Comprendre la corrosion de l'acier au carbone : Causes, effets et prévention

Selon l'ISO 8044:2010, « la corrosion est l'interaction physico-chimique entre un métal et son environnement, qui entraîne des changements dans les propriétés du métal et qui peut conduire à une altération fonctionnelle significative du métal, de l'environnement, ou du système technique dont ils font partie ». La corrosion est observée lorsqu'il y a un changement dans les propriétés du métal ou du système qui peut mener à un résultat indésirable. Cela peut aller simplement de la détérioration visuelle à la défaillance complète de systèmes techniques qui causent de gros dommages économiques et présentent même un danger pour les personnes.

La corrosion peut être définie au sens large comme la destruction ou la détérioration du métal par réaction chimique et électrochimique directe avec son environnement. Le plus simplement énoncé, la corrosion métallique est l'inverse du placage électrolytique. Le métal en cours de corrosion forme l'anode tandis que la cathode est celle qui est plaquée. La corrosion métallique se produit car dans de nombreux environnements, la majorité des métaux ne sont pas intrinsèquement stables et tendent à revenir à quelque combinaison plus stable dont les minerais métalliques tels que trouvés dans la nature sont des exemples familiers.

L'acier au carbone est le matériau d'ingénierie le plus largement utilisé. Il a une résistance à la corrosion relativement limitée. Le coût de la corrosion de l'acier au carbone pour l'économie totale est très élevé. Puisque les aciers au carbone représentent la plus grande classe unique d'alliages en usage, tant en termes de tonnage que de coût total, la corrosion des aciers au carbone est un problème d'une importance pratique énorme. Dans l'acier au carbone, le processus de corrosion typique peut être considéré comme la réaction inverse thermodynamiquement favorisée du processus de production du métal (extraction) comme montré à la Figure 1.

Figure 1 : Réaction chimique du fer pendant la corrosion et réaction d'extraction du métal

L'acier au carbone (qui inclut les aciers doux) a par nature une teneur en alliage limitée, généralement moins de 2 % en poids pour le total de tous les ajouts. Malheureusement, ces niveaux d'addition ne produisent généralement aucun changement remarquable dans le comportement de corrosion général. Une exception possible à cette déclaration est les aciers auto-patinables, dans lesquels de petites additions de cuivre, chrome, nickel, et/ou phosphore produisent des réductions significatives du taux de corrosion dans certains environnements. Aux niveaux des divers éléments dans lesquels ils sont présents dans l'acier au carbone, les éléments n'ont pas d'effet significatif sur le taux de corrosion dans l'atmosphère, les eaux neutres, ou les sols. Seulement dans le cas de l'attaque acide, un effet est observé. Dans ce cas, la présence de phosphore et de soufre augmente markedly le taux d'attaque. En effet, dans les systèmes acides, les fers purs semblent montrer la meilleure résistance à l'attaque.

Les réactions de corrosion ont lieu lorsque les conditions sont thermodynamiquement en faveur des réactions chimiques. Lorsque cela se produit, alors des facteurs potentiels autres pilotent la vitesse de la réaction (cinétique de la réaction). Le taux de corrosion est hautement dépendant de l'environnement dans lequel les aciers au carbone sont utilisés. En résolvant un problème de corrosion particulier, un changement dramatique dans le taux d'attaque peut souvent être atteint en modifiant l'environnement corrosif. Puisque la corrosion est un phénomène si multifacette, il est généralement utile d'essayer de catégoriser les divers types basés sur la base environnementale, telle que la corrosion atmosphérique, la corrosion aqueuse, la corrosion dans les sols, le béton, et les chaudières, etc.

Types de réactions de corrosion

Il y a une distinction entre les types de corrosion qui décrivent normalement l'interaction entre le métal et l'environnement, et les formes de corrosion qui décrivent l'apparence phénoménologique.

Réaction chimique

C'est une réaction typique de corrosion chimique qui se produit à hautes températures, où le métal réagit avec des gaz chauds et forme une couche d'oxyde.

Réaction métallophysique

L'exemple de la réaction métallophysique est la fragilisation causée par l'hydrogène qui diffuse dans le métal, menant potentiellement à la défaillance d'un composant. La fragilisation peut être le résultat d'un processus de fabrication négligent. Elle peut également être initiée par des processus de corrosion (dissolution du métal) tels que la fissuration assistée par l'hydrogène induite par la corrosion.

