Acciaio al carbonio o acciaio inox?

Per entrambi la provenienza è una: sono leghe ferrose. Ma la composizione chimica, che è molto diversa, conferisce ad ognuno caratteristiche diverse. Perciò la scelta tra i due deve essere ben ponderata: meglio farla consultando un esperto e in ogni caso  non ‘al buio’. Per questo ho deciso di fare un po’ di chiarezza nelle righe che seguiranno…

Vigente la norma EN 10088-1, si possono definire “acciai inossidabili” le leghe ferrose il cui contenuto di cromo minimo è pari al 10,5%.

Gli acciai inossidabili normalmente utilizzati nell’industria hanno un contenuto di cromo superiore, solitamente il 18%. Contengono inoltre nickel, molibdeno ed altri elementi. Mentre il nickel contribuisce a migliorare le caratteristiche meccaniche, il cromo permette la formazione dello strato passivato, principale responsabile della resistenza alla corrosione.

E allora, focus sull’inox!

Paragonato all’acciaio al carbonio, quello inossidabile si caratterizza per una maggiore resistenza alla corrosione e migliori caratteristiche meccaniche. Quindi, dirai tu, devo anche stare a pensarci? Hai già deciso, vero? Però, ascolta… l’acciaio al carbonio costa molto meno. Per questa semplice ragione è tanto diffuso nell’utilizzo in impianti a circuito chiuso.

Vediamo un po’ più da vicino la storia di questo materiale, che, sotto la livrea francese (la parola inox abbrevia l’aggettivo “inoxydable”), ha invece un’anima anglosassone e preindustriale.

Furono infatti gli inglesi Woods e Clark a brevettare, nel 1872, una lega di ferro contenente il 35% in peso di cromo e resistente agli acidi. Ma solo nel 1913 Harry Brearley di Sheffield,scoprì, mentre sperimentava acciai per canne di armi da fuoco, che un  provino di acciaio con il 13-14% di cromo e con un tenore di carbonio relativamente alto (0,25%) non si arrugginiva quando era esposto all’atmosfera.

Grande progresso tecnologico!

Per la prima volta se ne trova menzione in un articolo apparso sul New York Times nel 1915. Nel testo si legge un vero e proprio panegirico della nuova classe di acciai. Perfino a contatto con gli acidi organici contenuti nei cibi, le posate restano intatte: inedita e strabiliante resistenza alla corrosione! Una proprietà poi spiegata con la passivazione del cromo, che forma sulla superficie una pellicola di ossido estremamente sottile, continua e stabile. I successivi progressi della metallurgia fra gli anni quaranta e sessanta del XX secolo hanno visto lo sviluppo e la sensibile crescita del numero delle applicazioni degli acciai inox. Una fortuna mai venuta meno: tuttora vengono perfezionati e adattati alle richieste dei vari settori industriali, come il petrolifero/petrolchimico, minerario, energetico, nucleare e alimentare.

L’acciaio inossidabile si fa in 4… categorie

Il termine “inossidabile” non corrisponde alla vera natura di questi metalli, che sono al contrario “ossidabilissimi”. Ma possiedono, come ho appena ricordato, la capacità di “auto passivarsi”.

Uno strato di ossidi invisibili, essenzialmente dovuto alla percentuale di cromo, protegge il metallo sottostante dagli attacchi corrosivi. La natura di questo strato è tale da garantire la copertura del metallo anche se localmente si verificano abrasioni od asportazioni della pellicola, a patto di rimanere sempre in condizioni sufficientemente ossidanti.

Il fenomeno si verifica quando l’ambiente è sufficientemente ossidante (per esempio l’aria che si respira, l’acqua, soluzioni varie e così via). Bisogna dunque consentire al metallo, in fase di lavorazione come di messa in opera, lo scambiare con l’ambiente circostante di una quantità di ossigeno sufficiente al prodursi della passivazione.

Naturalmente questo film passivo può essere più o meno resistente e più o meno ancorato al materiale a seconda della concentrazione di Cromo presente nella lega ed a seconda dell’eventuale presenza di altri elementi quali il Nichel, il Molibdeno, il Titanio, ecc.

