Acier inoxydable ou chrome-vanadium ?

Tableau 1

Tableau 2

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Matériaux comparés : Les outils utilisés en salles blanches doivent non seulement résister aux contraintes mécaniques, mais aussi offrir un niveau maximal de sécurité en ce qui concerne la stérilité et l'absence de germes, ou encore les risques liés au produit. Et à ce sujet, il existe des différences marquantes entre l'acier inoxydable et le chrome-vanadium.

L'expérience le montre encore et encore : en matière d'outils, de nombreuses entreprises de l'industrie pharmaceutique et alimentaire continuent d'utiliser en salles blanches ou dans des zones hygiéniques sensibles des alliages de chrome-vanadium, tandis qu'une part beaucoup plus petite utilise des outils en acier inoxydable. Mais cela a-t-il vraiment une importance ? Les matériaux sont-ils si différents ? Réponse claire : oui. Par exemple, en ce qui concerne la dureté de l'outil et, par conséquent, la résistance au couple de rotation ainsi que la résistance à l'usure et à l'abrasion. Dans une optique de protection du produit, ainsi que de désinfection et de stérilisation, le chrome-vanadium et l'acier inoxydable diffèrent également en ce qui concerne leur résistance thermique, leur corrosion et leur résistance aux contraintes mécaniques.

« Il n'y a pas seulement des différences entre les alliages de chrome-vanadium et d'acier inoxydable, mais aussi au sein de la classe des aciers inoxydables », explique Steffen Hild, directeur général de CAT Clean Air Technology GmbH, spécialisée dans les salles blanches à Stuttgart. Concernant l'acier inoxydable ou l'acier non inoxydable, pour ainsi dire la terminologie correcte, il existe cinq structures d'alliages, qui dépendent à leur tour des composants de l'acier tels que le chrome, le carbone, le nickel et le molybdène :

- acier inoxydable austénitique,
- acier inoxydable martensitique,
- acier inoxydable ferritique,
- acier duplex non inoxydable, et
- acier à précipitation durcie non inoxydable.

La comparaison suivante se limite, en plus du chrome-vanadium, à la martensite et à l'austénite. Outre des composants d'alliage similaires à ceux présents dans l'austénite, la martensite possède une propriété exceptionnelle qui la destine tout particulièrement à la fabrication d'outils : elle peut être thermiquement durcie, ce qui n'est pas le cas de l'austénite.

Dureté de l'acier

La dureté d'un outil est importante pour deux raisons. Par exemple, en ce qui concerne la performance attendue d'un outil. Dans la plupart des cas, sa tâche consiste à transmettre un couple ou une force à une autre pièce. Si l'outil se déforme parce qu'il ne supporte pas les forces nécessaires, il peut devoir être éliminé même en cours d'utilisation – par exemple, pour des outils fréquemment utilisés comme les clés à œil ou les tournevis. La résistance à l'usure et à l'abrasion est également essentielle. En effet, dans un environnement de production critique, il ne doit pas y avoir de particules métalliques usées ou en contact avec le produit final. Cela est particulièrement crucial dans les domaines pharmaceutique et alimentaire, mais aussi en microélectronique – tant du point de vue de la sécurité de la qualité que de l'analyse des risques liés au processus (voir tableau 1).

Nettoyage, désinfection et stérilisation

Les exigences industrielles en matière de nettoyage des outils consistent au minimum en une propreté basée sur l'impression visuelle. Les contaminations et adhérences à la surface doivent être éliminées pour protéger le produit. Pour des exigences microbiologiques plus strictes, comme dans l'industrie alimentaire ou pharmaceutique, la désinfection et la stérilisation des outils sont indispensables (voir tableau 2).

Corrosion et autoclave

Ce qui provoque la corrosion des outils en chrome-vanadium, c'est une réaction électrochimique ou un liquide qui agit comme échangeur d'ions. La couche supérieure du matériau offre une protection contre la corrosion modérée tant qu'elle reste intacte. Mais la simple contrainte mécanique sur les outils peut entraîner la formation de microfissures à la surface, qui peuvent rapidement corroder. Par la suite, il arrive souvent que la surface s'écaie partiellement. La désinfection avec des agents plus agressifs favorise également la corrosion, car ces agents sont de meilleurs échangeurs d'ions.

Les types d'acier inoxydable tels que la martensite et l'austénite bénéficient ici de la couche passive inhérente au matériau, qui entoure le matériau comme une couche protectrice régénérante. À l'image de l'aluminium, cette protection consiste en une couche d'oxyde, plus précisément une couche d'oxyde de chrome. Si cette couche est endommagée, le matériau sous-jacent s'oxyde avec l'oxygène et la régénère. La couche passive est relativement inerte et offre ainsi une protection efficace contre la corrosion.

En considérant enfin le processus d'autoclavage, un autre inconvénient du chrome-vanadium apparaît. En effet, ce matériau ne supporte que des températures légèrement inférieures à 100 degrés Celsius. À des températures plus élevées, la surface du matériau éclate, ce qui entraîne inévitablement la corrosion.

Conclusion

La protection du produit et la durabilité des outils en salle blanche dépendent fortement du matériau choisi. Le matériau doit avant tout répondre aux exigences mécaniques d'un outil, mais dans un environnement critique de production, les exigences en matière de propreté et d'hygiène sont également cruciales. « Étant donné que les outils utilisés en salles blanches doivent être désinfectés et stérilisés régulièrement, il est recommandé de privilégier, pour une protection efficace du produit, des outils en aciers martensitiques par rapport à l'austénite, et encore plus par rapport au chrome-vanadium », recommande Steffen Hild, directeur général de CAT.