Acciai da stampaggio

laminati a freddo

Renzo Valentini

Dip. Ing. Chimica, Chim. Ind. e Scienza dei Mat.

Scopi della laminazione a freddo

• Spessore più sottile

• Tolleranze dimensionali più ristrette

• Forma ottimale

• Superficie esente da ossidazione

• Ottima stampabilità

• Accurata finitura superficiale

• Superficie con bassa difettosità

• Proprietà specifiche per utilizzo:

� smaltabilità

� fosfatabilità

� tranciabilità

� basse perdite magnetiche

� verniciabilità

TIPICI PROCESSI DI PRODUZIONE MATERIALI DA

STAMPAGGIO

Avvolgimento basso

Avvolgimento alto

Ric. statica

CAPL, ZINCSiviera C. Continua Lam. caldo

Gradi: 01-05

Gradi: 01-03

Acciai Al-K Low Carbon (C<0.05%)

Il degasaggio con gli impianti RH è obbligatorio per gli acciai Intestitial Free (IF).

A volte nei processi di acciaieria può essere richiesta la desolforazione (gradi elevati di stampaggio) e si può

impiegare un parziale degasaggio per acciai al C (BH, particolari qualità etc.)

Avvolgimento alto

Ric. statica

CAPL, ZINC

Siviera + RH C. Continua Lam. caldo

Gradi: 04-06

Gradi: 03-05

Acciai IF (C<0.005%)

FATTORI CHE INFLUENZANO LA STAMPABILITA’

1. Bassi tenori di C ed N nell’acciaio;

2. Bassi livelli inclusionali (solfuri ossidi grossolani etc.);

3. Bassi tenori di impurezze ed elementi di lega non voluti in questi acciai (S, P, As, Sn, Cu, Mo etc.);

4. Controllo e contenimento dell’eventuale presenza di C ed N liberi (non combinati);

5. Microstruttura a grano relativamente grosso;

6. Favorevole orientazione cristallografica del grano stesso rispetto alla direzione di laminazione;

• I punti 1, 2 e 3 dipendono solo dall’acciaieria (composizione chimica) mentre i punti 4, 5 e 6

dipendono sia dall’acciaieria che dai parametri termomeccanici (laminazione a caldo, temperature di

avvolgimento, tasso di laminazione a freddo, tipologia e parametri di ricottura;

• Stabilire la stampabilità di un acciaio, attraverso lo studio del suo ciclo di fabbricazione, è molto

complesso a causa delle numerosi variabili coinvolte;

• Le principali variabili sono, per la composizione chimica, tra acciai al C e acciai IF e, per i cicli di

fabbricazione, tra acciai da ricottura statica e acciai da ricottura continua.

Generalità sulle caratteristiche meccaniche

• Una lamiera di acciaio si dice stampabile quando le caratteristiche meccaniche principali (snervamento,

allungamento, incrudimento, anisotropia) rispecchiano certe condizioni: in generale minori snervamenti, ed

alti valori di allungamento, incrudimento, anisotropia danno luogo ad acciai migliori;

• Le classi di acciaio classificate in ordine crescente di stampabilità, caratteristica soprattutto legata

all’anisotropia minima indicata dalla lettera r, sono genericamente suddivisibili come:

� CQ (Commercial Quality, tipo 01) r=1

� DQ (Drawing Quality, tipo 03) r=1.3

� DDQ (Deep Drawing Quality (tipo 04) r=1.6

� EDDQ (Extra Deep Drawing Quality tipo 05)* r=1.9

� SEDDQ (Super Extra Deep Drawing Quality) r>2.5

• La r indica l’attitudine dell’acciaio a subire deformazione plastica durante lo stampaggio senza rotture

• Ovviamente contano moltissimo anche il carico di snervamento massimo ammissibile per ogni classe e

l’allungamento minimo a rottura.

*Esistono anche i gradi 06 e 07 caratterizzati da valori di r e delle altre caratteristiche spesso legate più ad

accordi con i clienti che alle normative. Ovviamente esistono altre normative di clienti (in particolare nel

settore auto) e le caratteristiche vengono definite caso per caso.

