Guide des Finitions de Surface pour Acier Inoxydable

Euro Inox (ed.)

Guide des Finitions de Surface pour acier inoxydable

Introduction

Les aciers inoxydables constituent une famille présentant un ensemble unique de propriétés et de caractéristiques. Protégés par un composé oxydé ou film passif qui se forme spontanément grâce à la réaction du chrome avec l’oxygène ambiant, les aciers inoxydables n’ont pas besoin de protection supplémentaire pour résister à la corrosion. Comme cela est illustré plus avant dans cette brochure, cette couche protectrice peut être modifiée par traitement chimique et donner ainsi naissance à des couleurs dont le caractère est permanent.

Les aciers inoxydables sont particulièrement indiqués pour les applications dans le domaine du bâtiment. Ils sont faciles à travailler et ils sont faciles à souder. De plus amples informations sur leurs caractéristiques physiques sont données dans la norme européenne EN 10088-partie 1.
Les finitions de surface dites «d’usine» ainsi que les finitions «mécaniques» des aciers inoxydables laminés à chaud et à froid sont données dans la norme EN 10088-partie 2. Dans cette norme, chaque finition est désignée par un nombre. Par exemple, 1 désigne le laminé à chaud, 2 désigne le laminé à froid. La classification complète est basée sur des couples chiffre-lettre, par exemple 2J. Ce système donne également l’information de base sur l’obtention du produit mais évidemment pas sur une application particulière.

Le but de ce guide est donc:
• de montrer aux architectes et aux concepteurs la gamme de finitions de surface dont ils peuvent disposer,
• de fournir davantage d’information sur les procédés utilisés,
• de fournir l’information technique de base pour une application.

Finitions d’usine

Les finitions d’usine, qu’elles soient relatives à des laminés à chaud ou à des laminés à froid, constituent la base des finitions pour les produits plats en acier inoxydable. Elles sont non seulement utilisées couramment pour des composants standards, mais elles constituent aussi la base pour les finitions spéciales utilisées dans des applications architecturales.
Quatre finitions de surface sont particulièrement importantes dans le domaine de
l’architecture et de la construction. Ce sont: 1D, 2D, 2B, et 2R.
Afin d’obtenir la meilleure résistance à la corrosion à l’état de livraison, les finitions d’usine sont décapées après laminage à chaud et recuit.

1D
Le laminage final est effectué à chaud. Les produits sont ensuite recuits puis décapés. Cet état de surface est courant pour les tôles épaisses et les plaques. L’aspect est mat et légèrement rugueux et présente une faible réflectivité. Il a d’abord été utilisé pour des applications non décoratives dans lesquelles l’aspect de surface est moins important. Parmi ces applications, on peut citer les supports et les composants de structure.


2D
Le laminage final est effectué à froid. Il est suivi d’un traitement de recuit et d’un décapage. L’aspect est mat et la réflectivité faible. Il est couramment utilisé dans les applications industrielles et en architecture lorsque l’aspect de surface ne constitue pas un argument critique. Il est relativement sensible aux empreintes digitales.

2B
Il est produit comme le fini 2D mais au stade final, les produits 2B subissent une légère passe de laminage à froid à l’aide de cylindres finement polis entraînant un faible écrouissage superficiel et donnant un aspect plus brillant. Aujourd’hui, c’est le fini de surface le plus utilisé. Il constitue également le produit de base pour les finis polis et brossés. Sa surface est aussi relativement sensible aux empreintes digitales.

2R
Le laminage final est effectué à froid. Le recuit final est réalisé sous atmosphère contrôlée. On obtient ainsi une surface très lisse dont la brillance est renforcée par une opération de «skin-pass». Cette surface extrêmement lisse permet de réduire la rétention de contaminants atmosphériques et d’humidité comparativement à celle des autres finis. De plus, ce fini est facile à nettoyer.


