aciers inoxydables

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FICHE TECHNIQUE/QUALITÉ
ACIERS INOXYDABLES
1. 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, 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
où 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.
Les aciers inoxydables peuvent contenir d’autres
éléments d’addition tels que le nickel, le molybdène, l’azote, le silicium, le cuivre, le titane, le
vanadium... dont la présence est spécifique des
conditions d’utilisation.
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...
2. Classification des aciers
inoxydables
On peut classer les aciers inoxydables d’après la
structure cristalline qu’ils prennent après un traitement bien déterminé. Il existe trois familles
d’aciers inoxydables :
➞ Les aciers ferritiques (structure cubique centrée cc) ;
➞ Les aciers martensitiques (structure quadratique) ;
➞ Les aciers austénitiques (structure cubique
face centrée).
a. Les aciers ferritiques
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 (A% ~
– 18%).
Exemple d’acier inoxydable ferritique :
Le F17 (nuance UGINE)
Z6 C17 (norme française)
b. 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
susceptibilité 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.
Exemple d’acier martensitique (norme française)
Z20 C13.
c. Les aciers austénitiques
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
approprié dont le plus connu est le nickel.
Les aciers austénitiques contiennent suffisamment de chrome pour offrir une résistance à la
corrosion, et du nickel pour assurer la structure
austénitique à la température ambiante.
La composition de base des aciers austénitiques
est 18% de chrome et 8% de Nickel (acier inoxydable 18.8).
Ils sont très résistants à la corrosion et sont aussi
très ductiles (A% ∼
– 45%).
Les aciers austénitiques comme les aciers ferritiques ne peuvent être durcis par trempe. A
l’inverse, ils peuvent augmenter leurs propriétés
mécaniques par écrouissage.
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ACIERS INOXYDABLES
3. Désignations et équivalences
entre les normes
sence de chlorures) le risque principal est la corrosion par piqûres ou crevasses. La résistance à
la corrosion par piqûres peut être améliorée par
l’addition de molybdène.
Quelques désignations courantes :
Austénitiques
Classe
Teneur en chrome
Teneur en nickel
Désignation
Ferritiques
18.8
18.12 Mo
F17
18%
8 à 10%
18%
12%
17%
0%
Z10 CN 18.09
Aisi 302
b. 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.
c. Corrosion des aciers austénitiques
Z5 CN 18.10
Aisi 304
Z5 CND 17.12.2
Aisi 316
Z2 CND 17.12.2
Aisi 316 L
Z6 C17
Aisi 430
4. 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 thermique est souvent un
facteur déterminant de la résistance à la corrosion.
a. Corrosion des aciers inoxydables 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 pré-
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 ferritiques.
En atmosphère agressive ils peuvent être soumis à
des phénomènes de corrosion intergranulaire et de
corrosion sous tension liés à la fragilisation par
l’hydrogène. Des additions d’éléments d’alliage
peuvent avoir des effets bénéfiques sur la tenue à
la corrosion sous contrainte (molybdène...), mais
ces aciers inoxydables sont spéciaux, donc plus
rarement proposés par les fabricants.
d. Atmosphère agressive
Il y a plusieurs zones et climats :
– zone tempérée
– climat marin
– zones humides
– climat industriel
– zone tropicale
– climat urbain
– zone arctique
– climat rural.
Selon l’atmosphère (difficilement classable) on
choisit le type de matière pour les fixations. Le
tableau de l’AFFIX donne des indications générales quant au choix des matériaux uniquement
en France métropolitaine.
Choix des fixations et de leurs accessoires en fonction
des atmosphères extérieures et ambiances intérieures - France Métropolitaine
Atmosphère extérieure
Urbaine ou industrielle
Ambiance
Ambiance
saine
intérieure
du local
sous-jacent Ambiance
agressive
Marine
Mixte
Rurale
non
polluée
Normale
Sévère
10 km à
20 km
3 km
à 10 km
Bord de
mer
< 3 km
■
■
▲
■
▲
▲
▲
●
●
●
●
●
●
●
●
●
Pour la définition des atmosphères extérieures et ambiances intérieures, voir annexe A.
