Acciaio inossidabile info

Gli acciai inox (o acciai inossidabili) sono leghe di ferro caratterizzate, oltre alle proprietà meccaniche tipiche degli acciai al carbonio, da una notevole resistenza alla corrosione, specie in aria umida o in acqua dolce.
Tale capacità di resistere alla corrosione è dovuta alla presenza di elementi di lega, principalmente cromo, in grado di passivarsi, cioè di ricoprirsi di uno strato di ossidi sottile e aderente, praticamente invisibile, di spessore pari a pochi strati atomici (dell'ordine dei 3-5 × 10−7 mm), che protegge il metallo, o la lega, sottostante dall'azione degli agenti chimici esterni.
Gli acciai inossidabili sono caratterizzati da un tenore di carbonio generalmente inferiore al 1,2%. Il contenuto minimo di cromo "libero", ossia non combinato con il carbonio, si aggira tra l'11-12% per poter avere formazione dello strato di ossido "passivante" continuo, protettivo nei confronti dalla corrosione. Il cromo nella lega, infatti, combinandosi con il carbonio, può formare carburi di cromo, che limitano la disponibilità di tali elemento di lega a formare ossidi e, quindi, di passivarsi.
La definizione di inox deriva dal francese inoxydable.

Tipi di acciaio inossidabile

Gli acciai inox si dividono tradizionalmente, secondo la loro microstruttura, in tre grandi famiglie:

• martensitici
• ferritici
• austenitici

Oltre a queste tre categorie esistono anche altre due famiglie meno note, il cui impiego è in forte ascesa, per impieghi specifici:

• gli austeno-ferritici o duplex
• gli indurenti per precipitazione

Acciaio inox martensitico

Gli inossidabili martensitici sono leghe al cromo (dall'11 al 18% circa) con carbonio relativamente elevato, contenenti piccole quantità di altri elementi. Tipici elementi in essi presenti sono manganese, silicio, cromo e molibdeno; può essere aggiunto zolfo per migliorarne la lavorabilità per con macchine per asportazione di truciolo, con parziale discapito comunque delle caratteristiche meccaniche.
L'acciaio inox martensitico ha caratteristiche meccaniche molto elevate ed è ben lavorabile alle macchine, è l'unico acciaio inox che può essere sottoposto a tempra, trattamento termico atto ad aumentarne le proprietà meccaniche (carico di rottura, carico di snervamento, durezza).
È conosciuto soprattutto con la nomenclatura americana: per esempio l'acciaio al solo cromo è l'AISI serie 400 (da ricordare AISI 410 e 420, con 0,20% < C < 0,40% e Cr = 13% circa; AISI 440 con C = 1% circa e Cr = 17%); nella nomenclatura UNI ha sigle come X20Cr13, X30Cr13, X40Cr14. È magnetico. È anche conosciuto come acciaio "serie 00".
L'acciaio inossidabile martensitico è autotemprante, ma per semplice raffreddamento dalla temperatura di laminazione alla temperatura ambiente si sviluppa una una struttura cristallina deformata, con forti tensioni residue e conseguente infragilimento.
Per ovviare a tali condizioni sfavorevoli, la procedura produttiva prevede generalmente le seguenti fasi:

• ricottura di lavorabilità: essa è svolta col metodo isotermico solo quando si voglia la durezza minima; altrimenti si raffredda a velocità costante, scegliendola in base alla durezza che si vuole ottenere (vedi curve CCT);
• tempra a temperatura di circa 1000 °C e per un tempo sufficiente a sciogliere i carburi di cromo, utile per aumentare la resistenza all'usura;[2]
• rinvenimento a temperature diverse a seconda che si voglia privilegiare la durezza, la resistenza alla corrosione o la tenacità.

Gli acciai inossidabili martensitici sono utilizzati soprattutto per la loro elevata resistenza allo scorrimento viscoso, sebbene la loro formalità e saldabilità sia estremamente difficoltosa e la loro resistenza alla corrosione sia minore rispetto a quella delle altre famiglie.
La resistenza alla corrosione non è eccezionale perché il cromo è in un tenore generalmente più basso tenore di quello delle altre categorie di acciai inossidabili; inoltre perché la struttura martensitica ha un'alta densità di difetti reticolari, che agiscono da catalizzatori delle reazioni di corrosione.
L'AISI 440 è utilizzato per l'utensileria inossidabile (coltello, forbice, bisturi, lametta, iniettore per motore a scoppio).

