Acciaio: una carta d’identità

Stai sicuramente pensando che se ne posson fare di cose inutili, ma questa – so che lo stai pensando – le batte tutte! Vengo a raccontarti che cos’è l’acciaio! A te che ci lavori un giorno sì e l’altro di più.

Ebbene, se non riesco a sorprenderti spero almeno di farti cosa utile, richiamando notizie che ok, non sono freschissime, ma sono sempre importanti da aver sotto mano.

Dunque, l’acciaio è una lega di ferro e carbonio, lo sappiamo bene. E sappiamo  che contiene una percentuale di carbonio inferiore al 2% e più piccole quantità di altri elementi come il silicio, il manganese, lo zolfo e il fosforo. Documento d’identità fatto.

Acciaio: le materie prime

Ma andando oltre in questa, che vorrebbe essere una ‘carta d’identità’ del nostro materiale con qualche notizia oltre quelle universalmente condivise, ho pensato Le materie prime per la produzione dell’acciaio sono:

• la ghisa greggia: proveniente dall’altoforno, che viene affinata (riduzione della percentuale del carbonio e delle impurità) e che è la materia prima principale;

• il rottame di ferro: derivato da recuperi civili e industriali

• le ferroleghe: leghe di ferro particolari, che non hanno impiego autonomo ma vengono appunto preparate per essere usate nella produzione di acciai e ghise speciali; contengono una percentuale di carbonio generalmente molto bassa (dallo 0,1% all’1%), con massiccia presenza (che può superare l’80%) di altri elementi come silicio, manganese, cromo, nichel, cobalto ecc… che vengono   aggiunte agli acciai per migliorarne le caratteristiche.

Acciaio: l’influenza del carbonio

Le proprietà dei vari tipi di acciaio dipendono principalmente dalla quantità di carbonio presente e dalla sua distribuzione nel ferro, dalle ferroleghe aggiunte e dai trattamenti termici subiti.

Generalmente presentano buone proprietà meccaniche e sono lavorabili per deformazioni plastiche e con le macchine utensili; sono facilmente saldabili.

Una classificazione molto comune distingue cinque grandi categorie.

1. Acciai al carbonio
   e tra questi

• • acciai extradolci (meno dello 0,15%);
  • acciai dolci (da 0,15% a 0,25%);
  • acciai semiduri (da 0,25% a 0,50%);
  • acciai duri (oltre lo 0,50%).
• Acciai legati
• Acciai debolmente legati ad alta resistenza
• Acciai inossidabili
• Acciai da utensili

Acciaio… altro da dichiarare?

Il vero obiettivo di questo intervento era fare il punto su “come funziona” l’acciaio nella gran parte dei casi, sì, ma anche in altri casi, sempre di grande interesse in relazioni alle produzioni di cui si occupa.

Voglio insomma ricordare la funzione (o le molte funzioni) sviluppate dai cosiddetti ‘elementi di lega’. Che siano naturalmente presenti nel materiale o che vengano aggiunti, sono in grado di conferire caratteristiche specifiche, determinando – in base alle percentuali – alcune variazioni delle proprietà specifiche per l’acciaio.

E, per complicarci un pochino la lettura e la vita, aggiungo che gli effetti di un singolo elemento di lega possono essere modificati

dalla presenza di altri elementi.

Detto questo, ho preparato un promemoria lungo come una Quaresima, ma – continuo a credere – forse utile. Ecco qui come gli elementi in lega, presi uno per uno, influiscono sulle caratteristiche e in ultima analisi sul comportamento dell’acciaio:

• Al – ALLUMINIO – Punto di fusione 658 °C

1. Indurisce notevolmente in fase solida.
2. Deossida efficacemente, percentuale in colata 0.020 – 0.040% oppure > 0.015 per Al solubile.
3. Ostacola l’ingrossamento del grano e in rettifica questo aiuta a contrastare le cricche.
4. E’ elemento di lega negli acciai da nitrurazione. Con l’azoto forma nitruri di alluminio durissimi.
5. Permette di regolare la profondità dello strato nitrurato.
6. Contrasta l’invecchiamento dell’acciaio.
7. Non tende a formare carburi ma tende ad aumentare  il potere abrasivo
8. Danneggia la lavorabilità negli acciai automatici.
9. Per avere una buona disossidazione è consigliato un rapporto Al/N > 2

