L'acier inoxydable contient au moins 10.5 % de chrome, qui forme une couche d'oxyde protectrice empêchant la rouille et la corrosion. Ce matériau polyvalent se décline en cinq grandes familles : austénitique, ferritique, martensitique, duplex et à durcissement structural. Chacune possède des propriétés uniques la rendant adaptée à différentes applications.
Les aciers inoxydables austénitiques représentent 70 % de la production d'acier inoxydable et contiennent de 16 à 25 % de chrome et de 8 à 20 % de nickel. Ils possèdent une structure cristalline cubique à faces centrées et restent non magnétiques à l'état recuit.
Ces aciers ne peuvent être durcis par traitement thermique ; seul l’écrouissage à froid permet d’obtenir un durcissement, ce qui peut quasiment doubler leur résistance. À l’état recuit, l’acier de nuance 304 présente une résistance à la traction de 515 à 750 MPa et une limite d’élasticité d’environ 215 MPa, avec un excellent allongement supérieur à 40 %.
Les aciers inoxydables austénitiques offrent la meilleure résistance générale à la corrosion. Ils résistent efficacement à la corrosion atmosphérique, à l'eau douce et à de nombreux produits chimiques. Cependant, ils sont sensibles à la corrosion par piqûres induite par les chlorures et à la fissuration par corrosion sous contrainte dans les solutions chlorées chaudes.
On trouve de l'acier inoxydable austénitique dans les équipements de transformation alimentaire, les éviers de cuisine, les tuyauteries des usines chimiques et les dispositifs médicaux. Sa combinaison de résistance à la corrosion, de formabilité et de performances aux températures cryogéniques et élevées en fait un matériau incroyablement polyvalent.
Les aciers inoxydables ferritiques sont des aciers au chrome ordinaires contenant de 10.5 à 18 % de chrome, avec une très faible teneur en carbone (généralement inférieure à 0.12 %) et peu ou pas de nickel. Ils conservent une structure cristalline cubique centrée et restent magnétiques à température ambiante.
Ces aciers ne peuvent être durcis par traitement thermique. L'acier de nuance 430, par exemple, présente une résistance modérée, avec une résistance à la traction d'environ 450 MPa et une limite d'élasticité de 205 MPa à l'état recuit. Leur ductilité est limitée (allongement de 20 à 30 %) par rapport aux aciers austénitiques.
Les aciers ferritiques offrent une résistance à la corrosion modérée, supérieure à celle de l'acier au carbone mais généralement inférieure à celle des aciers austénitiques. Leur structure ferritique leur confère une excellente résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte due aux chlorures. Les aciers ferritiques à haute teneur en chrome supportent des températures allant jusqu'à 815 °C sans formation excessive de calamine.
On les trouve couramment dans les systèmes d'échappement automobiles, les intérieurs d'appareils de cuisine et les moulures architecturales. Leur faible coût (absence de nickel onéreux) les rend populaires pour les produits de consommation nécessitant une résistance modérée à la corrosion.
Les aciers inoxydables martensitiques contiennent de 11 à 18 % de chrome et une teneur en carbone plus élevée (0.1 à 1.2 %), ce qui permet leur durcissement par traitement thermique. Ils présentent généralement une teneur minimale en nickel (0 à 2 %) et sont ferromagnétiques.
Leur principal avantage réside dans leur capacité à être trempés et revenus. L'acier de nuance 410 peut atteindre une dureté de 40 à 45 HRC et une résistance à la traction supérieure à 1 000 MPa après un traitement thermique approprié. En contrepartie, sa ductilité est réduite : l'allongement peut chuter à 10 % ou moins à l'état trempé.
Les aciers inoxydables martensitiques présentent la plus faible résistance à la corrosion. Leur teneur élevée en carbone fixe une partie du chrome sous forme de carbures, réduisant ainsi la quantité de chrome libre disponible pour la protection contre la corrosion. Ils offrent des performances satisfaisantes en milieu peu agressif, mais peuvent rouiller dans des conditions agressives.
Ces aciers sont prédominants dans les applications exigeant une dureté élevée et une certaine résistance à la corrosion : lames de couteaux, instruments chirurgicaux, pièces de vannes, arbres de pompes et roulements. L’acier de nuance 410 répond aux besoins généraux, tandis que les nuances 420 et 440C offrent une dureté encore plus élevée pour les outils de coupe.