Réaction électrochimique

C'est le type le plus commun de réaction de corrosion. La réaction implique un échange électrique par le biais d'électrons dans le métal et d'ions dans un électrolyte conducteur, tel qu'un film d'eau sur sa surface.

La réaction globale peut être séparée en deux réactions partielles : (i) la dissolution du métal, aussi connue sous le nom d'oxydation ou réaction anodique (Fe = Fe2+ + 2 e-), et (ii) la réduction ou réaction cathodique, une réaction impliquant principalement l'oxygène présent dans l'air avec l'eau (O2 + 2 H2O + 4 e- = 4 OH-). Ces deux réactions partielles peuvent avoir lieu sur la surface du métal dans une distribution assez homogène menant à une attaque uniforme ou peuvent se produire localement et séparément, menant à des formes localisées de corrosion telles que la corrosion par piqûres.

Le mécanisme et la nature électrochimique de la réaction de corrosion définissent les exigences nécessaires pour que la corrosion ait lieu (Figure 2). Ces exigences sont : (i) un métal conducteur, (ii) un électrolyte (un film mince d'humidité sur la surface est déjà suffisant), et (iii) l'oxygène pour la réaction cathodique.

Figure 2 : Réactions de corrosion dans l'acier au carbone

La figure 2 montre également le mécanisme de corrosion de base du fer sous une goutte d'eau. Les réactions de dissolution du fer et de réduction de l'oxygène ont lieu avec une légère séparation sur la surface, et leurs produits (ions Fe et ions OH) réagissent dans la goutte d'eau pour former de la rouille rouge (produit de corrosion). Le modèle simple de la réaction de corrosion de la Figure 2 explique de nombreuses formes de corrosion et permet aussi de déduire des mesures pour réduire la corrosion. En empêchant ou en ralentissant l'une des réactions partielles, le taux de corrosion global peut être réduit.

Formes de corrosion

Il y a six formes principales de corrosion (Figure 3). Ce sont : (i) corrosion uniforme / piqûres superficielles, (ii) corrosion par piqûres, (iii) fissuration induite par l'environnement, (iv) corrosion de crevasse, (v) corrosion inter-cristalline (inter-granulaire), et (vi) corrosion galvanique.

Figure 3 : Formes de corrosion

Corrosion uniforme / piqûres superficielles

La corrosion uniforme est une forme de corrosion où la surface est enlevée presque uniformément. Les réactions partielles (dissolution du métal et réduction de l'oxygène) sont statistiquement distribuées sur la surface, menant à une dissolution plus ou moins homogène du métal et à une formation uniforme de produits de corrosion (ex. rouille rouge sur l'acier au carbone). L'étendue de cette forme de corrosion peut normalement être bien estimée sur la base de l'expérience antérieure. Le taux de corrosion est normalement donné en micromètres par an. En utilisant ces valeurs moyennes, il est possible de calculer l'espérance de vie d'un composant, et ainsi d'augmenter son espérance de vie en augmentant son épaisseur.

La corrosion uniforme a lieu sur l'acier au carbone non protégé et sur l'acier zingué sous conditions atmosphériques. En réalité, une attaque de corrosion purement homogène est peu susceptible de se produire. Il y a toujours des zones, surtout sur les pièces d'acier complexes, qui corrodent plus vite que d'autres, menant à une surface plus ou moins rugueuse avec un revêtement irrégulier de produits de corrosion.

Corrosion par piqûres

La corrosion par piqûres est une forme localisée de corrosion qui mène à la création de petits trous ou piqûres dans l'acier. Cette forme de corrosion se trouve principalement sur les métaux passifs qui doivent leur résistance à la corrosion à une mince couche d'oxyde sur la surface avec une épaisseur de seulement quelques nanomètres. Le processus d'initiation de la corrosion commence avec une rupture locale de la couche passive. L'attaque corrosive locale peut être initiée sur les aciers, par exemple, par des ions chlorure. La corrosion par piqûres peut être assez problématique. Alors que la corrosion uniforme peut être vue clairement sur la surface, la corrosion par piqûres apparaît souvent seulement comme de petits trous d'épingle sur la surface. La quantité de matériau enlevé sous les trous d'épingle est généralement inconnue, car des cavités cachées peuvent se former, rendant la corrosion par piqûres plus difficile à détecter et à prédire. Techniquement, il n'y a pas de moyen raisonnable de contrôler la corrosion par piqûres. Cette forme de corrosion doit être exclue dès le départ par des considérations de conception et l'utilisation du bon matériau.