Incrudimento ed allungamento a rottura

Il valore di n viene a dipendere sostanzialmente dal diametro del grano e dalla composizione

chimica con una relazione del tipo:

∑ =−

−

+

=n

i ii

d

n1

2

1(%)

10

5α

I valori dei coefficienti αi sono alti per Cu, Si e Mo e bassi per il Cr (da 0.06 a 0.02). E’ comunque

evidente, anche per il valore di n come sia importantissimo avere una elevata dimensione del

grano ferritico ed una composizione la più vicina possibile a quella del Fe puro.

Anche per l’allungamento a rottura occorre avere basso tenore di elementi di lega, bassi

snervamenti, e, soprattutto, modesti contributi in termini inclusionali (ossidi, solfuri) e di

precipitati (cementite e quindi C).

Caratteristiche tensili

Questo termine, sia per lo snervamento che per al rottura, può essere espresso come sommatoria di diversi

contributi: la resistenza del reticolo, la resistenza per soluzione solida, quella per precipitazione, quella per

contributo delle dislocazioni (incrudimento), quella per affinamento di grano e quella dovuta alla

eventuale presenza di fasi diverse (perlite, bainite, ferrite aciculare, martensite).

Normalmente negli acciai da stampaggio si tende ad avere il minor carico di snervamento possibile da qui

l’esigenza di avere il minor quantitativo di elementi di lega, nessun incrudimento o rafforzamento per

precipitazione e fasi secondarie e, soprattutto, il grano più grosso possibile. Ad esempio una tipica

formula valida per lo snervamento è (in Mpa):

liiStrutturadpsr Kd σσσσσσ +++++=

− .

2

1

−

++++=.

2

1

4.17354833254 dNSiMnysσ

Anisotropia r

Al valore della r, si attribuisce una forte

dipendenza dal grano e alla categoria di

acciaio (al C, IF al Ti etc.). Va però

ricordato, che la r dipende moltissimo dalle

condizioni di laminazione tanto è vero che

per le laminazioni in campo ferritico la

sfavorevole orientazione cristallografica dà

luogo a modesti valori di r (circa 1) anche

per grani molto grandi (bassissimi

snervamenti, alti valori di n). Utilizzando la

dimensione N del grano secondo ASTM per

acciai laminati a caldo in campo austenitico,

vale la relazione (r0 e k dipendenti dal tipo di

acciaio):

kNrr −= 0

Generalità

La ricottura è l’operazione con la quale si ricostituisce il grano dell’acciaio nel crudo di laminazione rendendo

il materiale idoneo agli impieghi nel settore dello stampaggio.

La ricottura di ricristallizzazione industriale degli acciai dolci, può essere statica (coils interamente ricotti in

forni a campana) o continua in cui il nastro si sposta velocemente in un complesso di forni.

Anche se le modalità metallurgiche sono diverse tra i due sistemi, comunque durante la ricottura l’acciaio

recupera in modo importante la duttilità diminuendo la durezza del crudo attraverso l’annullamento di gran

parte delle dislocazioni generate dalla laminazione a freddo (da 1012 cm/cm3 a 106 cm/cm3) e la

riorganizzazione dei grani ferritici attraverso la ricristallizzazione e la crescita orientata dei grani stessi.

Questi fenomeni sono nell’ordine:

• Recovery;

• Ricristallizzazione;

• Crescita dei grani;

Recovery

Durante la fase di recovery, l’acciaio comincia a perdere dislocazioni a temperature tanto più basse

quanto più è alta l’energia immagazzinata (tasso di laminazione a freddo elevato). Durante il

recovery, dunque, si ha una forte variazione di alcune caratteristiche fisiche come la resistività

elettrica, ma non si hanno apprezzabili modifiche delle caratteristiche meccaniche.

Poligonalizzazione

Le orientazioni cristallografiche dei piani (111) iniziano più rapidamente a restaurarsi rispetto alle altre

direzioni in quanto la driving force per il fenomeno dipende proprio dalla differente aliquota di energia

immagazzinata nelle varie direzioni del reticolo della ferrite secondo l’ordine: (111)>(112)>(001).

