Cos'è l'acciaio inossidabile?
"Inossidabile" è un termine coniato all'inizio dello sviluppo di questi acciai per applicazioni di posate. È stato adottato come nome generico per questi acciai e ora copre un'ampia gamma di tipi e qualità di acciaio per applicazioni resistenti alla corrosione o all'ossidazione.
Gli acciai inossidabili sono leghe di ferro con un minimo del 10,5% di cromo. Altri elementi leganti vengono aggiunti per migliorarne la struttura e le proprietà quali formabilità, resistenza e tenacità criogenica.
Questa struttura cristallina rende tali acciai non magnetici e meno fragili alle basse temperature. Per una maggiore durezza e resistenza, viene aggiunto carbonio. Se sottoposti ad adeguato trattamento termico questi acciai vengono utilizzati come lamette da barba, posate, utensili ecc.
Quantità significative di manganese sono state utilizzate in molte composizioni di acciaio inossidabile. Il manganese preserva una struttura austenitica nell'acciaio come il nichel, ma ad un costo inferiore.
Gli elementi principali in acciaio inox
L'acciaio inossidabile o acciaio resistente alla corrosione è un tipo di lega metallica che si trova in varie forme. Risponde così bene alle nostre esigenze pratiche che è difficile trovare un ambito della nostra vita in cui non utilizziamo questo tipo di acciaio. I principali componenti dell'acciaio inossidabile sono: ferro, cromo, carbonio, nichel, molibdeno e piccole quantità di altri metalli.
Questi includono metalli come:
- Nichel
- Molibdeno
- Titanio
- Rame
Vengono effettuate anche aggiunte non metalliche, le principali sono:
- Carbonio
- Azoto
CROMO E NICHEL:
Il cromo è l'elemento che rende inossidabile l'acciaio inossidabile. È essenziale nella formazione del film passivo. Altri elementi possono influenzare l'efficacia del cromo nella formazione o nel mantenimento della pellicola, ma nessun altro elemento da solo può creare le proprietà dell'acciaio inossidabile.
Con circa il 10,5% di cromo si forma una pellicola debole che fornirà una leggera protezione atmosferica. Aumentando il cromo al 17-20%, tipico degli acciai inossidabili austenitici della serie tipo 300, aumenta la stabilità del film passivo. Ulteriori aumenti del contenuto di cromo forniranno una protezione aggiuntiva.
| Simbolo | Elemento |
| Al | Alluminio |
| C | Carbonio |
| Cr | Cromo |
| Cu | Rame |
| Fe | Ferro |
| Mo | Molibdeno |
| Mn | Manganese |
| N | Azoto |
| Ni | Nichel |
| P | Fosforo |
| S | Zolfo |
| Se | Selenio |
| Ta | Tantalio |
| Ti | Titanio |
Il nichel stabilizzerà la struttura austenitica (la struttura del grano o cristallina) dell'acciaio inossidabile e migliorerà le proprietà meccaniche e le caratteristiche di fabbricazione. Un contenuto di nichel pari o superiore all'8-10% ridurrà la tendenza del metallo a rompersi a causa della tensocorrosione. Il Nichel favorisce inoltre la ripassivazione nel caso in cui il film sia danneggiato.
MANGANESE:
Il manganese, in associazione al nichel, svolge molte delle funzioni attribuite al nichel. Interagirà anche con lo zolfo presente nell'acciaio inossidabile per formare solfiti di manganese, che aumentano la resistenza alla corrosione per vaiolatura. Sostituendo il manganese al nichel e quindi combinandolo con l'azoto, anche la resistenza aumenta.
MOLIBDENO:
Il molibdeno, in combinazione con il cromo, è molto efficace nella stabilizzazione del film passivo in presenza di cloruri. È efficace nel prevenire la corrosione interstiziale o vaiolatura. Il molibdeno, insieme al cromo, fornisce il maggiore aumento della resistenza alla corrosione nell'acciaio inossidabile. Edstrom Industries utilizza l'acciaio inossidabile 316 perché contiene il 2-3% di molibdeno, che fornisce protezione quando viene aggiunto cloro all'acqua.
CARBONIO:
Il carbonio viene utilizzato per aumentare la resistenza. Nella qualità martensitica l'aggiunta di carbonio facilita l'indurimento mediante trattamento termico.