Acciai inossidabili ferritici

Come i precedenti, gli acciai ferritici sono acciai inossidabili al solo cromo (variabile dall'11 al 30% circa[3]).
Questi acciai hanno buona resistenza meccanica e alla corrosione. Hanno grano cristallino a reticolo cubico a corpo centrato come gli acciai al carbonio, ma le caratteristiche meccaniche non possono essere incrementate per mezzo di trattamenti termici.
Il tenore di carbonio è minore rispetto agli acciai inossidabili martensitici. Un tipo particolarmente resistente al calore contiene il 26% di cromo. Altri elementi presenti sono il molibdeno, l'alluminio per aumentare la resistenza all'ossidazione a caldo, lo zolfo per facilitare la lavorabilità.
Il limite di snervamento è molto basso e, non potendosi fare trattamenti termici di tempra per l'assenza di punti critici, sono applicati la ricristallizzazione o l'incrudimento. Si osserva una particolare attenzione a limitare il riscaldamento al di sotto degli 850 °C per evitare l'ingrossare del grano cristallino, e a non sostare tra i 400 e i 570 °C nel raffreddamento, per non incorrere nella fragilità al rinvenimento.
Gli acciai inossidabili ferritici hanno una moderata resistenza alla corrosione, che aumenta con la percentuale di cromo e con la introduzione in lega del molibdeno; sono magnetizzabili; non sono suscettibili di tempra e devono necessariamente essere sottoposti allao ricottura; la saldabilità è scarsa, in quanto il materiale che viene surriscaldato subisce l'ingrossamento del grano cristallino.
Gli impieghi più comuni sono vasellame o posateria di bassa qualità, acquai, lavelli e finiture per l'edilizia. In lamiere sottili si usano per rivestimenti, piastre per ponti navali, sfioratori, trasportatori a catena, estrattori di fumi e depolverizzatori.

Acciai inossidabili austenitici

Gli acciai inossidabili austenitici sono gli acciai inossidabili più comuni, hanno un tenore di carbonio inferiore allo 0,1%, cromo compreso tra il 18% e il 25% e il nichel dall'8% al 20%. Il nichel è in grado di estendere il campo austenitico, ossia stabilizza la struttura cristallina tipica delle alte temperature fino a condizioni prossime a quelle normali. La struttura austenitica, in realtà, si conserva in condizioni metastabili a temperatura ambiente, e tale struttura si mantiene per tempi indefiniti, in quanto lo sviluppo completo della forma stabile, perlite, è estremamente lento (vedi curve di Bain). Come desumibile dall'esame delle curve di Bain, la trasformazione austeno/perlitica richiede che il materiale sia tenuto in forno per tempi lunghissimi. indistrialmente insostenibili. 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.
Gli acciai inossidabili austenitici hanno struttura cubica a facce centrate, contenente Ni e Cr in percentuale tale da conservare la struttura austenica anche a temperatura ambiente. Sono classificati in base alla percentuale di Ni e di Cr (vedi tabella); nella classificazione ASTM costituiscono la serie 3XX.
La composizione base dell'acciaio inox 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). Considerando la notevole percentuale di componenti pregiati (Ni, Cr, Ti, Nb, Ta), gli acciai inox austenitici sono fra i più costosi tra gli acciai di uso comune.

Le proprietà fondamentali sono:

• ottima resistenza alla corrosione;
• facilità di ripulitura e ottimo coefficiente igienico;
• facilmente lavorabile, forgiabile e saldabile;
• incrudibile se lavorato a freddo e non tramite trattamento termico;
• in condizione di totale ricottura non si magnetizza.

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.
Gli impieghi di questi acciai sono molto vasti: pentole e servizi domestici, serramenti[4] 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 e di inossidabilità del materiale impiegato (Nirosta).

