Acciai austenitici, i più comuni
Gli acciai inossidabili austenitici sono gli acciai inossidabili più comuni. Il loro tenore di carbonio è inferiore allo 0,1%, il cromo compreso tra il 18% e il 25% e nichel dall’8% al 20%. Al nichel, in particolare, spetta la funzione di estendere il campo austenitico, stabilizzando la struttura cristallina tipica delle alte temperature fino a condizioni prossime a quelle normali.
Questi acciai hanno caratteristiche ben note, ma sempre molto interessanti:
- ottima resistenza alla corrosione;
- facilità di ripulitura e ottimo coefficiente igienico;
- facilità di lavorazione, di forgiatura e di saldabilià;
- incrudibili non con trattamento termico ma lavorati a freddo;
- in condizione di totale ricottura non si magnetizzano.
La struttura austenitica, in realtà, si conserva in condizioni metastabili a temperatura ambiente, mantenendosi per tempi indefiniti, in quanto lo sviluppo completo della forma stabile, perlite, è estremamente lento.
Come emerge dall’esame delle curve di Bain, la trasformazione austeno/perlitica prevede per il materiale un lunghissimo mantenimento in forno, con tempi che industrialmente sono difficili da sostenere. D’altra parte, le velocità di raffreddamento e le temperature da raggiungere necessarie nella tempra per ottenere martensite sono tali che la struttura cristallina compatibile con processi economicamente interessanti è unicamente quella austenitica.
La composizione base dell’acciaio inossidabile austenitico è il 18% di Cr e l’8% di Ni, codificata in 18/8 (AISI 304). Una percentuale del 2-3% di molibdeno permette la formazione di carburi di molibdeno migliori rispetto a quelli di cromo e assicura una miglior resistenza alla corrosione dei cloruri (come l’acqua di mare e di sali disgelanti)(acciaio 18/8/3) (AISI 316).
Il contenuto di carbonio è basso (0,08% max di C), ma esistono anche acciai inox austenitici dolci (0,03% di C max). L’acciaio inox austenitico può essere stabilizzato con titanio o niobio per evitare una forma di corrosione nell’area delle saldature (vedi più avanti le debolezze di questo tipo di acciaio).
Proprietà degli acciai austenitici
La loro struttura austenitica (con cristallo CFC) li rende immuni dalla transizione duttile-fragile (che si manifesta invece con la struttura ferritica, cristallo ccc), quindi conservano la loro tenacità fino a temperature criogeniche (He liquido).
La dimensione dei grani, sensibilmente più elevata di quella degli acciai ferritici da costruzione, li rende resistenti allo scorrimento viscoso; di conseguenza fra gli acciai per costruzione di recipienti a pressione, sono quelli che possono essere utilizzati alle temperature più elevate (600 °C).
La struttura austenitica è paramagnetica e, quindi, questi acciai possono essere facilmente riconosciuti disponendo di magneti permanenti calibrati.
Impieghi degli acciai austenitici
Gli impieghi di questi acciai sono molto vasti: pentole e servizi domestici, serramenti e finiture architettoniche, mattatoi, fabbriche di birra, lattine per bibite e prodotti alimentari; serbatoi per gas liquefatti, scambiatori di calore, apparecchi di controllo dell’inquinamento e di estrazione di fumi, autoclavi industriali. La loro resistenza a gran parte degli aggressivi chimici li rende inoltre molto apprezzati nell’industria chimica. Lo stesso tipo di acciaio fu utilizzato nel 1929 per la costruzione della guglia del Chrysler Building di New York: la struttura fu costruita in officina in 4 tronconi separati e poi assemblati sulla cima della costruzione nel giro di 90 minuti. La lucentezza della guglia, a 80 anni dalla sua costruzione, testimonia l’altissimo grado di resistenza alla corrosione e di inossidabilità del materiale impiegato (Nirosta).
Alcune limitazioni degli acciai austenitici
Considerando la notevole percentuale di componenti pregiati (Ni, Cr, Ti, Nb, Ta), gli acciai inox austenitici si collocano fra i più costosi tra gli acciai di uso comune.
C’è poi dell’altro:
- a bassa temperatura la loro resistenza alla corrosione diminuisce drasticamente: gli acidi intaccano il film di ossido protettivo causando corrosione generica;
- nelle fessure e nelle zone protette la quantità di ossigeno può non bastare per la conservazione della pellicola di ossido, con conseguente corrosione interstiziale;
- nelle soluzioni acquose, gli ioni degli alogenuri, specie l’anione (Cl-), diffondono nelle discontinuità del film passivante degli acciai inox austenitici dando luogo alla corrosione per vaiolatura (pitting)
- i cloruri scatenano la SCC (Stress Corrosion Cracking, rottura da tensocorrosione).
