Arrivare oltre l’inox si può?
Gli acciai inossidabili sono delle leghe ferrose che riescono a unire le proprietà meccaniche, tipiche degli acciai, alle caratteristiche intrinseche dei materiali nobili quali, tipicamente, le notevoli doti di resistenza ai fenomeni corrosivi.
Ferritici, austenitici, martensitici: i grandi protagonisti, tra gli acciai inox, scrivono ogni giorno la storia dell’industria e in piccolo del nostro lavoro. Una famiglia dalle caratteristiche interessanti, molto ricercate perché garanzia di adattabilità a diversi indirizzi produttivi.
Una famiglia di cui conosciamo l’affidabilità ma che non rinuncia a crescere e a superarsi, in numero come in flessibilità, aggiungendo alle risorse che si considerano ormai tradizionali anche delle ‘novità’, che rispondono puntualmente alle emergenti esigenze del mercato.
Tre tipi di acciai inox, tre vie da percorrere
Sto parlando di materiali particolarmente performanti e le cui applicazioni devono ancora essere esplorate del tutto. Il loro sviluppo è tuttora in atto, ma il loro impiego è in forte ascesa.
Sono tre gruppi che meritano un approfondimento. Eccoli:
- Acciai inossidabili bifasici austeno-ferritici o duplex
- Acciai inossidabili indurenti per precipitazione
- Acciai inossidabili austenitici al Mn-N o Nichel-free
Vediamoli uno per uno, considerandone caratteristiche, proprietà e attitudini all’impiego:
Acciai inossidabili bifasici austeno-ferritici o Duplex
Negli acciai inossidabili austeno-ferritici, o duplex, o bifasici, il tenore di cromo (dal 18 al 32%) tende a stabilizzare la microstruttura ferritica, quello di nichel (dal 4,5 al 7%) è insufficiente a determinare una struttura microcristallina totalmente austenitica.
La peculiare microstruttura ibrida, che ne risulta, riesce a conferire al materiale una più elevata resistenza alle rotture per tensocorrosione.
Tra le proprietà fondamentali, inoltre, figurano:
- maggior grado di passivazione per il più alto tenore di cromo (e la presenza del molibdeno)
- miglior resistenza alla corrosione puntiforme (pitting) rispetto agli acciai inossidabili austenitici;
- saldabilità e forgiabilità buone;
- alta resistenza a trazione e allo snervamento.
Gli acciai inox duplex sono magnetici, generalmente saldabili e non possono essere temprati. Incrudimenti e deformazioni a freddo possono innalzare la resistenza meccanica. Quasi tutte le varianti contengono fra il 2,5 e il 4% di molibdeno. Esistono inoltre forme di Duplex, detti “poveri”, privi di molibdeno e con tenori di nickel minori inferiori al 4,5%.
Trovano frequente impiego nella realizzazione di: turbine in centrali idroelettriche; scambiatori di calore, macchine per movimentazione dei materiali, serbatoi e vasche per liquidi ad alta concentrazione di cloro, refrigeratori ad acqua marina, dissalatori, impianti per salamoia alimentare e acque sotterranee e ricche di sostanze aggressive.
Acciai inossidabili indurenti per precipitazione
Gli acciai PH (Precipitatin Hardening stainless steel) sono stati sviluppati per ovviare alle scarse proprietà meccaniche degli acciai inossidabili ferritici e austenitici e alla scarsa resistenza alla corrosione degli acciai inossidabili martensitici.
Con l’aggiunta di alluminio, rame, titanio, molibdeno, niobio, vanadio, azoto (elementi atti a formare precipitati nel corso di trattamenti termici di invecchiamento) raggiungono
- elevate resistenze meccaniche
- un’elevata tenacità.
Per resistenza alla corrosione – a parità di cromo e molibdeno – sono paragonabili agli acciai inossidabili austenitici classici.
I trattamenti termici di invecchiamento, facendo precipitare fasi intermetalliche dure nella matrice austenitica o martensitica, ne innalzano notevolmente le caratteristiche meccaniche.
