ACCIAI ACCIAI INOSSIDABILIINOSSIDABILI

classificazioni classificazioni composizionicomposizionitrattamenti trattamenti microstrutturemicrostrutture

proprietproprietàà

Prof. Prof. G.G. SAMBOGNASAMBOGNA

Alma Mater Studiorum Alma Mater Studiorum –– UniversitUniversitàà di Bolognadi Bologna

Dip. S METECHDip. S METECH

Viale Risorgimento, 4 Viale Risorgimento, 4 –– I 40136 BOLOGNAI 40136 BOLOGNA

EE--mailmail: samb@bomet.fci.unibo.it: samb@bomet.fci.unibo.it

CLASSIFICAZIONE GENERALE DI LEGHE FERROSECLASSIFICAZIONE GENERALE DI LEGHE FERROSE

LA MAPPA DEGLI ACCIAILA MAPPA DEGLI ACCIAI

ACCIAI INOSSIDABILIACCIAI INOSSIDABILI

Leghe ferrose Leghe ferrose FeFe--CC--CrCr, con , con CrCr > 10,5 > 10,5 %% (EN 10088), (EN 10088), caratterizzate da caratterizzate da alta resistenza allalta resistenza all’’ossidazione (ossidazione (corrosionecorrosione)). .

La resistenza chimica deriva dalla capacitLa resistenza chimica deriva dalla capacitàà di di passivarsipassivarsi in in condizioni ossidanti,condizioni ossidanti, coprendosi di un sottile e tenace film di coprendosi di un sottile e tenace film di ossido (Crossido (Cr22OO33), ), che protegge il materiale sottostante che protegge il materiale sottostante dalldall’’ulteriore ossidazione.ulteriore ossidazione.

Il film di ossido, Il film di ossido, se scalfito, si se scalfito, si riforma in riforma in presenza di presenza di ossigeno, ossigeno, ripristinando le ripristinando le condizioni di condizioni di resistenza chimica resistenza chimica delldell’’acciaio.acciaio.

La curva di La curva di TammanTamman mostra mostra che il Cromo in che il Cromo in lega determini la lega determini la minor perdita di minor perdita di peso in ambienpeso in ambien--te corrosivo.te corrosivo.

DenominazioneDenominazione C, C, wtwt %% CrCr, , wtwt %% NiNi, , wtwt %% Mo, Mo, wt%wt%

FERRITICIFERRITICI 0,010 0,010 ÷÷ 0,120,12 10,5 10,5 ÷÷ 3030 —— 0,2 0,2 ÷÷ 2,52,5

AUSTENITICIAUSTENITICI 0,015 0,015 ÷÷ 0,150,15 16 16 ÷÷ 2828 6 6 ÷÷ 3232 2 2 ÷÷ 77

DUPLEXDUPLEX((austenoausteno--ferriticiferritici))

0,030 0,030 ÷÷ 0,0500,050 22 22 ÷÷ 2828 3,5 3,5 ÷÷ 88 0,1 0,1 ÷÷ 4,54,5

MARTENSITICIMARTENSITICI 0,08 0,08 ÷÷ 1,21,2 1111÷÷ 1919 ——-- 0,2 0,2 ÷÷ 1,51,5

LE PRINCIPALI FAMIGLIE DI ACCIAI INOXLE PRINCIPALI FAMIGLIE DI ACCIAI INOX

I processi produttivi di questi acciai devono essere condotti inI processi produttivi di questi acciai devono essere condotti in modo che modo che la decarburazione della lega in elaborazione, ottenuta per ossidla decarburazione della lega in elaborazione, ottenuta per ossidazione azione del carbonio, non possa influire negativamente sulla ossidazionedel carbonio, non possa influire negativamente sulla ossidazione del del crocro--momo, elemento che per altro presenta un, elemento che per altro presenta un’’elevata affinitelevata affinitàà per lper l’’ossigeno.ossigeno.

C O M P O S I Z I O N I T I P I C H EC O M P O S I Z I O N I T I P I C H E

NellNell’’ambito della famiglia degli acciai inossidabili si possono ambito della famiglia degli acciai inossidabili si possono distinguere:distinguere:

FERRITICIFERRITICI: : a struttura a struttura ferriticaferritica stabile indipendente stabile indipendente dalla temperatura.dalla temperatura.

AUSTENITICIAUSTENITICI: : a struttura a struttura austeniticaaustenitica stabile stabile indipendente dalla temperaturaindipendente dalla temperatura

DUPLEXDUPLEX:: a struttura a struttura austenoausteno--ferriticaferritica

MARTENSITICIMARTENSITICI: : induribili con trattamento termico.induribili con trattamento termico.

A queste quattro serie se ne sono aggiunte altre con A queste quattro serie se ne sono aggiunte altre con particolari caratteristiche: particolari caratteristiche: PrecipitationPrecipitation HardeningHardening (PH), (PH), ELI, etc.ELI, etc.

CLASSIFICAZIONI ACCIAI INOXCLASSIFICAZIONI ACCIAI INOX

ELABORAZIONE DEGLI ACCIAI INOXELABORAZIONE DEGLI ACCIAI INOX

Il processo VOD Il processo VOD èè pipiùù adatto alle adatto alle acciaierie miste dove la quota acciaierie miste dove la quota produttiva di acciai produttiva di acciai inoxinox èè pipiùùmodesta accanto ad acciai non modesta accanto ad acciai non inossidabili.inossidabili.

Adatto anche al semplice Adatto anche al semplice degadega--saggiosaggio di acciai convenzionali.di acciai convenzionali.

LL’’aggiunta di aggiunta di ArAr o di altro gas inerte o di altro gas inerte serve a diluire il CO che si sviluppa nel serve a diluire il CO che si sviluppa nel bagno a seguito della reazione bagno a seguito della reazione esotermicaesotermica carboniocarbonio--ossigeno. ossigeno.

Variando il rapporto argon/ossigeno Variando il rapporto argon/ossigeno èèpossibile regolare a pressione parziale possibile regolare a pressione parziale delldell’’ossido di carbonio e cosossido di carbonio e cosìì favorire la favorire la decarburazione del bagno.decarburazione del bagno.

APPLICAZIONI GENERALIAPPLICAZIONI GENERALI

Industria aliIndustria ali--mentare, mentare, chimica, chimica, nucleare, nucleare, petrolchimica, petrolchimica, farmaceutica, farmaceutica, edilizia, edilizia, arredamento, arredamento, trasporti, etc.trasporti, etc.

Gli acciai Gli acciai inoxinox sono molto validi dove sia richiesta la resistenza alla sono molto validi dove sia richiesta la resistenza alla corrosione, congiunta ad altre proprietcorrosione, congiunta ad altre proprietàà, quali:, quali:

resistenza meccanica (Rresistenza meccanica (Rmm=200 =200 ÷÷ 1400 1400 MPaMPa))lavorabilitlavorabilitàà alle macchine utensili e per deformazione plasticaalle macchine utensili e per deformazione plastica

DIAGRAMMA DIAGRAMMA DD’’EQUILIBRIOEQUILIBRIO FeFe -- CrCr

Cr: dilata il campo α restringe il campo γ (completamente chiuso). Azione alfagena o ferritizzante, come Mo, Si, Ti, Nb, Ta, Al

Fase σ: riduce tenacità e resistenza alla corrosione.