Esistono diverse tipologie di acciaio inox, divise in quattro categorie, classificate secondo la diversa struttura molecolare:

• Acciai inossidabili martensitici

Classe di acciai inossidabili induribili mediante trattamento termico.

L’acciaio inox martensitico è stato il primo ad essere fabbricato su scala industriale (lame di coltelli). Ha un tenore di carbonio relativamente alto e di cromo fra il 12 ed il 18%.

Le proprietà fondamentali sono discreta resistenza alla corrosione, alti livelli di resistenza e di durezza ottenibili tramite tempra, pessima saldabilità per l’alto tenore di carbonio.

• Acciai inossidabili austenitici

Classe di acciai inossidabili induribili mediante trattamento termico. Vengono utilizzati quando è richiesta un’elevata resistenza meccanica e una non troppo alta resistenza alla corrosione. La composizione base dell’acciaio inox austenitico è il 18% di Cr e l’8% di Ni, codificati in 18/8. Una percentuale del 2-3% di molibdeno assicura una miglior resistenza alla corrosione (acciaio 18/8/3). Il contenuto di carbonio è basso (0,08% max di C), ma esistono anche acciai inox austenitici dolci (0,03% di C max). Le proprietà fondamentali sono: ottima resistenza alla corrosione, facilità di ripulitura e ottimo coefficiente igienico, facilmente lavorabile, forgiabile e saldabile; incrudito se lavorato a freddo e non tramite trattamento termico; in condizione di totale ricottura non si magnetizza; utilizzabile sia in criogenia che a temperature molto alte (fino a 925°C).

• Acciai inossidabili ferritici

Gli acciai ferritici sono acciai inossidabili al solo cromo (variabile dall’11% al 30%), allo stesso modo dei martensitici, ma rispetto a quest’ultimi sono ad un minor tenore di carbonio. Altri elementi presenti nei ferritici sono il molibdeno, l’alluminio (per aumentare la resistenza all’ossidazione a caldo) e lo zolfo (per facilitarne la lavorabilità). Non potendosi fare trattamenti termici per l’assenza di punti critici, si esegue la ricristallizzazione o l’incrudimento. Le proprietà fondamentali di questo tipo di acciaio sono: moderata resistenza alla corrosione, che aumenta con la percentuale di cromo nonché con la introduzione in lega del molibdeno; è magnetizzabile; non è temprabile ed è da usare sempre dopo ricottura; la saldabilità è scarsa, in quanto il materiale che viene surriscaldato subisce l’ingrossamento del grano cristallino a causa del cromo.

• Acciai inossidabili austeno-ferritici

Gli acciai austeno ferritici (o duplex) sono una famiglia di tipologie che unisce alla buona resistenza alla corrosione l’elevata resistenza meccanica e la semplicità nella lavorazione. Le loro proprietà fisiche sono intermedie rispetto agli acciai inossidabili austenici e quelli ferritici ma tendono ad essere più simili a quelle dei ferritici e degli acciai al carbonio. Tutti gli acciai duplex hanno una resistenza alla criccabilità da tensocorrosione molto superiore agli acciai inossidabili austenici della serie 300. Essi presentano inoltre una resistenza meccanica significativamente superiore rispetto ai gradi austenici, mantenendo allo stesso tempo una buona duttilità e tenacità. Gli acciai duplex vengono usati sempre di più in campo strutturale, ad esempio nella costruzione di ponti e grandi coperture, in particolare dove la necessità di sopportare carichi elevati sposa quella di preservare la struttura dalla corrosione per la presenza di un ambiente salino.

Che differenza c’è tra acciai al carbonio ed acciai inossidabili?

La differenza sta nella composizione chimica, infatti gli acciai inossidabili hanno un contenuto di cromo di almeno il 10,5%. Nel settore industriale gli acciai inossidabili normalmente utilizzati hanno un contenuto di cromo superiore a questa soglia (solitamente il 18%) e contengono inoltre nickel, molibdeno ed altri elementi. La presenza del cromo è, come già detto, importante per la formazione dello strato passivato resistente alla corrosione, mentre il nickel contribuisce a migliorare le caratteristiche meccaniche. In generale si può dire che gli acciai inossidabile sono più resistenti alla corrosione ed hanno migliori caratteristiche meccaniche  rispetto agli acciai al carbonio.