■ Fixations en acier protégé.
▲ Fixations en acier inoxydable.
● Fixations dont la matière est à adapter après consultation et accord du fabricant de fixation.
Particulière
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Le triangle ▲ et le cercle ● du précédent tableau
sous-entend clairement que les aciers inoxydables classiques sont soumis à des phénomènes de corrosion dangereux, souvent liés à la
fragilisation par l’hydrogène et à la corrosion
sous tension. Ces phénomènes qui fragilisent
l’inox provoquent des ruptures par corrosion
intergranulaire de pièces à des niveaux de résistance bien inférieurs à ceux préconisés au
départ. Il convient d’être très prudent.
Le tableau précédent ne s’applique qu’en France
métropolitaine. Pour les autres régions du
monde, en zone tropicale notamment, ce tableau
n’est pas applicable, et la matière est à adapter
selon les cas (atmosphère, sollicitation due au
vent...) après consultation des normes en vigueur
et du fabricant de fixation.
Il est à noter que dans des atmosphères extérieures marines, la classe d’acier inoxydable
18.8 n’est pas bien adaptée car l’ion Cl- est un
facteur dangereux pour cet alliage (corrosion
sous tension).
Il est préférable d’employer des alliages d’acier
inoxydables au molybdène moins sensibles à ce
phénomène de corrosion (par exemple la classe
18.12 Mo).
5. Corrosion des autres matériaux
métallique en contact avec l’acier
inoxydable
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
industriel les plus électropositifs).
Le tableau page suivante donne la liste des métaux attaqués par l’inox austénitique avec les différences de potentiel exprimées en millivolts.
350 220 100
350 320 100
430 300 180
Mercure
Nickel
Argent, Ag
0
1090 960 840 740 740 660 540 520 490 440 320 290 250 160 150 140
1095 965 845 745 745 665 645 525 495 445 325 295 255 165 155 145
1100 970 850 750 750 670 650 530 500 450 330 300 260 170 160 150 100 100
1100 970 850 750 750 670 650 530 500 450 330 300 260 170 160 150 100 100
Aluminium
Acier au carbone pour tr. therm.
Alliage Al-Mg
Cadmium
95
90
65
0
1950 1820 1700 1600 1600 1520 1500 1380 1350 1300 1180 1150 1110 1020 1010 1000 950 950 885 860 855 850 850 845 845 750 725 590 550 480
0
Magnésium
0
70
0
Magnésium, Mg
(1) En milieu comme l’eau de mer ou les solutions salines, le chrome se dépassive plus ou moins dans le temps et son potentiel de dissolution diminue (pour atteindre 250 mV seulement par rapport au platine) ce qui tend à
réduire l’effet de corrosion sur les métaux qui lui sont couplés.
40
0
1470 1340 1220 1120 1120 1040 1020 900 870 820 700 670 630 540 530 520 470 470 405 380 375 370 370 365 365 270 245 110
0
1400 1270 1150 1050 1050 970 950 830 800 750 630 600 560 470 460 450 400 400 335 310 305 300 300 295 295 200 175
0
25
Maganèse
95
0
Zinc
95
0
1360 1230 1110 1010 1010 930 910 790 760 710 590 560 520 430 420 410 360 360 295 270 265 260 260 255 255 160 135
5
5
0
Métal blanc, 75 % Sn, 25 % Zn
5
5
0
0
Métal blanc
Sn Zn25
1200 1070 950 850 850 770 750 630 600 550 430 400 360 270 260 250 200 200 135 110 105 100 100
10
10
5
5
0
Zinc, Zn
1225 1095 975 875 875 795 775 655 625 575 455 425 385 295 285 275 225 225 160 135 130 125 125 120 120
15
15
10
10
5
Manganèse, Mn
Alliage Al-Zn-Mg
40
40
35
35
30
0
Notes :
Alliage Al-Zn-Mg
7040 A (Al Zn8 Mg Cu)
– Le métal couplé ne subit pas de corrosion galvanique et
bénéficie, au contraire, d’un effet de protection galvanique
Chrome, Cr
(faible si la différence de potentiel est petite, importante si
Alliage Al-Mg-Si
la différence de potentiel est grande).