Il carbonio carbonio èè fortemente fortemente gammagenogammageno (( allarga il campo allarga il campo γ)γ)

Il C se > 0,2% allarga il campo Il C se > 0,2% allarga il campo γγ fino a valori di fino a valori di CrCr magmag--giori del 15% giori del 15% ⇒⇒ permette di avere acciai permette di avere acciai inoxinox che che possono essere sottoposti a tempra.possono essere sottoposti a tempra.

DIAGRAMMA DIAGRAMMA FeFe -- CrCr

NiNi:: dilata il campo dilata il campo γγ, restringe il campo , restringe il campo αα stabilizza lstabilizza l’’austeniteaustenitecome C, N, come C, N, MnMn, Cu., Cu.

Aumenta la resistenza alla corrosione. Assicura tenacitAumenta la resistenza alla corrosione. Assicura tenacitàà e e deformabilitdeformabilitàà a freddoa freddo

DIAGRAMMA DIAGRAMMA DD’’EQUILIBRIOEQUILIBRIO FeFe -- NiNi

DIAGRAMMA DIAGRAMMA DD’’EQUILIBRIOEQUILIBRIO TERNARIO TERNARIO FeFe –– CrCr -- NiNi

RIPARTIZIONE DEGI ACCIAI INOX IN CLASSI O SERIE, SUDDIVISE A RIPARTIZIONE DEGI ACCIAI INOX IN CLASSI O SERIE, SUDDIVISE A LORO VOLTA IN TIPI. LORO VOLTA IN TIPI. UN TIPO DI ACCIAIO UN TIPO DI ACCIAIO ÈÈ INDIVIDUATO DA CARATTERISTICHE E PROPRIETINDIVIDUATO DA CARATTERISTICHE E PROPRIETÀÀCHIMICHE, FISICHE E MECCANICHE PER LE QUALI SONO RIPORTATI CHIMICHE, FISICHE E MECCANICHE PER LE QUALI SONO RIPORTATI VALORI INDICATIVI OPPURE VALORI DI MINIMO E MASSIMOVALORI INDICATIVI OPPURE VALORI DI MINIMO E MASSIMO. .

Classificazione secondo EN, AISI, SAE per inox:Classificazione secondo EN, AISI, SAE per inox:

ferriticiferritici, al , al cromo:cromo: Cr = 16 ÷ 30%, C< 0,1% (in certi casi fino a 0,35)

austeniticiaustenitici al al cromocromo--nichel: nichel: Cr = 16 ÷ 26%, Ni = 6÷22%, C < 0,1%

martensiticimartensitici alal cromo: cromo: Cr=11÷18%, C=0,1÷0,5% (in certi casi fino a 1%),

CLASSIFICAZIONE DEGLI ACCIAI INOSSIDABILICLASSIFICAZIONE DEGLI ACCIAI INOSSIDABILI

Norme:Norme:-- Internazionali Internazionali →→ ISOISO

-- Comunitarie (Comunitarie (EUROPAEUROPA) ) →→ ENEN

-- Nazionali (europei)Nazionali (europei) →→ •• UNI UNI (I)(I)→→ •• AFNORAFNOR (F)(F)→→ •• DIN, W.N.DIN, W.N. (D)(D)→→ •• SIS SIS (S) (S)

→→ •• UNE UNE (E)(E)→→ •• BSBS (UK)(UK)

-- Extraeuropei Extraeuropei →→ •• GOST GOST (CSI) (ex URSS)(CSI) (ex URSS)→→ •• AISIAISI, SAE, UNS, SAE, UNS (USA) (USA) →→ •• JIS JIS (J) (J) →→ •• etc.etc.

NORMAZIONENORMAZIONE

SERVE A LIMITARE ED ACCORPARE I TIPI E LE PRESCRIZIONI SERVE A LIMITARE ED ACCORPARE I TIPI E LE PRESCRIZIONI ALLO SCOPO DI AGEVOLARE LALLO SCOPO DI AGEVOLARE L’’INDIVIDUAZIONE E LA SCELTA INDIVIDUAZIONE E LA SCELTA DEL MATERIALE.DEL MATERIALE.

CORRISPONDENZE NORMAZIONI AMERICANE AISI CORRISPONDENZE NORMAZIONI AMERICANE AISI -- UNSUNS

DESIGNAZIONI DESIGNAZIONI ““NAZIONALINAZIONALI”” DEGLI INOXDEGLI INOX

EURONORMEURONORM

MoMo •• AuAumenta la stabilitmenta la stabilitàà della pellicola passivante, specie della pellicola passivante, specie in ambienti riducenti.in ambienti riducenti.

•• Ha anche una influenza positiva sulle proprietHa anche una influenza positiva sulle proprietààmeccaniche a caldo degli acciai meccaniche a caldo degli acciai austeniticiaustenitici..

• Aumenta la resistenza all'ossidazione a caldo.Aumenta la resistenza all'ossidazione a caldo.SiSi

Ti, Ti, NbNb, , TaTa

•• Hanno forte tendenza a formare carburi: affinano Hanno forte tendenza a formare carburi: affinano il grano e inibiscono la corrosione intergranulare.il grano e inibiscono la corrosione intergranulare.

AlAl •• Come il silicio, aumenta la resistenza alla Come il silicio, aumenta la resistenza alla ossidazione a caldo degli acciai refrattari.ossidazione a caldo degli acciai refrattari.

MnMn •• Negli acciai Negli acciai austeniticiaustenitici per sostituire parzialmente per sostituire parzialmente il nichel come elemento il nichel come elemento austenitizzanteaustenitizzante..

INFLUENZA DEI PRINCIPALI ELEMENTI DI LEGAINFLUENZA DEI PRINCIPALI ELEMENTI DI LEGA

ElementoElemento TiTi NbNb TaTa MoMo CrCr FeFe

CompostiComposti TiCTiC NbCNbC TaTa22CC MoCMoCMoMo22CC

CrCr22CC22

CrCr77CC33

CrCr44CC

FeFe33CC

Elementi di lega possono favorire la precipitazione di Elementi di lega possono favorire la precipitazione di carburi, carburi, nitrurinitruri e e carbonitruricarbonitruri..

La La precipitazione di carburi di precipitazione di carburi di CrCr durante la durante la sensibilizzazione sensibilizzazione avviene avviene principalmente al bordo dei grani e comporta un peggioramento deprincipalmente al bordo dei grani e comporta un peggioramento delle lle proprietproprietàà chimiche chimiche ⇒⇒ corrosione intergranulare.corrosione intergranulare.

Gli elementi formatori di carburi promuovono un affinamento del Gli elementi formatori di carburi promuovono un affinamento del grano ed in genere un aumento di durezza.grano ed in genere un aumento di durezza.

