ACCIAIO INOSSIDABILE Gli Acciai inox o acciai inossidabili sono leghe a base di ferro che uniscono alle proprietà meccaniche tipiche degli acciai caratteristiche peculiari di resistenza alla corrosione. La definizione di inox deriva dal francese inossidabile, e devono la loro capacità di resistere alla corrosione aerea e di liquidi alla presenza di elementi di lega, principalmente cromo, in grado di passivarsi, cioè di ricoprirsi di uno strato di ossidi invisibile, di spessore pari a pochi strati atomici (3-5 x 10-7 mm), che protegge il metallo sottostante dall azione degli agenti chimici esterni. Il valore minimo di cromo affinché si possa parlare di acciaio inossidabile è pari all 11-12%. Se la percentuale dei leganti è elevata, non si parla più di acciai inox ma bensì di leghe inox austenitiche. Storia La scoperta dell acciaio inossidabile si deve all inglese Harry Brearly di Sheffield: nel 1913, sperimentando acciai per canne di armi da fuoco, scoprì che un suo provino di acciaio con il 13-14% di cromo e con un tenore di carbonio relativamente alto (0,25%) 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. 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 petrolchimico, minerario, energetico, nucleare ed alimentare. Esistono quindi diversi gradi di inossidabilità e di resistenza alla corrosione, inoltre, c è una vasta gamma di resistenze meccaniche che dà la possibilità di scegliere tra diversi tipi di prestazioni, sia a temperatura ambiente che a temperature elevate. Gli acciai inox si dividono tradizionalmente, secondo la loro microstruttura, in tre grandi famiglie:
2 di 9 Tipi di acciaio Martensitici / Ferritici / Austenitici Gli inossidabili martensitici sono leghe al solo cromo (dall 11 al 18% circa), contenenti piccole quantità di altri elementi, come ad esempio il nichel. Sono gli unici inox che possono prendere tempra e pertanto aumentare le loro caratteristiche meccaniche (carico di rottura, carico di snervamento, durezza), mediante trattamento termico. Buona è la loro attitudine alle lavorazioni per deformazione plastica, specie a caldo e nelle versioni risolforate danno anche discrete garanzie di truciolabilità. Anche i ferritici sono acciai inossidabili al solo cromo (il contenuto è variabile dal 16 al 28%), ma non possono innalzare le loro caratteristiche meccaniche per mezzo di trattamenti termici. Si lavorano facilmente per deformazione plastica, sia a caldo che a freddo, e possono essere lavorati alle macchine utensili (specie i tipi risolforati). Presentano una buona saldabilità, specie nel caso delle saldature a resistenza (puntatura e rollatura). Gli austenitici sono invece leghe al cromo-nichel, con cromo in quantità comprese tra il 17 e il 26% e il nichel tra il 7 e il 22%. Anche questi acciai non prendono tempra ma possono incrementare le proprietà tensili con incrudimenti per deformazione a freddo (laminazione, imbutitura, ecc.). Esistono poi diverse versioni a basso contenuto di carbonio, stabilizzate per i più svariati tipi di impiego. Ottima è la loro lavorabilità, soprattutto la deformabilità a freddo (specie l imbutibilità) e le lavorazioni alle macchine utensili. Essi possono essere anche validamente saldati sia a resistenza sia all arco elettrico. Oltre a queste tre categorie principali, esistono anche altre famiglie meno note, per impieghi più specifici; ad esempio, gli acciai austeno-ferritici, detti anche duplex, che presentano una struttura mista di austenite e ferrite. Questi materiali sono impiegati quando vengono richieste caratteristiche di resistenza alla corrosione particolari (specie nei confronti della stress-corrosion); essi hanno saldabilità e caratteristiche meccaniche di solito superiori a quelle dei ferritici correnti. Da citare sono anche gli acciai inossidabili indurenti per precipitazione : questi presentano la possibilità di innalzare notevolmente le caratteristiche meccaniche con dei trattamenti termici particolari di invecchiamento, che consentono di far precipitare, nella matrice del metallo, degli elementi composti in grado di aumentare le proprietà meccaniche della lega. Inoltre, gli indurenti per precipitazione possiedono una notevole resistenza alla corrosione, certamente paragonabile a quella degli acciai austenitici classici.
