Introduction
En coutellerie, l'acier représente l'âme du couteau. Il est déterminé par des facteurs tels que la tenue du tranchant, la résistance à la corrosion, la ductilité (résistance) et la facilité d'affûtage . Parmi tous les paramètres, la dureté et la géométrie sont les pierres angulaires de la création d'une lame de couteau. Tous les aciers ne sont pas capables de conserver l'angle d'affûtage choisi par le coutelier. Il convient de choisir l'acier en fonction des conditions d'utilisation du couteau.
Il est essentiel de connaître l'usage du couteau et, en fonction de celui-ci, de choisir la taille et la géométrie adéquates. Vient ensuite le choix de l'acier et du traitement thermique adéquat. Avant la trempe, l'acier reste de l'acier, et ce n'est qu'après avoir atteint la dureté adéquate que la lame devient un couteau.
Il n'existe donc aucun acier à couteaux qui soit le meilleur choix pour tous les usages. Seul un acier, selon l'ensemble des spécifications, est le plus adapté à certains types de tâches.
1. Propriétés et fonction des aciers à couteaux
Afin de choisir l'acier d'un couteau pour un usage spécifique, vous devez comprendre l'essence des facteurs qui déterminent ensemble les propriétés de la lame, notamment :
-
Conservation de la netteté
-
Ductilité
-
Résistance à la corrosion
-
Résistance à l'usure
-
Types de géométrie et rétention des arêtes de coupe
1.1. Conservation de la netteté
La conservation du tranchant d'une lame est déterminée par son degré de dureté (échelle Rockwell en unités HRC), ainsi que par le nombre, la taille et la dureté des carbures. Plus le HRC est élevé et plus les carbures de fer sont durs et grossiers, moins l'usure au contact du matériau est importante.
Un exemple : les lames d’une dureté assez élevée peuvent durer très longtemps si elles sont utilisées correctement. Autrement dit, il est conseillé de réaliser des coupes linéaires, sans sollicitations latérales. Un couteau Rockstead en acier ZDP peut couper du carton, mais sa lame ne résistera pas à un choc contre un os dur.
Sur Internet, vous trouverez de nombreuses informations sur le système Catra, permettant de comparer le nombre de coupes réalisables avec différents aciers d'une certaine dureté et à des angles spécifiques pour un même matériau. Ces statistiques peuvent donner une idée des capacités de l'acier, mais en réalité, la situation est différente : la lame est adaptée à différents matériaux et le degré d'émoussement d'un couteau fabriqué dans le même acier varie considérablement d'un utilisateur à l'autre.
Il existe également d'autres méthodes pour vérifier la tenue du tranchant, comme le test de coupe de corde. Cependant, la méthodologie peut varier selon le cas, et seule une quantité importante de données permet de tirer des conclusions. Recueillir soi-même des données ne garantit pas une compréhension précise du comportement de votre couteau.
Si vous êtes intéressé par les détails, vous pouvez toujours rechercher ces données de test sur Internet en recherchant : « CATRA's TCC ».
1.2. Ductilité ou résistance
La ductilité de l'acier est une propriété physique qui empêche l'écaillage, les fissures et souvent aussi l'endommagement de la pointe de la lame du couteau.
La ductilité est influencée par la dureté de l'acier, la présence d'impuretés d'oxygène ou de soufre, la granulométrie, le nombre et la taille des carbures, ainsi que la distance entre eux. La formule de ce paramètre est simple : plus le couteau coupe agressivement, plus son tranchant est élevé et moins sa lame est ductile. Autrement dit, plus la dureté est élevée, moins l'acier est ductile.
Un exemple : les aciers ZDP-189, Maxamet ou Rex121 sont très tranchants à des duretés élevées, mais présentent une très faible ductilité. À l'inverse, les aciers moins durs et moins riches en carbone sont plus ductiles et peuvent supporter des charges latérales sans conséquence.
Prenons l'exemple d'une lame de scie à métaux. Fabriquées en matériau bimétallique, elles offrent une grande flexibilité et une excellente performance de coupe.
Parmi les fabricants de couteaux, Cold Steel est connu pour tester et démontrer les propriétés de ses couteaux dans lesquels les lames subissent des contraintes importantes mais ne perdent pas leurs propriétés mécaniques.
Entre autres choses, le concept de résistance ou de ductilité en tant que tel n’a pas d’échelle de mesure reconnue.
1.3. Résistance à la corrosion
Résistance à la corrosion ou capacité à résister à la rouille. En matière de résistance à la corrosion, beaucoup pensent souvent que les lames de couteau ne rouillent pas d'elles-mêmes, mais c'est faux. Tout acier trempé ne peut être absolument inoxydable par conception. La résistance à la corrosion dépend de la combinaison de propriétés qui assurent le tranchant, la tenue du tranchant et la ductilité.
Les éléments d’alliage tels que le chrome, le molybdène et le tungstène jouent un rôle important à cet égard.
On considère généralement qu'un acier contenant 13 % de chrome peut être considéré comme inoxydable. Cependant, la présence d'une forte teneur en carbone rend tout acier dépendant de la liaison carbone-chrome.
En d'autres termes, il existe une combinaison de teneur limite en carbone et d'additifs d'alliage qui peut conférer une résistance à la corrosion en dessous de laquelle l'acier rouillera d'une manière ou d'une autre. La valeur seuil est la présence de moins de 10 % de chrome dans le composé.
Vous pouvez également consulter de nombreux tests et descriptions accessibles au public, mais toutes les statistiques ne sont pas exprimées dans les mêmes unités de mesure. Plusieurs sites web et fabricants réputés publient des données en unités de résistance longitudinale ou transversale.
D’autres statistiques ne précisent pas la méthodologie de test exacte et il est donc difficile de se fier entièrement à ces données.
Sur la base des statistiques, il est possible de comprendre uniquement le comportement général de l'un ou l'autre acier.
1.4. Résistance à l'usure
L'une des qualités les plus importantes d'une lame est sa résistance à l'usure. Cette propriété, associée à sa composition chimique et à sa dureté, est assurée par la densité du grain et la liaison des carbures de fer, ainsi que par leur taille et leur nombre. Plus la liaison structurelle est étroite et plus la dureté de l'acier est élevée, plus la lame est résistante à l'usure. Une lame de couteau très résistante à l'usure est plus difficile à affûter.
1.5. Géométrie et rétention du tranchant
La rétention du tranchant, une des propriétés d'une lame de couteau, est directement liée à la géométrie et à l'angle d'affûtage des couteaux. Pour chaque nuance d'acier et ses propriétés spécifiques, il est important de choisir un angle d'affûtage adapté à vos besoins. Un angle inapproprié affectera la qualité de coupe ou réduira considérablement le délai d'affûtage.
2. Propriétés des additifs d'alliage
Au sens large, l'acier est un composé métallique contenant des additifs d'alliage, dont la base est le fer et le carbone.
Toutes les propriétés physiques décrites des aciers résultent de la combinaison de tous les éléments chimiques de l'alliage. D'un point de vue chimique, l'acier est donc une ligature de fer et de carbures de fer. L'ajout de carbone et d'autres éléments d'alliage à l'alliage, combiné à un traitement thermomécanique, confère à l'acier les paramètres nécessaires à un usage particulier. Très souvent, voire presque toujours, l'alliage d'acier contient plusieurs éléments chimiques, et non un seul.
2.1. Carbon
Le carbone se trouve dans la nature (sous sa forme pure) sous forme de diamants ou de graphite, ainsi que combiné au pétrole naturel, au gaz, au charbon et aux hydrocarbures, et est connu de l'humanité depuis l'Antiquité.