RUOLO DI PARTICOLARI ELEMENTI DI LEGARUOLO DI PARTICOLARI ELEMENTI DI LEGA

DIAGRAMMA DI SCHAEFFLERDIAGRAMMA DI SCHAEFFLER

CrCreqeq== % % CrCr + + %Mo%Mo + 1,5% Si + 0,5% + 1,5% Si + 0,5% NbNb (elementi (elementi ferritizzantiferritizzanti))NiNieqeq== % % NiNi + 30%C + 0,5% + 30%C + 0,5% MnMn (elementi (elementi austenitizzantiaustenitizzanti))

Martensite

Ferrite

Austenite

A+M

M+F

Austenite+Ferrite

A+M+F

DIAGRAMMA di De Long o DIAGRAMMA di De Long o SchaefflerSchaeffler modificatomodificato

A+MAustenite+Ferrite

Austenite

CrCreqeq== %Cr%Cr + + %Mo%Mo + 1,5% Si + 0,5 + 1,5% Si + 0,5 %Nb%Nb ((CrCreqeq== 1818÷÷26%)26%)

NiNieqeq== %Ni%Ni + 30%C + + 30%C + 30%N 30%N + 0,5% + 0,5% MnMn ((NiNieqeq== 1212÷÷24%)24%)

Acciai inox in funzione del tenore di Cr e Ni

Acciai inox in funzione del tenore di C e Cr

PROPRIETPROPRIETÀÀ CHIMICHE E MECCANICHE DEGLI INOXCHIMICHE E MECCANICHE DEGLI INOX

RESILIENZA DI ACCIAI INOXRESILIENZA DI ACCIAI INOX

ACCIAI INOSSIDABILI FERRITICI (AISI 4XX)ACCIAI INOSSIDABILI FERRITICI (AISI 4XX)

Leghe Leghe FeFe, , CrCr = 16 = 16 ÷÷ 30%, C < 0,1% 30%, C < 0,1% (in alcuni casi fino a 0,35)(in alcuni casi fino a 0,35)

Hanno struttura Hanno struttura ferriticaferritica (eventualmente con (eventualmente con carburi).carburi).

Sono ferromagnetici.Sono ferromagnetici.

Non hanno i punti critici A3 e A1 : impossibilità di esecu-zione dei trattamenti termici.

Eventuale rinforzo avviene per incrudimento (deforma-zioni plastiche a freddo: trafilatura, laminazione..)

ACCIAI INOX FERRITICI

Limiti• Buona resistenza a corrosione,

nettamente superiore ai martensitici

• Rispetto agli austenitici, piùresistenti alla corrosione sotto sforzo

• Magnetici

• Buona deformabilità (inferiore agli austenitici)

• Meno costosi degli austenitici(per l’assenza di Ni)

• Generalmente saldabili, ma con tendenza all’ingrossamento dei grani.

• Presenza di temperatura di transizione.

VantaggiVantaggi

COMPOSIZIONE DI ACCIAI INOX FERRITICICOMPOSIZIONE DI ACCIAI INOX FERRITICI

QUALITQUALITÀÀ SPECIFICHE DI ACCIAI FERRITICISPECIFICHE DI ACCIAI FERRITICI

PROPRIETPROPRIETÀÀ MECCANICHE DI LAMINATI INOX FERRITICIMECCANICHE DI LAMINATI INOX FERRITICI

PROPRIETPROPRIETÀÀ MECCANICHE DI INOX FERRITICI MECCANICHE DI INOX FERRITICI

COMPOSIZIONE E PROPRIETCOMPOSIZIONE E PROPRIETÀÀ DI INOX FERRITICI E L IDI INOX FERRITICI E L I

Gli acciai inox ferritici sono i meno adatti all’utilizzo per le basse temperature perché presentano transizione duttile-fragile attorno alla T ambiente.

RESILIENZA ACCIAI INOX FERRITICIRESILIENZA ACCIAI INOX FERRITICI

ACCIAI INOX FERRITICI E L IACCIAI INOX FERRITICI E L I

Basso contenuto dBasso contenuto d’’interstiziali: interstiziali: carbonio + azoto = 0,02 carbonio + azoto = 0,02 ÷÷ 0,05%.0,05%.

Resistenza alla corrosione Resistenza alla corrosione (generalizzata e puntiforme) (generalizzata e puntiforme) superiore ai superiore ai ferriticiferritici convenzionali. convenzionali.

Maggiore resistenza alla Maggiore resistenza alla corrosione sotto sforzo. corrosione sotto sforzo.

Le proprietLe proprietàà meccaniche simili ai meccaniche simili ai ferriticiferritici convenzionali con convenzionali con resilienza che presenta una resilienza che presenta una temperatura di transizione pitemperatura di transizione piùùbassa.bassa.

Applicazioni: scambiatori di calore,Applicazioni: scambiatori di calore,condensatori, pompe, serbatoi, condensatori, pompe, serbatoi, industria alimentare e farmaceutica.industria alimentare e farmaceutica.

TRATTAMENTI TERMICI INOX FERRITICITRATTAMENTI TERMICI INOX FERRITICI

Per l’assenza di A1 e A3, non sono adatti a subire alcuni trattamenti termici es. tempra

Possono subire Possono subire ricottura ricottura per: per: ricristallizzarericristallizzare il materiale, precedentemente il materiale, precedentemente sottoposto a deformazione plastica a freddo, sottoposto a deformazione plastica a freddo, eliminare le tensioni interne indotte da eliminare le tensioni interne indotte da deformazione o saldatura deformazione o saldatura ⇒⇒ migliorano le migliorano le proprietproprietàà meccaniche e la resistenza alla meccaniche e la resistenza alla corrosione.corrosione.

Riscaldamento a T=650Riscaldamento a T=650--830 830 °°C, per 1C, per 1--2 h2 h

Raffreddamento in aria, cercando di non sostare Raffreddamento in aria, cercando di non sostare tra 400 e 570 tra 400 e 570 °°C, per pericolo di C, per pericolo di infragilimentoinfragilimento..

Le temperature ed i tempi di permanenza devono essere controllati al fine di evitare un indesiderato ingrossamento dei grani.

TRATTAMENTI DI RICRISTALLIZZAZIONETRATTAMENTI DI RICRISTALLIZZAZIONE

Possono essere Possono essere rinforzati per rinforzati per incrudimentoincrudimento ma lma l’’incremento incremento ottenibile di proprietottenibile di proprietàà resistenziali resistenziali èè inferiore a quello raggiungibile inferiore a quello raggiungibile negli negli inoxinox austeniticiaustenitici..

LL’’incrudimento non ha particolari incrudimento non ha particolari effetti sulle proprieteffetti sulle proprietàà magnetiche.magnetiche.

PROPRIETPROPRIETÀÀ DI ACCIAI FERRITICIDI ACCIAI FERRITICI

SALDATURA DEGLI ACCIAI INOSSIDABILI FERRITICISALDATURA DEGLI ACCIAI INOSSIDABILI FERRITICI

Buona Buona saldabilitsaldabilitàà, comunque inferiore a quella degli , comunque inferiore a quella degli austeniticiausteniticiPossibile formazione di frazioni di Possibile formazione di frazioni di martensitemartensite in zona fusa e in ZTA.in zona fusa e in ZTA.Rischio di ingrossamento dei grani (Rischio di ingrossamento dei grani (⇒⇒ calo di resilienza).calo di resilienza).Precipitazione di carburi e formazione di fase Precipitazione di carburi e formazione di fase σσ..

