SCHEDA DI APPROFONDIMENTO TECNICO SULLA SALDATURA DEGLI ACCIAI SUPERFERRITICI AST470LI EN E AST460LI EN1.4611

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1 SCHEDA DI APPROFONDIMENTO TECNICO SULLA SALDATURA DEGLI ACCIAI SUPERFERRITICI AST470LI EN E AST460LI EN Acciai Speciali Terni

2 Gli acciai inox superferritici della Acciai Speciali Terni: perché sceglierli Gli acciai superferritici grazie alla loro stabilizzazione al titanio e niobio (Ti e Nb), nonché al basso valore di interstiziali carbonio e azoto (C+N) offrono un eccellente saldabilità ed una resistenza a corrosione del giunto saldato paragonabile a quella del materiale base. Per poter ottenere le prestazioni citate è necessario applicare i consigli ed effettuare le opportune regolazioni delle macchine secondo le indicazioni suggerite in questo documento. Tale scheda tecnica/illustrativa ha lo scopo di fornire delle indicazioni generali; per eventuali approfondimenti l ente Mill Representative si rende comunque disponibile a fornire tutte le informazioni necessarie per un corretto processo di saldatura secondo le esperienze maturate nel corso del tempo. «Eccellente saldabilità ed una resistenza a corrosione del giunto saldato paragonabile a quella del materiale base» Resistenza alla corrosione per pitting equivalente agli austenitici standard Basso interstiziali (C+N), per una migliore lavorabilità Bistabilizzati (Ti+Nb), a garanzia di elevata resistenza alla corrosione intergranulare Approvati dal Ministero della Salute per il contatto alimentare (D.M. 21/3/73 e successivi aggiornamenti) Economicità e bassa volatilità, per assenza di elementi quali nichel e molibdeno

3 DESCRIZIONE DEI SUPERFERRITICI Gli acciai inossidabili 460LI e 470LI sono degli acciai superferritici di ultima generazione, sviluppati e prodotti grazie a nuovi assetti impiantistici nella sede produttiva di Terni. Tali investimenti consentono di realizzare questi acciai mediante la metallurgia secondaria sottovuoto (VOD - Vacuum Oxygen Decarburation). Il particolare processo produttivo e la composizione chimica permettono di ottenere valori di resistenza alla corrosione paragonabili o superiori a quelli degli acciai austenitici classici come, ad esempio, l AISI 304 e 316 rispettivamente. La possibilità di impiegare acciai superferritici rappresenta un alternativa economicamente vantaggiosa rispetto all'utilizzo dei tradizionali austenitici, offrendo maggiori garanzie in termini di stabilità di prezzo. Acciaio C+N (%) Cr (%) Ni (%) Ti (%) Nb (%) Mo (%) 460LI (1.4611)** <0.04 <0.5 <1* <1* < LI (1.4613)** * Il rapporto di stabilizzazione rispetta la seguente relazione: (Ti+Nb)=0.2+4x(C+N). ** Assegnazione provvisoria del numero identificativo in uscita nel prossimo aggiornamento della normativa UNI EN Il principio della stabilizzazione Gli acciai superferritici sono caratterizzati dalla presenza di elementi cosiddetti stabilizzanti, come il titanio e il niobio, seguendo il criterio di stabilizzazione mista, per cui il titanio stabilizza l azoto alla temperatura di solidus mentre il niobio stabilizza il carbonio. La presenza di carburi e nitruri degli elementi stabilizzanti, oltre a prevenire la precipitazione di carburi di cromo, permette di controllare l ingrossamento del grano nei trattamenti termici e in saldatura. La presenza di titanio e niobio conferisce inoltre al materiale una maggiore resistenza alla corrosione in particolar modo in prossimità dei giunti saldati. Il basso valore di interstiziali (C+N), ottenibile mediante la tecnologia VOD (Vacuum Oxygen Decarburation), permette una più omogenea distribuzione dei carbonitruri nella matrice, garantendo maggiore duttilità e migliore resistenza alla corrosione. TECNICHE DI PREPARAZIONE DELLA SALDATURA Preparazione della saldatura L area di lavoro deve essere in un luogo separato e lontano da zone in cui viene lavorato l acciaio al carbonio. Si raccomanda di pulire bene i guanti e gli abiti da lavoro se precedentemente usati per altre lavorazioni. Gli strumenti utilizzati per gli acciai inossidabili non devono essere utilizzati per altri materiali. Le spazzole devono essere di materiale inossidabile. I macchinari per la lavorazione, quali cesoie, presse e rulli, devono essere munite di mezzi (feltro, cartone, teli di plastica) per evitare la contaminazione del metallo con particelle ferrose. Preparazione dei lembi Per saldature di testa e per spessori superiori a 2.0 mm si consiglia una cianfrinatura per consentire una corretta penetrazione al bagno di saldatura. Questa lavorazione deve preferibilmente essere effettuata con mezzi meccanici, tornitura, fresatura o piallatura; getto d acqua o taglio al plasma Influenza termica nei parametri di saldatura Si deve prestare particolare attenzione a contenere l apporto di calore; questa precauzione è fondamentale per evitare l ingrossamento del grano ed incorrere nel rischio di infragilire la struttura. L apporto di calore Q può essere calcolato come segue: Q [kj/cm] = (UxIx60) / (Vx1000) Dove U [Volt] = arco di tensione; I [Ampérè] = corrente di saldatura, V [cm/min] = velocità di saldatura. 2 mm 0-2 mm

