2026-04-14
Définition de l'acier inoxydable
L'acier inoxydable est un nom général désignant les aciers inoxydables et résistants aux acides.
Acier inoxydable : Un acier qui ne se corrode pas dans des environnements légèrement corrosifs tels que l'atmosphère et l'eau douce.
Acier résistant aux acides : Acier qui résiste à la corrosion dans les environnements corrosifs agressifs tels que les acides, les alcalis, les sels et l'eau de mer.
Classement de l'acier inoxydable
Les nuances, la composition chimique et les propriétés de l'acier inoxydable sont variées. Les méthodes de classification les plus courantes reposent principalement sur la composition chimique de base, la microstructure de l’acier et une combinaison des deux.
1.Classification par composition chimique principale
La plus courante est la division de l'acier inoxydable selon les éléments chimiques en deux groupes principaux : les aciers inoxydables au chrome et au chrome-nickel.
(1).Chrome
Si le principal élément d’alliage d’un acier autre que le fer est le chrome, l’acier inoxydable est appelé acier inoxydable au chrome.
(2).Chrome-nickel
Si les principaux éléments d'alliage de l'acier, en plus du fer, sont le chrome et le nickel, un tel acier inoxydable est appelé acier inoxydable chrome-nickel.
2.Classification selon la microstructure de l'acier
La microstructure de l'acier fait référence aux caractéristiques de la structure cristalline et de la microstructure de l'acier. En fonction de leur microstructure, les aciers inoxydables sont principalement divisés en cinq catégories : les aciers inoxydables ferritiques, austénitiques, martensitiques, duplex (biphasés) et à durcissement par précipitation.
(1).Acier inoxydable ferritique
L'acier inoxydable ferritique est un acier avec un réseau cristallin cubique centré, une teneur en carbone ≤ 0,20 %, une teneur en chrome comprise entre 10,5 % et 32 %, maintenant une structure ferritique à haute température et à température ambiante. Ce type d'acier inoxydable n'est pas durci par traitement thermique.
En fonction de la teneur en chrome, les aciers inoxydables ferritiques sont divisés en aciers inoxydables à faible teneur en chrome (teneur en chrome de 10,5 à 15,0 %), à chrome moyen (teneur en chrome de 16 à 22 %) et à haute teneur en chrome (teneur en chrome de 23 à 32 %). L'acier inoxydable ferritique est l'une des trois principales classes d'aciers inoxydables, apparues presque simultanément avec les aciers martensitiques et austénitiques au début du XXe siècle. En termes de volume de production, l'acier inoxydable ferritique est juste derrière les aciers austénitiques au chrome-nickel : dans la production mondiale d'acier inoxydable, la part de l'acier ferritique est généralement d'environ 30 %. L'acier inoxydable ferritique se caractérise par des volumes de production élevés, une large gamme d'applications et d'excellentes propriétés globales dans les sections minces. Étant donné que ces aciers ne contiennent pas de nickel ou que certaines nuances seulement en contiennent une petite quantité, leur coût et leur prix sont relativement bas, ce qui en fait la classe la plus importante d'aciers inoxydables peu alliés au nickel.
Jusque dans les années 1950 et 1960, les aciers inoxydables ferritiques traditionnels, fondus dans des fours à arc électrique sans affinage secondaire, présentaient des niveaux normaux de carbone et d'azote, dont la réduction ultérieure était extrêmement difficile. Depuis les années 1960, les progrès technologiques dans la production d'acier inoxydable et l'utilisation de procédés de raffinage secondaire tels que l'AOD et la VOD ont conduit au développement d'aciers inoxydables ferritiques modernes à faible et ultra faible teneur en carbone et en azote, qui ont largement surmonté et résolu avec succès un certain nombre d'inconvénients des aciers ferritiques traditionnels. Leur production a augmenté et leur portée est en constante expansion.
(2).Acier inoxydable austénitique
L'acier inoxydable austénitique conserve sa structure austénitique à haute température et à température ambiante sans subir de transformations structurelles. Par conséquent, l’acier inoxydable austénitique fait également référence aux aciers qui ne peuvent pas être renforcés par traitement thermique. Cependant, en raison de sa tendance à l'écrouissage (durcissement), sa résistance peut être augmentée par déformation plastique à froid. La faible résistance de ces aciers à l’état trempé était autrefois considérée comme l’un des principaux inconvénients des aciers inoxydables austénitiques.