Le carbone est l'élément d'alliage le plus important de l'acier et est représenté par le composé cémentite Fe3C. L'importance du carbone dans l'acier tient à son effet sur ses propriétés et son déphasage. Plus la teneur en carbone est élevée, plus l'acier est dur mais fragile.
Mécaniquement parlant, plus il y a de carbone dans l'acier, plus le point de fusion est bas, mais cela forme de la cémentite et augmente la dureté et la ductilité.
Un alliage métallique à base de fer est également considéré comme de l'acier si la teneur en carbone est comprise entre 0,002 % et 2,06 %. Cependant, le durcissement de l'acier n'est possible qu'à partir d'une teneur en carbone de 0,3 %.
S'il y a plus de carbone dans un alliage d'acier, cela peut entraîner une fragilité et une moindre forgeabilité, une moindre soudabilité et une moindre résistance aux chocs.
Si l'acier manque de carbone, il peut être enrichi en carbone à l'aide de charbon dans le creuset.
2.2. Chrome
Le chrome, élément d'alliage du fer, réduit les refroidissements critiques ultra-rapides et augmente la résistance à l'usure et à la chaleur. Il augmente la résistance mécanique et sert d'élément carbure. Environ 13 % de chrome dans l'alliage augmente considérablement la résistance à la corrosion ; c'est pourquoi il est utilisé pour la production d'aciers inoxydables. De plus, le chrome stabilise les composés chimiques de la ferrite et les déphasages.