Acciaio al carbonio: l’alternativa conveniente

Dopo questa panoramica sul mondo-inox, torniamo a riconsiderare il punto di partenza di queste riflessioni. Cioè la nostra scelta operativa, che deve a ragion veduta ricadere sull’una o sull’altra famiglia di materiali. E se l’acciaio inox si fa apprezzare per tante sue qualità – prima tra tutte, naturalmente, la resistenza alla corrosione, l’acciaio al carbonio ha dalla sua qualche attrattiva che andiamo ora a illuminare.

Con il termine acciaio al carbonio si intendono le leghe ferro-carbonio non contenenti ulteriori elementi di lega (cromo, nichel, ecc.) se non come impurità. L’acciaio al carbonio è anche noto come “acciaio non legato” di qualità secondo la classificazione della norma UNI EN 10020. Ha un tenore di carbonio compreso tra lo 0,2 % e lo 0,65 % e da quantitativi relativamente ridotti di elementi di lega pregiati come il nickel e il cromo.

Sono il tipo più comune e meno pregiato; si lavorano facilmente e possono essere saldati senza problemi. Sono però soggetti alla corrosione, soprattutto a temperature elevate, a cui perdono anche resistenza meccanica; a temperature molto basse diventano fragili. Si dividono in:

• acciai dolci – con meno dell’1% di carbonio. Molto duttili e malleabili, si lavorano facilmente e hanno ottima resistenza meccanica a trazione e compressione; sono anche molto resilienti.
• acciai duri – con tenore di carbonio superiore: gli acciai dolci sono meno resilienti, cioè è più facile che si spezzino se sottoposti a urti violenti, però sono anche molto più duri superficialmente; inoltre prendono molto bene la tempra, trattamento che non dà buoni risultati con gli acciai dolci. Ovviamente però sono più difficili da lavorare.

Tra acciaio al carbonio e inox, metti un consiglio da Steelbetter

Acciaio al carbonio e acciaio inossidabile vengono utilizzati in una vasta gamma di applicazioni business e consumer. In estrema sintesi:

• l’acciaio al carbonio: contiene una maggior quantità di carbonio, ha un punto di fusione inferiore, maggiore flessibilità e durata e una migliore distribuzione del calore;
• l’acciaio inossidabile: deve presentare un elevato contenuto di cromo con strato invisibile sulla dell’acciaio contro la corrosione e evitare macchie.

A fare veramente la differenza  sono i componenti, aggiunti in vista dell’utilizzo.

Anche un osservatore casuale potrebbe distingue in un nanosecondo i due materiali:

• l’acciaio al carbonio: è opaco, con una finitura opaca paragonabile ad una pentola di ghisa o ad una recinzione in ferro battuto;
• l’acciaio inossidabile: è lucido ed è disponibile in diverse qualità: più aumenta il cromo più la superficie si fa lucida e riflettente. Un rivestimento realizzato in acciaio inossidabile al cromo è esteticamente così gradevole da rendere inutili verniciature o rifiniture.

Sotto il profilo degli impieghi,

• l’acciaio al carbonio:  è preferito nell’industria, per prodotti e progetti in cui il metallo resta celato alla vista.
• l’acciaio inossidabile: è preferito, invece, per molti prodotti di consumo in cui spesso riveste un ruolo anche decorativo;

Acciaio al carbonio e acciaio inox sono entrambi molto utili, ma

• l’acciaio al carbonio:  arrugginisce in presenza di acqua o aria, senza il trattamento adeguato
• l’acciaio inossidabile: grazie al rivestimento di cromo non arrugginisce né si corrode se esposto all’aria e all’acqua. La caratteristica lucentezza permane anche con poca manutenzione.

Direi che abbiamo messo sul tavolo qualche elemento per orientare la tua scelta. Chi forgia e stampa sa bene che l’inox è  più complesso e oneroso da produrre rispetto all’acciaio al carbonio. Sa, sicuramente,  che l’inox richiede dei trattamenti termici particolari per renderlo adatto allo scopo: e sui trattamenti termici, lasciami dire, SteelBetter può veramente rivelarsi il partner giusto!

Come sempre sono a completa disposizione, anche solo per una bella chiacchierata sull’argomento.