de soudure. 3. LE RIVETAGE On peut riveter à froid lorsque le diamètre est inférieur à 5 millimètres, avec une riveteuse hydraulique en opérant d'un seul coup, ou avec un système de rivetage sans frappe. Le travail à chaud est nécessaire pour les diamètres supérieurs à 5 millimètres. 4. LE COLLAGE L'inox peut être fixé avec d'autres matériaux en utilisant des adhésifs tels que les colles époxydiques, acryliques et à base de polyuréthane. Le choix de l'adhésif idoine dépend d'un certain nombre de paramètres comme : la nature du matériau à coller l'atmosphère de travail les charges à supporter
TRAITEMENTS DE FINITION DES ACIERS INOXYDABLES De la qualité de ces traitements dépendent 3 points vont permettre de rendre le matériau passif: la durabilité des produits et leur résistance à la corrosion l élimination des résidus de production l activation de la réaction entre les différents composants 1. LE POLI SATINÉ permet d'éliminer les légers défauts de surface et, effectué à sec par des bandes abrasives ou des brosses, d'obtenir un aspect satiné d'une brillance élevée à faible rugosité. 2. LE POLI BRILLANT dont l'aspect est réfléchissant mais dont les lignes de polissage sont visibles. 3. LE POLI MIROIR dont l'aspect est très réfléchissant mais où l'on distingue encore le sens du polissage. Il limite au maximum le développement bactériologique et c'est pourquoi les finitions polies et brossées les plus fines sont largement utilisées dans le secteur alimentaire. LE POLISSAGE ELECTROLYTIQUE (ou électro-polissage) C est un procédé électrochimique adapté au polissage des surfaces complexes. Il sert à supprimer les irrégularités et à renforcer ainsi la brillance mais ne permet pas d'atteindre la réflectivité du poli-miroir. Très fin et très lisse, il assure par ailleurs une résistance optimale à la corrosion et à l'encrassement. Les traitements mécaniques tels que le grenaillage, le sablage et le microbillage permettent l obtention de surfaces mates non réflectives. L impression et la sérigraphie permettent d'imprimer des motifs sur l'acier inoxydable : teinture par procédé chimique, gravage par microbillage ou par rouleaux mécaniques, sérigraphie (photographies, dessins, logos ). L'élimination des bavures détachables L'élimination des inclusions ferriques Un décapage sans risque de fragilisation Une grande facilité de nettoyage Une mise en propreté parfaite Avantages du polissage électrolytique L'élimination des couches métalliques perturbées par usinage Aucun risque de corrosion intercristalline Une plus grande tenue à la corrosion Une plus grande brillance des surfaces traitées
Les composants en acier inoxydable AISI 304L ou AISI 316L qu utilise METALCO sont traités par électro-polissage et passivation afin de les rendre chimiquement stable. CHOIX DE LA NUANCE DES ACIERS INOXYDABLES Le choix de la nuance dépend principalement : des conditions atmosphériques et environnementales de la conception architecturale de l'aspect de surface à obtenir de la fréquence des entretiens Le chrome assure la résistance à la corrosion. Le nickel améliore la ductilité et la résistance à certaines formes de corrosion. Le traitement de finition est très important pour les qualités de résistance à la corrosion. Le choix d un inox austénitiques EN 1.4404 (316L) est très pénalisant sur le plan économique, alors que des traitements de finition adaptés permettent des résistances améliorées même en milieu agressif. Pour le Mobilier Urbain, METALCO conseille le choix d un acier inox austénitique selon la norme EN 1.4301 (304L) avec une finition poli satiné pour les zones urbaines et une finition par polissage électrolytique pour les zones agressives ou ambiances salines. Ce choix est le meilleur compromis économie- aspect-pérennité. (Référence chantier Parc Bonaparte Saint Raphaël réalisé en 2004) LE CHOIX D UNE NUANCE INOX FAMILLE Norme EN Norme AISI Utilisation Ferritiques 1.4016 430 Déco intérieure Austénitique 1.4301 304L Couverture-Facades- Mobilier Urbain, (avec traitement adapté) Austénitique au molybdène 1.4404 316L Couvertures- Façades en atmosphère sévère
PRÉCAUTIONS D EMPLOI DE L ACIER INOXYDABLE L'inox ne subit pas de corrosion galvanique au contact des autres matériaux métalliques tels que le zinc, le cuivre, l'aluminium et l'acier galvanisé. En revanche, le contact inox-acier non protégé n'est admis que pour les clous de fixation. Le contact des aciers inoxydables avec d autres matériaux métalliques peut entraîner la dégradation rapide de ceux-ci par effet de couplage galvanique (pile). En effet, le métal le moins noble sera plus ou moins corrodé par ces phénomènes électrochimiques, (faiblement attaqué si la différence de potentiel entre l inox et l autre métal est petite, importante si la différence de potentiel est importante). Plus la surface de l inox est importante, plus il y aura corrosion de l autre matériau métallique plus électronégatif (l inox est un des métaux industriels les plus électropositifs). L'inox n'est pas sensible au contact des mortiers de ciment, de chaux ou de plâtre. Il peut se marier sans aucun inconvénient avec toutes les essences de bois et tous les panneaux de particules. Précaution sur chantier : Il faut impérativement veiller à ce que l inox ne reçoive pas de projections acides lors des nettoyages de chantier. De plus tout travail de meulage avec risque de projection de limaille est à proscrire à proximité du matériel en inox.
ENTRETIEN DE L ACIER INOXYDABLE Les produits inox nécessitent impérativement un entretien régulier. La fréquence de nettoyage est de : 6 à 12 mois en milieu non agressif 3 à 6 mois en milieu agressif (air marin, atmosphère urbaine ou industrielle, projection de sels suite au sablage des routes verglacées, etc.) Si la couche protectrice est abîmée localement à la suite d'un endommagement accidentel, elle se reconstitue seule en milieu non agressif. Pour la stabiliser rapidement ou la régénérer, il est nécessaire de passiver la surface à l'aide d'acide nitrique. Le lavage au savon et à l'eau est généralement suffisant pour maintenir un bel aspect aux inox. Dans tous les cas, le lavage doit être suivi d'un rinçage abondant à l'eau claire. L'utilisation de tampons métalliques (paille de fer), brosses dures et laines métalliques, brosses nylon, sur les polis brillant ou miroir et d'une manière générale les tampons et poudres abrasives (même très fines) doit être proscrite. Tout contact avec des dérivés chlorés ou fluorés est à éviter. On peut aussi utilement employer des nettoyeurs haute pression avec ou sans produits lessiviels. On veillera au maintien de la propreté des surfaces, surtout si des travaux doivent encore être effectué sur le site ou à proximité immédiate avec risque de projection de particules métalliques. MATERIEL A UTILISER MATERIEL A PROSCRIRE IMPERATIVEMENT Brosses en poils d inox ou en nylon Raclettes en caoutchouc, éponges et chiffons propres Détergents de type savon ne contenant pas d eau de javel Nettoyeurs sous pression eau chaude ou froide Solvants type white spirit ou Acétone Pour éliminer les graffitis utiliser des décapants alcalins à base de soude ou de solvants Les brosses à poils d acier L acide chlorhydrique Les produits chlorés type eau de javel Les poudres à récurer