Acciai inossidabili austenitici al cromomanganese

Acciai inossidabili austenitici al cromomanganese Un approccio europeo Serie Materiali e Applicazioni, Volume 12

Euro Inox Euro Inox è l associazione europea per lo sviluppo del mercato dell acciaio inossidabile. I soci di Euro Inox comprendono: Produttori europei di acciaio inossidabile Associazioni nazionali per lo sviluppo dell acciaio inossidabile Associazioni per lo sviluppo dell industria degli elementi di lega Gli obiettivi primari di Euro Inox sono creare una sensibilità nei confronti delle proprietà uniche degli acciai inossidabili e promuoverne l impiego sia per le applicazioni correnti che in nuovi mercati. Per raggiungere tali obiettivi, Euro Inox organizza convegni e seminari, pubblica guide sia in forma cartacea che elettronica per rendere più familiari con questi materiali architetti, progettisti, tecnici, costruttori ed utilizzatori finali. Euro Inox sostiene inoltre la ricerca tecnica e commerciale. Membri regolari Acerinox www.acerinox.es Aperam www.aperam.com Outokumpu www.outokumpu.com ThyssenKrupp Acciai Speciali Terni www.acciaiterni.it ThyssenKrupp Nirosta www.nirosta.de Membri associati Acroni www.acroni.si British Stainless Steel Association (BSSA) www.bssa.org.uk Cedinox www.cedinox.es Centro Inox www.centroinox.it Informationsstelle Edelstahl Rostfrei www.edelstahl-rostfrei.de International Chromium Development Association (ICDA) www.icdachromium.com International Molybdenum Association (IMOA) www.imoa.info Nickel Institute www.nickelinstitute.org Paslanmaz Çelik Derneği (PASDER) www.turkpasder.com ISBN 978-2-87997-335-7 978-2-87997-321-0 Versione inglese 978-2-87997-333-3 Versione tedesca Polska Unia Dystrybutorów Stali (PUDS) www.puds.pl SWISS INOX www.swissinox.ch

Indice Acciai inossidabili austenitici al cromo-manganese Un approccio europeo Prima edizione 2012 (Serie Materiali e Applicazioni, Volume 12) Euro Inox 2012 1. Introduzione 2 2. Storia della serie 200 e attuali sviluppi 3 3. Il nuovo grado europeo 200: 1.4618 5 4. Proprietà meccaniche 6 5. Formabilità 9 6. Proprietà di resistenza a corrosione 12 7. Proprietà fisiche 14 8. Saldabilità 15 9. Sommario 16 10. Bibliografia 17 Editore Euro Inox Diamant Building, Bd. A. Reyers 80 1030 Bruxelles, Belgio Tel.: +32 2 706 82 67 Fax: +32 2 706 82 69 E-mail: info@euro-inox.org Internet: www.euro-inox.org Autori J. Charles, La Plaine Saint Denis, Francia A. Kosmač, Bruxelles, Belgio J. Krautschick, Krefeld, Germania J. A. Simón, Los Barrios (Cadice), Spagna N. Suutala, Espoo, Finlandia T. Taulavuori, Tornio, Finlandia Clausola di esonero Euro Inox ha fatto ogni sforzo per assicurare che le informazioni presentate in questo documento siano tecnicamente corrette. Il lettore è avvisato tuttavia che la documentazione ivi contenuta è unicamente a scopo di informazione generale. Euro Inox e i suoi membri, declinano specificatamente qualsiasi imputabilità o responsabilità per perdite, danni o lesioni che dovessero derivare dalla applicazione delle informazioni contenute in questa pubblicazione. Nota sui diritti d autore Quest opera è soggetta ai diritti d autore. Euro Inox si riserva: tutti i diritti di traduzione in ogni linguaggio, ristampe successive, riutilizzo delle illustrazioni, interpretazione e trasmissione. Nessuna parte di questa pubblicazione può venir riprodotta, memorizzata o trasmessa in ogni forma, elettronica, meccanica, fotostatica o altro senza il preventivo consenso scritto da parte del detentore dei diritti d autore: Euro Inox, Lussemburgo. Le violazioni potranno venir perseguite per vie legali, comprendendo sia il danno economico che il rimborso delle spese legali, ai sensi della legge sui diritti d autore del Lussemburgo, e delle normative comunitarie. 1

