Acier inoxydable et acier au carbone : une comparaison complète

Lorsqu'il s'agit de choisir le bon matériau pour votre projet, il est important de connaître la différence entre l'acier inoxydable et l'acier au carbone. Dans ce guide, vous vous familiariserez avec les propriétés, les avantages et les cas appropriés de leur utilisation afin de faire le bon choix.

Comprendre l'acier inoxydable et l'acier au carbone

Les deux matériaux les plus couramment utilisés dans les secteurs de la fabrication et de la construction sont l'acier inoxydable et l'acier au carbone. Mais qu'est-ce qui les différencie ? Examinons maintenant de plus près leurs compositions de base et leurs caractéristiques les plus importantes.

Acier inoxydable

Acier inoxydable est un alliage contenant au minimum 10,5% de chrome. Cette composition est la clé de sa caractéristique la plus remarquable : la résistance à la corrosion. Au contact de l'oxygène, le chrome sort sous la forme d'un film mince et invisible d'oxyde de chrome. Cette couche, également appelée « couche passive », protège le métal sous-jacent de toute corrosion supplémentaire car la diffusion de l'oxygène est limitée. 

L'acier inoxydable est également connu pour avoir plusieurs nuances dans lesquelles ils diffèrent dans leur formation d'alliage afin de conserver leurs propriétés. Certaines nuances courantes comprennent : 

• 304 : Cette nuance est l'une des plus populaires, connue pour ses excellentes qualités de résistance à l'érosion et d'autres caractéristiques mécaniques qui permettent une formation facile des produits. 
• 316 : Presque identique au 304, mais principalement utilisé dans des conditions pouvant inclure une exposition au chlorure, c'est-à-dire dans des conditions marines. 
• 430 : Il s'agit d'un acier inoxydable ferritique qui possède une excellente formabilité et présente également une bonne résistance à la corrosion aux acides nitriques.

Acier au carbone

Acier au carbone L'acier au carbone est une combinaison de fer et de carbone dont le carbone constitue l'ingrédient principal. La teneur en carbone oscille généralement entre 0,05% et 2,1% et ce pourcentage est très important et contribue aux propriétés de l'acier. L'acier au carbone, en revanche, ne contient pas beaucoup de chrome ou d'autres éléments similaires qui le rendent résistant à la corrosion comme l'acier inoxydable. 

L'acier au carbone est souvent classé en fonction de sa teneur en carbone :

• Acier à faible teneur en carbone (acier doux) : 0,05% à 0,25% de carbone
• Acier à moyenne teneur en carbone : 0,25% à 0,60%
• Acier à haute teneur en carbone : 0,60% à 2,1%

L’augmentation du pourcentage de carbone améliore également la résistance de l’acier, qui devient rigide mais moins ductile.

Principales différences entre l'acier inoxydable et l'acier au carbone

Plongeons dans les principaux facteurs qui distinguent ces deux types d’acier.

Composition

La différence fondamentale entre l'acier inoxydable et l'acier au carbone réside dans leur composition :

L'acier inoxydable contient : 

• Fer (Fe) : Le métal de base
• Chrome (Cr) : Au moins 10,5%, essentiel pour la résistance à la corrosion
• Nickel (Ni) : On le trouve normalement, mais il contribue à améliorer les propriétés de corrosion et la formabilité du matériau. 
• Autres éléments d’alliage : Ceux-ci comprennent le molybdène, le titane, le cuivre, etc., qui sont ajoutés pour améliorer certaines caractéristiques souhaitables. 

L'acier au carbone contient : 

• Fer (Fe) : Le composant principal
• Carbone (C) : 0,05% à 2,1% contrôle des propriétés de l'acier telles que sa résistance et sa dureté. 
• De petites quantités d’autres éléments : manganèse, silicium et cuivre, qui, dans de faibles quantités, ont un impact sur les caractéristiques de l’acier. 

La présence de chrome dans l'acier inoxydable est un élément qui change la donne. Le chrome réagit avec l'oxygène de l'air et crée une fine couche invisible d'oxyde de chrome à la surface, empêchant ainsi le métal de se corroder. C'est cette caractéristique d'auto-réparation qui confère à l'acier inoxydable son niveau de résistance à la corrosion beaucoup plus élevé.