Figure 4 : Phases de la corrosion par piqûres et facteurs nécessaires pour la fissuration induite par l'environnement

Fissuration induite par l'environnement

Il y a deux types de fissuration induite par l'environnement. Ce sont : (i) la fissuration par corrosion sous contrainte, et (ii) la fissuration assistée par l'hydrogène (Figure 4).

La fissuration par corrosion sous contrainte est un processus combiné mécanique et électrochimique de corrosion qui résulte en la fissuration de certains matériaux. Elle peut mener à une défaillance fragile soudaine et inattendue de métaux normalement ductiles soumis à des niveaux de contrainte bien en dessous de leur limite d'élasticité. Les contraintes internes dans un matériau peuvent être suffisantes pour initier une attaque de fissuration par corrosion sous contrainte.

La fissuration par corrosion sous contrainte n'est pas simplement un chevauchement de la corrosion et des contraintes mécaniques, mais peut être comprise comme un processus auto-catalytique, auto-accélérant menant à des taux élevés de dissolution du métal (réaction anodique). Initialement, une petite piqûre se forme et se développe en une fissure due à la contrainte appliquée ou résiduelle dans le matériau. La formation de la fissure ouvre une nouvelle surface métallique active (non passive), qui corrode à nouveau très facilement. Cela mène à une propagation supplémentaire de la fissure et à nouveau à l'exposition de nouvelles surfaces métalliques hautement actives dans la fissure. La dissolution du métal dans la fissure avance rapidement jusqu'à ce que la défaillance mécanique se produise.

La fissuration par corrosion sous contrainte est une forme de corrosion hautement spécifique qui se produit seulement lorsque les trois exigences différentes suivantes sont remplies en même temps (Figure 4) : (i) mécanique (charge, contrainte), (ii) matériau (alliage sensible, ex. acier), et (iii) environnement (hautement corrosif, chlorures). Il est bien connu que certaines nuances d'acier peuvent souffrir de fissuration par corrosion sous contrainte dans des environnements sévères tels que les piscines intérieures. Dans la plupart de ces cas, la corrosion est initiée par les chlorures attaquant la couche passive.

La fissuration assistée par l'hydrogène est causée par la diffusion d'atomes d'hydrogène dans l'acier. La présence d'hydrogène dans le réseau affaiblit l'intégrité mécanique du métal et mène à la croissance de fissures et à la rupture fragile à des niveaux de contrainte en dessous de la limite d'élasticité. Comme la fissuration par corrosion sous contrainte, elle peut mener à une défaillance soudaine de pièces en acier sans aucun signe d'avertissement détectable. Dans les applications courantes, les dommages par l'hydrogène sont généralement seulement pertinents pour l'acier à haute résistance avec une résistance à la traction d'environ 1 MPa ou plus.

Comme pour la fissuration par corrosion sous contrainte, trois conditions différentes (Figure 4) doivent être présentes en même temps. Ce sont : (i) mécanique (charge, contrainte), (ii) matériau (structure de dureté), (iii) environnemental (hydrogène externe, hydrogène interne).

La source d'hydrogène peut être le processus de production tel que la fabrication d'acier, le décapage et le galvanoplastie (hydrogène primaire). Une source secondaire peut être l'hydrogène formé pendant un processus de corrosion. Pendant le processus de corrosion, l'hydrogène est formé et diffuse dans le matériau. Cette absorption d'hydrogène mène à une diminution de la ténacité ou de la ductilité de l'acier.

Corrosion de crevasse

La corrosion de crevasse fait référence à la corrosion se produisant dans les fissures ou crevasses formées entre deux surfaces (faites du même métal, de métaux différents, ou même d'un métal et d'un non-métal). Ce type de corrosion est initié par l'entrée restreinte de l'oxygène de l'air par diffusion dans la zone de crevasse menant à différentes concentrations d'oxygène dissous dans l'électrolyte commun (la soi-disant cellule d'aération). À nouveau, les deux réactions partielles ont lieu sur différentes parties de la surface. La réduction de l'oxygène a lieu dans les zones extérieures avec des concentrations d'oxygène plus élevées facilement accessibles par l'air environnant, alors que la dissolution anodique du métal se produit dans la zone de crevasse résultant en une attaque localisée (ex. piqûres). Elle peut également se produire sous les rondelles ou joints, lorsque l'entrée d'eau en dessous n'est pas empêchée.