1 Introduzione La sostituzione del nickel negli acciai inossidabili austenitici tramite l aggiunta di manganese è stata discussa per oltre 50 anni al fine di ridurre l impatto dovuto alle fluttuazioni di prezzo del nickel nell extra lega. Ciò ha portato allo sviluppo della così detta serie 200. Questi gradi hanno anche aggiunte addizionali di azoto, per stabilizzare ulteriormente la fase austenitica e acquisire le proprietà alto-resistenziali necessarie in certe applicazioni. Sono state fatte con successo anche aggiunte di rame per garantire la stabilità dell austenite e migliorare la formabilità a freddo. Aggiungendo il rame va ridotto il tenore di azoto, così da ottenere gradi austenitici al manganese più duttili. In Europa nel Nord America, questi gradi hanno trovato solo limitata applicazione fino alla fine del secolo scorso, venendo adottati principalmente in virtù della loro combinazione di alta resistenza e duttilità, ad esempio nella fabbricazione di nastri trasportatori. In India, a causa delle restrizioni sull importazione del nickel, i gradi della serie 200 sono stai ampiamente impiegati dagli anni 80, soprattutto per suppellettili economiche in inox. Essendo tali articoli tipicamente lavati a mano e non esposti alle più aggressive condizioni delle lavastoviglie, la loro resistenza a corrosione si è dimostrata pienamente adeguata. Più di recente, grossi quantitativi di acciai inossidabili della serie 200 sono stati prodotti in Asia. Alcuni dei gradi così sviluppati non sono ancora conformi agli standard tradizionali in quanto formulati per minimizzare il tenore degli elementi di lega, incluso cromo, elemento chiave per la resistenza a corrosione. La mancanza di standard internazionali e di referenze per questi gradi sono stati di recente messi in evidenza in relazione a: un eccessivo uso di questi gradi come presunta alternativa al 1.4301 (304); l affacciarsi di altri gradi di acciaio della serie 200 a bassi tenori di Cr e Ni, elevati livelli di impurità e dalle proprietà meccaniche definite in maniera ambigua; il fatto che la amagneticità di questi gradi porta facilmente i clienti a confonderli con i classici gradi austenitici al nickel cromo. In Europa, l obiettivo di essere meno soggetti all extra lega, ha portato allo sviluppo dei gradi ferritici. Questi sono comunque più difficili da saldare, specie oltre i 6 mm di spessore. In certe applicazioni, i gradi amagnetici come gli austenitici, sono da preferire. Sarebbe quindi auspicabile avere a disposizione un grado 200 con: livello adeguato e consistente di resistenza a corrosione; proprietà meccaniche che lo rendano più facilmente formabile del classico 1.4372 (201). Per far sì che gli inossidabili al CrMn vengano meglio accettati in Europa, si richiede un elevato livello di standardizzazione. Al fine di evitare malintesi ed impieghi impropri la disponibilità di informazioni tecniche è divenuta prioritaria. Per far fronte a queste necessità è stato allestito un gruppo di lavoro con i rappresentanti dei maggiori produttori di prodotti inossidabili piani, sotto l egida di Euro Inox. Le principali conclusioni vengono presentate in questa pubblicazione. 2

2 Storia della serie 200 e sviluppi attuali La serie inox 200 è stata sviluppata agli inizi degli anni 30. Sebbene le prime composizioni chimiche fossero del tipo 205 (tenore di Ni vicino all 1 % e stabilizzazione della fase austenitica tramite elevata aggiunta simultanea di manganese e azoto, vedi Figure 1 e 2), i primi gradi a ricevere la denominazione AISI nella metà degli anni 50 furono i gradi 201 e 202 (tenore di nickel attorno al 4 6 % e aggiunte di azoto sotto lo 0,25 %). Essi divennero più popolari durante la guerra di Corea, a seguito della necessità di dover risparmiare il nickel. All epoca, l utilizzo del nickel era per lo più riservato ad applicazioni militari. Il grado 214, con meno dell 1 % di Ni e lo 0,35 % circa di N, venne fabbricato alla fine degli anni 50. I gradi austenitici al CrMn contenenti Mo per migliorare la resistenza a corrosione apparvero a metà degli anni 60 in Europa e negli USA. Allo stesso tempo vennero sviluppati gradi contenenti Mn e Cu, che resero possibile la fabbricazione di gradi austenitci al 4 6 % di Ni (gradi 211 e 203) a tenore di azoto relativamente ridotto (<0,06 % N). Si riusciva ad ottenere una imbutibilità equivalente a quella del 304. A causa di una nuova carenza di Ni, tali gradi iniziarono ad essere popolari all inizio degli anni 70. Le nuove tecnologie dell AOD resero possibile aggiungere azoto alla serie 200 più facilmente ed economicamente (Tabella 1). La carenza di nickel, ancora una volta, ebbe termine e data l elevata disponibilità, i prezzi del Ni si abbatterono di nuovo. Per oltre trent anni, il grado 304 è stato lo standard della famiglia degli acciai inossidabili ad una crescita media annua del 5 6 %. N (%) 0,5 0,4 12 % Mn 8 % Mn 4 % Mn 1 % Mn Cr (%) 18 16 5 % Ni Austenite + Ferrite 4 % Ni 3 % Ni 2 % Ni 1 % Ni 0,3 0 % Ni 0,2 14 5 4 3 2 1 0 % Ni Austenite 18 20 22 24 26 28 Cr (%) 2 6 9 12 15 Mn (%) Figura 1. Effetti delle addizioni di Cr e Mn sulla solubilità di N nell acciaio Figura 2. Elementi di lega e stabilità del campo di esistenza dell austenite a 1075 C (Franks) 3