AZOTO:
L'azoto viene utilizzato per stabilizzare la struttura austenitica dell'acciaio inossidabile, che ne migliora la resistenza alla corrosione per vaiolatura e rinforza l'acciaio. L'uso dell'azoto consente di aumentare il contenuto di molibdeno fino al 6%, migliorando la resistenza alla corrosione negli ambienti contenenti cloruro.
TITANIO E MIOBIO:
Il titanio e il miobio vengono utilizzati per ridurre la sensibilizzazione dell'acciaio inossidabile. Quando l'acciaio inossidabile viene sensibilizzato, può verificarsi corrosione intergranulare. Ciò è causato dalla precipitazione dei carburi di cromo durante la fase di raffreddamento durante la saldatura delle parti. Ciò impoverisce l'area di saldatura di cromo. Senza il cromo non si può formare la pellicola passiva. Il titanio e il niobio interagiscono con il carbonio per formare carburi, lasciando il cromo in soluzione in modo che possa formarsi una pellicola passiva.
RAME E ALLUMINIO:
Rame e alluminio, insieme al titanio, possono essere aggiunti all'acciaio inossidabile per accelerarne l'indurimento. L'indurimento si ottiene mediante immersione a una temperatura compresa tra 900 e 1150F. Questi elementi formano una microstruttura intermetallica dura durante il processo di ammollo a temperatura elevata.
ZOLFO E SELENIO:
Zolfo e selenio vengono aggiunti all'acciaio inossidabile 304 per renderlo lavorabile liberamente. Questo diventa acciaio inossidabile 303 o 303SE, utilizzato da Edstrom Industries per realizzare valvole di protezione, dadi e parti che non sono esposte all'acqua potabile.
Tipi di acciaio inossidabile
L'AISI DEFINISCE, TRA GLI ALTRI, I SEGUENTI GRADI:
Conosciuto anche come acciaio inossidabile di "grado marino" per la sua maggiore capacità di resistere alla corrosione dell'acqua salata rispetto al tipo 304. L'SS316 viene spesso utilizzato per la costruzione di impianti di ritrattamento nucleare.
ACCIAIO INOSSIDABILE 304/304L
Il tipo 304 ha una resistenza leggermente inferiore rispetto al 302 a causa del suo minor contenuto di carbonio.
ACCIAIO INOSSIDABILE 316/316L
L'acciaio inossidabile di tipo 316/316L è un acciaio al molibdeno che possiede una migliore resistenza alla vaiolatura da soluzioni contenenti cloruri e altri alogenuri.
ACCIAIO INOSSIDABILE 310S
L'acciaio inossidabile 310S ha un'eccellente resistenza all'ossidazione a temperature costanti fino a 2000 °F.
ACCIAIO INOSSIDABILE 317L
Il 317L è un acciaio al nichel-cromo austenitico contenente molibdeno simile al tipo 316, tranne per il fatto che il contenuto di lega nel 317L è leggermente superiore.
ACCIAIO INOSSIDABILE 321/321H
Il tipo 321 è il tipo base 304 modificato aggiungendo titanio in una quantità almeno 5 volte superiore al contenuto di carbonio più azoto.
ACCIAIO INOSSIDABILE 410
Il tipo 410 è un acciaio inossidabile martensitico che è magnetico, resiste alla corrosione in ambienti miti e ha una duttilità abbastanza buona.
DUPLEX 2205 (UNS S31803)
Duplex 2205 (UNS S31803), o Avesta Sheffield 2205 è un acciaio inossidabile ferritico-austenitico.
GLI ACCIAI INOSSIDABILI SONO CLASSIFICATI ANCHE PER LA LORO STRUTTURA CRISTALLINA:
- Gli acciai inossidabili austenitici costituiscono oltre il 70% della produzione totale di acciaio inossidabile. Contengono un massimo dello 0,15% di carbonio, un minimo del 16% di cromo e una quantità sufficiente di nichel e/o manganese per mantenere una struttura austenitica a tutte le temperature dalla regione criogenica al punto di fusione della lega. Una composizione tipica è 18% di cromo e 10% di nichel, comunemente noto come acciaio inossidabile 18/10, spesso utilizzato nelle posate. Allo stesso modo sono disponibili anche 18/0 e 18/8. Gli acciai inossidabili ¨superaustenitici〃, come le leghe AL-6XN e 254SMO, mostrano una grande resistenza alla vaiolatura da cloruro e alla corrosione interstiziale grazie all'elevato contenuto di molibdeno (>6%) e alle aggiunte di azoto, mentre il maggiore contenuto di nichel garantisce una migliore resistenza alla tensocorrosione. oltre la serie 300. Il contenuto di lega più elevato degli acciai “superaustenitici” significa che sono terribilmente costosi e prestazioni simili possono solitamente essere ottenute utilizzando acciai duplex a costi molto inferiori.