Finitions polies et brossées

Le nombre d’opérations pour réaliser une finition peut être minimisé en choisissant la
finition initiale la plus proche possible de la finition que l’on veut obtenir à l’état final.
La finition ayant une influence directe sur l’aspect et sur la performance du matériau dans son environnement, on devra la choisir avec beaucoup de soins. Les polis et les finitions brossées impliquent un enlèvement de matière par abrasion sur une certaine profondeur.
L’aspect unidirectionnel obtenu dépend avant tout de la taille du grain d’abrasif utilisé
mais également du type et de la texture des bandes et des brosses.
Pour que le résultat soit conforme à l’objectif recherché, il est recommandé d’établir une spécification de polissage qui peut inclure une rugosité de surface et un critère de contrôle. L’utilisation d’échantillons de référence peut être utile, à chaque partie, pour préparer le cahier des charges.
Les finitions mécaniques peuvent être réalisées soit en milieu humide (huile chargée d’abrasifs) ou à sec (bandes abrasives ou brosses) qui donnent respectivement une brillance élevée, une faible rugosité, et un aspect satiné. Les finitions «humides» donnent des surfaces plus douces et sont moins susceptibles de provoquer des différences d’une coulée à une autre que les finitions «sèches». Leur coût étant légèrement plus élevé, cela peut justifier une fourniture minimale. Pour toutes ces finitions, il existe des présentoirs d’échantillons qui illustrent bien toutes les possibilités.

2J
Cet état de surface est obtenu par polissage à l’aide de bandes ou de brosses. Il est unidirectionnel, non réfléchissant et adapté aux applications architecturales d’intérieur.

2K
La surface lisse de cette finition est bien adaptée à la plupart des applications architecturales,
particulièrement à l’extérieur où la résistance à la corrosion atmosphérique est importante. La finition est obtenue en utilisant des bandes à grains fins ou des brosses qui donnent une finition dont la rugosité maximale Ra est de 0,5 micromètre.

2P
Il s’agit d’un poli miroir caractérisé par une réflectivité élevée. Il est obtenu par polissage et bufflage à l’aide de feutres et de produits de polissage spéciaux. Cette surface permet de distinguer parfaitement les images réfléchies.


Finitions à motifs

Les finitions à motifs sont principalement des produits gravés mécaniquement par impression à partir d’un cylindre de laminoir ayant un motif en relief donnant ainsi une tôle utilisable pour décoration. Le gravage mécanique produisant un écrouissage superficiel, il est possible de réduire l’épaisseur du matériau et donc de faire une économie de masse et de coûts.
Ces finitions sont bien adaptées aux grandes surfaces car, grâce à leur bonne planéité,
elles permettent d’éviter des effets d’optique indésirables.
Il existe deux types principaux de finitions gravées mécaniquement: gravage d’un seul côté, la face opposée restant lisse, cette finition est désignée par 2M, et gravage des deux côtés simultanément, cette finition est désignée par 2W.
Dans les lieux publics, tels que les entrées d’immeubles, les cages d’ascenseurs et les aérogares, les surfaces subissent fréquemment des chocs et peuvent être rayées. Les surfaces gravées sont celles qui vis-à-vis de ces risques présentent la meilleure résistance.

2F
Désignée par 2F, cette finition mate à faible réflectivité est réalisée simultanément sur les deux faces d’une tôle.

2M
Surfaces particulièrement attrayantes gravées sur une face et particulièrement bien adaptées à des applications architecturales.

2W
Les motifs en relief sont réalisés soit à partir de cylindres mâle et femelle soit à partir de poinçons-matrices.


Finitions grenaillées – sablées – microbillées

Le grenaillage, le sablage et le microbillage donnent des surfaces mates non réflectives qui contrastent avec les surfaces finement polies. Les produits utilisés pour ces opérations comprennent des particules d’acier inoxydable, de céramique, et de verre. Ils permettent de compléter la gamme de produits disponibles. Par contre, on ne doit pas utiliser de la grenaille en acier au carbone qui risquerait de contaminer la surface de l’acier inoxydable. Certains sables peuvent contenir des oxydes de fer risquant de contaminer la surface. Leur usage n’est donc pas recommandé.
La surface des nuances austénitiques subit un écrouissage durant le grenaillage. Le procédé peut également provoquer une relaxation de contraintes de la tôle ou de la pièce. Dans certains cas, le grenaillage doit être projeté sur les deux faces pour équilibrer les contraintes. Conseils et informations peuvent être sollicités auprès des entreprises spécialisées dans ce type de traitements.