Il y a des limites inférieures et supérieures à la taille d'une crevasse dans laquelle la corrosion peut être induite. Si la crevasse est trop serrée, aucun électrolyte pour la corrosion n'est introduit. Si la crevasse est trop large pour réduire l'entrée d'oxygène, la cellule d'aération et par conséquent les différentes concentrations d'oxygène ne peuvent pas se développer. Cependant, la largeur critique de crevasse dépend de plusieurs facteurs tels que le type d'aciers impliqués, l'environnement corrosif et les cycles mouillé/sec.

Corrosion inter-cristalline (inter-granulaire)

La corrosion inter-cristalline est une forme spéciale de corrosion localisée, où l'attaque corrosive a lieu dans un chemin assez étroit préférentiellement le long des joints de grain dans la structure du métal. L'effet le plus commun de cette forme de corrosion est une désintégration mécanique rapide (perte de ductilité) du matériau. Normalement, elle peut être prévenue en utilisant le bon matériau et le processus de production.

Un exemple bien connu est la soi-disant sensibilisation de l'acier inoxydable. Lorsque certaines nuances de ce matériau sont maintenues à une température dans la gamme de 500 °C à 800 °C pendant un temps considérable, ex. pendant un processus de soudage, des carbures riches en chrome sont formés, résultant en un appauvrissement en chrome aux joints de grain. Par conséquent, les joints de grain possèdent un degré de résistance à la corrosion inférieur au matériau résiduel, menant à une attaque corrosive localisée.

Corrosion galvanique (de contact)

La corrosion galvanique fait référence aux dommages de corrosion où deux métaux dissemblables ont une connexion électriquement conductrice et sont en contact avec un électrolyte corrosif commun. Dans le modèle électrochimique de la corrosion, l'une des deux réactions partielles (dissolution anodique du métal et réduction cathodique de l'oxygène) a lieu presque exclusivement sur un métal. Normalement, le métal moins noble est dissous (dissolution anodique du métal), tandis que la partie plus noble n'est pas attaquée par la corrosion (sert seulement de cathode pour la réduction de l'oxygène). Là où la corrosion galvanique a lieu, le taux de corrosion du métal moins noble est plus élevé que dans un environnement de corrosion libre sans contact avec un autre métal.

En utilisant des données thermodynamiques et en tenant compte de l'expérience commune acquise dans des applications typiques, il est possible de prédire quelles combinaisons de matériaux sont affectées par la corrosion galvanique. Un exemple positif du phénomène de corrosion galvanique est la façon dont le zinc protège les aciers au carbone et faiblement alliés. Le zinc est le métal moins noble qui protège activement l'acier en se corrodant lui-même.

Corrosion atmosphérique de l'acier au carbone

La corrosion de l'acier au carbone dans l'atmosphère et dans de nombreux environnements aqueux est mieux comprise du point de vue de la formation et de la rupture de film. C'est un fait inévitable que le fer en présence d'oxygène et/ou d'eau est thermodynamiquement instable par rapport à ses oxydes. Ainsi, la question n'est jamais de savoir si l'acier va corroder, mais plutôt à quel taux. En l'absence de formation de film et avec un environnement constant, on doit s'attendre à ce que le taux d'oxydation soit constant. D'autre part, si le film de produit de corrosion qui se forme isole l'acier de l'environnement corrosif, alors un taux de corrosion nul est attendu après la période initiale de formation de film. Un film adhérent serré qui ne permet que le transfert par diffusion des réactifs est caractérisé par un taux de corrosion qui diminue avec la racine carrée du temps d'exposition. Puisque les idéalisations ci-dessus sont rarement rencontrées dans la corrosion des aciers au carbone, il est évident que d'autres facteurs qui tendent à perturber la formation stable de film sont opérants. Ces facteurs peuvent être externes, tels que l'érosion par le vent ou la pluie, ou ils peuvent être internes au film lui-même, tels que les contraintes causées par les volumes spécifiques différents du métal et de l'oxyde.