Résistance à la corrosion

En matière de lutte contre la rouille et la corrosion, l'acier inoxydable est le grand gagnant. Voici pourquoi :

Acier inoxydable: Dans l'acier inoxydable, le chrome se transforme en une couche d'oxyde. Si cette couche est rayée, elle se forme immédiatement et protège le métal contre la rouille. Cela le rend adapté à une utilisation dans des conditions difficiles telles que les zones proches des mers et dans les entreprises chimiques. 

Acier au carbone : Lorsque le chrome est éliminé de l'acier au carbone, il devient beaucoup plus vulnérable à la rouille et à la corrosion. En réagissant avec l'humidité et l'oxygène, il se transforme en oxyde de fer ou rouille, ce qui affaiblit la structure du métal à long terme. 

Si la résistance à la corrosion des structures est particulièrement importante, l'acier inoxydable est généralement le matériau privilégié. Toutefois, dans les cas où le projet ne requiert pas une résistance élevée à la corrosion mais souhaite économiser sur les coûts d'approvisionnement en matériaux, l'acier au carbone peut être une option appropriée.

Résistance et durabilité

L'acier inoxydable et l'acier au carbone offrent tous deux une résistance impressionnante, mais ils brillent dans des domaines différents :

Acier inoxydable: 

1. La plupart du temps, il offre une résistance à la traction supérieure à celle de l'acier au carbone, c'est-à-dire qu'il est plus incroyablement capable de supporter les contraintes avant de se briser. 
2. Il contient plus de ductilité que l'acier au carbone, ce qui lui permet de se plier sans se casser.
3. Il présente une meilleure résistance à la traction à haute température que les autres aciers au carbone. 
4. Le durcissement par écrouissage des nuances d'acier inoxydable telles que 304 et 316 peut augmenter la résistance du matériau par travail à froid. 
5. Excellent rapport résistance/poids, il peut donc être utilisé là où le poids est un facteur déterminant. 

Acier au carbone : 

1. Dans de nombreux cas, il possède une limite d'élasticité supérieure à celle de l'acier inoxydable, il peut donc supporter davantage de contraintes avant de se déformer complètement. 
2. Généralement plus résistant que l’acier inoxydable et peut donc résister à l’usure dans certaines applications. 
3. Peut être facilement traité thermiquement pour augmenter considérablement sa résistance ainsi que sa dureté. 
4. Les aciers à haute teneur en carbone peuvent atteindre des niveaux de résistance très élevés, mais au prix d’une ductilité réduite.

Le choix entre les deux dépendra en grande partie des forces spécifiques dont vous avez besoin. Par exemple : 

• Si vous souhaitez un matériau offrant la capacité de se plier sans se fracturer sous l'effet de la fatigue, comme dans les ressorts ou dans certaines utilisations architecturales, l'acier inoxydable pourrait être le matériau à utiliser. 
• Les aciers au carbone, en revanche, peuvent être plus adaptés si vous avez besoin d'un matériau qui ne se déforme pas sous pression, comme dans le cas des supports de construction, des fabricants de structures et de mécanismes. 
• Lorsque la résistance élevée et la résistance à la corrosion sont requises, par exemple dans les utilisations marines ou les usines chimiques, l'acier inoxydable peut être idéal.

Résistance à la chaleur

Lorsqu'il s'agit de gérer des températures élevées, les deux types d'acier ont leurs points forts :

Acier inoxydable: Toutes les nuances d'acier inoxydable résistent au traitement thermique car elles sont très solides et résistantes à la corrosion. La durabilité de certaines nuances peut être constatée sans détérioration considérable à des températures allant jusqu'à 1093 °C (2000 °F). En effet, l'acier inoxydable doit être utilisé dans des conditions où des températures extrêmement élevées sont attendues, comme dans les fours, les pièces de moteur, etc. 

Acier au carbone : Bien que le type d'acier au carbone du matériau soit conçu pour un service à haute température, il présente des propriétés de résistance à la chaleur comparativement inférieures à celles de l'acier inoxydable. Une application à haute température peut rendre le matériau plus faible et plus enclin au processus d'oxydation lorsqu'il est utilisé sur de l'acier au carbone. Néanmoins, plusieurs aciers au carbone traités thermiquement sont capables de résister à de telles propriétés à des températures modérément élevées. 