Finitions électropolies

L’électropolissage est un procédé électrochimique bien adapté au polissage de surfaces complexes. Le procédé est utilisé pour supprimer toutes les irrégularités de surface et renforcer ainsi la brillance. Le degré de réflectivité dépend de la rugosité initiale mais dans tous les cas l’électropolissage ne permet pas d’atteindre la réflectivité du poli miroir. Les inclusions non métalliques peuvent également être éliminées avec ce procédé.
L’amélioration de la résistance à la corrosion est la conséquence directe de l’aspect lisse qui est peu susceptible de favoriser la rétention de contaminants et qui permet un nettoyage plus efficace.


Finitions colorées

Finitions colorées électrolytiquement

La couche oxydée que l’on trouve à la surface de l’acier inoxydable lui confère ses propriétés de résistance à la corrosion. Si cette couche protectrice est abîmée localement à la suite d’un endommagement accidentel, elle possède la propriété de se reconstituer dans un grand nombre de milieux pourvu que la teneur en oxygène soit suffisante. La couche peut aussi être colorée par un procédé chimique et ensuite consolidée par un procédé électrolytique.
Les aciers inoxydables austénitiques sont bien adaptés à ce procédé. En fonction du temps d’immersion dans la solution acide, des couches d’interférence sont crées produisant des effets de couleur remarquables. Suivant l’épaisseur du film, la gamme de couleurs va du bronze en passant par l’or, le rouge, le pourpre, le bleu et le vert. L’épaisseur correspondante du film va de 0,02 micromètre à 0,36 micromètre.
La couche oxydée initiale étant incolore, elle ne risque pas de voir modifier son aspect sous l’action du rayonnement ultraviolet ou sous l’influence de la mise en œuvre. Le procédé de coloration n’utilisant pas de pigment, la mise en œuvre ultérieure n’entraînera pas de fissuration. Lors du pliage, par exemple, le film soumis à une extension sera aminci réduisant légèrement l’épaisseur de la couche colorée.
Comme le film est transparent, le substrat va influencer l’aspect final, i.e. un aspect mat donnera une couleur mate et un poli miroir donnera un aspect coloré réfléchissant.
Ce procédé permet d’obtenir une couleur permanente qui ne nécessite pas le même entretien que les surfaces peintes à condition qu’elle ne soit pas endommagée. Enfin, l’acier inoxydable coloré ne peut pas être soudé sous peine de détruire la surface colorée.
L’acier inoxydable peut également être noirci en utilisant une solution de bichromate de sodium. Un soin particulier doit être apporté lors du nettoyage des surfaces colorées. La paille de fer ainsi que d’autres abrasifs, risquant d’agresser la surface, ne doivent pas être utilisés. On évitera également l’emploi de produits chlorés pour le nettoyage.

Finitions à motifs et fond électrolytiquement coloré
L’acier inoxydable texturé avant coloration permet des réalisations remarquables. Ces réalisations peuvent être mises en valeur en polissant légèrement l’extrémité des
motifs, la couleur initiale restant dans les parties en creux étant moins susceptible d’être endomagée.

Revêtements organiques

Les revêtements organiques sont disponibles sur laminés en tant que primaire ou sous forme de primaire plus un revêtement de PVF2 ou d’acrylique. Aussi bien les traitements de préparation de surface que ceux d’enduction proprement dits donnent une excellente adhérence et une longue durée de vie au revêtement.
A l’origine, les revêtements organiques développés pour la couverture et le bardage sont disponibles aujourd’hui dans une large gamme de couleurs.
Les revêtements organiques utilisés pour la couverture permettent le soudage par
résistance des produits revêtus à condition d’avoir incorporé de la poudre métallique dans le revêtement.
Les primaires appliqués sur la face opposée aux motifs peuvent faciliter le collage avec d’autres matériaux comme, par exemple, dans les cas de panneaux composites.

Finitions spéciales

L’utilisation des techniques modernes permet de créer des motifs particulièrement attrayants. Le procédé comprend généralement un ensemble d’opérations qui peuvent être: une sensibilisation par photorésistance, une attaque acide, un grenaillage, une coloration, la réalisation du motif, un meulage et un polissage.
Ces différentes opérations peuvent être réalisées individuellement ou en les combinant avec d’autres procédés développés par des spécialistes. On peut, par exemple, utiliser un masque qui va protéger certaines parties de la surface pendant le meulage ou le grenaillage.
Quelques motifs sont présentés à titre d’illustration pour montrer l’éventail de possibilités dont on peut disposer.