- Gli acciai inossidabili ferritici sono altamente resistenti alla corrosione, ma molto meno durevoli degli acciai austenitici e non possono essere induriti mediante trattamento termico. Contengono tra il 10,5% e il 27% di cromo e pochissimo nichel, se presente. La maggior parte delle composizioni includono molibdeno; alcuni, alluminio o titanio. I gradi ferritici comuni includono 18Cr-2Mo, 26Cr-1Mo, 29Cr-4Mo e 29Cr-4Mo-2Ni.
- Gli acciai inossidabili martensitici non sono resistenti alla corrosione come le altre due classi, ma sono estremamente resistenti e tenaci, nonché altamente lavorabili e possono essere induriti mediante trattamento termico. L'acciaio inossidabile martensitico contiene cromo (12-14%), molibdeno (0,2-1%), senza nichel e circa 0,1-1% di carbonio (che gli conferisce maggiore durezza ma rende il materiale un po' più fragile). È spento e magnetico. È noto anche come acciaio “serie 00”.
- Gli acciai inossidabili duplex hanno una microstruttura mista di austenite e ferrite, lo scopo è quello di produrre una miscela 50:50 sebbene nelle leghe commerciali la miscela possa essere 60:40. Gli acciai duplex hanno una resistenza migliorata rispetto agli acciai inossidabili austenitici e anche una migliore resistenza alla corrosione localizzata, in particolare alla vaiolatura, alla corrosione interstiziale e alla tensocorrosione. Sono caratterizzati da un elevato contenuto di cromo e da un contenuto di nichel inferiore rispetto agli acciai inossidabili austenitici.
Storia dell'acciaio inossidabile
Alcuni manufatti in ferro resistenti alla corrosione sopravvivono dall'antichità. Un famoso (e molto grande) esempio è il Pilastro di Ferro di Delhi, eretto per ordine di Kumara Gupta I intorno all'anno 400 d.C. Tuttavia, a differenza dell'acciaio inossidabile, questi manufatti devono la loro durabilità non al cromo, ma al loro alto contenuto di fosforo, che, insieme alle condizioni meteorologiche locali favorevoli, favorisce la formazione di un solido strato protettivo di passivazione di ossidi e fosfati di ferro, piuttosto che lo strato di ruggine fessurato e non protettivo che si sviluppa sulla maggior parte dei manufatti in ferro.
La resistenza alla corrosione delle leghe ferro-cromo fu riconosciuta per la prima volta nel 1821 dal metallurgista francese Pierre Berthier, che notò la loro resistenza all'attacco di alcuni acidi e ne suggerì l'uso nelle posate. Tuttavia, i metallurgisti del 19° secolo non furono in grado di produrre la combinazione di basso contenuto di carbonio e alto contenuto di cromo presente nella maggior parte dei moderni acciai inossidabili, e le leghe ad alto contenuto di cromo che potevano produrre erano troppo fragili per essere di interesse pratico.
Questa situazione cambiò alla fine del 1890, quando il tedesco Hans Goldschmidt sviluppò un processo alluminotermico (thermite) per la produzione di cromo privo di carbonio. Negli anni 19041911 diversi ricercatori, in particolare il francese Leon Guillet, prepararono leghe che oggi sarebbero considerate acciaio inossidabile. Nel 1911, il tedesco Philip Monnartz riferì sulla relazione tra il contenuto di cromo e la resistenza alla corrosione di queste leghe.
Harry Brearley del laboratorio di ricerca Brown-Firth a Sheffield, in Inghilterra, è comunemente considerato l'"inventore" dell'acciaio inossidabile.
acciaio. Nel 1913, mentre cercava una lega resistente all'erosione per le canne dei fucili, scoprì e successivamente industrializzò una lega di acciaio inossidabile martensitico. Tuttavia, sviluppi industriali simili si stavano verificando contemporaneamente alla Krupp Iron Works in Germania, dove Eduard Maurer e Benno Strauss stavano sviluppando una lega austenitica (21% cromo, 7% nichel), e negli Stati Uniti, dove Christian Dantsizen e Frederick Becket stavano industrializzando l’acciaio inossidabile ferritico.
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Orario di pubblicazione: 16 giugno 2022