Pour résoudre le problème de la corrosion intergranulaire à l'état sensibilisé et améliorer la résistance à la corrosion, des aciers inoxydables austénitiques à très faible teneur en carbone ont été développés, ayant généralement une teneur en carbone ≤ 0,03 %. À mesure que la résistance à la corrosion augmente, la résistance d'un tel acier diminue légèrement. Depuis les années 1970, il existe des aciers inoxydables austénitiques à teneur en azote contrôlée (teneur en azote résiduelle dans l'acier dans les limites standards, par exemple [N] ≤ 0,10 % ou [N] ≤ 0,12 %) ou alliés à l'azote (quantité maximale d'azote pouvant être introduite dans l'acier à pression atmosphérique, par exemple ≤ 0,40 % ou ≤ 0,40 %). 0,50%), ce qui permet d'obtenir une résistance suffisamment élevée grâce au renforcement de la solution solide avec de l'azote. Et les aciers inoxydables austénitiques à haute teneur en azote produits par injection d'azote à haute pression (la quantité d'azote introduite sous pression, c'est-à-dire [N] > 0,4 % ou ≥ 0,5 %) ont une résistance extrêmement élevée et une excellente ténacité à la rupture. La combinaison du renforcement par solution solide d'azote et de l'écrouissage a permis à certains aciers inoxydables austénitiques d'entrer dans la catégorie des aciers inoxydables à haute résistance.
L'acier inoxydable austénitique au chrome-nickel, parmi les cinq principales classes d'aciers inoxydables existantes, possède les meilleures propriétés complexes, possède le plus grand nombre de nuances, possède la gamme et les spécifications les plus complètes, la portée la plus large, se développe au rythme le plus rapide, est produit dans les plus grands volumes et couvre la sphère de consommation la plus large. À l’échelle mondiale et dans les principaux pays producteurs d’acier inoxydable, la part de l’acier inoxydable austénitique au chrome-nickel représente généralement plus de 50 à 60 % de la production totale d’acier inoxydable.
Le nickel étant un élément rare et coûteux, sa pénurie est particulièrement aiguë en temps de guerre. Introduits dans les années 1940, les aciers inoxydables austénitiques au chrome-manganèse standards remplaçant le nickel par le manganèse et l'azote (série américaine AISI 200), malgré une longue période de développement, ont une portée étroite et un faible volume de production ; aux États-Unis, leur production annuelle ne représente que quelques pour cent de la production totale d’acier inoxydable. Ces dernières années, l'émergence d'aciers inoxydables austénitiques au chrome-manganèse à haute et ultra haute résistance à haute teneur en azote, ainsi que les progrès dans la recherche sur le manganèse sans haute teneur en azote.
(3) Acier inoxydable martensitique
L'acier inoxydable martensitique est une classe d'aciers inoxydables dont les propriétés peuvent être contrôlées par traitement thermique (trempe, revenu). En fonction de leur composition chimique, ils sont divisés en aciers inoxydables au chrome martensitique et en aciers inoxydables martensitiques au chrome-nickel.
Les aciers inoxydables au chrome martensitique sont principalement de trois types : à faible teneur en carbone ([C] ≤ 0,15 %), à teneur moyenne en carbone ([C] 0,16 % à 0,40 %) et à haute teneur en carbone ([C] > 0,40 %). Le carbone est un élément d’alliage essentiel et important dans les aciers inoxydables au chrome martensitique.
Les aciers inoxydables au chrome martensitique comprennent principalement les aciers traditionnels tels que 1Cr13, 2Cr13, 3Cr13, 4Cr13. Leur teneur en chrome est d'au moins 11,5 % et atteint 18 %, ce qui confère à ces aciers des propriétés inoxydables et une résistance à la corrosion dans des environnements faibles. La teneur en carbone varie avec la teneur en chrome, généralement entre 0,10 % et 1,0 %, pour fournir une structure austénitique à haute température et une structure martensitique à température ambiante après trempe. En raison de la formation de martensite lamellaire à haute teneur en carbone et de la précipitation de carbures, ces aciers acquièrent une résistance et une dureté élevées. Le revenu ultérieur après trempe soulage les contraintes de trempe et forme une structure homogène et stable, conférant à l'acier une certaine ductilité, ténacité et une bonne résistance à la corrosion - un ensemble de propriétés. Étant donné que les aciers inoxydables au chrome martensitique sont inférieurs à toutes les autres classes d'aciers inoxydables en termes de résistance à la corrosion, et qu'ils ont également une faible ductilité et ténacité, une mauvaise soudabilité ou ne peuvent pas être soudés du tout, leur utilisation généralisée est limitée.
Les aciers inoxydables martensitiques au chrome-nickel ont été développés pour surmonter certains des inconvénients des aciers martensitiques traditionnels. Très tôt, le fameux acier 1Cr17Ni2 a été créé en remplaçant le carbone par du nickel. Bien que sa ténacité ait augmenté par rapport aux aciers au chrome martensitique et que sa résistance à la corrosion se soit améliorée, il n'est toujours pas adapté au soudage.