3 di 9 Attualmente si è giunti ad una differenziazione notevole nella tipologia degli acciai inossidabili e se ne contano ben più di cento tipi. Si è pensato comunque di radunare quelli più correnti con le loro composizioni chimiche indicative e la corrispondenza approssimata tra le unificazioni dei diversi Paesi. Caratteristiche fisiche Il peso specifico è variabile a seconda della diversa composizione chimica ed è compreso tra 7,7 g/cm 3 per i tipi martensitici e ferritici; 8,06 per gli austentici. Per la conducibilità termica c è da tenere presente che gli acciai a struttura ferritica e martensitica conducono meglio il calore rispetto agli austenitici: anche la resistività elettrica è fortemente differenziata tra gli austenitici, dove è più elevata negli altri tipi. Da considerare è anche il coefficiente di dilatazione termica: gli austenitici dilatano molto con la temperatura, rispetto agli altri inossidabili. Infine, diversa è anche la permeabilità magnetica relativa, infatti le famiglie martensitica e ferritica sono sostanzialmente ferromagnetiche, mentre quella austenitica è amagnetica. Caratteristiche meccaniche I tipi austenitici non sono suscettibili di innalzare le loro caratteristiche mediante temprae conseguentemente hanno qualità resistenziali non elevate. Sono capaci però di innalzare anche di molto la loro resistenza mediante incrudimento per deformazione plastica a seguito, elevando il carico di rottura. Questo fenomeno è molto sfruttato proprio nello stampaggio a freddo di questi materiali. La resistenza agli urti è molto alta, sia a temperatura ambiente sia a temperature assai basse. Anche i tipi ferritici non sono suscettibili di trattamento di tempra, e anche in questo caso l incrudimento per deformazione plastica a freddo incrementa, ma in misura minore rispetto agli austenitici. I tipi martensitici offrono le migliori caratteristiche di resistenza meccanica fra gli acciai inossidabili, quando sono messi in opera allo stato bonificato (tempra e rinvenimento).
4 di 9 Composizione chimica indicativa e designazione Tab. 1 ANALISI INDICATIVA % Tipo di struttura C Mn P S Si Cr Ni Mo AISI (U.S.A.) austenitica 0,15 2 0,045 0,030 1 16 18 6 8-301 austenitica 0,15 2 0,20 0,15 1 17 19 8 10 0,60 303 austenitica 0,15 2 0,20 0,060 1 17 19 8 10-303 Se austenitica 0,08 2 0,045 0,030 1 18 20 8 10,5-304 austenitica 0,03 2 0,045 0,030 1 18 20 8 12-304 L austenitica 0,20 2 0,045 0,030 1 22 24 12 15-309 austenitica 0,08 2 0,045 0,030 1 22 24 12 15-309 S austenitica 0,25 2 0,045 0,030 1,50 24 26 19 22-310 austenitica 0,08 2 0,045 0,030 1,50 24 26 19 22-310 S austenitica 0,06 2 0,045 0,030 1 16 18,5 10,5 13 2 2,5 316 austenitica 0,08 2 0,20 0,10 1 16 18 10 14 1,75 2,5 316 F austenitica 0,03 man 2 0,045 0,030 1 16 18,5 11 14 2 2,5 316 L austenitica 0,08 2 0,045 0,030 1 17 19 9 12-321 austenitica 0,08 2 0,045 0,030 1 17 19 9 13-347 ferritica 0,08 1 0,045 0,045 1 10 11,5 - - 409 martensitica 0,15 1 0,040 0,030 1 11,5 13 - - 410 martensitica 0,15 1,25 0,060 0,15 1 12 14-0,60 416 martensitica 0,16 0,25 1 0,040 0,030 1 12 14 1-420 ferritica 0,12 1 0,040 0,030 1 16 18-430 ferritica 0,12 1,25 0,060 0,15 1 16 18-0,60 430 F