Cependant, le chrome présente également des effets négatifs : il peut réduire la résistance aux chocs, la forgeabilité et la soudabilité. Par ailleurs, il diminue la conductivité thermique, ce qui modifie le diagramme de traitement thermique.
Si l'alliage contient du chrome, l'acier peut être trempé à l'air libre ou à l'huile. Les carbures de chrome améliorent la tenue des arêtes, la résistance à l'usure et à la chaleur.
2.3. Manganèse
La présence de manganèse dans l'acier améliore la forgeabilité, la soudabilité, la résistance mécanique et la résistance à l'usure. De plus, le manganèse présent dans le fer réduit la tendance à la fracture lors de la transformation eutectoïde et stabilise la ferrite dans les aciers fortement alliés.

Le manganèse augmente la dureté et la résistance de la ferrite et améliore ses propriétés mécaniques. Le traitement thermique augmente la trempabilité et élimine l'excès d'oxygène et de soufre, empêchant ainsi la formation de sulfures. L'effet de ce type de traitement sur l'acier dépend également de sa teneur en carbone.
2.4. Molybdène
Le molybdène est un métal de transition, souvent confondu avec le plomb par le passé en raison de son éclat blanc argenté. Aujourd'hui, il est un élément d'alliage important dans l'industrie sidérurgique et est utilisé en combinaison avec d'autres éléments d'alliage.

Le molybdène augmente la dureté, la résistance à la traction et la soudabilité des alliages d'acier. En revanche, il réduit la forgeabilité et la ductilité.
Le molybdène améliore le revenu de l'acier après trempe et renforce l'effet d'autres éléments d'alliage ; il est donc utilisé en combinaison. Comme certains autres éléments d'alliage, le molybdène se lie au carbone et forme des carbures, augmentant ainsi la dureté et la résistance à la corrosion de l'acier.
2.5. Cobalt
Dans la nature, le cobalt est un métal rare que l'on trouve uniquement en association avec d'autres éléments. Le cobalt est le plus souvent extrait de minerais contenant du cuivre ou du nickel. Autrefois, il était utilisé pour créer des pigments colorants.

Le cobalt est un élément d'alliage qui résiste à la formation de gros grains à haute température et améliore la résistance à la chaleur. De ce fait, le cobalt est très couramment utilisé dans la fabrication d'aciers à outils. Sa présence rend l'acier plus fin et sa structure plus dense, ce qui accroît considérablement la résistance à l'usure de la lame.
2.6. Nickel
Le nickel est également un métal de transition connu de l'humanité depuis environ 5 000 ans. Il était extrait avec d'autres minerais et utilisé pour la fabrication d'alliages de bronze.

Le nickel, utilisé comme additif d'alliage, augmente la résistance à la traction et la limite d'élasticité. La résistance à la corrosion augmente avec la présence de 8 % de nickel et plus. Le nickel abaisse également le point de fusion et stabilise les composés de ferrite. Contrairement aux composés de chrome et de carbone, le nickel augmente la dureté et la durabilité sans compromettre les propriétés de résistance. Cet élément d'alliage est souvent utilisé dans les aciers inoxydables.
2.7. Vanadium
Le vanadium est un métal lourd. Assez courant, il est présent dans divers minéraux et minerais. Il est principalement utilisé dans l'industrie sidérurgique.

Lorsqu'il est lié au carbone, le vanadium forme ses propres carbures, ce qui augmente la résistance mécanique, la résistance à l'usure et la dureté. Une faible quantité de vanadium peut empêcher la formation de gros grains. Après trempe et revenu, le traitement thermique ultérieur devient très difficile.
2.8. Tungstène
Le tungstène est considéré comme un métal lourd et n'est pas présent à l'état pur dans la nature, mais extrait de minéraux et de minerais. C'est pourquoi il n'a été découvert qu'en 1783 par le chimiste espagnol Fausto et Juan José Elhuyar.

L'utilisation la plus courante du tungstène est la fabrication d'ampoules électriques sous forme de filament métallique émettant de la lumière. Ce métal possède un point de fusion élevé.
Le tungstène, ainsi que certains des éléments d'alliage décrits ci-dessus, contribue à la formation de carbures de tungstène et augmente ainsi la résistance à la traction et à l'usure. Le tungstène présent dans l'acier permet une meilleure mise en forme à haute température. C'est pourquoi il est utilisé dans les aciers à outils, les aciers rapides et les aciers réfractaires. Le tungstène n'a aucun effet sur l'élasticité de l'acier.
2.9. Silicium
Le silicium est un non-métal, mais c'est un semi-conducteur et le deuxième élément le plus répandu sur la planète.

