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RESISTENZA ALLA CORROSIONE
Ad eccezione di alcuni metalli preziosi come l'oro o il platino, i metalli estratti dai minerali tendono sempre a ritornare allo stato combinato ea modificarsi a contatto con l'atmosfera, l'acqua o altre sostanze corrosive.
I cosiddetti acciai "inossidabili" non hanno una resistenza generale e assoluta alla corrosione. Si presentano sotto forma di leghe con la capacità di resistere a un'atmosfera specifica per un determinato periodo di tempo. La loro resistenza deriva dalla loro capacità di autoproteggersi attraverso la formazione spontanea sulla loro superficie di un complesso film di ossidi e idrossidi di cromo, il cosiddetto "strato passivo", che protegge il substrato metallico dalla corrosione generalizzata e dagli attacchi localizzati. Questo strato estremamente sottile (dell'ordine da 1 a 2 ø) rende trascurabile lo strato di corrosione.
I tipi più gravi di corrosione per gli acciai inossidabili sono la vaiolatura, la corrosione interstiziale e la corrosione intergranulare.
La composizione chimica degli acciai inossidabili determina il loro comportamento nei confronti di questi diversi tipi di corrosione. Gli elementi più influenti sono cromo (Cr), nichel (Ni), molibdeno (Mo) e rame (Cu). Il basso contenuto di carbonio è essenziale per mantenere le proprietà meccaniche dei fissaggi che possono essere utilizzati ad alte temperature.
LEGHE FERRO-CARBONIO-CROMO
Il carbonio portato a contatto a caldo con il cromo produce un deposito di carburo di cromo, riducendo la resistenza alla corrosione. Tale riduzione è mitigata dall'utilizzo di stabilizzanti (titanio, niobio) e dalla riduzione del contenuto di carbonio. A seconda della composizione chimica della lega si ottengono acciai diversi con comportamento diverso.
Gli acciai inossidabili possono essere suddivisi in quattro famiglie principali, ognuna con le proprie caratteristiche:
Acciai inossidabili austenitici
Acciai inossidabili martensitici
Acciai inossidabili ferritici
Acciai inossidabili austenitico-ferritici (detti anche "Duplex")
Acciai inossidabili austenitici (gradi da A1 a A5)
Questi sono di gran lunga i più conosciuti e utilizzati. Oltre ad un contenuto minimo di cromo del 17% di nichel (fino al 7% o più) ed eventuali aggiunte di molibdeno, titanio, niobio ecc.
Il rame può essere aggiunto per ridurre la suscettibilità all'incrudimento.
Le loro proprietà meccaniche a trazione sono generalmente modeste, ma l'incrudimento può migliorare significativamente alcuni gradi. D'altra parte, la loro mancanza di fragilità alle basse temperature li rende molto adatti per applicazioni criogeniche. La loro resistenza alla corrosione aumenta con il contenuto di cromo e molibdeno. la tua resistenza aL'ossidazione aumenta con il contenuto di cromo: gli standard di cromo al 18% resistono fino a circa 800°C in atmosfera ossidante priva di zolfo. Inoltre, è necessario passare alle cosiddette tonalità "ignifughe", che sono molto più correlate.
L'introduzione di elementi stabilizzanti come il titanio o il niobio permette di evitare la corrosione intergranulare, soprattutto sulle saldature, e aumenta la resistenza meccanica alle alte temperature.
Acciai di classe A1
Gli acciai di grado A1 sono appositamente progettati per la lavorazione. A causa dell'alto contenuto di zolfo, questo gruppo di acciai è meno resistente alla corrosione rispetto agli acciai con un normale contenuto di zolfo.
Acciai di classe A2
Gli acciai di classe A2 sono i più comunemente usati, soprattutto per elettrodomestici da cucina, attrezzature per l'industria chimica, elementi di fissaggio, ecc. Gli acciai di questo gruppo non sono adatti per l'uso in acidi non ossidanti e sostanze clorurate, come piscine o acqua di mare.
Acciai di classe A3
Gli acciai di grado A3 sono acciai inossidabili stabilizzati con le stesse proprietà degli acciai di grado A2.
Acciai di grado A4
Gli acciai A4 legati al molibdeno sono “resistenti agli acidi” e offrono una migliore resistenza alla corrosione. Questo grado è ampiamente utilizzato nell'industria della cellulosa, poiché questo grado di acciaio è stato sviluppato per l'ebollizione dell'acido solforico (da cui il nome
Resistente agli acidi"). È anche condizionatamente adatto per ambienti con cloro. L'A4 è spesso utilizzato anche nell'industria alimentare e nella costruzione navale.
Acciai di classe A5
Gli acciai A5 sono acciai stabilizzati "resistenti agli acidi" con le stesse proprietà degli acciai A4.