4 PROBLEMATICHE TIPICHE NELLA SALDATURA DEGLI ACCIAI FERRITICI Ingrossamento del grano Nella saldatura, l ingrossamento del grano si presenta laddove il materiale abbia subito un ciclo termico di riscaldamento non propriamente corretto; fisicamente si manifesta con una riduzione delle caratteristiche meccaniche del giunto saldato. È particolarmente evidente negli acciai inossidabili ferritici in cui, a causa dell eccessivo riscaldamento dovuto alla saldatura e del veloce raffreddamento, si genera nella zona termicamente alterata una struttura con grani grandi e particolarmente predisposti alla rottura fragile; con conseguente decadimento della tenacità del giunto realizzato. L insieme dei fenomeni citati ribadisce l importanza della minimizzazione dell apporto termico nei processi di saldatura degli inox ferritici. In questa valutazione si tenga presente che la conducibilità termica degli acciai ferritici è superiore rispetto agli austenitici tradizionali. Infragilimento La famiglia degli acciai ferritici è affetta dalla problematica dell infragilimento in quanto la struttura cristallina di questi acciai rende possibile l intrappolamento di idrogeno e azoto durante la fase di saldatura e successivo raffreddamento. Questi elementi non riescono facilmente a fuoriuscire e possono causare effetti indesiderati all utilizzatore finale. A titolo di esempio, quando si esegue una saldatura con gas di protezione avente idrogeno (H) e/o azoto (N), anche in modeste quantità, si incorre nel rischio di decadimento delle proprietà meccaniche del giunto saldato. Pertanto si consiglia di utilizzare gas di protezione contenente principalmente argon (Ar) ed evitare assolutamente la presenza di elementi come idrogeno e azoto. U.M. Austenitici Ferritici Superferritici Conducibilità termica W/m/K Saldatura con eccessivo apporto termico e conseguente infragilimento del materiale che non ha resistito meccanicamente alla fase di deformazione radiale. Macrografia di una saldatura in cui si evidenzia la zona fusa (al centro) e la Z.T.A. (zona termicamente alterata ) ai due lati Materiale base Zona termicamente alterata Zona fusa Zona termicamente alterata Materiale base Micrografia del materiale base, zona fusa e Z.T.A. (zona termicamente alterata) rispettivamente TECNICHE DI SALDATURA E SUGGERIMENTI Introduzione Gli acciai inossidabili sono facilmente saldabili con tutte o quasi le tecniche di saldatura. Esistono, però, delle differenze nel saldare un acciaio ferritico/superferritico rispetto ad un tradizionale acciaio austenitico. In questo caso vi sono dei parametri che si consiglia di tenere sotto controllo. Utilizzando la formula dell apporto termico Q = (UxIx60) / (Vx1000) precedentemente descritta, si calcoli tale valore per una saldatura con acciaio austenitico; in linea generale si può consigliare, una riduzione del 20%-30% di Q, variando i parametri tensione corrente-velocità. Questa riduzione dell apporto termico è legata alla proprietà dei ferritici di condurre meglio il calore rispetto agli austenitici. Saldatura ad arco con elettrodo rivestito Tale tecnica di saldatura prevede, solitamente, la possibilità di regolazione dei parametri elettrici e non della velocità di esecuzione, che è manuale e difficilmente moderabile. Per una corretta saldatura del superferritico, sia essa omogenea che eterogenea, si consiglia di ridurre l apporto termico ed utilizzare un elettrodo secondo la tabella degli elettrodi.