Ancora negli anni 80 e 90 la serie 200 aveva (con l eccezione dell India) applicazioni ancora marginali. Col nuovo secolo ebbe inizio un nuovo periodo di alta volatilità nei prezzi del nickel. Specialmente la Cina divenne un utilizzatore importante della serie 200 degli acciai inossidabili. L acciaio austenitico al CrMn veniva prodotto localmente, il resto importato principalmente dall India. Tabella 1. Analisi chimica in % di massa per vari gradi austenitici al CrMn (serie 200) AISI * UNS ** Cr Ni Mn N C S Altri 201 S20100 16,0 18,0 3,5 5,5 5,5 7,5 0,25 max. 0,15 max. 0,030 max. S20103 16,0 18,0 3,5 5,5 5,5 7,5 0,25 max. 0,03 max. 0,030 max. 201LN S20153 16,0 17,5 4,0 5,0 6,4 7,5 0,10 0,25 0,03 max. 0,030 max. Cu 1,0 max. S20161 15,0 18,0 4,0 6,0 4,0 6,0 0,08 0,20 0,15 max. 0,040 max. 202 S20200 17,0 19,0 4,0 6,0 7,5 10,0 0,25 max. 0,15 max. 0,030 max. 203 S20300 16,0 18,0 4,0 6,0 5,0 6,5-0,08 max. 0,18 0,35 Cu 1,75 2,25 204 S20400 15,0 17,0 1,5 3,0 7,0 9,0 0,15 0,30 0,03 max. 0,030 max. S20430 15,5 17,5 1,5 3,5 6,5 9,0 0,05 0,25 0,15 max. 0,030 max. Cu 2,0 4,0 205 S20500 15,5 17,5 1,5 3,5 14,0 15,5 0,32 0,40 0,12 0,25 0,030 max. 214 S21400 17,0 18,5 1,0 max. 14,0 16,0 0,35 min. 0,12 max. 0,030 max. 216 S21600 17,5 22,0 5,0 7,0 7,5 9,0 0,25 0,50 0,08 max. 0,030 max. Mo 2,0 3,0 S21603 17,5 22,0 5,0 7,0 7,5 9,0 0,25 0,50 0,03 max. 0,030 max. Mo 2,0 3,0 S24000 17,0 19,0 2,25 3,75 11,5 14,5 0,20 0,40 0,08 max. 0,030 max. EN*** Cr Ni Mn N C S Altri 1.4371 16,0 17,0 3,5 5,5 6,0 8,0 0,15 0,20 0,03 max. 0,015 max. 1.4372 16,0 18,0 3,5 5,5 5,5 7,5 0,05 0,25 0,15 max. 0,015 max. 1.4373 17,0 19,0 4,0 6,0 7,5 10,5 0,05 0,25 0,15 max. 0,030 max. *AISI = designazione dell American Iron and Steel Institute **UNS = designazione dell Unified Numbering System ***EN = designazione EN 10088-2 4

