Le traitement de surface de l'acier inoxydable est largement rentable

LA DÉTÉRIORATION DE LA COUCHE D'OXYDE PROTECTRICE REND L'ACIER INOXYDABLE VULNÉRABLE

L'une des propriétés caractéristiques de l'acier inoxydable est sa résistance accrue aux acides et à la corrosion grâce à une couche d'oxyde passive qui isole le matériau situé en dessous. Si cette couche est endommagée, le métal s'oxydera à nouveau en présence d'une quantité suffisante d'oxygène et la peau oxydée se régénérera d'elle-même. Cependant, suite à divers usinages ou à l'action de chlorures, cet équilibre peut être tellement perturbé que la 'régénération' ne se produit pas. Dans ce cas, un traitement de surface mécanique ou chimique est recommandé pour rétablir l'équilibre perturbé ou pour durcir la surface.

couche d'oxyde

L'acier inoxydable est un acier polyvalent, résistant à l'usure, qui convient pour une utilisation à l'intérieur comme à l'extérieur. La particularité de l'acier inoxydable est sa résistance accrue aux acides et à la corrosion en raison de la présence de chrome: plus on ajoute de chrome à l'acier, mieux il résiste à l'oxydation grâce à la formation d'une couche dense et protectrice d'oxyde de chrome (trioxyde de dichromium, Cr2O3). Cette couche d'oxyde passive isole le matériau situé en dessous si bien qu'il n'y a normalement pas d'apparition de rouille ou en tout cas que ce processus est ralenti. Si la surface du métal est endommagée, le métal s'oxydera à nouveau en présence d'une quantité suffisante d'oxygène et la peau oxydée se réparera d'elle-même. Cependant, suite à divers usinages - soudage, pliage, usinage - cet équilibre peut être tellement perturbé que la régénération n'est pas possible. En outre, sous l'influence de certains chlorures - dont l'hypochlorite de sodium (NaOCl), le chlorure d'hydrogène (HCl) et le chlorure de fer(III) (FeCl3) - le mécanisme vacille et l'acier inoxydable peut commencer à présenter de la rouille. C'est ce qu'on appelle la corrosion par piqûres.

 

Corrosion par piqûres

Certains ions 'étrangers', dont les ions chlorure, peuvent attaquer la peau d'oxyde. Le métal est alors en quelque sorte perforé et l'on voit apparaître des 'piqûres': corrosion par piqûres ou pitting. Ce phénomène se produit par exemple lorsque de l'inox entre en contact avec de l'eau potable ou de l'eau de piscine chlorée. Au départ, une piqûre peu profonde apparaît juste à côté de la soudure. Lorsque de nouveaux ions de chlore s'y accumulent, la détérioration se poursuit et les piqûres deviennent plus profondes. Cette corrosion localisée est beaucoup plus grave que la corrosion générale ou uniforme. Elle est également beaucoup plus difficile à contrôler. Les aciers inoxydables avec un alliage de molybdène, tels que 316 et 316L, sont plus résistants au chlorure et ont une meilleure résistance à la corrosion par piqûres. Cependant, la corrosion est toujours possible.

Familles

Métallurgiquement parlant, l'acier inoxydable peut être divisé en plusieurs familles.

• L'acier austénitique (séries 200 et 300) contient un maximum de 0,15% de carbone et un minimum de 16% de chrome. Les quantités de nickel ou de manganèse présentes sont responsables de la stabilité thermodynamique. Ce type d'acier est amagnétique, résiste aux chocs sur toute la plage de température et possède une excellente formabilité. Il ne peut pas être durci par traitement thermique mais il peut être durci par formage à froid.
• Les aciers ferritiques (AISI 430, AISI 410 et AISI 409) sont adaptés aux applications dans des environnements peu agressifs. Ce type d'acier est facile à usiner et à mettre en oeuvre mais en raison des pourcentages de chrome et de nickel, il présente une résistance à la corrosion inférieure à celle de la série 300. Les aciers ferritiques sont magnétiques et également non durcissables par traitement thermique.
• Les aciers martensitiques (les autres types d'acier de la série 400) sont toujours magnétiques, ont une dureté et une limite d'élasticité élevées, mais sont là encore moins résistants à la corrosion. La forme spéciale est la forme durcissant par précipitation, qui se caractérise par une très bonne résistance à la corrosion, similaire à celle des types austénitiques. La dureté et la limite d'élasticité sont supérieures à celles des types austénitiques.
• L'acier inoxydable duplex est un acier dans lequel l'austénite et la ferrite se trouvent côte à côte dans des proportions à peu près égales. Les aciers inoxydables duplex de ce type se caractérisent par une bonne résistance aux sels et sont donc souvent utilisés dans des environnements d'eau de mer.