5 Saldatura TIG Questa tecnica di saldatura è molto diffusa nel mondo degli utilizzatori finali di acciaio inossidabile; in questo caso i parametri che possono essere variati sono: corrente, velocità di esecuzione (solo nel caso di macchine ad avanzamento automatico) e gas di protezione. Per una corretta saldatura si consiglia di ridurre l apporto termico moderando la corrente di esercizio, aumentare il flusso della protezione al rovescio (laddove possibile) e/o usufruire di piastre refrigeranti per una migliore dispersione del calore. Il gas di protezione consigliato è composto da argon (Ar) oppure argon ed elio (Ar+He), quest ultimo caso per migliorare la penetrazione della saldatura. Saldatura MIG La tecnica di saldatura MIG prevede l impiego di un metallo di apporto; si consiglia una riduzione dell apporto termico e l impiego di gas contenente argon (Ar) oppure argon ed anidride carbonica (Ar+CO2) con CO2 < 2,5%, per migliorare la penetrazione della saldatura. In questo caso il filo d apporto consigliato per la saldatura è il 308L o il 309L secondo le indicazioni generali della seguente tabella. 10 mm Foto e macrografia di un giunto saldato con tecnologia TIG senza materiale di riporto 10 mm Tabella degli elettrodi consigliati in relazione al tipo di giunto 308L 309L 460LI-460LI 460LI-304L 470LI-304L 470LI-470LI 470LI-316L Foto e macrografia di un giunto saldato con tecnologia TIG con materiale di riporto Saldatura laser e plasma La saldatura dell acciaio inox, con queste due tecniche, fornisce al materiale elevata energia ad alta concentrazione tanto da non alterare significativamente la struttura del materiale stesso. Tra le due tecniche, quella laser risulta quella più comunemente utilizzata nel mondo degli acciai inossidabili, grazie alla sua automazione, flessibilità e costi. Queste due tecniche di saldatura non prevedono particolari accorgimenti se non per l impiego di gas di protezione o di raffreddamento che non devono contenere idrogeno (H) o azoto (N). 10 mm Foto e macrografia di un giunto saldato con tecnologia laser Saldatura a resistenza La saldatura a resistenza per punti o mediante dischi, può essere eseguita senza particolari problemi. In ogni caso, vanno monitorati tutti i parametri elettrici considerando che la resistività elettrica di un ferritico/superferritico è mediamente inferiore rispetto a quella di un austenitico come il 304; la macchina che esegue la saldatura dovrà essere impostata in modo tale che si tenga conto della differente resistività, come riportato in tabella. U.M. INOX 304L INOX 470LI Resistività elettrica µwm 0,7 0,6 Trattamenti post saldatura Negli acciai inossidabili non è necessario eseguire cicli termici post-saldatura ma gli ossidi generati in prossimità del cordone devono essere rimossi; si possono utilizzare tecniche di decapaggio industriale o anche paste decapanti che possono essere utilizzate solo localmente. A tal proposito si consiglia di seguire le indicazioni fornite nelle normative ASTM-A380 e ASTM- A967 tenendo in considerazione che per un corretto decapaggio del 460LI è necessario considerare i valori indicati nella normativa per quanto riguarda i ferritici con elevate prestazioni; mentre per il 470LI si possono incrementare i parametri fino a raggiungere quelli indicati per gli austenitici al molibdeno come il 316L. Effetto dei trattamenti di post-saldatura in un elemento saldato

6 Acciai Speciali Terni S.p.A. con Unico Socio Sede Legale Registered office Viale B. Brin, Terni, Italia Tel Commerciale/Marketing Sale/Marketing office Tel , Fax Assistenza Tecnica Prevendita Technical Presale Service Tel , Fax Commerciale Milano Milan Sale office Via Milano, 10/ Ceriano Laghetto (MB), Italia Tel , Fax Terninox S.p.A. con Unico Socio Una società della Acciai Speciali Terni Via Milano, 10/ Ceriano Laghetto (MB), Italia Con filiali a: Padova, Bologna, Firenze, Ancona Tel , Fax Member of Centro Inox