Types d’acier inoxydable en usinage : les plus utilisés

L’acier inoxydable est l’un des matériaux des plus utilisés dans le domaine de l’usinage, notamment dans les brides et les tubes. Bien qu’ils soient généralement classés en cinq familles au maximum, les types d’acier inoxydable qui représentent presque toutes leurs applications sont deux : austénitiques et ferritiques.

Les différents types d’acier inoxydable sont divisés en degrés, et chacun d’eux a des propriétés différentes en termes de malléabilité, de dureté, de résistance à la corrosion, etc. Parce que contrairement à ce qu’il peut paraître par son nom, l’acier inoxydable n’est pas littéralement « inoxydable ». Ce qui le rend ainsi appelé, c’est que, par rapport à l’acier normal, il peut supporter beaucoup plus de temps et d’utilisation avant de montrer des signes d’usure. Et les différents aciers inoxydables, ils sont « inoxydables » mais ils ne sont pas de même grade.

5 types d’acier inoxydable

Comme nous l’avions prévu au début, il existe jusqu’à cinq types principaux d’acier (bien qu’il existe une des familles – celle du durcissement par précipitation – qui est généralement incluse dans trois autres), également appelées familles ou catégories, selon leur structure cristalline, c’est-à-dire, la forme solide lorsque leurs atomes, molécules ou ions sont triés et groupés. Ces cinq types sont:

• Austénitique: il a une teneur en nickel de plus de 7%, entre 16 et 28% de chrome, et une très faible teneur en carbone, ce qui les rend très résistants à la corrosion, ils ont une bonne malléabilité et soudabilité et excellentes propriétés mécaniques.
• Ferritique: ces aciers sont essentiellement des alliages de chrome dans une fourchette de 10,5% à 30%, mais à très faible teneur en carbone (0,08% par rapport aux martensitiques), ce qui les rend économiques et avec des propriétés de résistance à la corrosion et de dureté raisonnablement bonnes. De plus, contrairement aux austénitiques, ils sont magnétiques. Certains degrés peuvent contenir du molybdène, du silicium, de l’aluminium, du titane et du niobium qui leur confèrent des caractéristiques différentes.
• Martensitique: il a une teneur en carbone élevée ou faible (jusqu’à 1,2%), 12% de chrome et est construit autour du fer type 410. Sa microstructure de martensite tétragonale centrée sur le corps, le rend durcissable par traitement thermique (par refroidissement), apporte dureté et résistance. Il est principalement utilisé pour les outils médicaux (scalpels, rasoirs et pinces internes). La martensite non trempée est de faible dureté et donc cassant.
• Duplex: il a une teneur élevée en chrome (19–32%) et en molybdène (jusqu’à 5%) et une teneur en nickel inférieure à celle des aciers inoxydables austénitiques, ce qui le rend deux fois plus résistant. Sa microstructure mixte offre une résistance améliorée à la fissuration par corrosion sous contrainte de chlorure par rapport aux aciers inoxydables austénitiques types 304 et 316. Cela le rend plus cher.
• Durci par précipitation: ils ont du chrome et du nickel, qui offrent une combinaison optimale des propriétés des aciers inoxydables martensitiques et austénitiques. Avec les premiers, ils partagent leur capacité à obtenir une résistance élevée grâce au traitement thermique, et les seconds ont une grande résistance à la corrosion. Ceci est réalisé après l’addition d’un ou plusieurs des éléments de cuivre, aluminium, titane, niobium et molybdène à une matrice martensitique ou austénitique soumise à un processus de traitement thermique qui conduit à son durcissement.

L’acier inoxydable austénitique et le ferritique sont les plus utilisés (ils représentent 95% des applications d’acier inoxydable), voilà pourquoi nous dédions l’essentiel de cet article.

L’acier inoxydable austénitique : la famille la plus large

L’austénitique est le type d’acier inoxydable qui représente les deux tiers de la production de ce matériau car, puisqu’il contient du chrome et du nickel et une très faible teneur en carbone, il présente une excellente résistance à la corrosion, une bonne malléabilité, une bonne soudabilité et d’excellentes propriétés mécaniques comme une grande ductilité dans une large gamme de températures (car il a la même microstructure même à des températures cryogéniques).

Cela signifie en même temps qu’il ne peut pas être durci par traitement thermique. C’est pourquoi il est largement utilisé dans l’usinage des tubes. En plus, il est facile à nettoyer, ce qui est particulièrement important dans d’autres applications, dans des environnements hygiéniques et stériles. Il n’est pas magnétique, mais s’il est travaillé à froid, il peut devenir légèrement magnétique et plus résistant.

L’acier inoxydable austénitique peut être divisé en trois sous-groupes, les séries 100, 200 et 300. Cependant, le plus utilisé est celui de la série 300.

Série 300

Ils constituent le groupe des aciers austénitiques les plus grands et les plus utilisés. Ils sont composés d’un alliage chrome-nickel (c’est pourquoi ils sont aussi appelés séries Cr-Ni ou Cr-Ni-Mo dans le cas du 316), qui réalisent leur microstructure austénitique presque exclusivement par un alliage de nickel ; certains degrés très fortement alliés contiennent de l’azote pour réduire les besoins en nickel. Les grades les plus connus sont 304 et 316, dont nous parlons plus largement dans cet article.

L’acier inoxydable ferritique

Les aciers inoxydables ferritiques sont d’aciers inoxydables au chrome simple, généralement à faible teneur en carbone et sans nickel, ce qui rend leur coût plus économique. Ils ont une ductilité raisonnablement bonne et de la résistance à la corrosion, bien que inférieures à ceux austénitiques, et comme eux, ils ne peuvent pas être durcis par traitement thermique en ayant une microstructure de ferrite telle que l’acier au carbone (de cristal cubique centrée sur le corps) est présent à toutes les températures, grâce à l’ajout de chrome.

Cependant, alors que les austénitiques peuvent être travaillés à froid pour se renforcer, les ferritiques ne permettent pas de le faire au même degré, et ils sont également plus problématiques à souder en raison de la croissance des grains dans la zone affectée par la chaleur qui réduit la ductilité et peut provoquer des fissures. L’augmentation de la teneur en chrome et en molybdène augmente la résistance à la corrosion comme elle le fait pour les aciers inoxydables austénitiques, mais cela revient à de plus grands problèmes de soudabilité.

Ces problèmes microstructuraux générés par le soudage limitent l’utilisation de ce type d’aciers inoxydables à des épaisseurs très fines et, par conséquent, ils ne sont pas utilisés dans la construction de structures et de récipients lourds et de grandes épaisseurs comme c’est le cas des austénitiques.

L’acier inoxydable ferritique peut être divisé en plusieurs degrés, dont les plus courantes sont 430, avec 17% de chrome, qui est utilisé dans les éviers, les tambours de machine à laver et les intérieurs de lave-vaisselle, les couverts, les extérieurs de réfrigérateurs, etc. et le type 409, avec 11% de chrome, est largement utilisé dans la fabrication de tuyaux d’échappement pour automobiles. En général, ses applications tournent autour de l’usinage utilisé de façon répétée.

Bibliographie et travaux d’intérêt:

• Materiales según la norma ISO (en castellano)
• 316 Stainless Steel Enclosure Applications (en inglés)
• List of EN standards (en inglés)
• International Organization for Standardization (en inglés)