Les aciers inoxydables duplex présentent une microstructure mixte, composée d'environ 50 % d'austénite et 50 % de ferrite. Ils contiennent de 18 à 28 % de chrome, de 4 à 8 % de nickel, de 2.5 à 4 % de molybdène et de 0.1 à 0.3 % d'azote. L'acier de nuance 2205, le plus courant, contient environ 22 % de chrome, 5 % de nickel et 3 % de molybdène.
Ces aciers présentent une limite d'élasticité environ deux fois supérieure à celle des aciers austénitiques. L'acier 2205 possède une limite d'élasticité de 450 à 550 MPa, contre 240 MPa pour l'acier 304, tout en conservant un allongement de 25 %. Ils sont magnétiques en raison de la présence de ferrite.
Les aciers duplex offrent une excellente résistance à la corrosion, souvent supérieure à celle de l'acier inoxydable 316. Leur teneur élevée en chrome, molybdène et azote leur confère un indice de résistance à la piqûration (PREN) supérieur à 35, bien plus élevé que celui de l'acier inoxydable 316 (26). Ils sont très résistants à la fissuration par corrosion sous contrainte due aux chlorures.
On trouve des aciers duplex dans les plateformes pétrolières offshore, les usines de traitement chimique, les usines de dessalement et les équipements marins. Leur haute résistance permet de réduire l'épaisseur des parois des réservoirs et cuves sous pression, ce qui engendre des gains de poids et de coûts.
Les aciers inoxydables PH atteignent une résistance élevée grâce à un traitement thermique de durcissement structural. Ils contiennent généralement de 15 à 17.5 % de chrome, de 4 à 8 % de nickel, ainsi que des ajouts de cuivre, de niobium, d'aluminium ou de titane qui forment des précipités renforçant la structure. L'acier inoxydable de nuance 17-4PH contient environ 17 % de chrome, 4 % de nickel et 4 % de cuivre.
Après traitement de vieillissement, ces aciers atteignent une résistance à la traction de 1 000 à 1 500 MPa. L’acier de nuance 17-4PH, vieilli à 480 °C, atteint une résistance à la traction d’environ 1 400 MPa et une dureté de 40 à 44 HRC. Même à l’état de mise en solution, il présente une résistance appréciable d’environ 1 050 MPa.
Les aciers inoxydables PH offrent une résistance à la corrosion comparable à celle de l'acier inoxydable 304 dans de nombreux environnements. Ils résistent bien à la corrosion atmosphérique, à l'eau douce et aux produits chimiques doux, surpassant les aciers martensitiques standard comme le 410.
Les applications courantes comprennent les composants aérospatiaux, les pièces de turbines à gaz, les fixations haute résistance, les arbres de pompes et les instruments médicaux. La possibilité d'usiner des composants à l'état tendre puis de les durcir par vieillissement jusqu'à leur résistance maximale les rend particulièrement précieux pour les pièces complexes.
| Alliage | Type | Cr (en % massique) | Ni (en % massique) | Mo (en % massique) | C (% en poids) | Autres éléments clés |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 304 (S30400) | Austénitique | 18-20 | 8.0-10.5 | - | ≤ 0.08 | Équilibre Fe |
| 316 (S31600) | Austénitique | 16-18 | 10-14 | 2.0-3.0 | ≤ 0.08 | Mo pour la résistance à la piqûre |
| 430 (S43000) | Ferritique | 16-18 | ≤ 0.75 | - | ≤ 0.12 | Acier au chrome droit à bas coût |
| 410 (S41000) | Martensitique | 11.5-13.5 | ≤ 0.75 | - | 0.08-0.15 | La haute teneur en carbone permet le durcissement |
| 904L (N08904) | Austénitique à haute teneur en alliage | 19-23 | 23-28 | 4.0-5.0 | ≤ 0.02 | Cu 1-2%; N ≤0.1% |
| 2205 (S32205) | Duplex | ~ 22 | ~5 | ~3 | ≤ 0.03 | N ~0.14 % pour l'équilibre de phase |
| 17-4PH (S17400) | Durcissement par précipitation | 15.0-17.5 | 3.0-5.0 | - | ≤ 0.07 | Cu 3-5%; Nb 0.15-0.45% |
L'acier inoxydable 304, également connu sous le nom d'acier inoxydable 18/8, est le plus polyvalent et le plus utilisé. Il contient de 18 à 20 % de chrome et de 8 à 10.5 % de nickel, avec une teneur en carbone limitée à 0.08 %.
À l'état recuit, l'acier inoxydable 304 présente une résistance à la traction de 515 à 750 MPa et une limite d'élasticité d'environ 215 MPa, avec un excellent allongement supérieur à 40 %. Seul un écrouissage à froid permet de le renforcer, ce qui peut porter sa résistance à la traction à 800-1100 MPa.