Propriétés caractéristiques

L'acier inoxydable est tenace et présente une résistance accrue aux acides et à la corrosion. Il est amagnétique et a une faible conductivité thermique et électrique. L'élasticité ou module E de l'acier inoxydable est de 195.000 MPa, celle de l'acier de construction ordinaire est de 210.000 MPa. La résistance à la traction de l'acier inoxydable est une mesure de ses propriétés mécaniques. Mais en pratique, la limite d'élasticité - également connue sous le nom de limite d'élasticité de 0,2% ou Rp 0,2 - est plus importante.

Pour quantifier la résistance à la corrosion, on utilise le Pitting Resistence Equivalent: plus cette valeur est élevée, meilleure est la résistance à la corrosion. La valeur PRE est calculée comme suit :

PRE = %Cr + 3,3 x %Mo + 16 x %N

Une valeur PRE supérieure à 23 rend un matériau apte à être utilisé à l'extérieur; si elle est supérieure à 40, il est apte à être utilisé dans l'eau de mer.

Raisons du traitement

Lors de l'application de l'acier inoxydable, il faut constamment garder à l'esprit qu'il s'agit d'un matériau aux propriétés spécifiques qui diffèrent grandement de celles de l'acier non allié. Les méthodes d'usinage et de traitement développées pour l'acier au carbone ne sont donc pas nécessairement adaptées à l'acier inoxydable. Un traitement incorrect peut entraîner des modifications structurelles ou des dommages de surface, avec toutes les conséquences qui en découlent.

La raison d'un traitement de surface peut être esthétique ou fonctionnelle. Les raisons esthétiques sont évidentes: une surface attrayante et brillante ajoute de la valeur à un produit. Les raisons fonctionnelles sont diverses, mais le point commun est que l'acier inoxydable traité ne sécrète pas de substances qui pourraient se retrouver dans le produit final, attire moins facilement la 'saleté' et est donc plus facile à nettoyer. Ces propriétés sont particulièrement importantes lorsqu'une hygiène optimale est requise, notamment dans les secteurs médical, pharmaceutique, alimentaire et des semi-conducteurs. Différents traitements de surface sont possibles.

Traitements de surface mécaniques 

SABLAGE OU MICROBILLAGE AVEC DES BILLES EN VERRE OU EN CÉRAMIQUE

Cette opération garantit l'élimination des oxydes thermiques de la surface et confère à l'acier inoxydable un aspect uniforme et mat. Le taux élevé de billes de verre cassées pendant l'opération donne des tessons qui sont plus tranchants et qui provoquent donc une plus grande rugosité de surface. Comme les perles de céramique sont moins susceptibles de se briser, le résultat final est comparativement plus lisse. Mais une surface trop lisse peut également présenter un inconvénient. Par exemple, les bactéries peuvent alors être (plus) difficiles à éliminer.

Meulage, polissage et brossage

Le but de ces traitements est d'obtenir une finition spécifique de la surface de l'acier inoxydable, le polissage permettant d'obtenir la plus faible rugosité de surface. Cela dépend beaucoup de la taille des grains de la meule de polissage et du type de meule. Les traitements mentionnés ci-dessus peuvent entraîner une apport de chaleur accru.

La raison d'un traitement de surface peut être esthétique ou fonctionnelle. Les raisons esthétiques sont évidentes: une belle surface brillante donne une valeur ajoutée au produit. Les raisons fonctionnelles sont diverses

sablage humide à l'aide d'un additif abrasif

On obtient ainsi une finition hygiénique et attrayante. De plus, l'effet abrasif des additifs permet de remplacer le décapage et la passivation car il permet également d'éliminer des couleurs et des oxydations. Un inconvénient est le fait que la contamination par le fer n'est pas suffisamment éliminée lors de ce traitement. Il est conseillé d'utiliser de l'eau déminéralisée ou de l'eau traitée par osmose inverse pour le sablage humide. En raison de sa teneur relativement élevée en chlorure, l'eau potable peut entraîner des taches une fois que la peau d'oxyde a été décapée. Le traitement est conforme aux exigences d'hygiène fixées par l'European Hygienic Engineering & Design Group (EHEDG) pour les industries alimentaire et pharmaceutique.

Traitements chimiques de surface

Décapage et passivation

Avec ces processus, on ne se contente pas d'éliminer de la surface le 'fer étranger' et la couche d'oxyde. Comme le chrome se dissout beaucoup moins rapidement que le fer et d'autres métaux pendant le processus de décapage, il reste proportionnellement plus de chrome. Ce processus - l'enrichissement en chrome - crée une résistance (encore) meilleure à la corrosion. Elle est réalisée à l'aide d'acides forts et donne une surface uniforme gris argenté, légèrement gravée. Comme un traitement de décapage peut être effectué par trempage, pulvérisation, circulation et décapage à la brosse, il est relativement facile à réaliser. Un inconvénient est que les résidus de produit mordant peuvent causer des dégâts.