Per un AISI 430 (0,08%C) Per un AISI 430 (0,08%C) con il riscaldamento si con il riscaldamento si arriva in campo arriva in campo δ δ (ingrossamento grano) e (ingrossamento grano) e nel raffreddamento si nel raffreddamento si forma in parte fase forma in parte fase γ γ che che origina origina martensitemartensite

Diagramma Diagramma pseudobinariopseudobinario FeFe--CrCr--CCcon con CrCr = 13% (C= 13% (C11= M= M2323CC66, C, C22= M= M77CC33))

PROPRIETPROPRIETÀÀ DEGLI INOX FERRITICI AD ALTE TEMPERATUREDEGLI INOX FERRITICI AD ALTE TEMPERATURE

Resistenza allResistenza all’’ossidazione a caldo ossidazione a caldo

Buona resistenza a fatica termica, basse sollecitazioni Buona resistenza a fatica termica, basse sollecitazioni termichetermiche

ProprietProprietàà a scorrimento viscosoa scorrimento viscoso

Resistenza a Resistenza a creepcreep inferiori a quelle degli inferiori a quelle degli inoxinox austeniticiaustenitici

acciai acciai ferriticiferritici resistenti al calore: acciai per rotori di turbine resistenti al calore: acciai per rotori di turbine (modificazioni del 12%Cr, con Mo e W)(modificazioni del 12%Cr, con Mo e W)

acciai per tubi di caldaie (10Cracciai per tubi di caldaie (10Cr--2Mo con 2Mo con NbNb e V)e V)

Acciai Acciai inoxinox ferriticiferritici utilizzati in regime di utilizzati in regime di creepcreepAcciai quali AISI 430, 409, 446 sono utilizzati per condotti di Acciai quali AISI 430, 409, 446 sono utilizzati per condotti di

scarico, apparecchiature di forni, scambiatori di calorescarico, apparecchiature di forni, scambiatori di calore

Acciai per rotori: nei gradi piAcciai per rotori: nei gradi piùù recenti le temperature di recenti le temperature di servizio sono anche 620 servizio sono anche 620 °°C (540 C (540 °°C per il 12%Cr)C per il 12%Cr)

PROPRIETPROPRIETÀÀ A TEMPERATURE SUPERIORI A QUELLA AMBIENTEA TEMPERATURE SUPERIORI A QUELLA AMBIENTE

A seguito di mantenimento per tempi lunghi a A seguito di mantenimento per tempi lunghi a T=T= 550 550 ÷÷ 850850°°CC o o ad un lento raffreddamento in questo intervallo si ha ad un lento raffreddamento in questo intervallo si ha formazione della formazione della fase fase σσ che comporta una diminuzione di che comporta una diminuzione di duttilitduttilitàà, tenacit, tenacitàà, resistenza alla corrosione. Formazione , resistenza alla corrosione. Formazione favorita da alti tenori di favorita da alti tenori di CrCr..

A seguito di permanenza aA seguito di permanenza a T=T= 400 400 ÷÷ 600 600 °°CC ((infragilimentoinfragilimento a a 475 475 °°C) si ha precipitazione di una fase C) si ha precipitazione di una fase αα’’ ai bordi grano piai bordi grano piùùricca in ricca in CrCr. La presenza di questa fase determina un aumento . La presenza di questa fase determina un aumento della resistenza, ma una diminuzione elevata della resilienza. della resistenza, ma una diminuzione elevata della resilienza. Gli acciai piGli acciai piùù soggetti sono quelli ad alto soggetti sono quelli ad alto CrCr..

InoxInox ferriticiferritici sono particolarmente suscettibile a fenomeni di sono particolarmente suscettibile a fenomeni di infragilimentoinfragilimento..

TALI FENOMENI SI MANIFESTANO SOPRATTUTTO NEL CORSO DEL TALI FENOMENI SI MANIFESTANO SOPRATTUTTO NEL CORSO DEL RAFFREDDAMENTO.RAFFREDDAMENTO.

ACCIAI INOX AUSTENITICIACCIAI INOX AUSTENITICIHanno una struttura Hanno una struttura austeniticaaustenitica stabile a qualsiasi temperatura stabile a qualsiasi temperatura quindi quindi non suscettibili di trattamento termiconon suscettibili di trattamento termico. Allo stato . Allo stato solubilizzatosolubilizzatosono sono amagneticiamagnetici, se sottoposti a lavorazioni a freddo (laminazione, , se sottoposti a lavorazioni a freddo (laminazione, imbutitura, trafilatura) incrudiscono aumentando i valori di proimbutitura, trafilatura) incrudiscono aumentando i valori di proprietprietààmeccaniche e sviluppano, nello stesso tempo, un certo magnetismomeccaniche e sviluppano, nello stesso tempo, un certo magnetismo..

Si dividono in tre gruppi:Si dividono in tre gruppi:

Al Al CrCr--NiNi: caratterizzati da : caratterizzati da CrCr 16 16 -- 20% e 20% e NiNi 7 7 -- 12% con aggiunta di 12% con aggiunta di elementi come Zolfo e Selenio per facilitare le lavorazioni, elementi come Zolfo e Selenio per facilitare le lavorazioni, oppure oppure Ti e/o Ti e/o NbNb come stabilizzanti per evitare la formazione di carburi. come stabilizzanti per evitare la formazione di carburi. Possiedono ottima resilienza a temperature molto basse ed hanno Possiedono ottima resilienza a temperature molto basse ed hanno buona resistenza a fatica.buona resistenza a fatica.

Al Al CrCr--NiNi--MoMo: composizione tipica Cr: composizione tipica Cr--1616--18% 18% NiNi 1010--18% Mo 218% Mo 2-- 6% . 6% . La presenza di Mo conferisce resistenza alla corrosione sotto La presenza di Mo conferisce resistenza alla corrosione sotto tensione e puntiforme, consentendo ltensione e puntiforme, consentendo l’’impiego in ambiente di forte impiego in ambiente di forte aggressivitaggressivitàà chimica, anche in presenza di ioni cloro.chimica, anche in presenza di ioni cloro.

AusteniticiAustenitici per alte temperatureper alte temperature: caratterizzati da : caratterizzati da CrCr e e NiNi ≥≥ 20% e 20% e Si > 1% , per impieghi a temperature fino a 1150Si > 1% , per impieghi a temperature fino a 1150°°C, mantenendo C, mantenendo buona inossidabilitbuona inossidabilitàà e adeguate propriete adeguate proprietàà meccaniche.meccaniche.

ACCIAI INOX AUSTENITICI al ACCIAI INOX AUSTENITICI al CrCr--NiNi (serie 3XX)(serie 3XX)

• Ottima resistenza a corrosione

• Ottima deformabilità plastica

• Elevata tenacità

• Assenza di temperatura di transizione

• Buona resistenza a creep

• Elevata resistenza a fatica

• Possono essere rinforzati per incrudimento

• Buona saldabilità

• Sono in genere amagnetici

•• Costi elevatiCosti elevati

•• Basse proprietBasse proprietààresistenzialiresistenziali

Produzione: piProduzione: piùù del del 60% degli 60% degli inoxinox..

Vantaggi

Limiti

ACCIAI INOX AUSTENITICIACCIAI INOX AUSTENITICI

Fe-C-Cr-Ni (serie 3XX)Leghe

Fe-C-Cr-Mn-Ni (serie 2XX)

CrCr = 16= 16÷÷26%, 26%, NiNi = 6= 6÷÷22%, C < 0,1% 22%, C < 0,1% Microstruttura Microstruttura austeniticaaustenitica ((non possiedono Anon possiedono A11 e Ae A33))

COMPOSIZIONE ACCIAI INOX AUSTENITICICOMPOSIZIONE ACCIAI INOX AUSTENITICI

PREPARAZIONE DI INOX AUSTENITICI A PARTIRE DA AISI 304PREPARAZIONE DI INOX AUSTENITICI A PARTIRE DA AISI 304

QUALITQUALITÀÀ SPECIFICHE DI ACCIAI INOX AUSTENITICISPECIFICHE DI ACCIAI INOX AUSTENITICI

PROPRIETPROPRIETÀÀ FISICHE DI ACCIAI INOX AUSTENITICIFISICHE DI ACCIAI INOX AUSTENITICI

ALCUNE PROPRIETALCUNE PROPRIETÀÀ DI ACCIAI INOX AUSTENITICIDI ACCIAI INOX AUSTENITICI

PRECIPITAZIONE DI CARBURI (PRECIPITAZIONE DI CARBURI (SENSIBILIZZAZIONESENSIBILIZZAZIONE))

Precipitazione di carburi di Cr (Cr,Fe,Ni)23C6 al bordo grano, che si verifica quando questi acciai vengono raffreddati lentamente oppure mantenuti per tempi opportuni a T= 450 ÷ 850 °C.