5 di 9 Caratteristiche fisiche e meccaniche Tipo di acciaio (AISI) Tab. 2 CARATTERISTICHE FISICO-MECCANICHE Peso Coeff. di Coeff. di Carico di Carico di Allung. Durezza specifico conducibilità dilatazione rottura snervamento a rottura (g/cm 3 ) termica (cal/cm C s) termica medio (X 10-6 C -1 ) (kg/mm 2 ) (kg/mm 2 ) (kg/mm 2 ) HRB 301 8,06 0,039 16,9 60 75 22 45 92 303 8,06 0,039 17,3 50 75 22 40-303 Se 304 8,06 0,039 17,3 50 70 20 45 88 304 L 8,06 0,039 17,3 53 68 18 45 88 309 8,06 0,037 15,0 50 70 23 40 95 309 S 8,06 0,037 15,0 53 68 21 40 95 310 8,06 0,034 15,9 50 70 23 40 95 310 S 8,06 0,034 15,9 53 68 21 40 95 316 8,06 0,039 16,0 55 70 21 40 95 316 F 8,06 0,034 16,5 59 70 27 60 85 316 L 8,06 0,039 16,0 53 68 20 40 95 321 8,06 0,038 16,6 55 70 21 40 88 347 8,06 0,038 16,6 55 70 21 40 88 409 7,68 0,062 11,7 46 24 25 75 410 7,78 0,059 9,9 70 90 50 14 97 416 7,78 0,059 9,9 70 90 50 14 97 420 7,78 0,059 10,3 75 95 55 13 97 430 7,78 0,062 10,4 45 60 26 22 88 430 F 7,78 0,062 10,4 50 70 30 15 92
6 di 9 Ripartizione percentuale dei consumi acciaio 8% 8% 20% Alimentare Catering 5% Farmaceutica 18% 5% 4% 12% Energia Chimica e petrolchimica Elettrodomestici e casalinghi Altri Trasporti Edilizia 20% Normativa di riferimento UNI UNI 6900471 Aisi Afnor Werkstoff DIN 17440 ASTM Bs x5crni18.10 304 Z7CN18.9 1.4301 x5crni18.9 TP 304 304 S15 x2crni18.11 304L Z3CN18.10 1.4307 x2crni18.9 TP 304L 304 S12 x5crnimo17.12 316 Z7CND17.12 1.4401 x5crnimo18.10 TP 316 316 S16 x2crnimo17.12 316L Z3CND17.12 1.4404 X2CrNiMo18.10 TP 316L 316 S12 x6crnimoti17.12 316Ti Z8CNDT18.12 1.4571 X10CrNiMoTi18.10 TP 316Ti 320 S17
7 di 9 Filettature per tubazioni UNI EN Filettatura cilindrica del manicotto Filettatura conica del tubo DN Filetti per pollice n. Passo Dimensione filettatura Dimensione min. manicotto Pollici (mm) Ø filettatura A B Ø est. (mm) (mm) (mm) (mm) 3/8 19 1,337 16,662 6,4 10,1 21,3 26 1/2" 14 1,814 20,955 8,2 13,2 26,4 34 3/4" 14 1,814 26,441 9,5 14,5 31,8 36 1 11 2,309 32,249 10,4 15,8 39,5 43 1 ¼ 11 2,309 41,910 12,7 19,1 48,3 48 1 ½ 11 2,309 47,803 12,7 19,1 54,5 48 2 11 2,309 59,614 15,9 23,4 66,3 56 2 ½ 11 2,309 75,184 17,5 26,7 82,0 65 3 11 2,309 87,884 20,6 29,8 95,0 71 L (mm)
8 di 9 Distanze tra gli appoggi tubazioni
9 di 9 Tubi Acciaio Distanza (m) Ø x s (mm) Freccia 0,3 mm Freccia 0,5 mm 21,3 x 2,3 1,40 1,59 26,9 x 2,6 1,60 1,82 33,7 x 2,6 1,86 2,11 42,4 x 2,9 2,12 2,41 48,3 x 2,9 2,31 2,62 60,3 x 3,2 2,62 2,98 76,1 x 3,2 3,04 3,45 88,9 x 2,9 3,38 3,84 88,9 x 3,6 3,30 3,74 114,3 x 2,0 4,07 4,62 114,3 x 4,0 3,80 4,32 139,7 x 3,6 4,35 4,94 139,7 x 4,5 4,24 4,82 168,3 x 4,0 4,81 5,46 219,0 x 5,0 5,51 6,26 273,0 x 5,6 6,20 7,05 323,9 x 5,9 6,83 7,76 Su richiesta è possibile ordinarli in 316 L. Tubi Pead Distanza (m) Ø x s (mm) Freccia 0,5 mm Freccia 1,0 mm 20 x 1,6 0,71 0,84 25 x 1,6 0,80 0,95 25 x 1,9 0,79 0,94 32 x 1,6 0,91 1,08 32 x 2,4 0,90 1,07 40 x 2,0 1,02 1,21 40 x 3,0 1,00 1,19 50 x 2,4 1,14 1,35 50 x 3,7 1,12 1,34 63 x 3,0 1,28 1,52 63 x 4,7 1,26 1,50 75 x 3,6 1,39 1,66 90 x 4,3 1,52 1,81 90 x 6,7 1,51 1,79 110 x 5,3 1,69 2,00 110 x 8,2 1,67 1,98 125 x 6,0 1,80 2,14 140 x 6,7 1,90 2,26 160 x 7,7 2,03 2,42 180 x 8,6 2,16 2,56 180 x 13,4 2,13 2,54 200 x 9,6 2,27 2,70 200 x 14,9 2,25 2,67