Le silicium est souvent utilisé avec le tungstène, car leur combinaison augmente la résistance à l'usure. Le silicium lui-même augmente la résistance à la traction. Lors de la fusion de l'acier, il empêche la formation de carbures, mais fluidifie l'alliage, élimine les oxydes et stabilise les ferrites.
2.10. Niobium et tantale
Le niobium et le tantale, tous deux présents dans la nature sous forme de métaux lourds, sont parfois présents dans les alliages d'acier. Lors de la fabrication de l'acier, ils contribuent à la formation de carbures et rendent l'acier insensible aux agents chimiques et quasiment inoxydable. Même en faibles quantités, ces éléments augmentent la résistance.

Ce ne sont là que les principaux types d'éléments d'alliage, et il en existe bien d'autres. L'acier contenant certains éléments d'alliage, choisi par le fabricant, reflète l'usage prévu de la lame. En clair, avant de choisir un acier, réfléchissez à l'usage que vous souhaitez en faire.
3. Types d'aciers et leurs propriétés
3.1. Aciers au carbone
Les lames de couteaux et autres outils de coupe en acier au carbone, sujet à la rouille, sont utilisées depuis très longtemps. Ce type d'acier est connu et toujours populaire aujourd'hui pour ses propriétés tranchantes.
Plus la teneur en carbone de l'alliage est élevée, plus la lame de couteau peut atteindre une dureté élevée par trempe. Les lames en acier au carbone sont généralement trempées à 58-61,5 HRC.
L'aspect le plus important est sa faible résistance à la corrosion et sa faible réaction à l'humidité et à divers acides. Un tel acier peut changer de couleur et se tacher, mais cela n'affecte pas ses performances.
Si vous examinez l'acier au carbone au microscope, vous constaterez une structure plus grossière que celle des autres aciers, due à la granulométrie et aux liaisons structurelles. Cela permet d'une part une coupe plus agressive, mais expose également la surface de l'acier aux influences extérieures.
Pour éviter la rouille après utilisation, ces lames doivent être rincées sous le robinet, puis soigneusement séchées et, si nécessaire, huilées.
Les aciers au carbone peuvent être divisés en trois groupes selon leur teneur : jusqu'à 0,25 %, de 0,25 % à < 0,55 % et au-dessus de 0,55 %.
La principale caractéristique des aciers au carbone est leur forte agressivité de coupe, mais ils sont sujets à l'oxydation et à la corrosion.
3.2. Aciers alliés ou résistants à la corrosion sous certaines conditions
La principale similitude entre les aciers au carbone et les aciers alliés réside dans la présence du fer, composant principal de l'alliage. De nombreuses propriétés et caractéristiques des deux aciers sont très similaires, notamment la dureté, déterminée par la teneur en carbone de l'alliage.
Le terme « aciers alliés » est générique et peut désigner une large gamme de nuances d'acier. L'industrie distingue en effet plusieurs grands sous-groupes.
Dans le monde de la coutellerie, les aciers alliés sont les aciers industriels utilisés pour la fabrication des couteaux. Ces aciers sont généralement composés de chrome, de molybdène, de nickel, de cobalt et d'autres éléments d'alliage. Ces aciers sont beaucoup plus faciles à manipuler que les aciers au carbone, car leur résistance à la corrosion est bien supérieure.
On pense souvent que les aciers alliés sont moins durs que les aciers au carbone et un peu plus difficiles à affûter. Cependant, il faut comprendre qu'un traitement thermique approprié permet d'obtenir des niveaux de dureté comparables. Pour l'affûtage, tout dépend du choix des abrasifs. Parmi les aciers alliés les plus connus, on trouve le VG-10, le 440C et l'AUS-8.
3.3. Aciers de Damas
Les aciers Damas sont créés à partir d'un mélange d'aciers au carbone et d'aciers alliés. Lors du forgeage et du pliage, les différentes nuances d'acier forment une seule barre. L'objectif de cet acier est non seulement d'obtenir un couteau au motif esthétique et unique, mais aussi de conférer à la lame les propriétés de plusieurs nuances d'acier. Une lame de couteau peut avoir un tranchant très tranchant, et la lame entière peut être très résistante à la rupture. Certaines lames peuvent présenter une plus grande flexibilité au niveau du dos que de leur tranchant, en cas de trempe différentielle.
Le principal problème, comme pour les aciers au carbone, réside dans la faible résistance à la corrosion des couches d'acier. C'est pourquoi les lames des couteaux damas peuvent être dotées de couches spéciales où l'acier au carbone, plus tranchant, est protégé par des couches d'acier allié, selon le principe du sanmai. Les lames des couteaux de cuisine japonais en acier VG-10 en sont le meilleur exemple.