La sérigraphie et la photorésistance ont été développées et adaptées à l’acier inoxydable pour transférer des motifs qui sont ensuite révélés par attaque chimique.
L’attaque chimique diminue localement l’épaisseur du matériau. Les surfaces attaquées ont un aspect mat qui contraste avec celui des surfaces polies ou satinées. La coloration électrochimique peut être appliquée aux surfaces avant ou après attaque chimique.

Annexe A : Aspects techniques et pratiques

L’acier inoxydable est capable de procurer une longue durée de vie, avec un faible coût d’entretien, en tant que matériau de construction pourvu que la nuance adéquate soit correctement choisie, que l’aspect de surface soit approprié à l’utilisation et que la conception corresponde aux règles de l’art. Les conseils sur des aspects aussi importants que le choix de la nuance, la mise en œuvre, le soudage et l’entretien peuvent être obtenus auprès des producteurs d’acier inoxydable et des associations et centres techniques spécialisés. Dans cette section certains conseils utiles sont donnés aux architectes au titre de «bonnes pratiques».

Choix de la nuance

C’est le chrome qui procure aux aciers inoxydables leur résistance à la corrosion tandis que le nickel améliore la ductilité, la résistance à certaines formes de corrosion et facilite
la mise en œuvre. L’addition de molybdène améliore la résistance à la corrosion par piqûres dans les milieux agressifs.
Les aciers inoxydables austénitiques qui contiennent ces éléments sont particulièrement adaptés à des réalisations devant avoir une longue durée de vie. Les nuances le plus souvent utilisées sont: X5CrNi18-10/1.4301 (304) et X5CrNiMo17-12-2/1.4401 (316), la dernière étant plus appropriée aux réalisations côtières ou en milieu industriel.
Les nuances ferritiques, qui contiennent principalement du chrome, conviennent mieux aux applications intérieures tandis que certains alliages ferritiques à haute teneur en chrome sont bien adaptés à certaines ambiances agressives. Les nuances duplex allient la résistance mécanique élevée des ferritiques et l’aptitude au formage des austénitiques. Ils sont souvent recommandés en tant que matériau de structure.

Mise en Å“uvre

Les aciers inoxydables sont faciles à mettre en œuvre à l’aide des procédés habituels que sont: le profilage, le pliage, le cisaillage, le perçage, le poinçonnage et le soudage. Avec les nuances austénitiques, l’écrouissage provoqué par certaines opérations nécessite une puissance d’environ 50 % supérieure à celle nécessaire pour un acier au carbone de même épaisseur.
Les aciers inoxydables austénitiques sont également sujet à l’effet dit de retour élastique dans les opérations de pliage dont l’angle devra être augmenté de 5° environ
par rapport à la valeur théorique.
Les outils utilisés dans les différentes opérations doivent être, autant que faire ce peut, réservés à l’acier inoxydable pour éviter notamment des contaminations ferreuses.
S’il tel n’est pas le cas, il sera nécessaire de décontaminer les outils avant usage.
Dans les opérations de perçage, il est nécessaire d’adapter les angles d’affutage, les
vitesses de coupe et d’avance afin d’éviter le bourrage du copeau et un écrouissage
excessif du matériau.

Assemblage

Les aciers inoxydables peuvent être fixés ou assemblés à d’autres matériaux à l’aide des techniques usuels telles que le soudage, les brasages fort et tendre, les assemblages mécaniques et le collage. Le choix d’une technique particulière se fera en fonction de l’application, de l’environnement, de la résistance mécanique requise et du fini de la nuance.

Assemblages mécaniques
Il existe une grande variété d’assemblages mécaniques disponibles pour les différentes nuances. Il s’agit pour l’essentiel de goujons, vis, boulons et rivets. Quand l’assemblage se trouve dans une atmosphère humide, il est souhaitable d’utiliser des nuances similaires. Dans le cas contraire, il faudra procéder à un isolement. Les goujons, soudés au vero d’une tôle, sont souvent utilisés pour fixer des panneaux sur un cadre. Ce type d’assemblage peut être utilisé sur des tôles dont l’épaisseur minimale est de 1 mm. Le soudage des goujons ne nécessite pas de précaution particulière en matière de préparation de surface mais on doit veiller à la bonne répartition des goujons pour éviter des phénomènes de déformation visible au recto.