Durante il recovery, inizia però anche il fondamentale processo di poligonalizzazione in cui, dopo

l’annullamento delle dislocazioni di segno opposto, si ha il raggruppamento di quelle dello stesso segno

fino a formare contorni di sottograni e diminuire ulteriormente il contenuto di energia del cristallo:

Ricristallizzazione

La ricristallizzazione segue il recovery e consiste in un nuovo riarrangiamento strutturale costituito nella

formazione, attraverso meccanismi di nucleazione ed accrescimento, di grani cristallini nuovi relativamente

perfetti, che sostituiscono la struttura precedente caratterizzata da grani fortemente deformati.

In questa fase si ha una sensibile diminuzione di durezza dell’acciaio mentre aumenta la duttilità.

La velocità di ricristallizzazione dipende da alcuni fattori che principalmente sono:

a) Grado di deformazione iniziale: tanto maggiore è e tanto più bassa è la temperatura di ricristallizzazione

mentre tanto più piccoli sono i grani cristallini nuovi;

b) La temperatura di ricottura: abbassando la temperatura aumenta esponenzialmente il tempo necessario per

ottenere grani di dimensioni equivalenti;

c) La purezza dell’acciaio: tanto maggiore è la purezza tanto minore è la temperatura di ricristallizzazione.

In generale, l’andamento della ricristallizazione può essere schematizzato attraverso l’equazione di Johnson-

Mehl-Avrami indicando con Xv il tasso di ricristallizzazione:

Da un punto di vista della tessitura del materiale, si osserva la crescita preferenziale proprio in funzione

dell’orientazione dei piani cristallini.

)exp(1 n

VKtX −−=

Crescita dei grani

I grani ricristallizati, quando il processo di ricristallizzazione primaria è terminato, si accrescono

ulteriormente per diminuire l’energia del metallo.

In questa fase l’energia interessata è quella superficiale dei grani stessi, si ha cioè, un fenomeno di

evoluzione della struttura che tende a diminuire il rapporto superficie volume attraverso il meccanismo

dell’accrescimento.

Questo meccanismo è favorito dalle alte T che permettono moti diffusivi tra grano e grano in modo che

alcuni si accrescano a scapito di altri.

Gli atomi in superficie hanno la tensione superficiale γ (energia libera per unità di superficie) maggiore

degli atomi interni e tendendo il sistema all’equilibrio la configurazione finale dovrà soddisfare,

nell’incontro di tre grani la condizione:

)()()( CSinBSinASin

CBAγγγ

==

Aγ

Bγ

A

Cγ

BC

Nei bordi di grano a grande angolo, in genere le tensioni superficiali sono uguali e poco dipendenti

dall’orientamento quindi l’eguaglianza precedente ha come conseguenza che gli angoli A, B e C sono

uguali tra loro e pari quindi a 120°.

I grani ideali in un sistema piano, quindi saranno esagonali e quelli con un numero di lati minori di 6

non sono in equilibrio e devono sparire.

Le dimensioni finali dei grani vengono a dipendere dal tasso iniziale di incrudimento, e quindi di

laminazione, nel senso che maggiore è quest’ultimo tanto più piccoli saranno i grani a parità di

ricottura.

La temperatura ed i tempi di ricottura, giocano un ruolo essenziale sulla crescita del grano come

intuibile dalla legge di Hillert:

Dove B dipende dalla mobilità dei bordi dei, dall’energia interfacciale e quindi dalla T, n è un

coefficiente funzione soprattutto dell’analisi chimica che vale da 2 (metalli puri) a valori anche

superiori a 4 per le leghe industriale.