Impoverimento di Impoverimento di CrCr (< (< 10,5%,10,5%, valore minimo per la passivitvalore minimo per la passivitàà in aria) in aria) vicino ai bordi di grano vicino ai bordi di grano ⇒⇒ perditperditàà di inossidabilitdi inossidabilitàà ⇒⇒ il bordo grano, in il bordo grano, in certi ambienti, diventa suscettibile di attacco corrosivo certi ambienti, diventa suscettibile di attacco corrosivo ⇒⇒ corrosione corrosione intergranulare (demolizione selettiva del contorno dei grani) intergranulare (demolizione selettiva del contorno dei grani) ⇒⇒drastica diminuzione delle proprietdrastica diminuzione delle proprietàà meccanichemeccaniche.

DIAGRAMMA DIAGRAMMA DD’’EQUILIBRIOEQUILIBRIO CrCr -- CC

La cinetica di formazione dei carburi di Cr, in realtà (Cr,Fe,Ni)23C6

è massima nell’intervallo di temperatura di ca. T ≅ 450 ÷ 850 °C.

Spesso la sensibilizzazione Spesso la sensibilizzazione èè indotta da: indotta da: saldatura saldatura o taglio al cannello, da o taglio al cannello, da deformazioni plastiche a caldodeformazioni plastiche a caldo (fucinatura, (fucinatura, curvaturacurvatura……), da ), da trattamenti termici di trattamenti termici di distensionedistensione ad alta temperatura. ad alta temperatura. La precipitazione di carburi avviene anche La precipitazione di carburi avviene anche sulle bande di scorrimento in acciai desulle bande di scorrimento in acciai de--formati plasticamente.formati plasticamente.

AISI 304

PRECIPITAZIONE DI CARBURI (SENSIBILIZZAZIONE)PRECIPITAZIONE DI CARBURI (SENSIBILIZZAZIONE)

Una diminuzione del tenore di C (Una diminuzione del tenore di C (≤≤ 0,03%) sposta a tempi molto lunghi la 0,03%) sposta a tempi molto lunghi la precipitazione precipitazione ⇒⇒ ACCIAI LOW CARBON tipo AISI 304L, AISI 316 L

La cinetica di precipitazione dei carburi dipende da vari fattorLa cinetica di precipitazione dei carburi dipende da vari fattori: i: temperatura, tempo, % di Carbonio, dimensioni dei grani, contenutemperatura, tempo, % di Carbonio, dimensioni dei grani, contenuto di to di altri elementi di lega.altri elementi di lega. La precipitazione La precipitazione èè tanto pitanto piùù elevata e rapida elevata e rapida quanto maggiore quanto maggiore èè il tenore di C.il tenore di C.

CONDIZIONI DI SENSIBILIZZAZIONECONDIZIONI DI SENSIBILIZZAZIONE

SENSIBILIZZAZIONE SENSIBILIZZAZIONE E CORROSIONE INTERGRANULAREE CORROSIONE INTERGRANULARE

AffinchAffinchéé si abbia corrosione intergranulare, lsi abbia corrosione intergranulare, l’’acciaio deve essere acciaio deve essere

sensibilizzatosensibilizzato, e deve esserci un ambiente aggressivo come:, e deve esserci un ambiente aggressivo come:

le soluzioni solforiche (soprattutto presenza di sali le soluzioni solforiche (soprattutto presenza di sali

rameici e rameici e ferriciferrici).).

le soluzioni nitriche calde (contenenti dal 50% al le soluzioni nitriche calde (contenenti dal 50% al 100% di acido nitrico).100% di acido nitrico).

le miscele solfole miscele solfo--nitriche o fluoronitriche o fluoro--nitriche.nitriche.

acqua di mare, petroli grezzi, solventi cloruratiacqua di mare, petroli grezzi, solventi clorurati

salse e condimenti alimentari (cloruri).salse e condimenti alimentari (cloruri).

Tempo di precipitazione dei carburi MTempo di precipitazione dei carburi M2323CC66 in funzione della temperatura in funzione della temperatura nei diversi siti di precipitazione per: (a) AISI 304, con C = 0,nei diversi siti di precipitazione per: (a) AISI 304, con C = 0,05% 05% solubilizzatosolubilizzato a 1250 a 1250 °°C; (b) analogo acciaio ma con C = 0,038%, C; (b) analogo acciaio ma con C = 0,038%, solubilizzatosolubilizzato a 1260 a 1260 °°C.C.

La precipitazione La precipitazione inizia sul bordo dei inizia sul bordo dei grani dopo pochi grani dopo pochi secondi di secondi di permanenza a 800 permanenza a 800 °°C, mentre C, mentre èènecessaria una necessaria una permanenza di un permanenza di un centinaio di ore a centinaio di ore a 550 550 °°C per avere C per avere precipitazione precipitazione allall’’interno dei interno dei grani.grani.

TEMPI DI SENSIBILIZZAZIONETEMPI DI SENSIBILIZZAZIONE

La corrosione intergranulare provoca la demolizione selettiva deLa corrosione intergranulare provoca la demolizione selettiva del l bordo grano bordo grano ⇒⇒ diminuzione delle proprietdiminuzione delle proprietàà meccaniche, soprattutto meccaniche, soprattutto della tenacitdella tenacitàà a bassa temperatura e della plasticita bassa temperatura e della plasticitàà, con possibile , con possibile formazione di cricche.formazione di cricche.

MORFOLOGIA DI CORROSIONE INTERGRANULAREMORFOLOGIA DI CORROSIONE INTERGRANULARE

•• Aggiunta di piccole quantitAggiunta di piccole quantitàà di elementi di lega ad alta affinitdi elementi di lega ad alta affinitàà con con il C (elementi il C (elementi ““stabilizzantistabilizzanti””):): Ti, Ti, NbNb, , TaTa ⇒⇒ formazione di carburi di formazione di carburi di questi elementi, limita la precipitazione di carburi di questi elementi, limita la precipitazione di carburi di CrCr: : Acciai Stabilizzati (AISI 321, AISI 347, 316Ti, 316Nb..)Acciai Stabilizzati (AISI 321, AISI 347, 316Ti, 316Nb..)

Nella zona immediatamente Nella zona immediatamente adiacente al cordone si adiacente al cordone si raggiungono T cosraggiungono T cosìì elevate da elevate da mandare in soluzione i carburi mandare in soluzione i carburi TiC, TiC, NbCNbC. . Se nelle successive . . Se nelle successive operazioni termiche loperazioni termiche l’’acciaio acciaio viene portato alle T di viene portato alle T di sensibilizzazione, in quella zona sensibilizzazione, in quella zona si avrsi avràà precipitazione di carburi precipitazione di carburi di di CrCr ⇒⇒ suscettibilitsuscettibilitàà alla alla corrosione intergranulare corrosione intergranulare ““corrosione a lama di coltellocorrosione a lama di coltello””(per la zona ristretta).(per la zona ristretta).