L'acier inoxydable 304 offre une excellente résistance à la corrosion atmosphérique, à l'eau douce et à de nombreux produits chimiques organiques. Cependant, il est sensible à la corrosion par piqûres en milieu chloré, comme dans l'eau de mer. La variante 304L à faible teneur en carbone prévient la sensibilisation lors du soudage.
L'acier inoxydable de qualité 316, dit « de qualité marine », contient 2 à 3 % de molybdène, en plus de sa composition similaire à celle de l'acier inoxydable 304. Cet ajout de molybdène améliore considérablement la résistance à la corrosion par piqûres et à la corrosion caverneuse.
Les propriétés mécaniques sont très proches de celles de l'acier inoxydable 304, avec une résistance à la traction de 515 à 720 MPa et une limite d'élasticité de 200 à 240 MPa à l'état recuit. La variante 316L, dont la teneur en carbone est inférieure à 0.03 %, empêche toute sensibilisation.
Le molybdène confère à l'acier inoxydable 316 des performances nettement supérieures à celles de l'acier inoxydable 304 en milieu chloré. Il résiste aux atmosphères marines, aux zones d'éclaboussures d'eau de mer et aux environnements chimiques contenant des chlorures qui provoqueraient la corrosion ou la fissuration de l'acier inoxydable 304.
L'acier inoxydable de nuance 430 contient de 16 à 18 % de chrome et pratiquement pas de nickel, ce qui en fait l'un des aciers inoxydables les plus économiques. Sa teneur en carbone est limitée à 0.12 %.
L'acier 430 recuit présente une résistance à la traction d'environ 450 MPa et une limite d'élasticité de 205 MPa, avec un allongement d'environ 22 %. Il est magnétique et ne peut être durci par traitement thermique.
L'acier inoxydable 430 offre de bonnes performances dans les environnements tempérés et supporte des températures allant jusqu'à 815 °C en continu. Cependant, sa résistance à la corrosion est inférieure à celle de l'acier inoxydable 304 : il rouillera en cas d'embruns salés ou d'exposition au bord de l'eau.
L'acier de grade 410 contient de 11.5 à 13.5 % de chrome et de 0.1 à 0.15 % de carbone, fournissant juste assez de chacun pour une résistance modérée à la corrosion et une bonne trempabilité.
Après trempe et revenu, l'acier 410 atteint une dureté HRC de 40 à 45 et une résistance à la traction supérieure à 1 000 MPa. À l'état recuit, il est relativement mou, avec une résistance à la traction de 480 à 700 MPa.
L'acier 410 offre une bonne résistance à la corrosion légère, notamment après trempe et polissage. Il se comporte correctement à la vapeur et dans les acides dilués, mais rouille en milieu chloré.
L'acier 904L est un acier super austénitique contenant de 19 à 23 % de chrome, de 23 à 28 % de nickel, de 4 à 5 % de molybdène et 1.5 % de cuivre. Sa teneur en carbone est extrêmement faible, de l'ordre de 0.020 % maximum.
À l'état recuit de mise en solution, l'acier 904L présente une résistance à la traction d'environ 490 MPa et une limite d'élasticité de 220 MPa avec un allongement supérieur à 35 %. Comme les autres aciers austénitiques, il ne peut être durci par traitement thermique.
L'acier 904L offre une résistance exceptionnelle à la corrosion, notamment dans les acides sulfurique et phosphorique. Il supporte l'acide sulfurique bouillant jusqu'à une concentration de 40 à 50 % et résiste mieux à la corrosion induite par les chlorures que l'acier 316.
Le grade 2205 contient environ 22 % de chrome, 5 % de nickel, 3 % de molybdène et 0.14 à 0.20 % d'azote, créant une structure austénite-ferrite équilibrée.
Cette structure duplex offre une limite d'élasticité de 450 à 550 MPa, soit le double de celle de l'acier inoxydable 316L, tout en conservant un allongement de 25 %. La résistance à la traction atteint 700 à 800 MPa à l'état recuit.
L'indice PREN de 2205, de 35 à 40, indique une excellente résistance à la corrosion par piqûres, dépassant largement celui de 316L, qui est de 26. Il est pratiquement immunisé contre la fissuration par corrosion sous contrainte due aux chlorures jusqu'à 150 °C.
L'acier 17-4PH contient de 15 à 17.5 % de chrome, de 3 à 5 % de nickel, de 3 à 5 % de cuivre et de 0.15 à 0.45 % de niobium. Son nom provient de sa teneur nominale de 17 % de chrome et de 4 % de nickel.
