INTRODUCTION

L'histoire des aciers inoxydables est marquée par le fait qu'un temps important s'est écoulé entre le moment de la découverte de certaines propriétés du fer allié au chrome (métal découvert en 1797 par VAUGUELIN et isolé en 1854 par BUNSEN) et celui de leur étude scientifique, et de leur exploitation industrielle. On peut la comparer à ce point de vue à celui de la pénicilline que FLEMING découvrit en 1928, et dont les applications thérapeutiques commencèrent après 1941, soit 13 ans après. Pour l'acier inoxydable, ce délai a été de 90 ans [36].

L'inventeur de l'acier inoxydable, Harry BREARLEY, est né en 1871 à Sheffield en Angleterre. Son père travaillait dans une fonderie d'acier. Il quitte l'école a 12 ans et trouve un emploi de laveur de bouteille dans un laboratoire de chimie. Après des années de cours du soir, il devient expert dans l'analyse de l'acier et de sa production.

Obtenant très vite une réputation pour résoudre des problèmes métallurgiques, on lui offre en 1908, la possibilité de fonder un laboratoire qui fut financé par les deux entreprises de production d'acier de Sheffield. Cette idée très innovante avait pour but la recherche de résolutions des problèmes de fabrication de l'acier. En 1912, un petit fabricant d'armes l'interrogea, après avoir remarqué que l'intérieur des canons était érodé très rapidement par l'action du tir et par la décharge de gaz. Tout d'abord, BREARLY rechercha un acier ayant une meilleure résistance à l'érosion et non à la corrosion. Il expérimenta donc un acier contenant du chrome et remarqua que celui-ci était plus résistant. Le premier véritable acier inoxydable fut créer le 13 août 1913. Il contenait 0.24% de carbone et 12.8% de chrome. Pour vérifier sa résistance, il le testa en utilisant des agents attaquants tels que les acides nitriques et conclut que ce nouvel acier résistait à l'attaque chimique. Ensuite, il exposa les échantillons à la présence de vinaigre et d'autres aliments acides tels que le jus de citron et trouva le même résultat.

La même année, KRUPP (Allemagne), fit expérimenter ce même mélange auquel fut ajouté du nickel. Cet acier était encore plus résistant aux acides, plus souple et plus facile à travailler. A partir de ces deux aciers furent développés les séries Martensitic et Austénitic. La première guerre mondiale marqua un arrêt dans le développement de l'acier inoxydable, mais, au début des années vingt, une variété complète d'alliage de chrome et de nickel fut créée (20/6 ; 17/7 ; 15/11).C'est le successeur de BREARLY, le Dr W.H HATFIELD qui inventa en 1924 l'acier inoxydable 18/8 (18% de chrome, 8% de Nickel), qui est le mélange le plus connu des inox. Il inventa aussi l'acier allié au titane. Les qualités les plus connues aujourd'hui furent inventées entre 1913 et 1935 en Angleterre, Allemagne, Etats-Unis et France. Une fois ces qualités standards acceptées, l'accent fut mis sur une réduction du coût par une production de masse, pour ainsi, populariser l'utilisation de l'inox.

Depuis les années 70, de nouveaux aciers inoxydables commencent à être développés. Ils ont une meilleure résistance contre la corrosion, et sont encore plus résistant que les nuances développés en 1920. C'est à partir de ce moment que l'utilisation de ce matériau commence a augmenter.

D'après EN 10 020, les aciers inoxydables sont des alliages Fe, Cr, et C dont l'analyse chimique correspond à C ≤ 1,2%, Cr ≥ 10,5%. D'autres éléments d'alliages dont Ni, Mo, Ti, peuvent être ajouter pour conférer aux alliages des propriétés particulières.

La dénomination "ACIERS INOXYDABLES" est très restrictive, ainsi que les dénominations usuelles anglaises (stainless: aciers sanstaches) ou allemandes (nicht rostende stahl: acier ne se rouillant pas) et s'est imposée au début de leur développement, une des propriétés les plus évidentes étant leur résistance à la corrosion atmosphérique. Cette dénomination se rapporte aujourd'hui à des aciers présentant par rapport à des milieux liquides ou gazeux, dans des limites de températures étendues, des propriétés de résistance à l'attaque ou à la corrosion chimique hors de proportion avec celles des aciers ordinaires ou des aciers spéciaux à faibles teneurs en éléments d'alliage [71].

Lorsqu'on ajoute au fer des quantités de chrome en proportion croissante, on constate que la résistance à la corrosion atmosphérique augmente rapidement avec la teneur en chrome, et devient excellente lorsqu'on dépasse environ 12% de chrome.

D'où provient l'inoxydabilité?

On sait que le fer, plongé dans l'acide nitrique très concentré, ne se corrode pratiquement pas. On dit qu'il est passif; sa surface est recouverte d'un film invisible et très mince, contenant de l’oxygène. Le phénomène est très général, et tous les métaux placés dans les conditions convenables, sont susceptibles d'être passifs. Le fer, en particulier lorsqu'il est allié au chrome, en proportion convenable, est passif, dans un grand nombre de milieux. Cette propriété est la base de la résistance des aciers inoxydables à la corrosion et le facteur déterminant de cette propriété réside dans la stabilité de la couche passive. Cette couche passive se forme spontanément par simple exposition de ce métal à l'air humide atmosphérique (auto-passivation). On provoque également une passivation extrêmement résistante par traitements chimiques ou électrochimiques de la surface. Compte tenu de ces observations, on convient d'appeler acier inoxydable un alliage fer-chrome où la teneur en chrome est supérieure à 11,5% et qui présente une bonne résistance aux atmosphères oxydantes et à la corrosion par certains milieux jusqu'à des températures moyennement élevées. Cette définition commode, basée sur la composition du métal, est exacte si le chrome est, dans l'alliage, le seul élément passivant du fer. Les aciers inoxydables peuvent contenir d'autres éléments d'addition, tels que le nickel, molybdène, carbone, l'azote, le silicium, le manganèse, le cuivre, le titane, le niobium, le tungstène, le vanadium, le cobalt, le soufre, etc, ... dont la présence peut être spécifique des conditions d mise en œuvre et l'utilisation. L'acier inoxydable se révèle un matériau de base encore en développement (fig. 1).

Figure 1 Production mondiale

La production mondiale (hors pays de l'est) en 1988 a dépassé le million de tonnes de produits bruts de coulée (lingots, brames, blooms et billettes). Elle se répartit principalement en trois catégories de produits de base, mis à disposition de la clientèle: produits plats laminés à froid: 61 %, produits plats laminés à chaud: 12%, produits longs laminés et forgés: 27% [71].

La consommation par personne dans les différentes zones géographiques du globe est très variable [58,67]. Elle passe de moins de 1kg/personne dans les pays en voie de développement à plus de 4 kg/personne dans les pays industrialisés tels que le Japon, le sud-est Asiatique, l'Europe, les USA. A noter que les Etats-Unis et l'Europe (avec 4 à 6kg/personne) sont en net retrait par rapport au Japon et au sud-est Asiatique (6 à 8kg/personne) [36].

Le but de cette recherche est de réaliser un état des lieux des traitements conférant aux aciers inoxydables des couches superficielles présentant d'intéressantes propriétés de dureté et de résistance à la fatigue, sans diminution notable de la résistance à la corrosion, et respectueux des critères d'alimentarité.