L'acier inoxydable, couramment appelé acier inox ou simplement inox, est un acier (alliage à base de fer et de carbone), comportant moins de 1,2 % de carbone et plus de 10,5 % de chrome, dont la propriété remarquable est d'être peu sensible à la corrosion et de ne pas se dégrader en rouille.
La présence de chrome en solution au-delà de 10,5 % dans la matrice d'un acier provoque la formation d'une couche protectrice d'oxyde de chrome qui lui confère son inoxydabilité. D'autres éléments peuvent être ajoutés, notamment le nickel qui améliore les propriétés mécaniques en général et la ductilité en particulier, ou encore le molybdène ou le titane qui améliorent la stabilité de l'alliage pour des températures autres qu'ambiante, ou encore des éléments à haut point de fusion comme le vanadium et le tungstène accompagné en général d'une augmentation de la teneur en chrome, pour obtenir la résistance aux hautes températures au contact d'une flamme (aciers réfractaires).
L'acier inoxydable est devenu indispensable dans de nombreux domaines : ustensiles de cuisine (malgré sa conductivité thermique dix fois plus faible que celle de l'aluminium), objets usuels, médecine, chirurgie, bâtiment et travaux publics, construction navale, automobile, aéronautique, outillage, industries mécaniques, agroalimentaires, chimiques, transports Il est entièrement recyclable.
Principe Corrosion thumb|L'écrou de gauche n'est pas en inox et rouille, contrairement au reste du serre-câble.|alt=Vue d'une serre-câble.
Les phénomènes de corrosion des métaux sont de nature électrochimique : le métal retrouve son état thermodynamiquement stable, l'état oxydé, en présence d'un milieu oxydant (eau, atmosphère, milieu naturel ou industriel). Le métal réagit avec l'environnement, cette réaction se faisant avec des échanges d'électrons.
Le fer, composant principal des aciers, s'oxyde rapidement ; la rouille qui résulte de cette oxydation s'effrite ou se dissout dans l'eau, exposant progressivement les parties non corrodées au milieu oxydant. À chaud, la diffusion des atomes oxydants dans l'épaisseur du métal peut aggraver et accélérer encore le problème.
Passivation Une des manières d'éviter la corrosion consiste à incorporer une proportion importante de chrome (Cr) dans l'acier (plus de 10,5 % en masse). Le chrome réagit avec le dioxygène de l'air et forme une couche d'oxyde de chrome : 4 Cr + 3 → Cette couche, compacte, adhérente et donc protectrice, est appelée « couche passive » : elle forme une barrière séparant l'acier de son milieu. En temps normal, elle est invisible car très fine. Ainsi, contrairement à ce que son nom pourrait laisser penser, ledit acier n'est pas inoxydable : il s'oxyde rapidement, mais forme un oxyde de chrome protecteur en surface, contrairement à la rouille.
Une passivation à l'air simple ne se constitue pas aussi rapidement qu'une passivation chimique (sous contre ) ; de plus, la couche passive faite à l'air ne sera pas aussi épaisse. En cas de fortes contraintes chimiques (exposition au sel ou au chlore) ou thermiques (réseaux vapeur par exemple), la passivation à l'air ne sera pas suffisante pour protéger à long terme l'inox. La rugosité de la matière joue également un rôle important dans l'apparition de la rouille (plus elle est faible, plus le risque d'apparition de rouille diminue).
Par rapport à une électrode à hydrogène de référence, le potentiel des aciers inoxydables se situe entre le molybdène et le mercure, non loin de l'argent et du platine.