3 Il nuovo grado europeo 200: 1.4618 Sebbene gli sviluppi tecnici determino il potenziale di un materiale, sono i fattori economici a decretarne il successo commerciale. Il fattore economico più rilevante dell ultima o decennio è stata la volatilità delle materie prime, nickel specialmente. Nelle applicazioni in cui vi è elevata competitività tra materiali, laddove diversi materiali si qualificano per lo stesso uso finale, il fattore prezzo costituisce normalmente l ago della bilancia. Nel caso degli acciai della serie 200, volti a sostituire i gradi classici della serie 300 (caratterizzati principalmente da buona resistenza a corrosione, basso limite di snervamento e elevate caratteristiche di formabilità), il mercato ha mancato di una vera e propria offerta standardizzata. La maggioranza dei gradi sviluppati erano sotto-alligati rispetto alla corrosione sia generalizzata che localizzata, o soffrivano di aumentata sensibilità alla rottura differita e tensocorrosione. Il grado austenitico al CrMn recentemente sviluppato (al 16,5 % Cr min. e 4,5 % Ni min.) è indicato per ottenere il compromesso ottimale tra riduzione costi (basso nickel), elevata formabilità e il raggiungimento di una resistenza a corrosione più vicina possibile a quella dell 1.4301. Miglioramenti nelle pratiche fusorie hanno reso possibile la riduzione di carbonio e l aumento di azoto, con miglioramento della formabilità. L imbutibilità è ulteriormente aumentata con aggiunta di rame. La Tabella 2 mostra le specifiche dell 1.4618, stabilite dall associazione europea dei produttori di inox. Il grado rispetta le specifiche superiori dell AISI 201 con l ulteriore aggiunta di rame. Tabella 2. Composizioni chimiche e proprietà meccaniche dell 1.4618 Tipo acciaio 1.4618 Nome acciaio X9CrMnNiCu17 8 5 2 Composizione chimica (% in massa) R p0,2 (MPa) min. 220 R m (MPa) 520 850 A 80 (%) min. 40 KV (J) min. 100 C <0,10, Si <1,00, Mn 5,50 9,50, P <0,070, S <0,010, Cr 16,50 18,50, Ni 4,50 5,50, Cu 1,00 2,50, N <0,15 Il nuovo grado 1.4618 rientra all interno dell analisi chimica del 201. Si differenzia comunque dell 1.4372 in tre aspetti: si posiziona dal lato superiore delle specifiche di composizione del 201, a beneficio della resistenza a corrosione; ha basso contenuto massimo di zolfo, con ulteriore miglioramento della resistenza a corrosione; il rame è aggiunto per motivi metallurgici, per ottenere proprietà meccaniche vicine a quelle del grado 1.4301 (304) in termini di allungamento a rottura. Comunque, il limite di snervamento della serie 200 è superiore rispetto a quello della serie 300. Data la novità, questo grado non è ancora incluso nello standard EN 10088-1:2005. Fino alla prossima revisione della EN 10088-1, i certificati possono venire prodotti dagli stabilimenti secondo la ASTM A 240 per il grado 201 e in accordo col cliente sul tenore di rame. 5

4 Proprietà meccaniche La tabella 2 mostra le tipiche proprietà meccaniche del grado 1.4618. Il grado 1.4618 ha un comportamento simile al grado austenitico 1.4310 (301, cioè il suo limite di snervamento (R p0,2 ) è leggermente maggiore di quello del grado 1.4301 (304). 1.4307 1.4307 / 304L/ 304L In certi settori, il grado 1.4618 è in qualche modo considerato come una alternativa a basso costo ai gradi 1.4301 o 1.4307. Le Figure 4 e 5 mostrano come, in termini di proprietà meccaniche, l 1.4618 è sia simile 1.4618 1.4618 R p0,2, R m (MPa) 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 R m A 80 R m A 80 R p0,2 R p0,2 70 60 50 40 30 20 20 0 70 60 50 40 30 20 20 0 0 10 0 10 20 20 30 30 40 40 50 50 60 60 R p0,2, R m (MPa) A 80 (%) A 80 (%) R p0,2, R m (MPa) 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 R m A 80 R m A 80 R p0,2 R p0,2 70 60 50 40 30 20 20 0 70 60 50 40 30 20 20 0 0 10 0 10 20 20 30 30 40 40 50 50 60 60 R p0,2, R m (MPa) A 80 (%) A 80 (%) cold tasso deformation cold d incrudimento deformation (%) (%) (%) tasso cold d incrudimento deformation cold deformation (%) (%) (%) Figura 3. Proprietà meccaniche in funzione dell incrudimento per 1.4307/304L (sinistra) e 1.4618 (destra) tasso d incrudimento % Le proprietà meccaniche rimangono molto simili, sebbene il grado 1.4618 presente, allo stato incrudito, proprietà meccaniche leggermente superiori rispetto all 1.4307 (304L). ai gradi 1.4301 (304) e 1.4307 (304L) e notevolmente più duttile diell 1.4372 (201). La Figura 4 mostra come ill 1.4618 abbia valori di R p0,2 e R m ben inferiori a quelli dell 1.4372 (201) e accresciuta formabilità. La lega 1.4618, dopo deformazione a freddo, esibisce inoltre una struttura austenitica notevolmente stabile, meno sensibile alla transizione martensitica del grado austenitico 1.4307. 6