Al Mg Si
– L’effet galvanique est influencé par le rapport de
Fer pur, Fe
surface des deux métaux :
• si la surface du métal considéré est la plus
Cadmium, Cd
petite, sa corrosion augmente,
Alliage Al-Mg
• si la surface du métal considéré est la plus
5754 (Al Mg3), 5056A (Al Mg5)
grande, sa corrosion diminue.
Acier au carbone pour tr. therm.
XC 80, XC 90
Cet effet est d’autant plus accentué que
Aluminium
la différence entre les deux surfaces
1050A (A5)
est plus importante.
Alliage léger de fonderie
(D’après E 250-32)
Al Si10 Mg
25
0
Les différences de potentiel sont établies dans une solution aqueuse à
2 % de chlorure de sodium (NaCl), et exprimées en millivolts.
En dessous de la ligne en trait fort (
), le métal en ordonnée est
attaqué.
Chrome (l)
1105 975 855 755 755 675 655 535 505 455 335 305 265 175 165 155 105 105
95
90
65
1105 975 855 755 755 675 655 535 505 455 335 305 265 175 165 155 105 105
50
Alliage Al-Mg-Si
80
50
Fer pur
70
60
10
0
1065 935 815 715 715 635 615 495 465 415 295 265 225 135 125 115
Alliage léger de fonderie
70
20
0
1000 870 750 650 650 570 550 430 400 350 230 200 160
Alliage léger de décolletage
0
1000 870 750 650 650 570 550 430 400 350 230 200 160
90
0
Acier au carbone
40
0
950 820 700 600 600 520 500 380 350 300 180 150 110
Fonte
70
10
940 810 690 590 590 510 490 370 340 290 170 140 100
Aluminium-cuivre
0
930 800 680 580 580 500 480 360 330 280 160 130
0
840 710 590 490 490 410 390 270 240 190
All. Fe-Ni à 25 % de Ni
0
Plomb
Étain, Sn
30
0
Plomb, Pb
770 640 520 420 420 340 320 200 170 120
0
Alliage Cu-Sn (bronze)
Cu Sn12
Alliage Cu-Zn (laiton)
Cu Zn39 Pb
Cupro-aluminium
Cu Al10
50
Aluminium-cuivre
2017A (Al Cu4 Mg)
Alliage Fe-Ni à 25 % de Ni
(bilames, résistances électriques)
800 670 550 450 450 370 350 230 200 150
80
30
Fonte
Étain
650 520 400 300 300 220 200
Cuivre, CU
0
Alliage léger de décolletage
2011 (Al Cu5 Pb Bi)
Acier au carbone
XC 10
Alliage Cu-Sn (bronze)
600 470 350 250 250 170 150
Alliage Cu-Zn (laiton)
0
Cupro-aluminium
20
450 320 200 100 100
570 440 320 220 220 140 120
0
Cuivre
80
Nickel, Ni
80
0
Mercure, Hg
0
0
Maillechort
Cu Zn23 Ni22
Alliage Cu-Zn-Ni (maillechort)
0
Argent
0
130
250 120
Or, Au
Acier inoxydable 18-9
Acier inoxydable 18-9
X10 Cr Ni 18-9
Or
0
Platine, Pt
Platine
Métal considéré
Métal couplé
08800 THILAY - Tél. 03.24.33.70.70 - Fax 03.24.32.84.93
ÉTUDE TECHNIQUE/QUALITÉ
Corrosion dues aux couples électrochimiques
entre les matériaux et/ou revêtements d’un assemblage