Acciaio inox
Acciaio inox o acciaio inossidabile è il nome dato correntemente agli acciai ad alto tenore di cromo, per la loro proprietà di non arrugginire se esposti all'aria e all'acqua. Sono una classe estremamente importante di acciai, usata per gli scopi più disparati.
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Storia
La scoperta dell'acciaio inossidabile si deve all'inglese Harry Brearly: nel 1913, sperimentando acciai per canne di armi da fuoco scoprì che un provino di acciaio con il 13-14% di cromo e con un tenore di carbonio relativamente alto che aveva preparato non arrugginiva quando era esposto all'atmosfera. Successivamente questa proprietà venne spiegata con la passivazione del cromo, che forma sulla superficie una pellicola di ossido estremamente sottile, continua e stabile; per questo l'acciaio inox resiste alla corrosione sia in ambiente umido che asciutto. Ma non solo: gli acciai inox offrono anche molte proprietà secondarie che li rendono materiali di grande versatilità.
I successivi progressi della metallurgia fra gli anni ‘40 e ‘60 hanno ampliato il loro sviluppo e le loro applicazioni. Tuttora vengono perfezionati e adattati alle richieste dei vari settori industriali, come il petrolifero/petrolchimico, minerario, energetico, nucleare ed alimentare.
Tipi di acciaio inossidabile
Il termine acciaio inossidabile (o inox) indica genericamente gli acciai ad alta lega contenenti cromo, generalmente in quantità fra l'11 ed il 30%; altri leganti che aumentano la resistenza alla corrosione sono nichel, molibdeno, rame, titanio e niobio: in ogni caso, perché si possa parlare propriamente di acciaio, il totale degli elementi leganti non deve superare il 50%. I componenti questa famiglia di acciai sono classificati secondo la loro struttura microcristallina che deriva dalla loro diversa composizione chimica.
Acciaio inox martensitico
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: gli impieghi più comuni sono lame di coltelli, strumenti chirurgici, dispositivi di fissaggio, fusi, ugelli, alberi e molle.
Acciaio inox ferritico
Ha un minor tenore di carbonio rispetto al martensitico. (Un tipo particolarmente resistente al calore contiene il 26% di Cr).
Le proprietà fondamentali sono: moderata o buona resistenza alla corrosione, che aumenta con la percentuale di cromo; magnetizzabile; non temperabile e da usare sempre dopo ricottura; scarsa saldabilità.
Gli impieghi più comuni sono 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.
Acciaio inox austenitico
Aggiungendo nichel all'acciaio inox, la struttura microcristallina si converte in austenite. 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). L'acciaio inox austentico si può stabilizzare aggiungendo titanio o niobio per evitare una forma di corrosione nell'area delle saldature (vedi più avanti le debolezze di questo tipo di acciaio).
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).
Gli impieghi di questi acciai sono molto vasti: pentole e servizi domestici, 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.
Gli acciai inox austenitici soffrono però di alcune limitazioni:
la massima temperatura cui possono essere trattati è di 925°C;
a bassa temperatura la resistenza alla corrosione diminuisce drasticamente: gli acidi rompono il film di ossido 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;
gli ioni degli alogenuri, specie il catione (Cl-) spezzano il film passivante sugli acciai inox austenitici e provocano la cosiddetta corrosione ad alveoli. Un altro effetto del cloro è la SCC (rottura da tensocorrosione).
Acciaio inox ad alta temperatura
Questi acciai inox sono stati messi a punto per operare ad elevata temperatura in condizioni ossidanti. La percentuale di cromo è del 24% ed il nichel va dal 14 al 22%.
Le proprietà fondamentali sono: resistenza all'ossidazione (sfaldatura) ad alta temperatura, buona resistenza meccanica alle alte temperature.
Gli impieghi più comuni sono 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 ed 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 ed alla rottura da tensocorrosione (SCC); saldabilità scarsa o discreta.
A causa della bassa saldabilità gli impieghi sono limitati a particolari saldati di meno di 5mm 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.
Leghe inox austenitiche
Definite anche come leghe per alte prestazioni, superleghe o materiali esotici, sono prodotti con alte percentuali di leganti, oltre il 50% in peso: in pratica un ampliamento degli acciai inox austenitici tradizionali. Sono nati per coprire le debolezze di questi ultimi in fatto di resistenza alla corrosione, sia alveolare che tensocorrosione.
I costituenti sono cromo (20-27%), nichel (25-42%) e molibdeno (3-6%). Queste percentuali elevate conferiscono alle leghe una maggior resistenza alla corrosione da acidi ad alta temperatura ed a forte concentrazione ed alle rotture per tensocorrosione in atmosfera ricca di cloro.
Le proprietà fondamentali sono quelle tipiche degli acciai inox austenitici, ma con una migliorata saldabilità.
Gli impieghi comuni sono in alcuni settori dell'industria petrolchimica e chimica dove il problema della corrosione è particolarmente sentito.
Acciai duplex
Si tratta di acciai al cromo ibridi e sono perciò l'ultima classe di acciai inox. 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. Quasi tutti contengono fra il 2,5 ed il 3% di molibdeno.
Le proprietà fondamentali sono:
struttura microcristallina peculiare nota come duplex, austenitica e ferritica, che conferisce loro più resistenza alle rotture per tensocorrosione; maggior grado di passivazione per il più alto tenore di cromo (e la presenza del molibdeno); saldabilità e forgiabilità buone; alta resistenza a trazione ed allo snervamento.
Gli impieghi più comuni sono scambiatori di calore, macchine movimento materiali, serbatoi e vasche per liquidi ad alta concentrazione di cloro, refrigeratori ad acqua marina, dissalatori, impianti per salamoie alimentari ed acque sotterranee e ricche di sostanze aggressive.