Allungamento A 80 (%) Figura 4. Confronto tra le proprietà meccaniche di vari acciai inossidabili austenitici a temperatura ambiente (2B, 3 mm) Uno dei fattori che determinano la formabilità di un tipo di acciaio è la sua composizione chimica. Le proprietà che influenzano la formabilità dell acciaio inossidabile comprendono il limite di snervamento, il carico di rottura, l allungamento a rottura e l effetto del tasso di incrudimento su dette proprietà. La imbutibilità, comunque, è comparabile a quella dei gradi austenitici al CrNi. A titolo informativo, si riportano le tipiche proprietà a temperatura ambiente e sotto zero per l 1.4372. Il carico di rottura cresce sostanzialmente al diminuire della temperatura e tale effetto può anche riscontrarsi negli acciai austenitici al cromo nickel. Anche il limite di snervamento cresce, ma in misura minore. Possono osservarsi anche diminuzioni della duttilità intesa come allungamento a rottura. I valori di duttilità, comunque, si mantengono elevati fino a 100 C. 1600 80 1400 70 1200 A 5 60 R p0,2, R m (MPa) 1000 800 600 R m 50 40 30 A 5 (%) 400 R p0,2 20 200 0 10 0-120 -100-80 -60-40 -20 0 20 40 T ( C) Figura 5. Proprietà meccaniche a temperature sotto zero per 1.4372 (N = 20, spessore 2 mm, Ni 3,6 4,5 %, C 0,03 0,06 %) 7

Figura 6. Proprietà meccaniche a elevate temperature per 1.4372 (N = 20, spessore 2 mm, Ni 3,6 4,5 %, C 0,03 0,06 %) R p0,2, R m (MPa) 800 700 600 500 400 300 R m A 5 R p0,2 80 70 60 50 40 30 A 5 (%) 200 20 100 10 0 0 0 20 40 60 80 100 120 T ( C) Nella selezione dei materiali per alcune applicazioni, devono essere tenute in conto anche temperature inferiori allo zero. Gli acciai inossidabili austenitici sono usati molto spesso nelle applicazioni sotto zero. E importante, per la sicurezza in servizio, che un alto livello di resilienza sia mantenuto a tutte le temperature d esposizione. Come tutti gli acciai inossidabili austenitici, l 1.4618 ha eccezionale tenacità e non presenta temperatura di transizione vetrosa (NDTT), un comportamento tipico degli acciai inossidabili ferritici e martensitici. La variazione della resilienza con la temperatura è quindi secondaria e l acciaio può venire impiegato efficacemente a temperature sotto zero. La figura 7 mostra i valori di resilienza per differenti temperature. Figura 7. Valori di resilienza per acciaio tipo 1.4618 (1D laminato a caldo, ricotto e decapato, 2D laminato a freddo, ricotto e decapato) KCV ( J/cm 2 ) 400 350 300 250 200 150 100 50 1D, 5 mm 2D, 3 mm -60-40 -20 0 20 40 60 T ( C ) 8