Gli elementi di lega negli acciai come C, N, Mn, P, possono segregare ai bordi di grano e quindi

frenare il processo ma soprattutto possono ostacolare la formazione di tessiture favorevoli allo

stampaggio. Ad esempio il C favorendo la componente {100} al posto della {111} deve essere tenuto

basso e sotto controllo per gli acciai ad altissima stampabilità ed è questo, unitamente al problema

dell’invecchiamento, che spinge all’uso degli acciai IF.

tDDnn Β=−0

Le dimensioni finali dei grani e la loro orientazione cristallografica, hanno enorme importanza sulle

caratteristiche meccaniche degli acciai da stampaggio. In generale grani di relativamente elevate

dimensioni (fino a 30-40 µm) danno bassi snervamenti, elevati valori di n e di r (se con l’orientazione

giusta, ovviamente) e quindi buona stampabilità del prodotto. La dimensione dei grani, comunque, da sola

non assicura ad esempio un buon valore di r, infatti, a parte le problematiche di tessitura, anche la

composizione chimica dell’acciaio gioca un ruolo importante a parità di dimensione del grano:

Ricottura statica e ricottura continua: problematiche

industriali

Le maggiori differenze tra ricottura statica e continua, da un punto di vista metallurgico, sono nella velocità di

riscaldamento e raffreddamento e nella massima temperatura raggiunta. Quest’ultima è sempre al disotto della

A1 nel caso della ricottura statica, mentre può essere superiore alla A1 nel caso della continua.

In effetti la temperatura troppo elevata dà un effetto negativo sulle caratteristiche meccaniche degli acciai

ricotti in statica oltre che dare problemi di processo a causa delle alte probabilità di incollaggio delle spire.

I cicli di ricottura statica, sono molto lunghi e caratterizzati da una salita in temperatura estremamente lenta:

Le velocità di salita sono dell’ordine di meno di un grado al minuto a differenza dei cicli di ricottura

continua dove si arriva alle centinaia di gradi al minuto. Questa differenza ha profondo significato

metallurgico sulle strutture ottimali di partenza e sullo stato del laminato a caldo in termini, soprattutto,

di temperatura di avvolgimento., per l’ottenimento di elevate caratteristiche di stampabilità in funzione

del tipo di acciaio.

Metallurgia della ricottura statica: GeneralitàLa metallurgia della ricottura statica per gli acciai al C Al-Killed, è basata sugli effetti dell’azoto e

dell’alluminio contenuti nell’acciaio in forma disciolta, dopo laminazione a caldo.

Durante le fasi di fine laminazione a caldo, infatti, se viene settata una bassa T di avvolgimento (<550°C) e se il

riscaldo bramma è avvenuto ad alte T (maggiori di 1200°C), i AlN contenuti della bramma e disciolti nel forno

di riscaldo bramme, non riescono a precipitare in avvolgimento e rimangono totalmente soluti nell’acciaio.

Nelle fasi di riscaldo della ricottura, si svolgono complessi fenomeni metallurgici di interazione tra Al ed

N con le fasi di recovery e ricristallizzazione dell’acciaio. Difatti durante la lenta salita termica si ha una

agglomerazione di Al ed N con una sorta di pre-precipitazione sulle dislocazioni e sui sub-bordi di grano

che da un lato ritarda la ricristallizzazione ma dall’altro favorisce la formazione di tessiture ottimali per

lo stampaggio. Questo avviene attraverso l’innalzamento delle probabilità della tessiturazione secondo il

piano {111} da questi agglomerati o precipitati finissimi di AlN sulla base delle energie immagazzinate

durante la laminazione a freddo.

I precipitati ritardano tutte le nucleazioni cosi che quelle sfavorevoli allo stampaggio ma con bassa

energia immagazzinata praticamente avvengono solo in minima parte mentre lungo i piani {111} si ha si

un ritardo ma alla fine la nucleazione avviene con meno piani competitivi per orientazioni sfavorevoli.

Questo meccanismo, non ancora del tutto chiarito in tutti i suoi aspetti, ha come risultato la classica

struttura detta “pan-cake” degli acciai ricotti in statica dopo basso avvolgimento in laminazione.