STABILIZZAZIONE DEGLI ACCIAI INOXSTABILIZZAZIONE DEGLI ACCIAI INOX

SENSIBILIZZAZIONE NEGLI INOX AUSTENITICISENSIBILIZZAZIONE NEGLI INOX AUSTENITICI

• Riduzione del tenore di C (C<0,03%):

Acciai Acciai Low Carbon (AISI 304L, AISI 316L, AISI 317 L).

C < 0,03%: immunitC < 0,03%: immunitàà alla alla sensibilizzazione per periodi sensibilizzazione per periodi di riscaldamento di riscaldamento relativamente brevi (come in relativamente brevi (come in saldatura o stampaggio).saldatura o stampaggio).Per periodi piPer periodi piùù lunghi il C lunghi il C deve esse mantenuto a deve esse mantenuto a livelli ancora pilivelli ancora piùù bassi.bassi.

La riduzione del C comporta La riduzione del C comporta una riduzione delle una riduzione delle proprietproprietàà meccaniche.meccaniche.

Trattamento termico di solubilizzazione: riscaldamento a T=1050 °C e rapido raffreddamento in acqua.

DifficoltDifficoltàà nellnell’’esecuzione del trattamento, ad es. per le esecuzione del trattamento, ad es. per le saldature a causa di:saldature a causa di:

Elevate T, necessarie a Elevate T, necessarie a solubilizzaresolubilizzare i carburi di i carburi di CrCr ⇒⇒possibili deformazioni del manufatto.possibili deformazioni del manufatto.

Problemi associati al necessario raffreddamento Problemi associati al necessario raffreddamento rapido.rapido.

Eventuale ossidazione del pezzo.Eventuale ossidazione del pezzo.

ImpossibilitImpossibilitàà di esecuzione del trattamento nel caso di di esecuzione del trattamento nel caso di pezzi di grandi dimensioni.pezzi di grandi dimensioni.

SOLUBILIZZAZIONE ACCIAI INOXSOLUBILIZZAZIONE ACCIAI INOX

Gli intervalli di temperatura di sensibilizzazione sono:Gli intervalli di temperatura di sensibilizzazione sono:

T = T = 850 850 ÷÷ 450450 °°C, per gli C, per gli inoxinox austeniticiaustenitici

T > T > 950 950 °°C per gli C per gli inoxinox ferriticiferritici

T = T = 1250 1250 ÷÷ 13001300 °°C per gli C per gli inoxinox stabilizzatistabilizzati

TEMPERATURE DI SENSIBILIZZAZIONETEMPERATURE DI SENSIBILIZZAZIONE

INOX AUSTENITICIINOX AUSTENITICI

Costituiscono una modifica al AISI 304 (X8CrNi 18 8)Costituiscono una modifica al AISI 304 (X8CrNi 18 8)

+ Mo+ Mo:: per aumentare la resistenza al per aumentare la resistenza al pittingpitting

AISI 316

AISI 317

-- CC:: per ridurre la sensibilizzazione, in particolare per ridurre la sensibilizzazione, in particolare nelle saldature: acciai nelle saldature: acciai lowlow carboncarbon

AISI 304L

AISI 316L

+ Ti, + Ti, NbNb, , TaTa:: per prevenire la sensibilizzazioper prevenire la sensibilizzazio--ne: Acciai stabilizzatine: Acciai stabilizzati

AISI 321

AISI 347

+ + CrCr, , NiNi:: per aumentare la resistenza allper aumentare la resistenza all’’ossiossi--dazione a caldo:dazione a caldo:Acciai refrattari per le alte temperatureAcciai refrattari per le alte temperature

AISI 309

AISI 310

TRATTAMENTI TERMICI INOX AUSTENITICITRATTAMENTI TERMICI INOX AUSTENITICI

SOLUBILIZZAZIONE o Tempra SOLUBILIZZAZIONE o Tempra AusteniticaAustenitica

•• Riscaldamento a T sufficientemente elevate (Riscaldamento a T sufficientemente elevate (≈≈1000 1000 ÷÷ 1100 1100 °°C) e C) e per tempi brevi, dipendenti dallo spessore (per evitare ingrossaper tempi brevi, dipendenti dallo spessore (per evitare ingrossa--mento dei grani mento dei grani ⇒⇒ effetto negativo sulla corrosione intergranueffetto negativo sulla corrosione intergranu--lare)lare)

•• Raffreddamento rapido (in acqua) per evitare la precipitazione dRaffreddamento rapido (in acqua) per evitare la precipitazione di i carburi nellcarburi nell’’intervallo critico (850 intervallo critico (850 ÷÷ 450 450 °°C).C).

•• rimuovere le alterazioni strutturali dovuti ai rimuovere le alterazioni strutturali dovuti ai processi di deformazione plastica; processi di deformazione plastica;

•• solubilizzaresolubilizzare i carburi.i carburi.

Scopo:Scopo:

Il miglior comportamento dal punto di vista della resistenza allIl miglior comportamento dal punto di vista della resistenza alla a corrosione si ha con una struttura corrosione si ha con una struttura austeniticaaustenitica omogeneaomogenea

DistensioneDistensione

Eliminare le tensioni interne dopo cicli di formatura Eliminare le tensioni interne dopo cicli di formatura ⇒⇒ ridurridur--re il pericolo della corrosione sotto sforzo (re il pericolo della corrosione sotto sforzo (tensocorrosionetensocorrosione))..

Riscaldamento a T< intervallo critico (450 Riscaldamento a T< intervallo critico (450 °°C): T = 350 C): T = 350 ÷÷ 430 430 °°C, C, Permanenza: 30 Permanenza: 30 minmin ÷÷ 2 h, a seconda dello spessore2 h, a seconda dello spessore

Raffreddamento in aria.Raffreddamento in aria.

Scopo:Scopo:

SensibilizzazioneSensibilizzazione

Non comporta alcun miglioramento delle proprietNon comporta alcun miglioramento delle proprietàà; serve a ; serve a determinare le condizioni (Temperatura, tempo) per la determinare le condizioni (Temperatura, tempo) per la precipitazione di carburi precipitazione di carburi ⇒⇒ a saggiare la suscettibilita saggiare la suscettibilitàà alla alla corrosione intergranulare.corrosione intergranulare.

Scopo:Scopo:

TRATTAMENTI TERMICITRATTAMENTI TERMICI

StabilizzazioneStabilizzazione

Aumentare la resistenza a corrosione intergranuAumentare la resistenza a corrosione intergranu--lare di acciai stabilizzati (AISI 321, AISI 347).lare di acciai stabilizzati (AISI 321, AISI 347).

Riscaldamento a T=840 Riscaldamento a T=840 ÷÷ 900 900 °°C, per C, per ~~5 h5 h

Raffreddamento in ariaRaffreddamento in aria

Scopo:Scopo:

Formazione di fine dispersione di carburi TiC, Formazione di fine dispersione di carburi TiC, NbCNbC⇒⇒ evita la formazione di carburi di evita la formazione di carburi di CrCr..

Stabilizzazione dellStabilizzazione dell’’austeniteaustenite..

Effetti:Effetti:

TRATTAMENTI TERMICI TRATTAMENTI TERMICI ContCont..