5 Formabilità Gli acciai inossidabili austenitici, quasi senza eccezione alcuna, ben si prestano alle operazioni di stampaggio. Le proprietà che maggiormente determinano l imbutibilità sono il limite di snervamento, il carico di rottura e l allungamento, con la composizione chimica che costituisce l altro importante fattore. Alti tenori di nickel e rame aumentano in generale la stampabilità e per questo motivo l 1.4618 si comporta così bene in termini di formabilità. ø ø 4 R 3 1 6 5 2 4 1 6 3 1 Punzone Punch 2 - Portapunzone Punch support 3 - Matrice Die 4 - Premilamiera Hold-down ring 5 - Lamiera Blank 6 - Pezzo Part 6 5 3 R 4 1 Punzone Punch 2 - Portapunzone Punch support 3 - Matrice Die 4 - Portamatrice Die support 1 R 8 2 1 9 7 6 5 3 4 5 - Premilamiera Hold-down ring 6 - Piastra Hold-down di sostegno ring support del 7 - Ejector premilamiera plate 78 - Espulsore Blank 89 - Lamiera Part 9 Pezzo Figura 8. Stiroformatura (a sinistra) e imbutitura (a destra) Stiramento - Erichsen (mm) Rapporto limite di imbutitura - LDR = D d Figura 9. Campione per la prova Erichsen (a sinistra) e provini a bicchierino per la prova Swift (a destra) Figura 10. Confronto di formabilità 9

Figura 11. Il rapporto limite di imbutitura (LDR) = D/d. Tipici valori di LDR per gli acciai inossidabili sono tra 1,8 e 2. Il diagramma limite di formabilità, noto anche come curva limite di formabilità, rappresenta una misura utile e diretta della stampabilità. Il diagramma illustra le combinazioni sul piano delle deformazioni principali ottenibili senza arrivare a rottura. L area sottesa da tale curva inviluppa la totalità di combinazioni di deformazione che l 1.4618 può sostenere. I valori di LDR migliorano a confronto col classico grado 1.4372 (201). L aggiunta di Cu con tenore minimo dell 1 %, abbinata ad un contenuto di azoto ottimizzato, aumenta chiaramente in modo significativo le proprietà di formabilità del grado 1.4618 a confronto con gli altri gradi della serie 200. Al fine di tracciare la curva limite di formabilità, una griglia di cerchi, solitamente di 2,5 mm di diametro, viene impressa sulla superficie della lamiera metallica prima della deformazione. I singoli cerchi, a seguito della deformazione, divengono ellissi, eccetto nelle aree di pura deformazione biassiale. I semiassi maggiore e minore delle ellissi vengono comparati con i cerchi della griglia originale, così da determinare le deformazioni principali maggiore e minore in ogni punto. 1.4301 1.4372 (4,5 % Ni) 1.4618 (4,5 % Ni, 2,5 % Cu) Deformazione True major vera principale strain maggiore 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Figura 12. Curva limite di formabilità (spessore 1 mm) -0,3-0,2-0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Deformazione True minor vera principale strain minore 10

La curva limite di formabilità si definisce come il luogo delle combinazioni di deformazione che portano a rottura. La composizione chimica dell 1.4618 ne previene la rottura differita, quasi a livello dell 1.4301 (AISI 304). Le prove in camera a nebbia salina condotte su provini a bicchierino hanno mostrato, nelle aree più critiche, propagazione di cricche per il grado 1.4618 che non si sono invece riscontrate per i tipi 1.4301 (AISI 304). Le indagini metallografiche hanno identificato come probabili aree di origine delle cricche le aree corrose (piccoli interstizi, orifizi, etc.). Questo è in accordo con i risultati visti in precedenza che mostrano, per il grado 1.4618, un lieve calo nella resistenza a corrosione localizzata rispetto all 1.4301 (304). Tabella 3. Sensibilità alla rottura differita per diversi acciai austenitici in funzione del rapporto di imbutitura, misurato nella prova Swift Bicchierino per prova Swift / Rapporto di imbutitura Grado Ni (%) Cu (%) 1,4 1,6 1,8 2,0 2,12 2,14 1.4301 8,1 0,5 + + + + + + 1.4618 4,7 2,4 + + + + + 1.4372 4,4 0,3 + + + -- -- -- 1.4372 3,6 0,3 + + -- -- -- -- 204Cu 1,1 1,7 + -- -- -- -- + = OK -- = Rottura differita 11