Les aciers inoxydables (super) martensitiques modernes, développés depuis les années 1960, en remplaçant davantage le carbone par du nickel, en atteignant une teneur en carbone ultra faible et en introduisant 2 à 6 % de Ni, conservent une structure austénitique à haute température et, après trempe et revenu à température ambiante, acquièrent une structure composite composée de martensite à lattes à faible ou très faible teneur en carbone, d'austénite inversée et d'une petite quantité de ferrite. Un alliage supplémentaire avec du molybdène, du cuivre et d'autres éléments de renforcement permet à ces aciers de conserver la haute résistance des aciers au chrome martensitique tout en conservant une bonne ténacité et soudabilité. À même teneur en chrome, la résistance à la corrosion des aciers martensitiques modernes dépasse largement la résistance à la corrosion des aciers au chrome martensitiques traditionnels. Cependant, en raison de leur faible teneur en carbone, les aciers martensitiques modernes perdent les caractéristiques de dureté élevée, de résistance à l'usure et de tranchant élevé inhérentes aux aciers martensitiques au chrome.
(4).Acier inoxydable double phase
Près de cent ans se sont écoulés depuis la découverte que la présence de petites quantités de ferrite dans l'acier inoxydable austénitique au chrome-nickel améliorait la résistance à la corrosion intergranulaire, ce qui a conduit à l'émergence des aciers biphasés austénitiques-ferritiques (α+γ) au chrome-nickel et finalement à la formation d'une classe d'aciers biphasés officiellement reconnue aux côtés des trois principales classes d'aciers inoxydables mentionnées ci-dessus.
Étant donné que la teneur en nickel des aciers biphasés nickel-chrome α+γ largement utilisés est généralement de 5 % à 7 %, ce qui ne représente qu'environ la moitié de la teneur en nickel des aciers austénitiques nickel-chrome largement utilisés, et que les aciers biphasés économiques nouvellement développés ne contiennent que 1 % à 4 % de Ni, les aciers biphasés α+γ constituent également une classe importante d'aciers inoxydables alliés avec parcimonie en nickel.
Le développement des aciers inoxydables chrome-nickel biphasés α+γ a traversé environ trois étapes importantes. En fonction des éléments d'alliage caractéristiques, de la valeur du PRE (équivalent de résistance à la corrosion par piqûre), des modifications du rapport des phases α et γ, de la période d'apparition et des caractéristiques des propriétés, les aciers inoxydables biphasés sont généralement divisés en aciers de première, deuxième et troisième générations. Sur la base des éléments caractéristiques de leur composition, ils peuvent être divisés en aciers biphasés faiblement alliés, moyennement alliés et fortement alliés.
En raison des difficultés de contrôle du rapport entre les deux phases, de l'ouvrabilité à chaud limitée, de la soudabilité et de facteurs économiques, le volume de production des aciers biphasés de première génération était faible. Cependant, l'avènement des aciers inoxydables biphasés modernes a largement surmonté les inconvénients et les limites des aciers de première génération, leur permettant d'élargir leur gamme d'applications, et ils constituent désormais une classe d'acier avec un énorme potentiel de développement dans le domaine de l'ingénierie.
Les nuances développées avant 1971 appartiennent à la première génération d’aciers inoxydables biphasés, dont le tout premier acier biphasé 1Cr25Ni5Mo1.5, apparu dans les années 1930. La teneur en azote des aciers de première génération était au niveau habituel caractéristique de la fusion dans les fours à arc électrique. Bien que les aciers biphasés de première génération aient déjà pleinement démontré leurs propriétés caractéristiques, en raison de la valeur PRE relativement faible et des différences significatives dans le rapport de phase à l'état trempé entre les différentes nuances, qui étaient également difficiles à contrôler avec précision, les excellentes propriétés des aciers biphasés dans la zone de joint soudé ont été considérablement détériorées, voire complètement perdues, ce qui a sérieusement entravé l'application et le développement des aciers biphasés dans les structures soudées.
Les nuances apparues entre 1971 et 1989 appartiennent à la deuxième génération d'aciers inoxydables biphasés et se caractérisent par une teneur en azote obligatoire. Étant donné que l'azote est un élément qui forme et stabilise activement l'austénite, avec une augmentation de sa teneur dans l'acier, d'une part, la proportion de phase austénite dans le métal de base augmente et la stabilité de l'austénite à haute température augmente, ce qui conduit à une diminution de la quantité de matériau se transformant en ferrite à la même température. D'autre part, le taux de diffusion élevé de l'azote lors du refroidissement à haute température favorise la transformation rapide de la ferrite en austénite secondaire, ce qui empêche la formation d'une structure de ferrite monophasée au niveau de la ligne de fusion et dans la zone affectée thermiquement après soudage. L'introduction de l'azote a créé les conditions de l'émergence et du développement des aciers biphasés de la deuxième génération et des suivantes. Étant donné que l'azote dans l'acier inoxydable est principalement dissous dans l'austénite, l'effet bénéfique de l'azote sur les aciers inoxydables à double phase reflète en fait l'effet de l'azote sur la structure et les propriétés de la phase austénitique dans les aciers à double phase.