Après vieillissement à 482°C (condition H900), le 17-4PH atteint une résistance à la traction de 1310-1400 MPa avec une limite d'élasticité de 1100-1300 MPa et une dureté d'environ HRC 44. Les propriétés peuvent être adaptées en faisant varier la température de vieillissement.
L'acier 17-4PH offre une résistance à la corrosion comparable à celle de l'acier 304 dans la plupart des environnements. Il résiste bien à la corrosion atmosphérique, à l'eau douce et aux acides faibles, surpassant nettement les aciers martensitiques comme l'acier 410.
L'acier inoxydable 303 est essentiellement un acier inoxydable 304 auquel on a ajouté de 0.15 à 0.35 % de soufre pour améliorer son usinabilité. Le soufre forme des inclusions de sulfure de manganèse qui lubrifient les outils de coupe pendant l'usinage.
Cet acier inoxydable à usinage facile sacrifie une partie de sa résistance à la corrosion et de sa ductilité au profit d'une usinabilité supérieure à celle de l'acier inoxydable 304 standard. Il n'est pas recommandé pour les environnements marins ou fortement acides.
Les aciers de type 321 et 347 sont des aciers austénitiques stabilisés, similaires au 304, mais contenant du titane (321) ou du niobium (347). Ces éléments empêchent la formation de carbure de chrome lors du soudage ou d'une exposition à des températures élevées.
La stabilisation permet à ces nuances de maintenir leur résistance à la corrosion après une exposition prolongée à des températures de 450 à 800 °C, alors que l'acier inoxydable 304 standard se sensibiliserait et deviendrait sensible à la corrosion intergranulaire.
Les aciers de type 201 et 202 sont des aciers austénitiques à faible teneur en nickel, où le manganèse (5.5 à 7.5 %) et l'azote remplacent partiellement le nickel, coûteux. Ils contiennent de 16 à 18 % de chrome et seulement de 3.5 à 5.5 % de nickel.
Ces nuances offrent des propriétés mécaniques similaires à celles de l'acier 304 à un coût inférieur, mais avec une résistance à la corrosion légèrement réduite et une tendance accrue à l'écrouissage.
L'acier inoxydable de type 409 ne contient que 10.5 à 11.75 % de chrome avec stabilisation au titane, ce qui en fait l'un des aciers inoxydables les moins chers disponibles.
Bien qu'il présente la plus faible résistance à la corrosion parmi les aciers inoxydables et qu'il forme de la rouille superficielle dans les environnements agressifs, il résiste bien aux hautes températures et à la corrosion en profondeur.
L'acier de type 420 est un acier martensitique à haute teneur en carbone, contenant de 12 à 14 % de chrome et 0.3 % de carbone. Correctement trempé, il atteint une dureté de 50 HRC.
Cet acier inoxydable « de qualité coutellerie » offre une résistance à la corrosion adéquate pour l'eau et les environnements doux lorsqu'il est bien poli et trempé.
L'acier inoxydable de type 440C est le plus dur des aciers inoxydables standard. Il contient de 0.95 à 1.2 % de carbone et de 16 à 18 % de chrome. Il peut être traité thermiquement pour atteindre une dureté de 58 à 62 HRC.
Bien qu'il présente une résistance à la corrosion acceptable dans des conditions douces, sa teneur élevée en carbone fixe le chrome, réduisant ainsi sa résistance à la corrosion par rapport aux aciers inoxydables à plus faible teneur en carbone.
L'acier super duplex de type 2507 contient 25 % de chrome, 7 % de nickel, 4 % de molybdène et 0.25 % d'azote. Il offre une résistance à la corrosion encore supérieure à celle du type 2205, avec un indice PREN supérieur à 40.
La limite d'élasticité atteint 800 à 900 MPa, offrant une résistance exceptionnelle ainsi qu'une résistance supérieure à l'eau de mer chaude et aux environnements à forte teneur en chlorures.
L'acier 15-5 PH contient 15 % de chrome et 5 % de nickel, avec des ajouts de cuivre et de niobium. Il a été mis au point pour offrir une meilleure ténacité que l'acier 17-4 PH, notamment pour les pièces de forte épaisseur.
Les propriétés mécaniques correspondent à celles du 17-4PH avec une résistance à la traction allant jusqu'à 1400 MPa après vieillissement, mais le 15-5 PH conserve une ténacité à la rupture supérieure à des niveaux de résistance équivalents.