Tipici campi di applicazione degli acciai inossidabili PH sono oil&gas, impianti chimici e nucleari, componenti aerospaziali ed ovunque sia richiesta una combinazione di elevata resistenza meccanica, resistenza alla corrosione ed un generalmente basso ma accettabile grado di tenacità.
Acciai inossidabili austenitici al Mn-N o Nichel-free
Rispondono alla necessità di sostituire nella lega metallica il nichel, che non soltanto è un allergene, ma costa parecchio, sia sotto il profilo economico sia sotto quello dell’impatto ambientale.
La microstruttura austenitica viene stabilizzata da manganese e azoto, entrambi biocompatibili. Ecco come avviene:
- il manganese (che deve essere presente fino al 23% in peso) incentiva la solubilità dell’azoto nella matrice ferrosa;
- l’azoto (che deve essere presente fino all’1% in peso) conferisce il vero e proprio contributo austenitizzante e incrementa fortemente le caratteristiche meccaniche e di resistenza a corrosione.
Gli acciai ad alto contenuto di manganese (10-12%) non magnetici sono usati per prodotti come anelli per turbine e collari per impianti di petrolio. Tipologie con composizione simile sono usati come acciai criogenici. E’ stato, inoltre, sviluppato un acciaio inossidabile al manganese a memoria di forma.
Ma nella carrellatra non può mancare l’acciaio Hadfield (dal nome dal suo inventore ), che contiene il 13% o anche di più di manganese. Ha proprietà che lo rendono indispensabile quando sono richieste grande tenacità e resistenza all’usura: frantumatori girevoli, piatti per frantumatori a ganasce, ponti per ferrovie, componenti per movimento terra, etc.
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L’acciaio inossidabile duplex sta attestandosi come materiale “di riferimento” per molte applicazioni, dagli elementi architettonici di spicco a una serie di processi industriali. In breve, il suo vantaggio è nel minor peso della struttura: puoi aumentare la resistenza con una minor quantità di materiale.
Gli acciai inossidabili PH (Precipitatin Hardening stainless steel, indurenti per precipitazione) sono una famiglia acciai inox la cui peculiarità è il poter essere trattati termicamente per unire all’elevata resistenza a corrosione, caratteristica principale di un inox, una maggiore resistenza meccanica per applicazioni specifiche.
Ad esempio si può avere, grazie al processo di indurimento per precipitazione degli inox PH, una resistenza alla trazione 850-1700 MPa e resistenza allo snervamento da 520MPA fino ad oltre 1500MPa – circa tre / quattro volte quella di un acciaio inossidabile austenitico quali AISI 304 o AISI 316.
E poi proseguendo ci sono gli acciai inox “meno convenzionali”, come quelli in cui il nickel è sostituito in parte od interamente dal manganese (in quantità variabili dal 4% al 16%). Non sono ancora prodotti in grandi quantità, ma l’andamento del prezzo del nickel in rapporto a quello del manganese potrebbero incidere non poco sulla loro ‘fortuna’.
Esistono diversi gradi di inossidabilità e di resistenza alla corrosione, come ben sai; come d’altronde sai che oltre alle caratteristiche di resistenza alla corrosione, devi saperti orientare in una ampia gamma di resistenze meccaniche, cui corrispondono diversi tipi di prestazioni, sia a temperatura ambiente sia a temperature elevate.
Nelle vesti di generico utilizzatore ti trovi, abitualmente, di fronte a una notevole serie di ipotesi di prestazione. Buona, meno buona, chissà. E il problema che spesso emerge è proprio quello della scelta del giusto materiale in funzione degli impieghi, in maniera tale da non “sottodimensionare” né “sovradimensionare” la scelta e riferirsi agli opportuni valori di nobiltà e di prestazioni meccaniche, adatti a un determinato servizio.
Definire le tipologie degli acciai, le loro caratteristiche e i vantaggi nell’impiego è solo il primo passo. Puoi farlo con noi e scoprirne molti successivi, perché in forza della nostra competenza possiamo suggerire, e mettere ad effetto, anche trattamenti mirati a ottimizzare le caratteristiche del materiale, rendendolo definitivamente ‘adatto’, se non ‘il più adatto’ alla tua richiesta.