La corrosion du fer dans l'atmosphère se fait par la formation d'oxydes hydratés. Les réactions de demi-pile peuvent être exprimées par les équations : (i) 1/2 O2 + H2O + 2e- = 2(OH)- (cathodique), et (ii) Fe = Fe2+ + 2e- (anodique). D'autres réactions peuvent alors se produire, telles que : (i) Fe2+ + 2(OH)- = Fe(OH)2, et (ii) 2Fe(OH)2 + H2O + 1/2 O2 = 2Fe(OH)3.

Les oxydes hydratés peuvent perdre de l'eau pendant les périodes sèches et revenir aux oxydes ferreux et ferriques anhydres. En outre, une couche de magnétite (Fe3O4) ou FeO·Fe2O3 se forme souvent entre les couches d'oxyde de fer (FeO) et d'hématite (Fe2O3). En réalité, les divers oxydes et hydroxydes de fer forment un système de composés plutôt compliqué. Le composé FeOOH a été trouvé exister sous trois formes cristallines différentes plus une forme amorphe. L'occurrence des divers types d'oxydes dépend du pH, de la disponibilité de l'oxygène, des divers polluants atmosphériques, et de la composition de l'acier au carbone, comme dans les aciers auto-patinables contenant du cuivre et du phosphore. La nature réelle du film de corrosion est importante car FeO et FeOOH semblent être plus adhérents que Fe3O4 et Fe2O3, et donc plus susceptibles de ralentir l'attaque corrosive, mais les oxydes supérieurs et oxy-hydroxydes sont plus enclins à l'écaillage.

Puisqu'il y a une variation substantielle dans les taux de corrosion des aciers au carbone dans différents environnements atmosphériques (rural, urbain, industriel, et marin, etc.), il est seulement logique de déterminer lesquels des facteurs qui contribuent à ces différences. Bien que la prédiction de la corrosivité ne soit pas possible, il apparaît que l'humidité, la température, et les niveaux de chlorure, sulfate, et probablement d'autres polluants atmosphériques présents exercent chacun une influence sur le taux de corrosion des aciers au carbone.

Effets de l'humidité et des polluants atmosphériques

Puisque la corrosion atmosphérique est un processus électrolytique, la présence d'un électrolyte est nécessaire. Cela ne signifie pas que la surface de l'acier doit être submergée d'eau. En fait, un film d'eau absorbé très mince est tout ce qui est nécessaire. Pendant une exposition réelle, l'acier passe une certaine portion du temps submergé d'eau à cause de la pluie ou des éclaboussures et une portion du temps couvert d'un film d'eau adsorbé mince. La portion du temps passée couverte du film d'eau mince dépend assez fortement de l'humidité relative aux lieux d'exposition. Diverses études ont montré que le temps de mouillage, bien qu'un facteur important, ne peut pas être considéré isolément lors de l'estimation des taux de corrosion. Un exemple de ce fait est montré à la Figure 5, dans laquelle le gain de poids du fer est tracé en fonction de l'humidité relative pour une exposition de 55 jours dans une atmosphère contenant 0,01 % de dioxyde de soufre. Dans le coin inférieur droit de la Figure 5 se trouve le taux de corrosion mesuré pour le fer exposé pendant le même temps dans un environnement sans dioxyde de soufre à 99 % d'humidité relative.

Une autre caractéristique d'intérêt est l'existence apparente d'un niveau critique d'humidité en dessous duquel le taux de corrosion est faible. L'humidité critique dans un environnement contenant du dioxyde de soufre est d'environ 60 %. Ce comportement contraste avec celui de l'acier en contact avec des particules de sel marin, comme montré à la Figure 5. Dans la Figure 5, le taux de corrosion montre une augmentation constante avec l'augmentation de l'humidité. Bien qu'il y ait une rareté de données, il semble raisonnable que les oxydes d'azote dans l'environnement montrent également un effet accélérateur sur la corrosion de l'acier au carbone. En effet, tout constituant atmosphérique gazeux capable d'une forte activité électrolytique est suspecté d'être capable d'augmenter le taux de corrosion de l'acier au carbone. En bref, on peut voir qu'il y a un effet accélérateur des ions chlorure sur la corrosion atmosphérique.