Les nuances introduites après 1990 appartiennent à la troisième génération d'aciers inoxydables à deux phases et se caractérisent par une nouvelle augmentation de la teneur en molybdène et en azote, grâce à laquelle la valeur PRE de ces aciers est ≥ 40 % et la résistance à la corrosion, en particulier la résistance à la corrosion par piqûres et fissures, est encore améliorée. De nos jours, on les appelle également aciers inoxydables super-doubles.
Depuis le début des années 2000, le développement des aciers inoxydables diphasés va dans deux directions. D'une part, la teneur en éléments d'alliage continue d'augmenter pour atteindre une résistance mécanique encore plus élevée et une excellente résistance à la corrosion, comme les aciers SAF 2707 et SAF 3207 développés par la société suédoise Sandvik, avec une valeur PRE > 45 %, appelés aciers inoxydables hyperbiphasés. D'autre part, il existe une tendance au développement d'aciers biphasés économiques à faible teneur en nickel et sans ou peu de molybdène afin de réduire le coût et le prix des aciers biphasés, ainsi que d'améliorer considérablement leur aptitude au façonnage à chaud et à leur soudabilité, augmentant ainsi leur compétitivité par rapport aux autres types d'aciers inoxydables.
(5).Acier inoxydable à durcissement par dispersion
L'acier inoxydable à durcissement par dispersion est une classe d'aciers inoxydables dont la structure matricielle à température ambiante peut être martensitique, austénitique ou ferritique et qui sont renforcées par la précipitation (vieillissement) de composés intermétalliques, ainsi que de carbures, nitrures et autres phases sur la matrice suite à un traitement thermique approprié.
À l'heure actuelle, les aciers inoxydables à durcissement par précipitation largement utilisés sont principalement divisés en trois types : les aciers inoxydables martensitiques à durcissement par précipitation, les aciers inoxydables semi-austénitiques à durcissement par précipitation et les aciers inoxydables austénitiques à durcissement par précipitation. De plus, ils incluent souvent des aciers inoxydables maraging à très faible teneur en carbone.
Bien que le principe du durcissement par précipitation de l'acier inoxydable soit connu dans les années 1930, après l'introduction de la première qualité d'acier inoxydable à durcissement par précipitation, l'Inox W, il n'a trouvé d'application pratique qu'en 1946. Par la suite, en raison des besoins des industries aéronautique, aérospatiale, nucléaire et chimique pour des aciers combinant résistance à la corrosion et rapport résistance/poids élevé, de nouveaux aciers inoxydables à durcissement par précipitation ont commencé à apparaître. Aux États-Unis, ces aciers étaient classés dans la série 600. Les aciers inoxydables maraging à très faible teneur en carbone sont apparus dans les années 1960. Ils ont été développés à partir d'aciers maraging en ajoutant du chrome pour leur conférer des propriétés inoxydables. Généralement, ils sont également classés comme aciers inoxydables martensitiques à durcissement par précipitation.
L'acier inoxydable martensitique à durcissement par dispersion présente une structure austénitique instable qui, après traitement en solution solide, subit une transformation martensitique. Le vieillissement ultérieur entraîne la précipitation d'une seconde phase sur la matrice martensitique, qui renforce l'acier.
L'acier inoxydable maraging à très faible teneur en carbone possède des propriétés inoxydables ; après traitement en solution solide et vieillissement dans celle-ci, une deuxième phase précipite sur une matrice de martensite à très faible teneur en carbone et à haute teneur en nickel, qui renforce l'acier.
L'acier inoxydable semi-austénitique à durcissement par précipitation est également un acier à austénite instable, mais son austénite est plus stable que celle des aciers martensitiques à durcissement par précipitation. A l'état trempé à température ambiante, l'acier semi-austénitique à durcissement par dispersion présente une structure austénitique. Après déformation plastique à froid, traitement à basse température ou chauffage à environ 750°C pour traitement d'ajustement, l'austénite peut être transformée en martensite, après quoi, par vieillissement ultérieur, une deuxième phase se forme sur la matrice martensitique, renforçant l'acier.
L'acier inoxydable austénitique à durcissement par précipitation a une structure austénitique stable. Après traitement en solution solide et vieillissement ultérieur, une deuxième phase est libérée de la matrice austénitique, ce qui renforce l'acier.
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Les matériaux couramment utilisés comprennent, sans s’y limiter :