Propriétés des différents alliages L'addition de divers éléments d'alliage permet de s'adapter au milieu spécifique dans lequel doit être utilisé l'acier, et de modifier ses propriétés mécaniques : l'ajout de nickel améliore les propriétés de la couche passive : en milieu acide, cet élément ne participe pas directement à la modification du film passif mais sa présence augmente la surtension de réduction des ions H, c'est-à-dire qu'il freine la réaction cathodique et limite ainsi la corrosion. En milieu caustique plus ou moins oxydant, le nickel s'intègre à la couche d'oxyde (2 Ni + → 2 NiO) et crée ainsi une certaine passivation. Le nickel est un élément gammagène, il permet d'obtenir une structure austénitique et donc d'avoir des tôles qui se mettent en forme facilement ; le carbone en haute teneur permet de tremper l'acier et d'obtenir un acier martensitique très dur, mais le carbone nuit à la soudabilité, et peut par ailleurs piéger le chrome et gêner la formation de la couche passive ; d'autres éléments d'alliage, pour l'essentiel des métaux relativement « nobles » comme le molybdène, le titane, le cuivre, améliorent encore la résistance chimique, en particulier dans les milieux non oxydants. Le molybdène, en particulier, en combinaison avec le silicium présent dans l'acier, forme par dissolution (corrosion) un hétéropolyacide qui se redépose ensuite à partir de la solution agressive à l'extérieur du film passif principalement composé d'hydroxyde de chrome . Cet hétéropolyacide intervient comme couche barrière en complément du film d'hydroxyde de chrome. Cet effet bénéfique du molybdène diminue en cas de forte agitation ou vitesse du fluide corrosif car il est peu adhérent. Il existe de fait de très nombreuses nuances d'aciers inoxydables et le choix est parfois difficile, car ils n'ont pas tous le même comportement dans un milieu donné. On les désigne souvent par les pourcentages massiques en nickel et en chrome. Ainsi, un acier inoxydable 18/10, tel que ceux utilisés en coutellerie, pour les couverts et pour la cuisine en général, contient 18 % en masse de chrome et 10 % en masse de nickel. Cette désignation est en fait très insuffisante car elle ne préjuge en rien de la structure métallurgique.
Les aciers inoxydables peuvent se corroder si l'on n'utilise pas la bonne nuance par rapport à l'environnement de la pièce (composition chimique de l'environnement, température), ou bien si la couche passive ne se forme pas avant la mise en service de la pièce : le métal est mis à nu (meulage, usinage, déformation de la pièce faisant craquer la couche passive, frottement, érosion, cavitation), mais de l'huile ou de la graisse empêche l'air d'arriver pour oxyder ; la surface est alors dite « active » ; des particules d'acier oxydable polluent la surface (pollution par le fer) : ces particules rouillent, ce qui forme des auréoles, mais peuvent aussi amorcer une corrosion de l'inox dans certains cas ; on peut avoir de la corrosion galvanique : contact de l'inox avec un métal plus noble, hétérogénéité dans l'inox, variation de concentration du milieu. On peut dire que : les aciers inoxydables ne peuvent être corrodés à froid qu'en présence d'humidité. C'est ainsi qu'ils résistent au chlore, gaz pourtant très corrosif, pourvu que ce dernier soit parfaitement sec ; une bonne utilisation des aciers inoxydables nécessite donc un métal d'une très grande homogénéité pour éviter des corrosions locales et un passage de l'état actif à l'état passif en tous les points de la surface exposée.
Histoire : découverte Les premiers alliages de fer et d'acier résistant à la corrosion furent coulés dès l'Antiquité : le pilier de fer de Delhi, érigé sous ordre de Kumarâgupta au , subsiste encore de nos jours en parfait état. Cependant, une distinction doit être faite dans le vocabulaire : ces alliages devaient leur résistance à leur haute teneur en phosphore, et non en chrome. Il ne s'agissait donc pas d'aciers inoxydables dans le sens que l'on donne actuellement au terme. Dans ces alliages et sous des conditions climatiques favorables, il se forme en surface une couche de passivation d'oxyde de fer et de phosphates qui protège le reste du métal bien mieux qu'une couche de rouille.
Les premiers aciers résistants à base de chrome furent développés par le métallurgiste français Pierre Berthier, qui remarqua leur résistance à certains acides et imagina leur application en coutellerie. Cependant, à l'époque, on n'utilisait pas les bas taux en carbone et haut taux en chrome couramment utilisés dans les aciers inoxydables modernes, et les alliages obtenus alors, trop riches en carbone, étaient trop fragiles pour avoir un véritable intérêt.