Gli acciai calmati all’alluminio ricotti in statica sono quindi suscettibili di presentare tre tipi di microstrutture,

poiché l’ottenimento dell’uno o dell’altro di questi tipi è funzione del momento in cui, nella filiera di

fabbricazione del prodotto, ha luogo la precipitazione definitiva del nitruro di alluminio Al.

• Una microstruttura a grani equiassici (Fig. a) è ottenuta quando l’azoto è sotto forma A1N prima della ricottura

o quando precipita dopo il processo di ricristallizazione alla ricottura. Si noterà che si tratta del caso di aspetto

abituale di ricottura in continuo.

• La microstruttura a grani allungati (detta “pan-cake”; Fig. b) è ottenuta nel caso in cui la precipitazione di A1N

ha luogo nel corso di ricottura, prima della fase di ricristallizazione dando un grano di forma allungata, in

ragione di una crescita dei germi privilegiata nella direzione di laminazione.

• Il terzo aspetto possibile corrisponde a una ricristallizzazione detta in “zona di transizione”; si tratta in effetti di

un caso di figura intermedia in cui c’è una concomitanza tra la precipitazione di A1N e la ricristallizazione.

a- grani equiassici b-grani pan-cake

Quando l’alluminio e l’azoto sono in soluzione prima dell’operazione di ricottura, il tipo di

microstruttura ottenuto dipende dalla velocità di riscaldamento alla ricottura.

Ne segue una forte dipendenza delle caratteristiche meccaniche classiche e del valore di r di fronte a

questo parametro.

Il comportamento delle curve della figura dipende dalle condizioni di fabbricazione a monte della

ricottura, in relazione con gli effetti di alcuni parametri di fabbricazione sui fenomeni di precipitazione di

A1N e della ricristallizzazione. I parametri influenti sono particolarmente i tenori in alluminio e azoto,

così come il tasso di laminazione a freddo, ma altri fattori come i tenori in carbonio, manganese e

elementi chimici residui, hanno, o potrebbero avere, un effetto.

Condizioni di fabbricazione

Nella misura in cui la microstruttura a grani allungati (“pan-cake”) si accompagna abitualmente ad una

tessitura favorevole allo stampaggio profondo (valore elevato di r), l’obiettivo del processo di

fabbricazione di una lamiera sottile per stampaggio, a partire da un acciaio calmato all’alluminio ricotto

in statica, è quello di ottenere questo tipo di aspetto micrografico.

Nota: si evita abitualmente la zona di transizione, che corrisponde a dei grani relativamente grossi e

fortemente allungati (indice ASTM del grano<8), in ragione di una degradazione della duttilità e del

rischio di formazione della “buccia d’arancia” al momento dello stampaggio.

In conseguenza, è necessario:

• avere dei tenori in alluminio e in azoto sufficientemente elevati nell’acciaio,

• badare a che questi elementi siano in soluzione solida prima della ricottura,

• adattare la velocità di riscaldamento alla ricottura.

Ciò impone dei vincoli della filiera di fabbricazione a caldo.

Realizzazione nell’acciaieria

I tenori in alluminio e in azoto sono classicamente vicini a 0,050% e 0,005% rispettivamente (si parla di

acciai a tenori controllati in Al e N).

I tenori in carbonio e manganese sono definiti in funzione della qualità voluta. Per la fabbricazione della

qualità FeP05, si utilizzano degli acciai a bassi tenori in carbonio e manganese (rispettivamente ∼ 0,030% e ∼

0,200%).

D’altro canto, è importante controllare e limitare i tenori in elementi chimici residui (indurimento,

degradazione della duttilità e della tessitura).

Per questo motivo si impiega a volte anche la desolforazione anche se non è chiarissimo se tale processo

abbia sempre conseguenze davvero importanti sulla stampabilità del materiale.

Su alcuni acciai, detti isotropi, si aggiungono piccoli tenori di Ti che, legandosi con n e C, ostacolano la

crescita preferenziale lungo i piani (111). Difatti per questi acciai lo scopo è quello di avere basso valore di

∆r e di conseguenza si accetta un valore di r=1.