6 Proprietà di resistenza a corrosione La resistenza alla vaiolatura per il grado 1.4618 è stata investigata tramite curve potenziodinamiche effettuate in una soluzione 0,02 M di NaCl (23 C, ph 7) (Figura 13). Il grado si comporta come l 1.4310 (301), con una resistenza alla vaiolatura migliore rispetto al classico 201, ma leggermente inferiore rispetto al grado austenitico 1.4307 (304L) come risultato della leggera diminuzione del contenuto di Cr, quantunque parzialmente bilanciata dall aggiunta di N, che accresce la resistenza alla vaiolatura. 800 700 1.4404 (316L) 1.4521 (444) Figura 13. Proprietà di resistenza a vaiolatura (potenziale critico di pitting, ph 7). Vpit (mv/sce) 600 1.4301 (304) 1.4372 (201) 500 1.4509 (441) 1.4526 (436) 1.4618 400 1.4510 (439) 1.4016 (430) 300 1.4512 (409) 200 10 12 14 16 18 20 22 24 26 PREN (% Cr + 3,3 % Mo + 16 % N) Figura 14. A sinistra: corrosione interstiziale su un componente in acciaio inossidabile dopo smontaggio. A destra: correlazione tra resistenza a corrosione interstiziale e resistenza a vaiolatura. Resistenza Resistance all avvio to della crevice corrosione initiation interstiziale phd 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1.4016/430 1.4510/439 1.4372/201 1.4618 1.4318 1.4301/304 1,5 1,0 14 15 16 17 18 19 Cr (%) Propagation Velocità di propagazione rate (µa/ph) (µa/ph) 1000 100 10 1 1 1.4016/430 1.4510/439 1.4372/201 1.4318/301LN 1.4618 1.4301/304 0,1 1 10 Ni (%) 12

La resistenza a (l avvio della) corrosione interstiziale del grado 1.4618 è decisamente migliore di quella degli altri acciai della serie 200, essendo equivalente a quella dell 1.4310 (301) e molto prossima a quella dell 1.4307 (304L). Il Ni ha un potente effetto nel ridurre la propagazione della corrosione interstiziale: con un contenuto di Ni del 4,5 %, l 1.4618 resiste meglio alla corrosione interstiziale rispetto ai gradi a basso nickel. Tra i gradi studiati della serie 200, l 1.4618 è quello che si comporta meglio in termini di resistenza sia a corrosione interstiziale che a vaiolatura. La resistenza a corrosione intergranulare è stata valutata tramite EN ISO 3651-2 (Prova Strauss). La riduzione del tenore di azoto e carbonio migliora il comportamento dell acciaio. Solo un trattamento di sensibilizzazione a 700 C per 30 minuti seguito da raffreddamento lento induce, dopo la prova Strauss e a seguito di piegatura, cricche intergranulari, ma in tali condizioni anche l 1.4301 (304) risulta sensibilizzato. Tabella 4. Condizioni e risultati per prova di corrosione intergranulare (Prova Strauss) Grado EN ISO 3651-2 1.4618 (0,05 % C, 4,5 % Ni) 1.4301 (0,05 % C, 8,1 % Ni) 1.4307 (0,02 % C, 8,1 % Ni) 1.4372 (0,05 % C, 4,5 % Ni) 700 C, 30 min + raffreddamento in acqua 650 C, 10 min + raffreddamento in acqua 700 C, 30 min + + raffreddamento a 60o C/h OK OK KO OK OK KO OK OK OK OK OK KO La resistenza alla tensocorrosione, cioè la nascita e propagazione di cricche sotto l azione combinata di tensione meccanica e ambiente aggressiva, è stata testata in camera a nebbia salina, secondo ASTM B 117. Tabella 5. Risultati di resistenza a tensocorrosione dopo 1000 h di esposizione in camera a nebbia salina secondo ASTM B 117 Figura 15. Criccatura da tensocorrosione sul campione dopo prova Grado 1.4301 1.4618 LDR Numero di cricche / Numero di campioni testati 1,83 0 / 3 1,94 0 / 3 1,83 2 / 3 1,94 3 / 3 13

7 Proprietà fisiche Importanti proprietà fisiche per l impiego efficace dell acciaio inox includono il coefficiente di espansione termica, la resistività elettrica e il calore specifico. Il coefficiente di espansione termica esprime la variazione di lunghezza (o volume) associata alla variazione unitaria di temperatura ad una specifica temperatura. Le proprietà di resistività elettrica del grado 1.4618 si piazzano tra quelle dei gradi austenitici 1.4372 e 1.4301. Il calore specifico è la quantità di calore che occorre per innalzare di un grado la temperatura di un unità di massa del materiale. Calori specifici per dati acciai austenitici inossidabili sono dati in Tabella 8. Tabella 6. Coefficiente di espansione termica EN ASTM Coefficiente di espansione termica medio tra 20 C e C (10-6 K -1 ) 200 400 1.4618-17,4 18,5 1.4372 201 16,6 17,9 1.4301 304 17,0 18,5 Tabella 7. Resistività elettrica EN ASTM Resistività elettrica (Ω mm 2 /m) 0 C 25 C 50 C 100 C 1.4618-0,76 0,77 0,79 0,85 1.4372 201 0,80 0,81 0,84 0,89 1.4301 304 0,72 0,75 0,76 0,81 Tabella 8. Calore specifico EN ASTM Calore Specifico (J/g K) 39 41 C 1.4618-0,51 1.4372 201 0,51 1.4301 304 0,48 14