Acciai austenitici: come trattarli?
Il trattamento principe, che sostanzialmente annulla gli effetti dell’incrudimento, è anche il più noto e il più eseguito, ed è la
- solubilizzazione: detta anche “tempra di solubilizzazione” o “ipertempra” è il processo che, alla temperatura di circa 1000 ÷ 1100 °C, rende solubile allo stato solido il Carbonio contenuto nell’acciaio sotto forma di carburi (in prevalenza carburi di Cromo); il mantenimento deve essere sufficiente perché detta temperatura arrivi “a cuore” del pezzo, e viene seguito da raffreddamento abbastanza rapido da impedire una nuova precipitazione dei carburi (indicativamente nell’intervallo di temperatura 450 ÷ 850 °C). Il meccanismo di riscaldo + mantenimento + raffreddamento rapido è analogo al trattamento di tempra degli acciai martensitici, ma negli acciai austenitici conferisce lo stato di massimo addolcimento, anziché innalzare i valori resistenziali. Per tale motivo la solubilizzazione è anche detta “tempra negativa” o “tempra inversa”.
Altri trattamenti per gli acciai austenitici? C’è SteelBetter
Per questa famiglia di acciai noi abbiamo delle buone notizie perché in effetti, oltre alla solubilizzazione, esiste la possibiità di trattare gli acciai austenitici effettuando, a seconda del bisogno e delle caratteristiche del materiale, questi trattamenti termici:
- sensibilizzazione
- distensione
- stabilizzazione
Approfondiamo per esaminarli più da vicino :
- sensibilizzazione: questo trattamento termico serve unicamente a valutare il grado di resistenza alla corrosione intercristallina di un metallo, non a modificarne le caratteristiche. Comporta un mantenimento prolungato nell’intervallo critico di temperatura (450 ÷850 °C) per “provocare” la precipitazione di carburi di Cromo a conseguentemente valutare il comportamento delle diverse marche di acciaio austenitico. L’intervallo critico di temperatura per gli acciai stabilizzati (con l’addizione di Titanio o di Niobio) è notevolmente più elevato (circa 1250 ÷ 1300 °C), perché nell’intervallo 450 ÷ 850 °C si verifica una precipitazione, ma si tratta di carburi di Titanio a di Niobio, e pertanto non vi è un impoverimento in Cromo della matrice dell’acciaio.
- distensione: la deformazione plastica o la lavorazione meccanica di un acciaio austenitico generano:
a) stato tensionale
b) plaghe di martensite (l’acciaio diventa lievemente ferromagnetico),
c) in generale, una diminuzione delle proprietà elastiche.La soluzione certa sarebbe in un trattamento di solubilizzazione, ma l’elevata temperatura necessaria comprometterebbe sia l’aspetto estetico (per la formazione di ossidi a caldo) sia, soprattutto, la geometria del pezzo (quote di lavorazione, rettilineità, ecc.).Perché preferire la distensione? Si tratta di un trattamento termico attuabile alla temperatura ‘tranquilla’ di 50 ÷400 °C circa, ben inferiore a quella di sensibilizzazione. Uno stato tensionale più critico riguarda i manufatti saldati, perché un intervento efficace richiederebbe delle temperature di trattamento più elevate, mantenendo però l’esigenza di evitare l’intervallo della sensibilizzazione.
- stabilizzazione: questo trattamento è analogo alla distensione. A differenziarlo c’è il fatto che viene effettuato in prevalenza su acciai stabilizzati (al Titanio o al Niobio) e ad una temperatura più elevata, dell’ordine di 840 ÷ 900 °C. Inoltre, può essere poi seguito da una distensione alla temperatura di circa 700 °C.
Conclusa qui la panoramica sui possibili trattamenti da praticare con gli acciai austenitici, è chiaro che l’individuazione del tipo di trattamento più appropriato resta compito mio, e sono a tua disposizione. Valuterai poi con calma se concedermi o no la tua fiducia.
Posso guidarti e affiancarti nella scelta, purché si tratti sempre di una scelta – come vogliamo in SteelBetter – ‘informata e documentata’. Posso garantirti che al di là della preparazione tecnica abbiamo requisiti molto concreti da mostrare… vieni a vedere con i tuoi occhi.