Gli acciai inox austenitici soffrono però di alcune limitazioni:

• a bassa temperatura la resistenza alla corrosione diminuisce drasticamente: gli acidi intaccano il film di ossido protettivo e ciò provoca corrosione generica in questi acciai;
• nelle fessure e nelle zone protette la quantità di ossigeno può non essere sufficiente alla conservazione della pellicola di ossido, con conseguente corrosione interstiziale;
• nelle soluzioni acquosa, gli ioni degli alogenuri, specie l'anione (Cl-), diffondono nelle discontinuità del film passivante degli acciai inox austenitici e provocano la cosiddetta corrosione per vaiolatura, conosciuta dai corrosionisti come pitting corrosion. Un altro effetto dei cloruri è la SCC (Stress Corrosion Cracking - rottura da tensocorrosione).

L'unico trattamento termico applicabile per questa classe di acciai è un quello di solubilizzazione del C a 1050 °C, che favorisce la diffusione del carbonio in maniera omogenea nei grano cristallino, seguita da raffreddamento rapido per evitare la permanenza nell'area fra 800 e 400 °C, dove può avvenire la precipitazione dei carburi di cromo. La precipitazione di questi carburi, generalmente sono Cr23C6, si concentra ai bordi dei grani cristallini, implicando un impoverimento locale di cromo libero che può scendere sotto il 12%, perdendo dunque le proprietà inossidabili. La conseguenza è la possibile insorgenza di corrosione intergranulare.

Acciaio duplex

Gli acciai austeno-ferritici, detti anche duplex, presentano una struttura mista di austenite e di ferrite. Si tratta di un acciaio al cromo ibrido: il tenore di cromo va dal 18 al 26% e quello di nichel dal 4,5 al 6,5%, quantità insufficienti per determinare una struttura microcristallina totalmente austenitica (che quindi rimane in parte ferritica). Quasi tutte le sue varianti contengono fra il 2,5 e il 3% di molibdeno. Esistono inoltre forme di Duplex, chiamati "poveri" che non contengono molibdeno e hanno tenori di nickel minori del 4,5%.
Le proprietà fondamentali sono:

• struttura microcristallina peculiare nota come duplex, austenitica e ferritica, che conferisce più resistenza alle rotture per tensocorrosione;
• maggior grado di passivazione per il più alto tenore di cromo (e la presenza del molibdeno) e quindi miglior resistenza alla corrosione puntiforme (pitting) rispetto agli acciai 18-8;
• saldabilità e forgiabilità buone;
• alta resistenza a trazione e allo snervamento.

Gli impieghi più comuni sono: 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.
Acciaio inox indurente per precipitazione
Questi acciai presentano la possibilità di innalzare notevolmente le proprie caratteristiche meccaniche per trattamenti termici particolari di invecchiamento, che consentono di far precipitare fasi intermetalliche dure nella matrice al fine di aumentare le proprietà meccaniche della lega. Inoltre questi acciai possiedono resistenza alla corrosione paragonabile a quella degli acciai austenitici classici, a parità di cromo e molibdeno.

Acciaio inox per alte temperature

Questi acciai inox sono stati messi a punto per operare a elevata temperatura in condizioni ossidanti. La percentuale di cromo è del 24% e il nichel va dal 14 al 22%.
Le proprietà fondamentali sono resistenza all'ossidazione (sfaldatura) ad alta temperatura e buona resistenza meccanica alle alte temperature.
Gli impieghi più comuni avvengono in parti di forni, tubi irradianti e rivestimenti di muffole, per temperature di esercizio fra 950 e 1100 °C.

Acciaio inox superferritico

È stato ideato per ridurre la suscettibilità alla corrosione alveolare e alle rotture per tensocorrosione degli inox austenitici. Questi acciai dolci al cromo hanno due composizioni possibili: cromo 18% e molibdeno 2%, oppure cromo 26% e molibdeno 1%.
Le proprietà fondamentali sono le stesse degli acciai inox ferritici, con in più la resistenza alla corrosione alveolare e alla rottura da tensocorrosione (SCC); saldabilità scarsa o discreta.
A causa della bassa saldabilità gli impieghi sono limitati a particolari saldati di meno di 5 mm di spessore. Sono utilizzati per pannelli e radiatori solari, tubi di scambiatori di calore e di condensatori, serbatoi per acqua calda e tubazioni di circolazione di salamoie nelle industrie alimentari.

http://it.wikipedia.org/wiki/Acciaio_inossidabile