8 Saldabilità La Tabella 9 mostra tipiche condizioni di saldatura per il grado 1.4618. Il grado 1.4618 si comporta quasi come il grado 1.4301 (304). Non occorre seguire particolari parametri di saldatura e in molti casi si possono usare gli stessi materiali d apporto dei gradi 1.4301 (304) o 1.4310 (301). Tabella 9. Tipici parametri di saldatura per 1.4618 Processo Per punti in continuo Senza materiale d apporto Spessore tipico <2mm <2mm Spessore GTAW / TIG <1,5 mm >0,5 mm Con materiale d apporto Materiale d apporto Elettrodo Bobina a filo d apporto ER 308 L (Si) 1.4370 ER 347 (Si) PAW / plasma <1,5 mm >0,5 mm ER 310 ER 308 L (Si) 1.4370 ER 347 (Si) ER 308 L (Si) 1.4370 ER 347 (Si) Gas di protezione Ar Ar + 5 % H 2 Ar + He Ar Ar + 5 % H 2 Ar + He Ar + 2 % CO 2 GMAW /MIG >0,8 mm ER 308 L (Si) 1.4370 ER 347 (Si) Ar + 2 % O 2 Ar + He Ar + 3 % CO 2 + 1 % H 2 SAW >2 mm ER 308 L ER 347 (Si) Elettrodi ripassate E 308 E 308 L E 347 Laser <5 mm He limitato: Ar N 2 15

9 Sommario Vengono presentate molte informazioni in merito al grado 1.4618 di nuova concezione, da cui si deduce come l 1.4618 presenti, tra gli acciai della serie 200, una composizione chimica ottimale che lo rende meno soggetto alle fluttuazioni di costo dell extra lega, pur raggiungendo proprietà di resistenza meccanica e a corrosione simili a quelle dei gradi 1.4301 (304) e 1.4310 (301). Buone proprietà di profondo stampaggio possono ottenersi senza un eccessiva sensibilità alla rottura differita. Sebbene non vi siano conoscenze di lunga data, le esperienze iniziali indicano che il grado 1.4618 ha una saldabilità molto simile all 1.4301 (304) e si possono usare gli stessi materiali d apporto. L 1.4618 è concepito per offrire all utenza finale un grado che possa in molti casi costituire un alternativa ad acciai tipo 1.4301 (304). Il maggior tenore di carbonio rispetto a quello presente nell 1.4307 (304L) ne limita l uso alle sezioni saldate di maggiore spessore. Il grado è stato sviluppato congiuntamente da Acerinox, Aperam, Outokumpu e ThyssenKrupp Stainless, sotto l egida di Euro Inox. 16

10 Bibliografia [1] New 200-series steels: an opportunity or a threat to the image of stainless steel?, Brussels: ISSF, 2005 [2] CHARLES, Jacques, The new 200-series: an alternative answer to Ni surcharge?, Proceedings of the Stainless Steel USA Int. Conf., Houston, 2006 [3] La Soluzione Ferritica, Bruxelles, ISSF 2007 [4] CHARLES, Jacques, A new European 200 series standard to substitute 304 austenitics?, Proceedings, 6 th European Stainless Steel Science and Market Conference, Helsinki, Jernkontoret, 2008, pp. 427-436 [5] TAULAVUORI, Tero, OHLINGSCHLÄGER, T., SÄYNÄJÄKANGAS, J.: A novel view on material selection of stainless steels by optimizing material costs and product properties, Proceedings, 6 th European Stainless Steel Science and Market Conference, Helsinki, Jernkontoret, 2008, pp.335-341 [6] ASM Specialty Handbook, Stainless Steels, Davis, J.R. (ed.), ASM International, 1996 17

ISBN 978-2-87997-335-7 Diamant Building Bd. A. Reyers 80 1030 Bruxelles Belgio Tel. +32 2 706 82-67 Fax -69 e-mail info@euro-inox.org www.euro-inox.org