Grâce à ses propriétés, l'acier Damas peut supporter de lourdes charges et, s'il est bien entretenu, peut être utilisé en extérieur comme couteau de camping ou de survie. Comme les autres aciers, les lames en acier Damas s'affûtent sans difficulté. Le seul inconvénient est le prix beaucoup plus élevé des couteaux Damas, qui diffère sensiblement des autres en raison de la complexité de leur processus de fabrication.
3.4. Aciers en poudre
Les aciers en poudre ont connu une grande popularité et un développement considérable au XXIe siècle. Grâce au développement de l'industrie chimique, les fabricants d'acier ont appris à combiner les propriétés des aciers connus avec des éléments d'alliage pour créer des aciers de meilleure qualité qu'auparavant.
Cette nouvelle étape dans le développement des aciers pour couteaux repose sur une approche de fabrication fondamentalement nouvelle par rapport aux autres aciers. L'acier en poudre est composé de poudre métallique et d'éléments d'alliage, ce qui donne une structure d'acier à grains très fins et aux excellentes propriétés de résistance.
Les aciers de ce type ont contribué à alimenter la forte croissance de l’industrie du couteau dans le monde entier.
Les aciers en poudre, malgré leur coût élevé, sont largement supérieurs à tous les autres grâce à leurs caractéristiques physiques et chimiques. Dans l'industrie de la coutellerie, les lames de couteaux fabriquées dans ces nuances d'acier sont très courantes en raison de leur faible taux de défauts. Elles se distinguent principalement par leur grande dureté, leur durabilité et leur très grande résistance à la corrosion. La microstructure de ces aciers assure un tranchant élevé malgré une faible épaisseur derrière le tranchant et une bonne conservation du tranchant.
En d’autres termes, une lame de couteau en acier poudré conserve son tranchant beaucoup plus longtemps que les autres aciers.
La structure des aciers en poudre comprend de la martensite, des carbures et divers composés non métalliques. Bien que la structure martensitique de l'acier en poudre soit très dure et cassante, la granulométrie plus fine, la densité élevée et la répartition uniforme des carbures garantissent de très hautes performances.
5. Types de couteaux et les aciers à partir desquels ils sont fabriqués
Au début de cet article, nous avons mentionné qu'avant de choisir un acier, il est important de bien comprendre l'usage de votre couteau et de sélectionner un acier adapté. Il est également important de déterminer, parmi tous les profils existants, le profil que vous souhaitez pour votre lame, car tous les aciers ne conservent pas la forme du tranchant sous un angle donné.
Si vous prévoyez de subir des impacts latéraux importants et une utilisation fréquente, il est préférable d'utiliser des aciers plus ductiles. Pour un usage domestique en cuisine, avec des coupes principalement droites et sans heurter de matériaux durs, vous pouvez opter pour des aciers plus durs et très tranchants.
Si vous avez encore du mal à faire votre choix, il est préférable de demander conseil à un maître coutelier ou à un spécialiste qualifié en magasin de couteaux. Sinon, la qualité de l'acier dépend de votre volonté d'investir le prix du couteau.
7. Conclusions
L'acier est un élément essentiel du couteau, mais il ne s'agit que d'une pièce. Le choix d'un couteau est une décision personnelle et il est judicieux de le prendre en main avant de l'acheter. Dans cet article, nous avons mentionné des aciers qui se sont avérés utiles à divers égards.
Les aciers inoxydables modernes offrent des niveaux élevés de netteté et de performance et sont plus confortables à utiliser que les aciers rapides et autres aciers au carbone.
Il vous suffit de choisir entre un tranchant élevé et une corrosion potentielle, et des aciers coûteux offrant des performances supérieures. À l'inverse, vous aurez un acier à la fois très dur et résistant à la rouille, mais probablement légèrement moins productif, mais aussi plus abordable et pratique. Il est important de garder à l'esprit que choisir le meilleur acier pour une lame, ou choisir un couteau avec un acier spécifique, est loin d'être suffisant. La raison en est évidente : la lame n'est qu'une partie du couteau, mais il est judicieux de choisir un couteau avec un acier spécifique adapté à vos besoins.