Realizzazione al treno a caldo

Per ottenere che l’azoto sia in soluzione solida al momento della ricottura, è necessario di sciogliere, al

momento del riscaldamento delle bramme prima della laminazione a caldo, i precipitati di A1N formati nel

corso del raffreddamento del metallo in uscita dalla colata continua. Ciò si traduce in pratica con

l’impostazione di temperature dell’ordine di 1 200 perfino 1 250 °C nel riscaldo bramme.

D’altro canto, bisogna evitare che l’azoto non si ricombini con l’alluminio dopo laminazione a caldo, sia nel

corso del raffreddamento, sia nell’avvolgimento (nel corso di quello che si può definire chiama “auto-

ricottura” di avvolgimento). Ciò impone un raffreddamento rapido e una avvolgimento detto “basso”

(abitualmente inferiore a 600°C)

Esiste ugualmente un vincolo in termini di temperatura di fine laminazione a caldo: essa deve in effetti essere

superiore o uguale alla temperatura Ar3 se si vuole evitare un deterioramento della duttilità e del valore di r sul

prodotto.

Realizzazione nello stabilimento a freddo

• Il tasso di laminazione a freddo

condiziona la morfologia dei grani, le

caratteristiche meccaniche e la

tessitura dopo ricottura di

ricristallizazione. Le figure illustrano

gli effetti del tasso di laminazione a

freddo sulla taglia del grano e il

valore di r nel caso di un acciaio

basso carbonio-basso manganese. In

pratica, il tasso di riduzione a freddo

è abitualmente vicino di 70%.

Nota: in relazione con l’evoluzione

della tessitura cristallografica, e

congiuntamente alle variazioni del

valore di r, l’anisotropia piana (∆r)

fluttua con il tasso di laminazione a

freddo. Questo è evidentemente da

prendere in considerazione in caso di

problemi di earing.

• A livello di ricottura, importa controllare (in effetti limitare) la velocità di riscaldamento per

assicurare una ricristallizzazione nella maniera “pan-cake”; essa è abitualmente inferiore a 50°C/h. La

temperatura di ricottura (temperatura di mantenimento) è definita in funzione della qualità voluta; essa è

inferiore ad Ac1 (essa varia in una gamma da ∼650 a ∼ 720°C).

Il raffreddamento dopo mantenimento è molto lento, conducendo alla fine della ricottura a uno stato

prossimo all’equilibrio: struttura ferrite + cementite con precipitazione quasi completa del carbonio. Se la

quantità di carbonio libero è sufficiente per provocare una discontinuità sulla curva sforzo-deformazione al

momento di una prova di trazione monoassiale, essa è, tuttavia, abitualmente, insufficiente per generare un

invecchiamento ulteriore del metallo (dopo “skin-pass”).

Tuttavia, per i tenori molto bassi in carbonio (∼ 0,010%), può aversi modificazione delle caratteristiche

meccaniche in seguito a un trattamento termico a bassa temperatura sul prodotto. Ciò è messo a profitto

negli acciai a “bake-hardening”.

Metallurgia della ricottura continua: Generalità

In ricottura continua, tenuto conto della velocità elevata di riscaldamento, la precipitazione di A1N avviene

dopo la ricristallizazione se l’azoto è in soluzione prima della ricottura. Ciò non soltanto non permette

di rinforzare la selettività di germinazione, ma inoltre provoca un blocco della crescita dei grani

ricristallizzati, cosa che porta a una tessitura poco favorevole alla stampaggio e a un indurimento

attraverso l’affinamento del grano.

D’altro canto, la presenza di carburi e di carbonio in soluzione al momento della ricristallizzazione è

ugualmente sfavorevole in termini di tessitura cristallografica.

In conseguenza, nella filiera di ricottura in continuo, si cerca di effettuare la ricristallizzazione in una

matrice ferritica più pura possibile:

• Eliminazione dell’azoto in soluzione attraverso la precipitazione di A1N prima della ricottura,

• Limitazione del carbonio in soluzione solida (e della frazione volumetrica di carburo di ferro Fe3C).