Figure 5 : Effet de l'humidité relative sur la corrosion des aciers au carbone

Protection contre la corrosion des aciers au carbone

La protection contre la corrosion (Figure 6) est souvent une considération nécessaire dans la sélection de l'acier au carbone pour une application structurelle donnée. La corrosion peut réduire la capacité de charge d'un composant soit en réduisant généralement sa taille (section transversale) ou par piqûres, qui non seulement réduit la section transversale efficace dans la région piquée mais introduit aussi des concentrateurs de contrainte qui peuvent initier des fissures. Évidemment, toute mesure qui réduit ou élimine la corrosion prolonge la vie d'un composant et augmente sa fiabilité. L'économie, les conditions environnementales, le degré de protection nécessaire pour la durée de vie projetée de la pièce, les conséquences d'une défaillance de service inattendue, et l'importance de l'apparence sont les principaux facteurs qui déterminent non seulement si une pièce en acier a besoin d'être protégée contre la corrosion mais aussi la méthode la plus efficace et économique d'atteindre cette protection.

Figure 6 : Protection contre la corrosion de l'acier

Il y a deux méthodes pour minimiser la corrosion des aciers. La première est de séparer les phases réactives, et la seconde est de réduire la réactivité des phases réactives. La séparation des phases réactives peut être accomplie par des revêtements métalliques, inorganiques ou organiques, et des inhibiteurs formateurs de film. La réactivité peut être réduite par l'alliage, la protection anodique ou cathodique, et le traitement chimique de l'environnement. Certaines méthodes de protection combinent deux ou plusieurs formes.

Dans la plupart des environnements, le taux de corrosion de l'acier au carbone est typiquement d'environ 20 micromètres par an dans une atmosphère rurale extérieure et montant à plus de 100 micromètres par an dans les environnements côtiers. Il est normalement trop élevé pour une application satisfaisante. La conception du produit ne prend généralement pas en compte une perte de matériau de base. Par conséquent, des solutions de protection contre la corrosion rentables sont nécessaires pour l'acier au carbone. Dans des environnements alcalins, cependant, l'acier reste normalement stable. Cela explique pourquoi, par exemple, les barres d'armature en acier au carbone sont déjà très bien protégées contre la corrosion dans l'environnement alcalin du béton environnant.

Protection par revêtement de l'acier au carbone

Plusieurs types de revêtements sont appliqués pour améliorer la résistance à la corrosion des aciers au carbone. Les pratiques de revêtement vont de l'huilage pour une protection temporaire à faible coût à la déposition en phase vapeur pour une résistance à long terme à la corrosion, à la chaleur, et à l'usure. Pour des raisons économiques, le degré de protection désiré doit être déterminé avant de sélectionner un revêtement.

Une protection temporaire efficace pendant l'expédition ou le stockage peut être obtenue en revêtant l'acier au carbone d'huile minérale, de solvants combinés avec des inhibiteurs, d'émulsions de revêtements à base de pétrole, ou de cires. Ces types de revêtements sont appliqués après le décapage acide ou entre les séquences de revêtement. Ces revêtements ne sont pas censés fournir une protection contre la corrosion à long terme.

La préparation de surface est importante pour tous les processus de revêtement. Tout oxyde sur la surface de l'acier doit être enlevé par décapage ou grenaillage. Le dégraissage est nécessaire après l'enlèvement de l'oxyde ou lorsque l'acier a reçu un revêtement temporaire, et il peut être accompli par plusieurs moyens. Idéalement, la première étape du processus de revêtement doit être commencée immédiatement après le nettoyage.

Procédés de revêtement

Ces procédés sont utilisés pour appliquer des revêtements de zinc, aluminium, plomb, étain, et certains alliages de ces métaux sur les aciers au carbone. Le procédé de trempage à chaud consiste à immerger l'acier dans un bain fondu du métal de revêtement.