• As – ARSENICO – Punto di fusione 817 °C

1. Ha una forte propensione alla segregazione.
2. Aggrava la fragilità a rinvenimento.

• B – BORO – Punto di fusione 2300 °C

1. In tenori di 0,003-0,005 aumenta notevolmente la temprabilità negli acciai al carbonio e basso legati. In tenore più elevato, provoca fragilità a caldo.
2. Dannoso ai fini della saldatura. Impiegato anche come disossidante.
3. L’acciaio deve essere disossidato prima dell’aggiunta del boro.
4. Per gli acciai al boro evitare permanenze alle temperature comprese fra 200 e 400 °C perché in questo range  il materiale diventa fragile.
5. Dovendo fare dei rinvenimenti usare le temperature di 180 °C  oppure 420 °C

• Bi – BISMUTO – Punto di fusione 270 °C

1. Usato in lega (~ 0.1%) col piombo esalta l’azione di lavorabilità anche del 20-30% negli acciai automatici.
2. Non è individuabile metallograficamente in quanto si presenta legato al piombo anche se aggiunto separatamente nel processo di fabbricazione.

• C – CARBONIO – Punto di fusione 3499 °C

1. 1. E’ l’elemento determinante in fase di tempra e rinvenimento per ottenere la durezza desiderata.
2. L’acciaio al carbonio dolce (C< 0.15) o extra dolce (C< 0.08), senza particolari aggiunte, presenta l’inconveniente di una eccessiva duttilità, risulta pastoso al taglio e dà luogo a cattive finiture.
3. Con C% oltre 0.15 vi è un aumento della resistenza al taglio e dell’usura degli utensili per l’accresciuta abrasività delle strutture più ricche di carburi.

• Ca – CALCIO – Punto di fusione 850 °C

1. Anche in minime quantità forma inclusioni non metalliche che migliorano la lavorabilità e contrastano l’abrasione.
2. Non peggiora le caratteristiche meccaniche e non dà problemi in fase di trattamento termico.
3. Metallo alcalino terroso di colore bianco/argenteo e molto molle.
4. In alcuni casi viene usato come disossidante.
5. Innalza la tenacità (resilienze).
6. Affina il grano ed in questo modo contrasta la penetrazione di tempra. Al fine di minimizzare il problema, lo spegnimento per la tempra andrà preferibilmente fatto in acqua.

• Co – COBALTO – Punto di fusione 1492 °C

1. Mantiene elevata la durezza ad alta temperatura.
2. Previene il surriscaldo degli utensili nelle lavorazioni alle macchine utensili.

• Cr – CROMO – Punto di fusione 1920 °C

1. In presenza di alto contenuto di carbonio dà una buona resistenza all’usura e all’abrasione.
2. Aumenta la temprabilità.
3. Contrasta la corrosione, l’ossidazione e la decarburazione.
4. Aiuta a mantenere la resistenza meccanica alle alte temperature.
5. Leggera tendenza alla formazione di carburi.
6. Aumenta la durezza superficiale ottenibile per nitrurazione.

• Cu – RAME – Punto di fusione 1084 °C

1. Migliora la resistenza alla corrosione atmosferica.
2. Indesiderato nell’acciaio perché provoca fragilità a caldo quando supera 0.40%
3. Dannoso ai fini della saldatura.