Per ciò che concerne l’azoto, la precipitazione sotto forma di A1N sulla lamiera a caldo è ottenuta

attraverso un avvolgimento ad alta temperatura (un’altra possibilità consiste nel praticare un

riscaldamento delle bramme a temperatura sufficientemente bassa per impedire la rimessa in soluzione

di A1N).

Per quello che riguarda il carbonio e i carburi, si tratta di abbassare al massimo il tenore in carbonio

dell’acciaio (prendendone in conto l’effetto di quest’ultimo sull’invecchiamento) e di fare coalescere i

precipitati di Fe3C, che permette di limitarne il numero e di ridurre la quantità di carbonio rimessa in soluzione

al momento del riscaldamento in ricottura. L’avvolgimento alto favorisce questa coalescenza. Così, e

contrariamente alla ricottura statica, un aumento della temperatura di avvolgimento permette, grazie alla

precipitazione di A1N e la coalescenza della cementite, di migliorare il valore di r.

Realizzazione nell’acciaieria

Il tenore in carbonio abitualmente ottimale per gli acciai calmati all’alluminio ricotti in continuo e destinati

alla stampaggio, è vicina di 0,020%. Dei tenori nettamente superiori conducono a delle caratteristiche

meccaniche sensibilmente meno favorevoli alla stampaggio; dei tenori più bassi (<0,015%) inducono una

propensione all’invecchiamento naturale del prodotto, nonostante l’over-aging.

Il tenore in manganese è ridotto al massimo in ragione di un effetto sfavorevole di questo elemento sul valore

di r.

Realizzazione al treno a caldo

Il paramentro essenziale è abitualmente la

temperatura di avvolgimento (considerando una

laminazione a caldo “classica” al di sopra di Ar3 e

se si eccettua la pratica del “riscaldamento a bassa

temperatura”). L’avvolgimento caldo presenta due

inconvenienti:

• Il genere delle eterogeneità delle caratteristiche

meccaniche sul prodotto in legame con delle

differenze di velocità di raffreddamento tra il

“cuore” e le estremità del COIL. La pratica di un

avvolgimento detto a “sella” (temperatura più

elevata in estremità) permette di attenuare

sensibilmente queste eterogeneità.

• Ciò induce un rischio di crescita anormale dei

grani, la quale può prodursi per alcuni

accoppiamenti di Τ fine della laminazionee T di

avvolgimento con conseguente scadimento delle

caratteristiuche meccaniche del prodotto.

Realizzazione nello stabilimento a freddo

• Proprio come nella ricottura statica, è auspicabile realizzare dei tassi elevati di laminazione a freddo per

migliorare il valore di r.

• Per ciò che riguarda la ricottura, tenuto conto della velocità di riscaldamento elevata, la ricristallizzazione

si effettua a una temperatura più alta che nella ricottura statica. Da qui sistematicamente occorrono delle

temperature di mantenimento più elevate, poiché le condizioni (Τ, t) del mantenimento sono adattate in

funzione della qualità volute. Le condizioni di raffreddamento dopo mantenimento e di sovrainvecchiamento

sono definite per ottenere lo stato di precipitazione del carbonio auspicato.

• L’operazione di “skin-pass” ha per scopo la soppressione del cuscinetto di limite di elasticità

sistematicamente presente sul metallo in uscita dalla ricottura.

Invecchiamento (AI)

In un certo senso, l’effetto di invecchiamento è strettamente correlato al BH in quanto, in questo caso, se il

carbonio soluto in eccesso è piuttosto elevato, si hanno fenomeni di invecchiamento spontaneo dell’acciaio con

aumento del carico di snervamento, diminuzione della n e dell’allungamento a rottura. La prove si effettua

predeformando il provino del 7%, riscaldandolo a 100 per 60 min e ripetendo la prova di trazione. La differenza

di snervamento dà l’indice di invecchiamento (o Aging Index) che su alcuni acciai (IF) può essere zero.

Il valore di AI è proporzionale all’allungamento di Luders che si ha su certi acciai prima dello skinpass:

Controllo dell’invecchiamento

L’invecchiamento legato all’azoto è soppresso dal

blocco di questo elemento sotto forma di AlN.

