Production de l'acier inoxydable : de l'aciérie au produit fini

De l'aciérie à l'usine, comment l'inox de qualité est fabriqué

Nous fabriquons de l'acier depuis mille ans, mais l'inox est un nouveau venu. Inventé en 1913 par Harry Brearley, métallurgiste britannique. Chimistes, ingénieurs, scientifiques des matériaux expérimentent depuis. Alliage résistant à la rouille, il offre les propriétés de l'acier avec la résistance à la corrosion de l'aluminium, à moindre coût. Au début, utilisémostly en petites applications : pièces de compteurs d'eau, pompes, excellente coutellerie. Aujourd'hui, aussi matériau structurel pour bâtiments, en bien plus grandes quantités.

Deux façons de faire un objet en inox : à partir de pièces brutes martelées, laminées, assemblées ; ou par coulée d'acier fondu dans un moule façonné comme le produit final. La méthode la plus efficace dépend du produit et de son usage.

Le processus de production de l'acier inoxydable

Processus multi-étapes : ferraille fondue, coulée en forme solide, traitement thermique, nettoyage, polissage.

• Fusion et coulée
• Formage
• Traitement thermique
• Décalaminage
• Écrouissage
• Découpe ou usinage
• Finition

Fusion et coulée

Acier et métaux d'alliage chargés dans un four à arc électrique. Chauffé à température spécifique au-dessus du point de fusion, généralement > 1 540 °C (2 800 °F). Vu les températures extrêmes, précision et volumes importants, l'étape de fusion dure généralement 8–12 heures. Techniciens vérifient régulièrement température du bain et composition chimique.

Une fois l'alliage complètement fondu, le mélange est affiné. Argon et oxygène injectés dans le four, convertissant impuretés en gaz et en scories pour élimination facile. Pour la plupart applications, l'acier affiné est coulé en formes : brames, billettes, blooms, barres, tubes ronds. Matériaux bruts pour produits forgés. Fonderies peuvent couler l'inox directement en forme finale via moule au design. Cette forme subira éventuellement un usinage comme finition plutôt qu'étape de fabrication.

Formage

La plupart de l'acier coulé est formé par laminage à chaud — brame, bloom ou billette chauffée et passée dans de grands laminoirs, étirant l'acier en forme plus longue et mince. Laminage à chaud au-dessus de la température de recristallisation. Chaque brame forme tôle, plaque ou bande ; blooms et billettes forment fils et barres.

Le laminage à froid utilisé quand dimensions précises ou brillance supérieure requises. Se fait sous température de recristallisation. Utilise petits diamètres de roues avec séries de roues d'appui pour créer larges tôles d'inox lisses à tolérances serrées.

Traitement thermique

Renforce l'acier laminé par recristallisation de la microstructure déformée. La plupart de l'inox est traité par recuit. Chauffé à température exacte au-dessus de sa température de cristallisation, refroidi lentement sous conditions contrôlées. Ce processus soulage les contraintes internes et adoucit l'inox. Température, temps et taux de refroidissement du recuit impactent les propriétés de l'acier final.

Décalaminage

Une pièce laminée acquiert une couche d'oxyde « calamine d'usine » qu'il faut éliminer pour restaurer une finition brillante. La calamine est généralement retirée par moyens chimiques : nettoyage électrolytique et décapage. Décapage : immersion dans bain acide nitrique-hydroflurique. Nettoyage électrolytique : cathode et acide phosphorique pour faire passer courant sur surface inox. Le métal décalaminé finit par rinçage haute pression, laissant une finition brillante.

Écrouissage

Processus de renforcement du matériau par déformation. Les aciers inoxydables s'écrouissent rapidement, taux exact selon grade. Les aciers austénitiques s'écrouissent plus facilement que les autres grades.

Découpe ou usinage

L'inox est découpé aux forme et dimensions spécifiées. Cisaillement couteaux circulaires, sciage lames haute vitesse, poinçonnage. Méthodes alternatives : flamme, plasma, jet d'eau.

Pour objets coulés en fonderie déjà proches forme finale, cette étape peut se limiter à nettoyer lignes de jointure, amener mesures à tolérances précises, ou créer finition de surface.

Finition

L'inox peut avoir une grande variété de finitions de surface. Le choix n'est pas purement esthétique. Certaines finitions rendent l'inox plus résistant à la corrosion, plus facile à nettoyer, ou plus aisément utilisable en fabrication. Le type de finition est déterminé par l'application visée.

Les finitions de surface sont le résultat combiné des procédés de fabrication et de finition. Laminage à chaud, recuit, décalaminage = finition mate. Laminage à chaud suivi laminage à froid sur rouleaux polis = finition brillante. Combinaison laminage à froid, recuit, polissage surface fine = surface réfléchissante. Une gamme d'équipements meulage, polissage, brossage, sablage est utilisée pour finir les surfaces inox.

Contrôle qualité et inspection

Bien que des contrôles en cours de process existent tout au long de la fabrication, ils ne suffisent généralement pas aux normes internationales de qualité. Avant expédition, chaque lot doit subir essais chimiques et mécaniques pour vérifier la conformité aux spécifications.

Essais mécaniques

Mesurent la capacité physique de l'inox à supporter charges, contraintes, chocs. Incluent essais de traction, Brinell, ténacité décrits dans propriétés mécaniques.

Essais chimiques

Vérifient la chimie exacte d'un échantillon avant certification du grade. Généralement par analyse spectrochimique non destructive. La résistance à la corrosion est cruciale pour les inox. Aciéries testent et mesurent par brouillard salin — plus l'acier reste intact longtemps après exposition, plus la résistance est élevée.

Production mondiale d'acier inoxydable

Après l'invention, ingénieurs et inventeurs trouvèrent vite des applications. Coutellerie en production 5 ans après la découverte de Brearley. En 1926 (13 ans), débuts en implants chirurgicaux. 1935 : premier avion revêtu inox. Efforts de guerre augmentèrent la capacité de fabrication.

Entre 2005 et 2018, la production mondiale a doublé, à 50,7 millions de tonnes métriques. La Chine est le premier producteur mondial.

En tant que nouveau venu dans les matériaux de construction, l'inox a encore des possibilités. Innovations comme l'inox duplex encore en cours. Comme de nouvelles chimies sont explorées, de nouveaux grades d'inox continueront d'être découverts, pour applications pas encore imaginées.