Collage
L’acier inoxydable peut être fixé avec d’autres matériaux en utilisant des adhésifs tels que les colles expoxydiques, acryliques et à base de polyuréthane. Le choix de l’adhésif ad hoc dépend d’un certain nombre de facteurs;
ce sont: la nature du matériau à coller sur l’acier inoxydable, l’atmosphère de travail et les charges à supporter.
Dans ces opérations, il faut à la fois consulter le fabricant de l’adhésif et le producteur
d’acier inoxydable pour l’état de surface. En général, la rugosité est un facteur favorable mais dans certains cas il sera nécessaire d’effectuer un traitement spécifique avant
le collage. Le traitement de surface avant collage peut consister en un dégraissage, une abrasion, ou un dépôt de primaire.

Soudage
Le choix d’un procédé de soudage dépend de différents facteurs. L’acier inoxydable peut être soudé sur lui-même ou sur de l’acier au carbone moyennant certaines précautions. Les phénomènes de différences de dilatation entre les métaux à assembler doivent être pris en compte pour minimiser les phénomènes de distorsion.
Les procédés de soudage sous protection gazeuse avec électrode réfractaire (GTAW
et PAW), électrode fusible (GMAW) et par résistance électrique sont bien adaptés aux aciers inoxydables. Le soudage de goujons par décharge de condensateurs est courant pour fixer des panneaux et éviter le nettoyage des soudures.
Le choix de la finition doit être pris en compte avant de retenir le procédé de mise en
œuvre afin de prévenir des risques d’agression de la surface. La possibilité de restaurer des finitions multidirectionnelles doit être prise en compte dans le cas de joints soudés.

Nettoyage

L’eau de pluie est bénéfique dans le nettoyage d’aciers inoxydables à motifs ou à finis unidirectionnels lorsqu’ils sont placés verticalement afin de faciliter l’écoulement de l’eau.
Les espaces confinés aussi bien que les lignes horizontales doivent être proscrites. Le lavage au savon et à l’eau est généralement suffisant pour maintenir un bel aspect. Dans tous les cas, le lavage doit être suivi d’un rinçage abondant à l’eau claire. La fréquence des lavages dépend des conditions d’exposition et de l’aspect que l’on veut donner à l’immeuble. Il est clair que la paille de fer ainsi que les produits chlorés ne doivent pas être utilisés pour nettoyer l’acier inoxydable. Si un abrasif doit être utilisé, le choix se fera en concertation avec un spécialiste du nettoyage. Il est souhaitable de prévoir une procédure de nettoyage dans le spécification technique.

Résistance à la corrosion galvanique

Si des métaux différents doivent être assemblés, il est nécessaire de les séparer par un
isolant de type néoprène ou nylon pour prévenir tout phénomène de corrosion galvanique.
L’acier inoxydable est plus noble que l’acier galvanisé, l’acier au carbone nu, le zinc et l’aluminium. En présence d’eau de pluie ou d’humidité, il existe un risque de corrosion du matériau le moins noble. Si comparé au matériau le moins noble, l’acier inoxydable présente une surface importante, comme cela est le cas dans certains systèmes de fixation, on observera une accélération de la vitesse de corrosion du support non inoxydable. Cela peut conduire à des coulures sur la surface de l’acier inoxydable. Pour l’éviter, il faut
utiliser des fixations en acier inoxydable.

Uniformité du fini

Lorsqu’une réalisation est importante en matière de surface couverte, on devra apporter un soin particulier dans le choix des bobines qui, pour éviter des différences de teintes, devront provenir du même lot. Par ailleurs, ceci permettra de faire plus facilement
des contrôles de couleur entre des lots différents.
Si cela est nécessaire, il faudra également tenir compte du sens de polissage durant la mise en œuvre. Il est aujourd’hui fréquent de demander au fournisseur de repérer la direction de polissage sur les tôles.

Annexe B. EN 10088-2


 PDF: Guide des Finitions de Surface pour Acier Inoxydable