Lors de la sélection du matériau adapté à votre projet, dans un endroit où les températures sont extrêmes, en particulier là où la corrosion peut se produire, il est plus sûr de sélectionner l'option acier inoxydable. Pour les opérations à température modérée, l'acier au carbone pourrait faire l'affaire à un prix plus raisonnable que les aciers alliés.

Comparaison des coûts

Lorsque vous considérez le coût de ces matériaux, vous devez penser au-delà du simple prix initial :

Acier inoxydable: Tout d'abord, ces matériaux sont plus coûteux que l'acier au carbone ordinaire car les coûts des éléments d'alliage sont plus élevés. Cependant, en raison de sa durabilité et de l'absence de besoin d'entretien et/ou de remplacement fréquent, il constitue un coût inférieur lorsqu'il est utilisé dans des zones corrosives. 

Acier au carbone : Ils sont généralement moins coûteux dans les premières étapes du projet ou dans les phases initiales de développement. Par conséquent, ils conviennent aux situations où la corrosion ne posera pas de problème majeur ou où un entretien fréquent est possible. Mais lorsqu'ils sont exposés à une atmosphère corrosive, de nombreuses dépenses doivent être engagées en termes d'entretien, de remplacement et de modes de défaillance. 

N'oubliez pas que le coût des matériaux comprend également les coûts de fabrication, d'installation, d'entretien et même de remplacement. En termes de coût, bien que l'acier inoxydable soit relativement plus coûteux que l'acier au carbone au stade initial d'un projet, il se traduit par un coût moindre à long terme.

Usinabilité et fabrication

La facilité de travail avec ces matériaux peut avoir un impact significatif sur le calendrier et les coûts de votre projet :

Acier inoxydable: 

• Soudage: Généralement difficile à souder en raison de son taux de dilatation thermique élevé ainsi que de sa faible conductivité thermique. Il nécessite néanmoins souvent des techniques et des équipements spéciaux.
• Usinage : Ils sont un peu plus difficiles à usiner en raison de leur extrême dureté et de l'effet écrouissant des matériaux. Cela peut nécessiter des mandrins ou des outils de coupe spéciaux et peut également rendre le processus de coupe un peu plus long. 
• Formage : De plus, il est plus ductile que l'acier au carbone, ce qui signifie qu'il peut être façonné dans diverses formes sans se casser. 

Acier au carbone : 

• Soudure : Bien qu'il soit plus dur que l'acier au carbone, il est comparativement plus facile à souder que l'acier inoxydable. Il présente néanmoins un coefficient de dilatation thermique plus faible et une conductivité thermique plus élevée, ce qui réduit également le risque de déformation. 
• Usinage : En général, il est moins difficile à usiner que l'acier inoxydable, ce qui permet d'obtenir des outils moins chers et donc une production plus rapide. 
• Formage : Bien qu'il soit plus rigide que l'acier inoxydable, il est encore relativement facile à former et à façonner.

Votre choix peut dépendre des capacités de fabrication dont vous disposez ainsi que de la densité du projet associé. Si vous travaillez avec des conceptions complexes ou si vous devez former des formes complexes, l'acier inoxydable peut être préférable. Pour fabriquer des objets avec des structures moins complexes ou si vous souhaitez les souder ou les usiner, l'acier au carbone peut être préférable.

Applications

Les propriétés uniques de chaque type d'acier les rendent adaptés à différentes applications :

L'acier inoxydable est couramment utilisé dans :

• Équipement de transformation des aliments : Cela permet de maintenir une bonne hygiène car il est sans corrosion et facile à nettoyer. 
• Dispositifs médicaux et instruments chirurgicaux : leur biocompatibilité et leur résistance aux processus de stérilisation sont cruciales.
• Installations de traitement chimique : En raison de leur capacité à résister aux effets de différents composés chimiques, elles peuvent être utilisées pour entrer en contact avec des substances corrosives. 
• Environnements marins : Il résiste à la corrosion de l'eau salée, ce qui rend ce type d'acier utile pour la fabrication de navires et de plates-formes offshore, entre autres. 
• Applications architecturales : En raison de son aspect époustouflant et de sa polyvalence, il est utilisé dans le revêtement de bâtiments et de sculptures.