Le revêtement de zinc ou la galvanisation est un bon choix pour la protection contre la corrosion de l'acier au carbone. Plusieurs procédés appropriés sont disponibles pour l'application de revêtements de zinc sur l'acier. Le taux de corrosion du zinc est plus de dix fois inférieur à celui de l'acier, à environ 0,5 micromètre par an dans les atmosphères rurales/urbaines et montant jusqu'à environ 5 micromètres par an dans les environnements côtiers. Les faibles taux de corrosion sont le résultat de la formation de couches stables de produits de corrosion contenant des carbonates (du CO2 dans l'air) et des chlorures (s'ils sont présents dans l'atmosphère). Les conditions où la formation de tels produits de corrosion insolubles n'est pas possible mènent à des taux de corrosion beaucoup plus élevés, limitant l'adéquation du zinc comme revêtement protecteur. Celles-ci incluent les conditions permanemment humides ou l'exposition à de hautes concentrations de polluants industriels tels que le dioxyde de soufre. Dans ces environnements, des produits de corrosion solubles sont formés préférentiellement et ils peuvent être lavés par la pluie. En plus des taux de corrosion diminués, le zinc fournit également une protection cathodique ou sacrificielle à l'acier sous-jacent. Là où le rayage, l'écaillage ou tout autre dommage au revêtement de zinc expose l'acier, une forme spéciale de corrosion galvanique a lieu. Le zinc, étant un métal moins noble que l'acier, se corrode préférentiellement, aidant ainsi à maintenir la surface d'acier exposée protégée.

Les revêtements de zinc sont consommés de manière assez homogène pendant la corrosion atmosphérique. Par conséquent, dans une application donnée, le doublement de l'épaisseur du revêtement double normalement aussi le temps jusqu'à ce que le zinc soit consommé et que la rouille rouge sur le substrat d'acier se produise. Le zinc n'est pas stable dans les environnements alcalins et est facilement attaqué dans les solutions avec une valeur de pH de 10 ou plus.

Les méthodes de revêtement de zinc sont la galvanoplastie au zinc, la galvanisation à chaud, et la shérardisation. La shérardisation est une méthode de revêtement de zinc utilisant un processus de diffusion thermique.

Les revêtements par trempage à chaud d'aluminium (aluminisation) fournissent aux aciers au carbone une résistance à la fois à la corrosion et à la chaleur. Dans de nombreux environnements, l'aluminium protège l'acier galvaniquement à peu près de la même manière que le zinc. Les alliages zinc-aluminium et aluminium-zinc sont également appliqués à l'acier par trempage à chaud. Le chauffage de l'acier aluminisé résulte en la formation d'un composé inter-métallique fer-aluminium qui résiste à l'oxydation à des températures jusqu'à environ 800 °C. L'acier aluminisé est souvent utilisé où la résistance à la chaleur est nécessaire, par exemple, dans les systèmes d'échappement automobiles.

Les revêtements par trempage à chaud d'étain fournissent un revêtement barrière décoratif et non toxique. L'étain ne protège pas galvaniquement le substrat d'acier. Pour cette raison, des laques ou d'autres revêtements organiques sont souvent utilisés pour combler les pores dans le revêtement d'étain et fournir une protection barrière améliorée.

Les revêtements par trempage à chaud de plomb sont parfois utilisés sur l'acier qui est exposé aux fumées d'acide sulfurique ou autres environnements chimiques agressifs. La tôle ternie, un revêtement d'alliage plomb-étain, donne plus de protection que les revêtements de plomb pur et est soudable.

Les revêtements électrodéposés sont appliqués sur l'acier pour la résistance à la corrosion, l'apparence, la soudabilité, ou d'autres exigences spéciales. Une grande variété de matériaux sont électrodéposés sur l'acier, y compris le zinc, l'aluminium, le chrome, le cuivre, le cadmium, l'étain, et le nickel. Les revêtements multicouches peuvent également être appliqués par électrodéposition. Un exemple est le système de placage cuivre-nickel-chrome utilisé pour la garniture automobile brillante.

Métaux plaqués

Les aciers au carbone peuvent être liés à des matériaux plus résistants à la corrosion, tels que le cuivre et les aciers inoxydables, par collage par laminage à froid, collage par laminage à chaud, pressage à chaud, collage par explosion, et collage par extrusion. Le matériau composite lamellaire résultant a des propriétés spécifiques non obtenables dans un seul matériau.