Acciai inossidabili martensitici (classi da C1 a C4)
Questi acciai contengono generalmente dal 12 al 19% di cromo e il loro contenuto di carbonio varia tra lo 0,08 e l'1,2%. Possono contenere nichel e molibdeno nonché alcuni elementi aggiuntivi come rame, titanio o vanadio. Sono spesso forniti allo stato ricotto. Naturalmente è consigliabile utilizzarli - come gli acciai per ingegneria meccanica - allo stato bonificato, che rappresenta il miglior compromesso tra resistenza alla corrosione e proprietà meccaniche. Sono interessanti quando la temperatura di esercizio non supera i 650 °C (esempio di turbine per la generazione di energia elettrica).
In pratica vengono utilizzati:
O dopo tempra e distensione a circa 200°C, per cui viene mantenuta la massima resistenza meccanica,
O dopo tempra e rinvenimento tra 55° e 700°C, garantendo un miglior compromesso di durabilità/tenacità/resistenza alla corrosione.
Questi acciai consentono di abbinare un'interessante resistenza alla corrosione a proprietà meccaniche equivalenti a quelle degli acciai legati di alta qualità. Possono essere induriti per una migliore resistenza e sono magnetici.
Acciai di classe C1
Gli acciai C1 hanno una resistenza alla corrosione limitata. Sono utilizzati in pompe, turbine e posate.
Acciai di classe C3
Gli acciai C3 hanno una resistenza alla corrosione limitata, sebbene siano migliori
superiore a quello degli acciai di classe C1. Sono utilizzati in pompe e valvole.Acciai di classe C4
Gli acciai C4 hanno una resistenza alla corrosione limitata. Sono destinati alla lavorazione meccanica e per il resto sono simili agli acciai C1.
Acciai inossidabili ferritici (grado F1)
Si tratta di leghe ferro-cromo o ferro-molibdeno il cui contenuto di cromo varia tra il 10,5% e il 28% e il cui contenuto di carbonio non supera lo 0,08%. Questi acciai generalmente non contengono nichel.
Altri elementi aggiuntivi - come Ti, Nb o Zr - possono essere introdotti per migliorare determinate proprietà come la saldabilità, la resistenza alla corrosione o la lavorabilità a freddo. Gli acciai ferritici ad alto tenore di carbonio (>20%) sono principalmente utilizzati per la loro notevole resistenza alla corrosione (superferritica) e all'ossidazione a caldo. Alcuni gradi legati con molibdeno e/o titanio hanno una resistenza alla corrosione paragonabile agli acciai austenitici.
Questi acciai non possono essere temprati e vengono utilizzati allo stato ricotto. Sono molto sensibili all'ingrossamento del grano ad alte temperature, ma possono essere utilizzate fino a circa 800 °C in atmosfere ossidanti (alcuni oltre). Alle alte temperature, per la mancanza di nichel, sono spesso più resistenti alle atmosfere solforose rispetto agli acciai austenitici. La loro fragilità a bassa temperatura li rende inadatti per applicazioni criogeniche. Contrariamente a quanto si crede, il fatto che questa famiglia di acciai sia magnetica non si correla in alcun modo con una scarsa resistenza alla corrosione. Alcuni gradi hanno proprietà comparabili o addirittura migliori in quest'area rispetto ai più comuni acciai austenitici.Acciai di classe F1
Gli acciai F1 non possono, e in alcuni casi non dovrebbero, essere normalmente incruditi. Gli acciai F1 sono magnetici. Gli acciai di questo gruppo sono solitamente utilizzati per attrezzature semplici, ad eccezione degli acciai "superferritici", il cui contenuto di C e N è molto basso. Questi acciai possono essere utilizzati in ambienti ad alto contenuto di cloro.
DESIGNAZIONE
Il sistema di designazione per i gradi di acciaio inossidabile e le classi di qualità per i dispositivi di fissaggio è mostrato nella tabella seguente. La designazione del materiale è composta da due gruppi di caratteri separati da un trattino. Il primo designa il tipo di acciaio, il secondo il grado.
La designazione dei gradi di acciaio (primo gruppo) è costituita da una lettera che indica il gruppo di acciaio:
UN per acciai austenitici
C per acciaio martensitico
F per acciaio ferritico
Questa lettera è seguita da un numero che denota la variazione nella composizione chimica in quel gruppo di acciaio.
La designazione del grado (secondo gruppo) è composta da due cifre che indicano 1/10° della resistenza alla trazione del fissaggio.
Esempio: A2-70
Si riferisce ad un acciaio austenitico incrudito il cui carico di rottura minimo è
N/mm2(700MPa).
Esempio: C4-70
Denota un acciaio martensitico bonificato con una resistenza minima alla trazione di 700 N/mm2(700MPa).
La marcatura degli acciai inossidabili con un basso contenuto di carbonio non superiore allo 0,03% può essere completata con la lettera L - esempio A4L-80