L'acier au carbone se retrouve souvent dans :

• Construction (acier de construction) : Grâce à sa résistance et à sa rentabilité, le produit est parfaitement adapté aux constructions telles que les bâtiments et les ponts. 
• Pièces automobiles : Sa résistance et son prix abordable le rendent adapté à de nombreux composants de véhicules.
• Outils et machines : Il est dur et possède une bonne résistance à l'usure et est donc utilisé dans la fabrication de couteliers et pour la fabrication de machines lourdes. 
• Pipelines : Ils sont particulièrement utilisés dans le transport du pétrole et du gaz car ils sont solides et peu coûteux. 
• Voies ferrées : Elles sont assez durables et suffisamment solides pour supporter des charges extrêmement élevées sans problème tel que l'usure. 
• Poêles de cuisson (une fois assaisonnées) : Comme elles ont une bonne conductivité thermique, elles sont souvent utilisées pour préparer des ustensiles de cuisine. De plus, elles forment une surface antiadhésive après avoir été assaisonnées. 

Bien entendu, votre décision dépendra principalement des caractéristiques de votre application particulière. Certains des facteurs à prendre en compte lors de la décision comprennent l'environnement corrosif, la résistance, la température et le coût.

Exigences en matière d'entretien

Les besoins d’entretien de ces matériaux peuvent avoir un impact significatif sur les coûts à long terme et la facilité d’utilisation :

Acier inoxydable: 

• Faibles besoins d'entretien 
• Résistant aux taches et à la corrosion 
• Ne nécessite qu'un rinçage et un lavage à l'eau savonneuse douce la plupart du temps 
• Il peut parfois être nécessaire de le polir pour conserver son aspect. 

Acier au carbone : 

• Exigences de maintenance plus élevées, notamment dans un environnement corrosif 
• Nécessite un lavage et un séchage réguliers afin d'éviter la rouille. 
• Pourrait être exposé à la corrosion et nécessiter un revêtement protecteur ou des peintures 
• Il est également obligatoire d'inspecter périodiquement les voitures pour détecter la rouille et les dommages. 

En d'autres termes, si l'entretien est facile, notamment dans des conditions extrêmes, l'acier inoxydable est la solution à privilégier. Mais si vous pouvez assurer un entretien régulier et que l'environnement n'est pas trop agressif, l'acier au carbone s'avérera beaucoup moins coûteux.

Impact environnemental

Les deux types d’acier présentent des considérations environnementales :

Acier inoxydable: 

• Ce matériau peut être recyclé encore et encore sans avoir à dégrader la qualité du produit sur lequel il est utilisé. 
• Ont une longue durée de vie ; cela signifie qu'ils ne seront pas remplacés fréquemment 
• La production peut être gourmande en énergie en raison des éléments d'alliage

Acier au carbone : 

• Ils peuvent également être recyclés, mais leurs propriétés pourraient légèrement changer au cours du processus. 
• La durée de vie réduite des produits dans des environnements corrosifs implique que les produits seront remplacés plus souvent 
• En général, sa fabrication nécessite moins d'énergie que celle de l'acier inoxydable. 

Les deux peuvent être utilisés dans le cadre d'une conception durable, mais l'impact positif relatif sur l'environnement est dans la plupart des cas lié à l'utilisation spécifique et aux considérations relatives au cycle de vie du matériau en question. La longévité de l'acier inoxydable est liée à sa capacité à être recyclé et, dans de nombreuses situations, son utilisation s'avère meilleure pour l'environnement qu'un matériau qui est toujours remplacé souvent.

Conclusion

Votre choix entre l'acier inoxydable et l'acier au carbone dépend de vos besoins spécifiques. Certains des facteurs à prendre en compte peuvent inclure la résistance à la corrosion, la solidité, les méthodes de fabrication et l'ampleur du coût à long terme. Chaque matériau présente des avantages et des inconvénients, et l'utilisation du matériau idéal peut faire une grande différence dans votre tâche. Si vous êtes à la recherche de conseils professionnels sur le matériau le plus adapté à utiliser pour votre projet, vous devez vous rendre sur KDM.