En 1878, les établissements Jacob Holtzer« Unieux (42) – Établissements Jacob Holtzer », sur le site jetons-monnaie.net. situés à Unieux (Loire) commencent la production industrielle d'aciers au creuset chromés. Pour autant, seules de meilleures caractéristiques mécaniques sont alors recherchées, la corrosion intéressant peu les métallurgistes. Ainsi, en 1890, à ce sujet, Henry Marion Howe se contente de rapporter que .
Dans les années 1890, l'Allemand Hans Goldschmidt développa et breveta un procédé appelé la thermite qui permettait d'obtenir du fer sans carbone. Entre 1904 et 1911, divers chercheurs, notamment le Français Léon Guillet, mirent au point différents alliages que l'on pourrait aujourd'hui considérer comme inoxydables. En 1911, l'Allemand Philip Monnartz mettait en évidence l'influence du taux en chrome des alliages et leur résistance à la corrosion.
Enfin, en 1913, l'Anglais Harry Brearley des laboratoires Brown-Firth (Sheffield, Angleterre), en travaillant sur l'érosion dans les canons d'armes à feu, développa un acier qu'il baptisa rustless (« sans rouille ») : il s'aperçut que des échantillons polis en vue d'examens de laboratoire ne subissaient pas d'oxydation. Cet acier sera ensuite rebaptisé stainless (« sans tache », ou « pur »), ce sera officiellement le premier acier à porter le nom d'« inoxydable » ; Brearley entra dans l'histoire comme leur inventeur. Il s'agissait alors d'un acier inoxydable martensitique (0,24 % en carbone et 12,8 % en chrome). Cependant, d'autres aciers comparables avaient été développés en Allemagne par et qui élaboraient un acier inoxydable austénitique (21 % de chrome et 7 % de nickel) pour Krupp AG. Aux États-Unis, Christian Dantsizen et Frederick Becket lancèrent déjà la fabrication industrielle d'acier inoxydable ferritique. En 1908, Krupp avait déjà construit des navires à coque en acier inoxydable chrome-nickel.
En 1924, , qui succéda à Harry Brearley à la tête des laboratoires Brown-Firth, élabora l'acier « 18/8 » (18 % en masse de chrome et 8 % en nickel) qui est probablement le représentant le plus utilisé des aciers inoxydables fer-nickel-chrome.
En 1925 est mis au point le Procédé Ugine-Perrin dans les usines savoyardes de la Société d'électrochimie, d'électrométallurgie et des aciéries électriques d'Ugine, future Ugitech, une méthode permettant d'obtenir un acier inoxydable à la fois pur, fiable et bon marché, par agitation des aciers avec des laitiers préalablement fondus, pour obtenir une épuration complète des aciers.
Principales nuances d'aciers inoxydables Pour être classé dans la catégorie inoxydable, un acier doit contenir au moins 10,5 % de chrome (Norme EN 10020).
Les principales familles d'aciers inoxydables sont les suivantes : ferritique : fer-chrome, carbone < 0,1 %, ferromagnétique (« magnétique »). La nuance la plus courante est l'EN DIN 1.4016 (AISI 430). Le chrome et le molybdène augmentent la résistance à la corrosion. Le titane et le niobium améliorent la soudabilité ; martensitique : fer-chrome, carbone > 0,1 %, ferromagnétique (« magnétique »), apte à la trempe ; austénitique : fer-chrome-nickel, carbone < 0,1 % (y compris nuance DIN 1.4301 / AISI 304, souvent appelée 18/8 ; 18/10), paramagnétique (« amagnétique ») à l'état de livraison. C'est plus de 65 % de l'utilisation d'acier inoxydable ; duplex : fer-chrome-nickel, structure mixte austénitique-ferritique, magnétique (la nuance la plus connue est l'EN DIN 1.4462). Ces aciers présentent en général des caractéristiques mécaniques supérieures et une meilleure résistance à la corrosion que la plupart des nuances courantes austénitiques et ferritiques.
Les plus courants (analyses chimiques : en % pondéral) sont :