Le leghe o i metalli ferrosi sono metalli che consistono principalmente di ferro (Fe). L’acciaio è una lega a base di ferro che contiene tipicamente meno dell’1% di carbonio, mentre il ferro spesso contiene il 2% o più di carbonio. Il ferro e l’acciaio sono ampiamente disponibili, forti, economici, e possono essere modellati tramite fusione. Le proprietà delle leghe ferrose possono essere migliorate dal trattamento termico e, nel caso degli acciai, dalla lavorazione (cioè laminazione o forgiatura). Gli acciai inossidabili sono stati sviluppati per resistere alla corrosione e generalmente contengono il 12% o più di cromo e possono contenere nichel in qualsiasi quantità fino o anche superiore al contenuto di cromo in base alle proprietà meccaniche desiderate e all’applicazione.

Ci sono diversi tipi di acciaio inossidabile. Quando si considerano queste leghe per l’uso in un ambiente corrosivo, il metodo più usato per la selezione iniziale è quello di confrontare le valutazioni PREn (pitting resistance equivalent number) tra i materiali. Questo è calcolato usando il peso % degli elementi di lega chiave presenti in ogni particolare grado di acciaio inossidabile. La formula è:

PREn = % Cr + (3,3 x % Mo) + (16 x % N)

Ovviamente, le leghe contenenti le più alte quantità di cromo, molibdeno e azoto sono considerate possedere una migliore resistenza alla corrosione da pitting. Questo può essere accompagnato da un corrispondente aumento della resistenza alla trazione e allo snervamento.

Acciai inossidabili ferritici

Gli acciai inossidabili devono la loro capacità di resistere alla corrosione principalmente alla presenza di una pellicola passiva sulla loro superficie. Il cromo è il principale responsabile della formazione di questo film passivo. Il ferro cessa di arrugginire a circa il 12% di contenuto di cromo. La resistenza ai corrosivi ossidanti aumenta rapidamente con il contenuto di cromo fino a circa il 20%. Oltre questo livello, però, la resistenza aumenta ad un tasso più graduale e decrescente. Di conseguenza, pochissime leghe inossidabili contengono più del 27% di cromo. Queste leghe sono composte principalmente da cromo e ferro, con un basso contenuto di carbonio. Le leghe sono spesso classificate in base alla loro struttura cristallina, che è influenzata dalla chimica e dalla lavorazione, compreso il trattamento termico. Gli acciai inossidabili ferritici hanno una struttura cristallina che è principalmente ferrite.

Acciai inossidabili martensitici

L’aggiunta di sufficiente carbonio alle leghe di cromo e ferro dà come risultato leghe che possono essere temprate e rinvenute. La resistenza alla corrosione è ridotta in qualche modo dal livello di carbonio, ma la riduzione è minimizzata quando queste leghe sono completamente temprate e rinvenute. Di conseguenza, le leghe ad alto contenuto di carbonio (oltre lo 0,15% C) sono normalmente usate solo nella condizione di tempra e rinvenimento completo. La loro struttura al raffreddamento rapido da temperature superiori a 1600°F / 870°C è principalmente martensitica.

I gradi martensitici comuni includono: MTEK 410, MTEK 416, MTEK 420, MTEK 431, e MTEK 440.

Acciai inossidabili austenitici

Di tutti gli elementi aggiunti alla lega base di cromo e ferro, il nichel è il più importante. Non solo migliora la resistenza alla corrosione, ma cambia anche la struttura e le proprietà meccaniche della lega. Quando il nichel viene aggiunto in quantità crescenti a una lega ferritica di ferro/cromo, la struttura della lega cambia da ferrite, attraverso ferrite e austenite miste, a essenzialmente tutta austenite. La maggior parte dei “gradi 18-8” (una descrizione comune dell’inossidabile 304 che è composto da circa il 18% di cromo e l’8% di nichel) sono fatti con quantità controllate di ferrite per migliorare le caratteristiche di saldatura e la resistenza. Il cambiamento di struttura è accompagnato da un marcato aumento della duttilità e della tenacità. Le leghe inossidabili, con struttura prevalentemente austenitica, costituiscono una famiglia di acciai inossidabili che sono di gran lunga i più usati tra tutti i tipi.

Acciai inox super austenitici

In certe condizioni aggressive, i gradi generali di acciaio inossidabile austenitico sono più suscettibili alla vaiolatura, alla corrosione interstiziale e alla tensocorrosione. Questo ha portato allo sviluppo e alle aggiunte alla famiglia dell’austenite, indicata come acciaio inossidabile super austenitico.

L’uso della super austenite è in rapida crescita a causa del cambiamento delle condizioni nelle industrie di processo di oggi. Un approccio “fit it and forget it” viene adottato per impiegare leghe che non richiedono una sostituzione costante e regolare in condizioni come l’acqua di mare profonda e gli impianti di processo a circuito chiuso ad alta temperatura.

Gli acciai inossidabili super austenitici contengono alti livelli di cromo e nichel insieme a significative aggiunte di molibdeno e azoto. Il risultato è una serie di austenitici. Sono fino al 30% più forti degli inossidabili convenzionali della serie 300 e offrono una resistenza superiore alla vaiolatura, alla corrosione interstiziale e alla tensocorrosione. Un acciaio inossidabile austenitico è considerato super austenitico quando il suo PREn supera 40.

I gradi super austenitici comuni includono: MTEK 20, MTEK 20M, MTEK 6XN, e 254SMO®.

Gli acciai inossidabili duplex

Gli acciai inossidabili duplex sono leghe con strutture generalmente considerate come approssimativamente parti uguali di austenite e ferrite, con una distribuzione delle fasi 60/40, 40/60 che è la dotazione ampiamente considerata accettabile.

La combinazione di austenite/ferrite produce leghe con una resistenza doppia rispetto agli acciai inossidabili austenitici convenzionali.

Gli acciai inossidabili duplex sono praticamente immuni alla tensocorrosione (il tallone d’Achille dei comuni acciai inossidabili austenitici) e sono altamente resistenti alla vaiolatura e alla corrosione interstiziale. Possedendo queste caratteristiche, non è sorprendente trovare che la maggior parte delle applicazioni (ma non tutte) siano legate all’acqua di mare. Gli acciai inossidabili duplex hanno molti usi nella produzione di petrolio e gas offshore e nelle attrezzature navali, in particolare nel sottosuolo.

I gradi duplex più comuni sono: MTEK 2205, MTEK 29MN / CD4MCuN, Ferralium® 255, Zeron® 100

Acciai inossidabili induriti per precipitazione (temprati per invecchiamento)

La necessità di acciai inossidabili che combinassero l’eccellente resistenza alla corrosione dei tipi austenitici con la capacità di essere temprati per trattamento termico ha portato allo sviluppo di una famiglia di acciai inossidabili noti come tipi PH. Possono essere induriti per precipitazione (invecchiamento) a basse temperature (900°F / 480°C), minimizzando la distorsione.

I gradi comuni sono: MTEK 17-4PH®, MTEK 15-5PH®, MTEK e 14-4PH®.

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