Per ciò che concerne il carbonio, tenuto conto della

velocità di raffreddamento elevata alla ricottura, esiste

una sovrassaturazione importante in carbonio in

soluzione solida in uscita del raffreddamento, la quale è

suscettibile di condurre ad un invecchiamento del

prodotto, anche a temperatura ambiente. Per diminuire

la quantità di carbonio in soluzione, si pratica un

“sovrainvecchiamento” (“over-aging”) alla fine della

ricottura, che consiste nel precipitare il carbonio in

sovrassaturazione sotto forma di cementite.

Nota: può essere interessante conservare

sufficientemente carbonio in soluzione solida per

provocare un invecchiamento (indurimento) importante

al momento di un trattamento termico ulteriore: è

questo il caso negli acciai a “bake-hardening”.

Caratteristiche meccaniche degli acciai

Al-K prodotte in ricottura continua

La distribuzione della cementite e le sue dimensioni, inoltre, hanno

forte influenza sulle caratteristiche meccaniche dell’acciaio. Anche la

temperatura massima di soaking influenza marcatamente le

caratteristiche del prodotto attraverso la sua azione sulla crescita dei

grani della ferrite. Si osseva un miglioramento delle caratteristiche

stesse fino ad una certa temperatura (vicina ai 900°C) oltre la quale si

ha un brusco peggioramento a causa della formazione di eccessiva

quantità di fase austenitica.

Tra le variabili chimiche, comunque, è il C che gioca il ruolo principale. E’ interessante osservare come esista un

tenore di c critico (intorno ai 100ppm) che rende peggiori le caratteristiche meccaniche del materiale a causa della

difficoltà a precipitare per basso grado di sovrassaturazione. Ovviamente se interessa l’effetto Bake Hardening, si

possono accettare valori attorno a questo limite ma ci si dovranno aspettare forti variabilità di risultati.

Struttura degli acciai ricotti in continua

La classica microstruttura degli acciai ricotti in continua, presenta un grano tendenzialmente rotondeggiante, di

dimensioni, per gli acciai Al-K non molto superiori ai 15 µm, solitamente. Solo per tenori di C<0.03 % ed alte

temperature di ricottura, è possibile ottenere grani intorno ai 20-25 µm come nel caso dei gradi 180 BH da

zincato a caldo:

Uso del B negli acciai per ricottura continua

Spesso negli acciai per ricottura continua si fa uso del B

quale controllante dell’azoto. Il B, infatti, è più affine

all’N dell’Al e diffondendo molto velocemente quale

elemento interstiziale, riesce a bloccare l’Al anche per

basse temperature di avvolgimento dando quindi un

acciaio tendenzialmente più facile da ricristallizzare nelle

linee di ricottura. Purtroppo come effetto secondario, la

presenza del B deprime il valore della r, anche se

ottengono grani di rilevanti dimensione, a causa della

formazione di boro-carburi complessi di Fe .

Per ottenere gli effetti ottimali sulle caratteristiche

meccaniche, il rapporto atomico B/N deve tendere a 1.

L’effetto Bake Hardening

Negli acciai a “bake-hardening”

(indurimento al momento della cottura della

vernice), la capacità di invecchiamento

degli acciai calmati all’alluminio è messa a

profitto per provocare un aumento del limite

di elasticità sul pezzo finito. Infatti, questi

acciai permettono di conciliare una buona

attitudine alla stampaggio (valore di Re

“basso” sul metallo in piano) e una buona

resistenza alla deformazione plastica del

pezzo, in particolare una buona resistenza

all’indentazione dei pezzi esterni della

carrozzeria automobile (aumento di Re al

momento della cottura della vernice). Valori

ottimali di BH si hanno per C soluto di circa

10-20 ppm. La prove si effettua

predeformando il provino del 2%,

riscaldandolo a 170 per 20 min e ripetendo

la prova di trazione. La differenza di

snervamento dà l’effetto BH.