Polissage électrolytique ou électrochimique (EP)

Ce type de polissage enlève une partie de la surface de l'acier inoxydable, laissant une très faible rugosité de surface et une finition très brillante. L'objet à traiter est suspendu dans l'un des bains de traitement et fait office d'anode. Sous l'influence du courant électrique et des produits chimiques du bain, les couches de surface endommagées et contaminées se dissolvent. En raison de la faible rugosité de la surface après le traitement EP, cette méthode est souvent utilisée dans les systèmes requérant une très bonne nettoyabilité. C'est par exemple le cas des équipements et des tuyauteries utilisés dans les industries pharmaceutique et alimentaire. Un inconvénient de cette méthode est qu'elle est relativement coûteuse.

Traitements de durcissement thermochimiques

Inchromisation (dure)

L'inchromisation (dure) est un processus thermochimique mené à des températures relativement élevées, dans lequel une couche céramique dure de carbure de chrome (CrxCy) rend les produits extrêmement résistants à l'usure. Avec l'inchromisation ordinaire - où il et uniquement question de diffusion du chrome - apparaît un cristal mixte avec une teneur en chrome >35%Cr. Cela augmente considérablement la dureté et la résistance chimique, ce qui se traduit par une forte prolongation de la durée de vie, une usure moindre, mais surtout des coûts (intégraux) plus faibles.

KOLSTERISING

Le kolsterising est une méthode de durcissement de surface à basse température avec laquelle du carbone se diffuse dans l'acier. Il en résulte un fort durcissement de la surface sans affecter la résistance à la corrosion. De plus, le produit ne devient pas cassant. Ce procédé convient parfaitement aux composants en acier inoxydable austénitique qui sont soumis à l'usure et/ou à la corrosion tout en répondant à des exigences strictes en matière de stabilité dimensionnelle et de forme. Ce procédé peut également être utilisé pour empêcher le soudage à froid et constitue alors une alternative à la galvanisation par exemple.

D'une manière générale, les traitements mécaniques sont plus coûteux que les traitements chimiques, notamment parce qu'ils demandent une forte main-d'œuvre.

NITRATION AU PLASMA

La nitration au plasma est un traitement de surface thermochimique qui est utilisé pour augmenter la résistance à l'usure, la dureté de surface et la résistance à la fatigue. Le processus se déroule dans une atmosphère de gaz ionisé en présence de gaz azotés. Au cours de ce processus, des ions chargés positivement provenant de l'anode se déposent sur l'objet (la cathode) à une vitesse d'impact très élevée. Dans la phase 1, le processus agit comme un nettoyage de la surface de l'objet. Dans la phase 2, l'objet est chauffé et dans la phase 3, le processus de nitration a lieu à la surface. Le résultat est un revêtement relativement lisse et résistant à la corrosion.

Chaque méthode de traitement de surface a son prix. Cela dépend de l'équipement nécessaire, des ressources et des coûts associés au traitement des déchets. La comparaison reste difficile, mais en gros on peut dire que les traitements mécaniques sont plus chers que les traitements chimiques, principalement en raison de leur nature à forte intensité de main-d'œuvre. Une chose est sûre, cependant: c'est ne rien faire qui reviendra le plus cher!

Merci à: Chromin Maastricht, CTB Hollande, Paul Meijering Metalen, Sir John, Vecom Group

L'influence des éléments d'alliage

Les éléments d'alliage influencent les propriétés d'un type d'acier. Voici quelques exemples :

Le manganèse réduit la vitesse de refroidissement critique dans les nuances d'acier durcissable. Il est également capable d'augmenter la limite d'élasticité et la résistance à la traction. Avec le soufre, il forme des sulfures de manganèse qui réduisent l'effet nuisible des sulfures de fer et améliorent l'usinabilité.

Le nickel est ajouté parce qu'il augmente la résistance à la rupture fragile. Lorsque l'acier inoxydable contient plus de 7% de nickel, il se forme une structure austénitique qui augmente la résistance à la corrosion.

Le molybdène est un puissant formulateur de carbure qui réduit la susceptibilité à la fragilisation de revenu des aciers améliorés, influence positivement la finesse et la soudabilité, et a un effet positif sur la résistance à la corrosion par piqûres.

Le silicium a une influence positive sur la solidité, la résistance à l'usure, la limite d'élasticité et la résistance à l'oxydation, mais une influence négative sur la formabilité à chaud et à froid.

Le tungstène améliore la ténacité et la résistance à l'usure à des températures plus élevées. Comme il inhibe alors également la croissance des grains, il a une influence positive sur la résistance au revenu et la résistance à la chaleur.