EFFETTO DELLEFFETTO DELL’’INCRUDIMENTO SU INOX AUSTENITICIINCRUDIMENTO SU INOX AUSTENITICI

Deformazioni plastiche a freddo Deformazioni plastiche a freddo (trafilatura, laminazione, imbutitura, (trafilatura, laminazione, imbutitura, stampaggio..) aumentano le proprietstampaggio..) aumentano le proprietààresistenziali e il limite di fatica, con resistenziali e il limite di fatica, con una corrispondente riduzione di una corrispondente riduzione di allungamento, allungamento, strizionestrizione e resilienza.e resilienza.

Con lCon l’’incrudimento aumenta la incrudimento aumenta la permeabilitpermeabilitàà magnetica.magnetica. AISI 304AISI 304

Microstrutture di un acciaio inossidabile Microstrutture di un acciaio inossidabile austeniticoaustenitico tipo AISI 304 allo tipo AISI 304 allo stato stato solubilizzatosolubilizzato (a sinistra, 100x) e incrudito (a destra, 200x).(a sinistra, 100x) e incrudito (a destra, 200x).

AISI 201 = 17Cr - 5Ni - 4Mn - 0,18N AISI 301 = 17Cr - 7Ni AISI 310 = 24Cr - 20NiAISI 304 = 18Cr - 8Ni

Resistenza a trazione vs. tasso di riduzione di sezione per trafilatura a freddo

Effetto della riduzione di sezione sulla % di martensite

L’aumento delle proprietà resistenziali è dovuto alla moltiplicazione delle dislocazioni e in alcuni tipi alla formazione di martensite.

RESISTENZA A FATICA INOX AUSTENITICIRESISTENZA A FATICA INOX AUSTENITICI

Le caratteristiche di fatica sono buone, se si tiene Le caratteristiche di fatica sono buone, se si tiene conto dei bassi valori di snervamentoconto dei bassi valori di snervamento

Il limite di fatica aumenta con il tasso di incrudimento, Il limite di fatica aumenta con il tasso di incrudimento, in relazione allin relazione all’’aumento del carico di rotturaaumento del carico di rottura

PROPRIETPROPRIETÀÀ A TEMPERATURE SOTTOZEROA TEMPERATURE SOTTOZERO

Effetto della sensibilizzazioneEffetto della sensibilizzazione

LL’’assenza di temperatura di assenza di temperatura di transizione li rende idonei per la transizione li rende idonei per la realizzazione di serbatoi di realizzazione di serbatoi di stoccaggio per impieghi stoccaggio per impieghi criogenicicriogenici (gas liquefatti)(gas liquefatti)..

La sensibilizzazione provoca La sensibilizzazione provoca su alcuni su alcuni inoxinox (AISI 302) un (AISI 302) un calo vistoso della resilienza al calo vistoso della resilienza al diminuire della T. diminuire della T. Problematiche nella Problematiche nella realizzazione di strutture realizzazione di strutture saldate operanti a basse Tsaldate operanti a basse T

PROPRIETPROPRIETÀÀ A TEMPERATURE SOPRA QUELLA AMBIENTEA TEMPERATURE SOPRA QUELLA AMBIENTE

ÈÈ la classe di acciai la classe di acciai inoxinox con le migliori con le migliori caratteristiche di caratteristiche di resistenza resistenza allall’’ossidazione a ossidazione a caldo e a caldo e a creepcreep..

Tipi piTipi piùù utilizzati: utilizzati:

AISI 309 e 310,AISI 309 e 310, a tenore a tenore di di CrCr e e NiNi nettamente nettamente pipiùù elevato rispetto elevato rispetto allall’’AISI 304AISI 304

SALDATURA DEGLI ACCIAI INOSSIDABILI AUSTENITICISALDATURA DEGLI ACCIAI INOSSIDABILI AUSTENITICI

Precipitazione di carburi Precipitazione di carburi in zona fusa e in ZTAin zona fusa e in ZTA

–– di solito la precipitadi solito la precipita--zione di carburi intezione di carburi inte--ressa la ZTA e meno la ressa la ZTA e meno la zona fusa per lzona fusa per l’’elevata elevata velocitvelocitàà di raffreddadi raffredda--mento.mento.

Tra i vari acciai Tra i vari acciai inoxinox, , quelli quelli austeniticiaustenitici sono i sono i pipiùù facilmente saldabili, facilmente saldabili, sia per le ottime doti di sia per le ottime doti di tenacittenacitàà che per la che per la buona stabilitbuona stabilitàà della della struttura struttura austeniticaaustenitica..

Contrariamente agli acciai al C tradizionali, gli Contrariamente agli acciai al C tradizionali, gli inoxinox non manifestano non manifestano mai il fenomeno della formazione di cricche a freddo dopo saldatmai il fenomeno della formazione di cricche a freddo dopo saldatura.ura.

ACCIAI INOSSIDABILI MARTENSITICI (AISI 4ACCIAI INOSSIDABILI MARTENSITICI (AISI 4XXXX))

Fe, Cr = 11÷18%, C = 0,1÷0,5% (in certi casi C fino a 1%)

Talora contengono Talora contengono NiNi e Mo, per evitare fragilite Mo, per evitare fragilitàà da da rinvenimentorinvenimento

Avendo i punti A1 e A3 sono suscettibili di tempra

Possono avere struttura completamente martensiticao martensite + carburi ( ⇒ durezze molto diverse)

Sono utilizzati quando oltre ad una certa resistenza alla Sono utilizzati quando oltre ad una certa resistenza alla corrosione sono richieste elevate caratteristiche di corrosione sono richieste elevate caratteristiche di resistenza a trazione durezza, resistenza ad usura.resistenza a trazione durezza, resistenza ad usura.

ACCIAI INOX MARTENSITICIACCIAI INOX MARTENSITICI

LimitiLimiti

• Resistenza meccanica molto elevata.

• Ferromagnetici.

• Minor resistenza alla corrosione (sensibilità aIcloruri → corrosione puntiforme e sotto tensione).

Impieghi in: palette di turbine a vapore, corpi delle valvole, bulloneria e viteria, coltelleria, strumenti chirurgici, industria estrattiva, cuscinetti.

VantaggiVantaggi

COMPOSIZIONE ACCIAI INOX MARTENSITICICOMPOSIZIONE ACCIAI INOX MARTENSITICI

QUALITQUALITÀÀ SPECIFICHE DI ACCIAI MARTENSITICISPECIFICHE DI ACCIAI MARTENSITICI

AISI 410 e 403AISI 410 e 403 (a basso tenore di C (a basso tenore di C ≤≤ 0,15%)0,15%)

buona possibilitbuona possibilitàà di formatura a freddo, discreta di formatura a freddo, discreta lavorabilitlavorabilitàà alle macchine utensili per asportazione di alle macchine utensili per asportazione di truciolo. truciolo.

Impieghi:Impieghi:

viti autofilettanti, coltelleria, canne per armi da viti autofilettanti, coltelleria, canne per armi da fuoco, fuoco, sfibratricisfibratrici per legno, calibri e strumenti di misura, per legno, calibri e strumenti di misura, cilindri di laminazione, palette per turbine a vapore. cilindri di laminazione, palette per turbine a vapore.

AISI 420AISI 420 (a medio % di C (a medio % di C ≤≤0,30%)0,30%)

dopo TT hanno alta durezza e buona tenacitdopo TT hanno alta durezza e buona tenacitàà

Impieghi:Impieghi:

coltelleria, strumenti chirurgici, valvole, alberi per coltelleria, strumenti chirurgici, valvole, alberi per pompepompe……

INOX MARTENSITICI

AISI 414, 431AISI 414, 431 (a maggiore % di (a maggiore % di CrCr + + aggiunte di aggiunte di NiNi))

Hanno la maggiore resistenza alla corrosione, con elevata Hanno la maggiore resistenza alla corrosione, con elevata resistenza meccanica e durezza.resistenza meccanica e durezza.

