L’acier inoxydable : ce que fait réellement le chrome
On parle volontiers de l’acier inoxydable comme s’il s’agissait d’une seule matière dotée d’une seule propriété. En réalité, c’est un nom collectif, et la propriété en question est toute relative.
D’un point de vue technique, l’acier inoxydable n’existe pas. Tous les aciers rouillent s’ils ne sont pas correctement entretenus ; certains résistent mieux que d’autres à la corrosion. Le terme anglais stainless — « acier sans taches » — est plus juste que « inoxydable », et il faut entendre « inox » au sens de « résistant aux taches ».
Où passe la frontière
La définition de l’acier inoxydable est étonnamment floue. La teneur minimale en chrome est donnée à 10,5, 11 ou 12 pour cent selon ce que vous lisez. On range en général parmi les inoxydables les aciers contenant au plus 1,2 % de carbone et au moins 11 % de chrome ; les couteaux à 11 % de chrome et au-delà ont effectivement une bonne tenue à la rouille.
Le problème, c’est que ces définitions ont été écrites pour l’acier inoxydable à bas carbone. Dans le monde des aciers à outils et des aciers à couteaux, l’influence des autres éléments est trop grande pour ne compter que le chrome.
Chrome en solution et chrome dans les carbures
Le chrome agit ainsi : il forme à la surface de l’acier une couche d’oxyde qui empêche la rouille de se former. Mais seul le chrome dissous dans l’acier en est capable. Le chrome lié au carbone dans un carbure ne forme pas d’oxyde en surface — il est déjà occupé.
D’où l’exemple le plus courant : le D2, avec ses quelque 12 % de chrome, n’est pas un inoxydable. Il contient assez de carbone pour former beaucoup de carbures de chrome, et il ne reste plus de chrome pour la surface.
Cela marche aussi dans l’autre sens. Le S110V, à 15,25 % de chrome, ne le cède en rien au M390 à 20 % pour la résistance à la corrosion — parce que ce qui compte, c’est la composition d’ensemble et non un seul chiffre. La plupart des aciers à couteaux gardent 10 à 13,5 % de chrome en solution ; le M390, avec ses vingt pour cent, n’en a qu’environ treize en solution, le reste étant lié dans les carbures.
Le CPM-3V montre la même logique par l’autre bout : il ne contient que 7,5 % de chrome, c’est formellement un acier rouillant, mais presque tout ce chrome est en solution, et il devance le D2 en résistance à la corrosion — le D2 qui, soit dit en passant, est justement réputé pour sa bonne tenue à la corrosion. Les aciers rouillants types contiennent 4 à 5,5 % de chrome, si bien que 7,5 % est déjà un territoire frontalier.
Ce que coûte l’inoxydabilité
L’exigence d’ajouter beaucoup de chrome est une contrainte de conception comme une autre. En acceptant une exigence, on sacrifie des propriétés ailleurs.
Ce qu’on sacrifie, ce sont les carbures. Quand il y a beaucoup de chrome, il devient de plus en plus difficile d’obtenir que les carbures de l’acier soient des carbures de vanadium. Ce sont des carbures de chrome qui se forment à la place, et ils sont moins bons sur tout ce qui importe à un couteau.
- Ils sont plus tendres que le carbure de vanadium — donc wear resistance et edge retention plus faibles.
- Dans les aciers powder metallurgy, ils sont plus gros — donc toughness plus faible, et un fil qui s’écaille plus volontiers.
- Comme ils sont plus tendres, il en faut davantage pour un même edge retention — et la toughness baisse encore une fois.
À quoi s’ajoute une arithmétique simple : plus il y a de chrome, moins il se forme de carbure de vanadium à quantité de vanadium égale, et plus il se forme de carbure de chrome.
Comment on lutte contre cela
La première méthode consiste à baisser le chrome et à équilibrer la composition de sorte que tout le chrome restant passe en solution. C’est exactement le raisonnement qui a présidé, en 1995, à la création du S90V à 14 % de chrome au lieu des aciers plus anciens à 16-20 %. Ces mêmes 14 % de base ont ensuite servi de socle au S30V, au S35VN et au S125V.
La deuxième, c’est le molybdène. Il augmente la résistance à la corrosion à teneur en chrome donnée, et c’est pourquoi le S30V, le S35VN, le S125V, le S110V et le S45VN contiennent 2 % de molybdène ou plus. Le S35VN et le S90V sont tous deux à 14 % de chrome, mais la résistance à la corrosion du S35VN est nettement meilleure — précisément grâce au molybdène.
La troisième méthode se passe complètement de powder metallurgy : maintenir la quantité totale de carbures très basse, pour que les carbures de chrome restent fins et la toughness élevée. C’est ainsi que sont construits l’AEB-L, le 12C27 et le 14C28N. Les métallurgistes ont soigneusement équilibré les teneurs en carbone et en chrome pour obtenir à la fois une hardness élevée et une résistance à la corrosion, sans multiplier les carbures de chrome. La microstructure obtenue est très fine, la toughness excellente, tandis que wear resistance et edge retention restent inférieures à celles des inox powder metallurgy.
Détail curieux : l’edge retention de l’AEB-L et du 14C28N est malgré tout meilleure que celle des aciers faiblement alliés 52100 et 1095, parce que les carbures de chrome sont plus durs que le carbure de fer. Autrement dit, dans ce couple précis, l’acier inoxydable offre un meilleur équilibre de propriétés que l’acier « au carbone ». Le débat sur ce qui vaut mieux en général se révèle une fois de plus vain : la question porte toujours sur les nuances exactes que l’on compare et sur la propriété selon laquelle on les compare.
Dans ces inox à faible teneur en carbures, on peut ajouter un peu de vanadium ou de niobium et gagner en wear resistance au prix d’une légère perte de toughness. L’exemple accessible le plus proche est le Niolox, mais sa taille de carbures est relativement grande et la toughness n’est pas tout à fait celle qu’on aurait voulue ; ce sont d’ailleurs les carbures de chrome qui y sont les plus gros. Le niobium, lui, forme des carbures plus volontiers que le vanadium et reste capable de former les siens même en présence de grandes quantités de chrome, si bien que la piste est viable.
À quoi tout cela sert à l’acheteur
Si l’on préfère l’acier inoxydable pour les couteaux, c’est pour une raison prosaïque : il demande moins d’entretien pour éviter la rouille. Et il n’y va pas que de l’esthétique — le fil perd son mordant par corrosion, pas seulement par la coupe. Les grandes entreprises qui produisent des couteaux en série montent de l’inox aussi parce que c’est ce que le consommateur moyen attend.
Un couteau de cuisine en acier au carbone, et l’entretien qui va avec, ne conviennent pas à tout le monde : choisir l’inox n’est donc pas un mauvais choix. Il existe aujourd’hui des aciers inoxydables plus durs et plus résistants à l’usure que certains aciers au carbone. La probabilité de voir apparaître de la rouille, elle, ne disparaît jamais.
Un dernier point : la présence de chrome ne suffit pas à faire couper un couteau. La série 420 contient moins de 0,3-0,5 % de carbone, et pour la cuisine elle est tout simplement trop tendre, même si elle résiste parfaitement à la rouille. Le X50CrMoV15, avec ses 0,5 % de carbone, résiste très bien à la rouille et rien de plus. Le chrome répond des taches. De la coupe répond tout le reste.