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Acier inoxydable 1 Acier inoxydable Cet article est lié aux composés du fer et

Acier inoxydable 1 Acier inoxydable Cet article est lié aux composés du fer et du carbone • Fer • Carbone Phases • Austénite • Bainite • Carbure de fer • Cémentite • Ferrite • Graphite • Lédéburite • Martensite • Perlite Acier • Acier Corten • Acier duplex • Acier électrique • Acier inoxydable • Acier maraging • Acier rapide • Désignation normalisée Autre produits ferreux • Fonte • Fer puddlé • Fer forgé Les aciers inoxydables jouent un grand rôle dans d'innombrables domaines : vie quotidienne, industrie mécanique, agroalimentaire, chimie, transports, médecine, chirurgie, etc. Ce sont des aciers, alliages de fer et de carbone, auxquels on ajoute essentiellement le chrome qui, au-delà de 12 à 13 % en solution dans la matrice, produit la résistance souhaitée à l'oxydation. Dans la pratique, on constate déjà une inoxabilité au-delà de 10% de chrome en solution. D'autres éléments peuvent être ajoutés, notamment le nickel qui améliore les propriétés mécaniques en général et la ductilité en particulier, et d'autres éléments comme le molybdène ou le titane qui améliore la stabilité de l'alliage pour des températures autres que l'ambiante ainsi que 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). Acier inoxydable 2 Rappels sur la corrosion Les phénomènes de corrosion des métaux sont surtout de nature électrochimique. En présence d'une solution de type électrolyte, le potentiel métal-solution varie selon les points de la surface et de ce fait, des courants électriques apparaissent et provoquent l'endommagement du métal. La résistance à la corrosion dépend de la valeur de ces potentiels et surtout de leur répartition sur les surfaces. Toutes les hétérogénéités donnent naissance à des couples électriques, à commencer par celles qui résultent des différences de structure et de composition des microcristaux qui constituent le matériau lui-même. D'autres hétérogénéités sont dues à la présence de soudures, de rivets, de façonnages locaux entraînant un écrouissage (dans les tôles pliées par exemple), mais aussi au frottement contre des pièces antagonistes ou même à de simples rayures. À chaud, la diffusion des agents corrosifs dans l'épaisseur du métal peut compliquer encore le problème. La lutte contre la corrosion est une préoccupation constante dans beaucoup de domaines industriels. Une solution relativement simple consiste à recouvrir la surface à protéger par un matériau insensible au milieu agressif, matériau qui peut être métallique ou non. Les peintures, les vernis, certains traitements de surface, les revêtements métalliques de plomb, de zinc, de nickel, de chrome, etc. peuvent être souvent utilisés avec succès. Il est possible également de remplacer les métaux par d'autres matériaux de plus grande inertie chimique comme le graphite, la céramique, le verre, les matières plastiques, etc. Généralités sur les aciers inoxydables Composition des aciers inoxydables Pour être classé dans la catégorie inoxydable, un acier doit contenir au moins 11 % de chrome. Les plus courants : • X2CrNi18-10 (304L) : C : 0,02 %, Cr : 17 à 19 %, Ni : 9 à 11 %, utilisés pour la réalisation d'ouvrages toutes qualités ; • X2CrNiMo17-12 (316L) : C : 0,02 %, Cr : 16-18 %, Ni : 11-13 %, Mo (molybdène) : 2 %, utilisés dans les industries chimiques, pharmaceutique, pétrolières, agro-alimentaires et aussi intensément en milieu nautique ; • X8Cr17 (430) : C : 0,08 %, Cr : 16-18 %, utilisés pour les articles de ménage, l'électroménager, les éviers ; • X6CrTi12 (409) : C : 0,06 %, Cr : 11-13 %, Ti (titane), utilisé dans les échappements automobiles, fourneaux etc. (analyse chimique en % pondéral) La plupart des aciers inoxydables utilisés sont conformes à des normes : • européennes (norme EN 10088 en particulier) ; • américaines (normes de l'AISI) ; L signifie low carbon (bas carbone), H signifie High carbon (haut carbone). Les normes d'autres pays existent également mais sont peu connues internationalement. • Concernant le tableau d'équivalence ci dessous il faut remarquer que la nuance américaine de type 316 autorise une teneur en molybdène de 3% maximum ce qui peut poser un problème de conformité lorsque la spécification préconise une norme européenne qui limite la teneur en molybdène à 2,5 %. Acier inoxydable 3 Équivalences des désignations Afnor NF A 35573 (France) EN 10027 (européenne) AISI (États-Unis) Composition % C % Cr % Ni % Mo % Si % Mn % P % S Autres X12CrNi18-09 Z10CN18-09 302 0,12 16 à 18 6 à 8 — 1 2 0,04 0,03 — X12CrNi18-08 Z10CNF18-09 303 ≤ 0,12 17 à 19 8 à 10 0,6 1 2 0,06 ≥ 0,15 — X5CrNi18-09 1.4301 Z6CN18-09 304 0,07 17 à 19 8 à 10 — 1 2 0,04 0,03 — X2CrNi18-09 1.4307 Z2CN18-10 304 L 0,03 17 à 19 9 à 11 — 1 2 0,04 0,03 — X5CrNi19-11 1.4303 Z8CN18-12 305 0,1 17 à 19 11 à 13 — 1 2 0,04 0,03 — X7CrNi23-14 Z12CNS25-13 309 0,2 22 à 25 11 à 14 — 1 2 0,04 0,03 — X12CrNiSi25-20 Z12CNS25-20 310 0,15 23 à 26 18 à 21 — 1 2 0,04 0,03 — X5CrNiMo18-10 1.4401 Z6CND17-11 316 0,07 16 à 18 10 à 12,5 2 à 2,5 1 2 0,04 0,03 — X2CrNiMo18-10 1.4404 Z2CND17-12 316 L 0,03 16 à 18 10,5 à 13 2 à 2,5 1 2 0,04 0,03 — X10CrNiMoTi18-10 1.4571 Z6CNDT17-12 316 Ti 0,1 16 à 18 10,5 à 13 2 à 2,5 1 2 0,04 0,03 Ti . 5 C ; Ti . 0,6 X10CrNiTi18-09 1.4541 Z6CNT18-10 321 0,12 17 à 19 10 à 12 — 1 2 0,04 0,03 Ti . 5 C ; Ti . 0,6 X7Cr13 1.4003 Z6C13 403 0,08 11,5/13,5 — — 1 1 0,04 0,03 — X10Cr13 1.4006 Z12C13 410 0,08/0,15 11,5/13,5 — — 1 1 0,04 0,03 — X12CrS13 Z12CF13 416 0,08/0,15 12 à 14 0,5 0,15/0,6 1 1,5 0,06 ≥ 0,15 — X20Cr13 1.4021 Z20C13 420 0,16-0,25 12 — — ≤ 1 ≤ 1,5 ≤ 0,04 ≤ 0,015 — X30Cr13 Z30C13 420 B 0,3 12 à 14 — — 1 1 0,04 0,03 — X6Cr17 1.4016 Z8C17 430 0,08 16/18 0,5 — 1 1 0,04 0,03 — X12CrMoS17 Z10CF17 430 F 0,12 16/18 0,5 0,2/0,6 1 1,5 0,06 ≥ 0,15 — X22CrNi17 1.4057 Z15CN16-02 431 0,1/0,2 15/17 1,5/3 — 1 1 0,04 0,03 — X105CrMo17 Z100CD17 440 C 1 17 — — — 1 — — — Produits en aciers inoxydables Les principales formes de produits sont : • les tôles à chaud et à froid ; • les tubes ronds, carrés (deco), rectangulaires (deco) ; • Les barres ; • les fils ; • les demi-produits destinés soit à être forgés, soit relaminés ; • les fibres ; • accessoires, robinetterie, raccords. Acier inoxydable 4 Généralités En plus de la résistance à la corrosion qui caractérise les matériaux énumérés plus haut, les aciers inoxydables possèdent une qualité déterminante qui est la résistance mécanique. L'élément d'alliage auquel les aciers inoxydables doivent leur principale caractéristique est le chrome. Contrairement à ce que l'on croit généralement, ce métal est très réactif du point de vue chimique et il est en particulier très oxydable, mais son oxyde forme une véritable peau à la fois transparente et protectrice. Allié au fer et au nickel, il provoque la formation d'un composé de surface oxydé capable de ralentir ou même d'arrêter totalement la corrosion. Le chrome et le nickel s'oxydent ainsi : 4 Cr + 3 O2 → 2 Cr2O3 2 Ni + O2 → 2 NiO Ainsi, le fer ne réagit pas avec le dioxygène, c'est donc le fer qui est rendu inoxydable et non l'acier véritablement. Il existe 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. La teneur en chrome est dans tous les cas d'au moins 12 %. D'autres éléments d'alliage, pour l'essentiel des métaux relativement « nobles » comme le nickel, le molybdène, le cuivre, améliorent encore la résistance chimique, en particulier dans les milieux non oxydants. Les propriétés de résistance de ces alliages ont été découvertes en 1913 lorsque l'on s'aperçut que des échantillons polis en vue d'examens de laboratoire ne subissaient pas d'oxydation. 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 ; • l'action des solutions aqueuses est telle que la corrosion électrochimique prend le pas sur la corrosion chimique directe ; la bonne tenue du matériau uploads/Industriel/ chapitre-3-etude-du-diagramme-fer-carbone.pdf