• Fe – FERRO – Punto di fusione 1536 °C

1. E’ il metallo più comune, il 90% di tutto il metallo raffinato nel mondo è ferroso.
2. Viene usato in acciai ed altre leghe. Il metallo puro è ottenuto dalla liquefazione dei minerali ferrosi. I primi ritrovamenti furono nelle meteoriti composte da leghe di ferro, nichel, cobalto, cromo.
3. Sulla terra si trova nei giacimenti di magnetite, ematite, limonite e siderite.
4. E’ un solido grigio chiaro e magnetico. Quando è attaccato dall’aria umida diventa ruggine (ossido di ferro).
5. Ac3 per il ferro puro = 911 °C

• H – IDROGENO – Punto di fusione -262 °C

1. E’ un’ impurezza molto dannosa specie se superiore a 2 ppm.
2. Produce microcricche, denominate fiocchi, che si possono manifestare anche dopo lunghi periodi di tempo o dopo trattamento termico di bonifica.

• Mn – MANGANESE – Punto di fusione 1221 °C

1. Aiuta ad aumentare la temprabilità.
2. Dà resistenza all’usura per urto.
3. Contrasta la fragilità in presenza di zolfo.
4. E’ considerato elemento di lega, se la percentuale supera 1%
5. Il rapporto Mn/C dovrebbe essere > 3 per avere una soddisfacente tenacità alle basse temperature (es. Kv –50 °C).

• Mo – MOLIBDENO – Punto di fusione 2622 °C

1. Innalza, in fase di riscaldo, la temperatura alla quale inizia l’ingrossamento del grano austenitico.
2. Si oppone alla fragilità a rinvenimento.
3. Innalza il limite di scorrimento a caldo.
4. Aumenta la profondità di tempra, perché diminuisce la velocità critica di raffreddamento.

• N – AZOTO – Punto di fusione -210 °C

1. Aumenta la temprabilità, il carico di rottura e lo snervamento.
2. Impiegato nei processi di nitrurazione per avere strati superficiali durissimi.
3. Un contenuto intorno a  0.012% favorisce lo spezzettamento del truciolo migliorando di conseguenza al lavorabilità.
4. Consigliato 90 ppm max.
5. Considerato generalmente nocivo sulla tenacità (Kv) alle basse temperature.

• Nb – NIOBIO – Punto di fusione 1950 °C

1. Forma carburi abrasivi molto duri e causa aumento di usura degli utensili nelle lavorazioni meccaniche.
2. Trova impiego negli acciai autotempranti.
3. Viene chiamato anche columbio.
4. Usato fare gli acciai speciali ed i giunti saldati ad alta resistenza per evitare la corrosione.
5. Superconduttore elementare alle basse temperature.

• Ni – NICHEL – Punto di fusione 1453 °C

1. Aumenta la temprabilità.
2. Utile per aumentare la resistenza all’urto alle basse temperature in percentuale del 2% circa e ottima influenza sull’abbassamento della curva di transizione.
3. Aumenta la resistenza degli acciai ricotti e non trattati.

• O – OSSIGENO – Punto di fusione -218,7 °C

1. In generale viene considerato un’impurezza, perché agisce negativamente sulle caratteristiche meccaniche.
2. Un acciaio è considerato di elevata qualità, quanto più è stato disossidato.
3. Consigliato 30 ppm max.

• P – FOSFORO – Punto di fusione 44 °C

1. Riduce la duttilità ma aumenta la truciolabilità negli acciai automatici.
2. In percentuale > 0,20, la resilienza è nulla.
3. Per i trattamenti di galvanizzazione si consiglia un tenore max di 0.015%  oppure la formula Si + 2.5P <0.15%

• Pb – PIOMBO – Punto di fusione  327,4 °C

1. Insieme allo zolfo, migliora notevolmente la lavorabilità degli acciai (0.15-0.35%).
2. Leggera tendenza ad affinare il grano austenitico.
3. Agisce negativamente sulle caratteristiche meccaniche.
4. Dannoso per la saldatura, se questa va effettuata, usare elettrodi UTP 63 o equivalenti con Rm 700 N/mmq e A% 40.

• S – ZOLFO – Punto di fusione 118 °C

1. Viene aggiunto, nell’acciaio, in diversi tenori a secondo delle classi e delle esigenze tecnologiche per migliorare la lavorabilità.
2. Indesiderato dal punto di vista delle caratteristiche meccaniche perché crea fragilità.
3. E’ considerato l’additivo più semplice, efficace ed economico da aggiungere all’acciaio per migliorare la lavorabilità.
4. Abbassa la temperatura di fusione dell’acciaio.