Revêtements par projection thermique

Ces revêtements fournissent une protection efficace à long terme contre la corrosion pour les aciers dans une large gamme d'environnements corrosifs. Ils sont appliqués par l'un des plusieurs procédés, y compris la projection à la flamme de fil, la projection à la flamme de poudre, et la projection par arc électrique. Le zinc, l'aluminium, et les alliages zinc-aluminium sont les matériaux de revêtement les plus courants appliqués par techniques de projection thermique. Les aciers inoxydables austénitiques, les bronzes d'aluminium, et les matériaux de revêtement MCrAlY (où M = Co, Ni ou Co/Ni) ont également été utilisés pour des applications spécifiques. Pour une résistance maximale à la corrosion, les revêtements projetés thermiquement sont scellés avec un revêtement de finition organique. Les revêtements par projection thermique sont fréquemment utilisés pour la protection contre la corrosion dans les applications marines.

Revêtements déposés en phase vapeur

Ces revêtements sont parfois utilisés pour la protection de l'acier au carbone, bien que le coût de tels revêtements puisse être très élevé. Dans la déposition en phase vapeur, qu'il s'agisse de déposition physique en phase vapeur (PVD) ou de déposition chimique en phase vapeur (CVD), le matériau de revêtement est transporté vers le substrat sous forme d'atomes ou de molécules individuels. Une large gamme de matériaux de revêtement peut être appliquée par déposition en phase vapeur. Si appliquée à une épaisseur suffisante, le revêtement est essentiellement sans pores et dense, fournissant ainsi une excellente protection barrière. Une application bien connue pour les revêtements déposés en phase vapeur sur l'acier est les revêtements d'aluminium déposés par vapeur ionique sur les composants d'avions et aérospatiaux en acier.

Revêtements de conversion phosphatée ou chromée

Ces revêtements sont utilisés pour améliorer la résistance à la corrosion des aciers. Par eux-mêmes, ils fournissent une résistance à la corrosion légèrement meilleure que l'acier nu. Plus souvent, ils sont utilisés en conjonction avec un autre système de revêtement. Les revêtements de conversion sont appliqués après la galvanisation à chaud et fournissent une bonne protection contre la corrosion lorsqu'ils sont revêtus d'un système de revêtement organique de finition.

Dans la phosphatation, l'acier est plongé dans une solution acide contenant des sels de phosphate de métal (Zn, Fe). La solution réagit avec la surface de l'acier formant une couche microcristalline de phosphates sur la surface. Cela résulte en une surface rugueuse avec d'excellentes propriétés de rétention d'huile.

Revêtements organiques

Ces revêtements consistent en des peintures, qui sont utilisées plus souvent pour la protection contre la corrosion des aciers que tout autre type de revêtement. Correctement appliquées, les peintures fournissent une excellente protection à un coût relativement faible. Une grande variété de matériaux de revêtement et de méthodes d'application sont disponibles pour les applications des peintures.

Revêtements céramiques

Les revêtements céramiques utilisés pour protéger l'acier incluent les ciments silicates et les émaux porcelaine. Les revêtements en ciment monolithique fournissent une bonne résistance aux produits chimiques et une isolation thermique. Ils peuvent être appliqués par coulée ou pulvérisation. Les émaux porcelaine sont des revêtements en verre qui sont fusionnés sur la surface de l'acier à ou au-dessus de 425 °C pour fournir un revêtement vitreux avec une bonne résistance à la corrosion et une dureté élevée. La composition de l'émail peut être variée pour fournir des propriétés désirées, telles qu'une résistance améliorée aux alcalis.

Autres revêtements de matériaux non métalliques

Ces revêtements sont parfois utilisés comme revêtements ou revêtements intérieurs pour l'acier dans les applications de corrosion. Ceux-ci incluent les caoutchoucs (naturels et synthétiques) et autres élastomères et tels matériaux plastiques que les époxydes, phénoliques, et vinyles. Une grande variété de propriétés et de résistances à des environnements spécifiques sont disponibles. Les revêtements intérieurs en caoutchouc ont été utilisés pendant de nombreuses années dans les réservoirs de stockage en acier pour l'acide chlorhydrique et l'acide sulfurique. Les revêtements intérieurs en plastique sont employés pour les bains de placage et applications similaires.

Revêtements multicouches

Lorsque la protection contre la corrosion fournie par le revêtement métallique n'est pas suffisante, alors l'acier peut être davantage protégé par des revêtements additionnels, principalement de la peinture organique avec ou sans paillettes métalliques. Un exemple de ceci est le revêtement multicouche sur les fixations consistant en un revêtement d'alliage Zn électrodéposé avec un revêtement de finition organique additionnel.