• Se – SELENIO – Punto di fusione 217 °C

1. Uno 0.20% di questo elemento è più idoneo di una uguale quantità di zolfo nel miglioramento della truciolabilità negli acciai al carbonio, basso legati e austenitici.
2. Negli acciai inossidabili può sostituire in meglio lo zolfo e il tellurio.
3. Globulizza i solfuri di manganese e viene usato per migliorare le proprietà meccaniche in senso trasversale degli acciai risolforati.
4. Aumenta la lavorabilità nelle operazioni difficili (es. forature profonde).

• Si – SILICIO – Punto di fusione 1414 °C

1. Usato come elemento di lega nei lamierini per applicazioni elettromagnetiche perché aumenta la resistività elettrica
2. Leggera influenza sulla deossidazione
3. Aumenta la resistenza all’usura degli acciai poco legati
4. Diminuisce la deformabilità a freddo
5. Danneggia fortemente la lavorabilità all’utensile
6. Per i trattamenti di galvanizzazione si consiglia di non superare 0.25%

• Sn – STAGNO – Punto di fusione 231,8 °C

1. In tenori superiori allo 0,05% può rendere fragile l’acciaio nelle  lavorazioni a caldo come il rame.
2. Usato per rivestire conduttori elettrici.
3. Non si ossida facilmente in aria.

• Te – TELLURIO – Punto di fusione 449,5 °C

1. Rende meno plastici i solfuri permettendo una maggiore velocità di taglio e facilitale operazioni di foratura.
2. Combinato con il piombo arriva a dare vantaggi di lavorazione anche del 50%
3. Riduce la deformabilità a caldo.
4. Deteriora la lavorabilità a caldo quanto il piombo, quando è presente nell’acciaio in percentuale tale da ottenere il rapporto S% : Te%  ~ 10
5. Tende a globulizzare i solfuri.

• Ti – TITANIO – Punto di fusione 1727 °C

1. Contrasta la formazione di austenite negli acciai con alto tenore di cromo.
2. Riduce la durezza e la temprabilità negli acciai a medio tenore di cromo.
3. Negli acciai inossidabili contrasta la corrosione intergranulare.
4. Disossidante, denitrurante e affinante del grano austenitico.
5. Riduce la lavorabilità all’utensile perché forma carburi abrasivi.

• V – VANADIO – Punto di fusione 1726 °C

1. Produce grano fine.
2. Aumenta la temprabilità.
3. Come per il nichel aumenta la resistenza all’urto.
4. Innalza il limite elastico.
5. Conferisce notevole resistenza all’usura.

• W – TUNGSTENO – Punto di fusione 3380 °C

1. Impartisce resistenza all’abrasione negli acciai da utensili, diminuisce la sensibilità al surriscaldo.
2. Produce resistenza meccanica nei particolari per lavorazione a caldo.
3. Migliora la tenacità e contrasta l’ingrossamento del grano.
4. Particolarmente impiegato negli acciai rapidi  per componenti da taglio a freddo e tranciatura.

• Zr – ZIRCONIO – Punto di fusione 1860 °C

1. Fissando l’azoto elimina la tendenza all’invecchiamento.
2. Tende a formare ossidi e nitruri dannosi in lavorazione meccanica.
3. Ha il potere di assorbire i gas e per questo è utilizzato puro come “getter” o assorbente metallico.
4. Essendo inalterabile dall’azione degli agenti atmosferici è impiegato per produrre leghe metalliche resistenti alla corrosione.

Acciaio: in SteelBetter lo conosciamo bene e lo trattiamo meglio!
Al di la’ dei ‘bigini’ che aiutano la memoria, scegliere il nostro acciaio e decidere come trattarlo è assolutamente impegnativo. È una fase che richiede di prendere in considerazione tanti elementi e tante variabili che possono incidere, prevedibilmente ma anche no, sulla qualità della produzione.

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