Impieghi consigliati:Impieghi consigliati:

alberi alberi portaelicaportaelica, molle, coclee, viti ad alta resistenza, , molle, coclee, viti ad alta resistenza, centrifughe per industrie alimentari e per lcentrifughe per industrie alimentari e per l’’industria della industria della carta.carta.

AISI 440AISI 440 (alte % di (alte % di CrCr ~18% ~18% e di C fino a e di C fino a ~~ 1.2%) 1.2%)

dopo TT microstruttura costituita da dopo TT microstruttura costituita da martensitemartensite e carburie carburi, , che incrementano durezza e resistenza allche incrementano durezza e resistenza all’’usura.usura.

Impieghi consigliati:Impieghi consigliati:

strumenti chirurgici ed odontoiatrici, cuscinetti a sfere, strumenti chirurgici ed odontoiatrici, cuscinetti a sfere, coltelleria speciale, blocchetti di riscontro.coltelleria speciale, blocchetti di riscontro.

INOX MARTENSITICIINOX MARTENSITICI

TRATTAMENTI TERMICITRATTAMENTI TERMICI

Avendo i punti AAvendo i punti A33 e Ae A11 sono suscettibili di ricottura completa, sono suscettibili di ricottura completa, isoterma, di lavorabilitisoterma, di lavorabilitàà e tempra seguita da rinvenimento o e tempra seguita da rinvenimento o distensione.distensione.Sono temprabili in olio e piSono temprabili in olio e piùù spesso in aria (spesso in aria (autotemprantiautotempranti). Sono ad ). Sono ad alta penetrazione di tempra.alta penetrazione di tempra.

TTTCCT

AISI 420 B ricotto (780AISI 420 B ricotto (780°°C): carburi fini in matrice C): carburi fini in matrice ferriticaferritica

RICOTTURA COMPLETA, ISOTERMA E DI LAVORABILITRICOTTURA COMPLETA, ISOTERMA E DI LAVORABILITÀÀ

Ricottura completa o isoterma: riscaldamento sopra ARicottura completa o isoterma: riscaldamento sopra Ac3c3seguita da raffreddamento lento in forno o da raffreddamento seguita da raffreddamento lento in forno o da raffreddamento rapido sotto Arapido sotto Ac1c1 e successiva permanenza in condizioni e successiva permanenza in condizioni isoterme.isoterme.

Conferisce al materiale il massimo addolcimento e quindi Conferisce al materiale il massimo addolcimento e quindi precede le operazioni di severa deformazione plastica a precede le operazioni di severa deformazione plastica a freddo.freddo.

Ricottura di Ricottura di lavorabilitlavorabilitàà: : riscaldamento a riscaldamento a T< AcT< Ac11..

Migliora le Migliora le caratteristiche di caratteristiche di lavorabilitlavorabilitàà alle alle macchine utensili macchine utensili e di deformabilite di deformabilitààa freddo.a freddo.

Ricottura Completa

Ricottura di Lavorabilità

AISI 420 B temprato (980°C in olio): carburi fini in matrice di martensite

TEMPRATEMPRA

Riscaldamento a T > ARiscaldamento a T > Ac3 c3 per tempi sufficienti alla completa per tempi sufficienti alla completa austenitizzazioneaustenitizzazione..

Consigliabili riscaldamenti molto lenti o Consigliabili riscaldamenti molto lenti o prepre--riscaldiriscaldi(soprattutto per pezzi incruditi o di grandi dimensioni).(soprattutto per pezzi incruditi o di grandi dimensioni).Raffreddamento in aria calma (Raffreddamento in aria calma (autotemprantiautotempranti) o olio ) o olio (riscaldato a T=40(riscaldato a T=40÷÷90 90 °°C).C).

MMss≅≅ 290 290 ÷÷ 400 400 °°CC

Essendo Essendo fortemente legati fortemente legati si temprano si temprano anche su pezzi di anche su pezzi di grande spessoregrande spessore

La durezza aumenta con il tenore di C

}

DISTENSIONE E RINVENIMENTODISTENSIONE E RINVENIMENTOLe migliori caratteristiche di resistenza alla corrosione si hanLe migliori caratteristiche di resistenza alla corrosione si hanno no sul materiale temprato o disteso a T = 150 sul materiale temprato o disteso a T = 150 ÷÷ 430430 °°C. Problema: C. Problema: tenacittenacitàà molto bassa.molto bassa.

Le migliori caratteristiche di tenacitLe migliori caratteristiche di tenacitàà si ottengono con si ottengono con rinvenimenti a T = 600 rinvenimenti a T = 600 ÷÷ 760 760 °°C.C.

LL’’intervallo T=430 intervallo T=430 ÷÷ 570 570 °°C C èè pericoloso, sia per la pericoloso, sia per la diminuzione di tenacitdiminuzione di tenacitàà(fragilit(fragilitàà da rinvenimento o da rinvenimento o malattia di malattia di KruppKrupp) che per ) che per la diminuzione della la diminuzione della resistenza alla corrosione.resistenza alla corrosione.

TEMPERATURE INFERIORI A QUELLA AMBIENTETEMPERATURE INFERIORI A QUELLA AMBIENTE

Il trattamento termico influisce in modo significativo sulla resilienza

PROPRIETPROPRIETÀÀ A TEMPERATURE INFERIORI A T A TEMPERATURE INFERIORI A T AMBIENTEAMBIENTE

Gli acciai Gli acciai inoxinox martensiticimartensitici, quando sottoposti a bonifica (, quando sottoposti a bonifica (⇒⇒ struttura struttura di di martensitemartensite rinvenuta), rinvenuta), possiedono discrete proprietpossiedono discrete proprietàà a bassa T, del a bassa T, del tutto confrontabili con quelle di acciai da costruzione da boniftutto confrontabili con quelle di acciai da costruzione da bonifica,ica,

PROPRIETPROPRIETÀÀ A TEMPERATURE SUPERIORI A T A TEMPERATURE SUPERIORI A T AMBIENTEAMBIENTE

La temperatura di rinvenimento deve essere 120La temperatura di rinvenimento deve essere 120÷÷160 160 °°C piC piùùelevata di quella delevata di quella d’’esercizio (stabilitesercizio (stabilitàà microstrutturale).microstrutturale).

Rapido calo delle proprietRapido calo delle proprietàà meccaniche sopra 450meccaniche sopra 450÷÷500 500 °°C.C.

Per brevi periodi si possono raggiungere i 590Per brevi periodi si possono raggiungere i 590°°C.C.

I piI piùù utilizzati ad alta temperatura sono:utilizzati ad alta temperatura sono:AISI 403AISI 403AISI 410AISI 410AISI 422AISI 422

Impieghi tipici: in palettature di turbine a vapore per le Impieghi tipici: in palettature di turbine a vapore per le buone caratteristiche di resistenza allbuone caratteristiche di resistenza all’’ossidazione.ossidazione.

Gli Gli inoxinox martensiticimartensitici non sono solitamente impiegati alle non sono solitamente impiegati alle alte temperaturealte temperature..

ACCIAI DUPLEX (DSS, duplex stainless steel)

••Contengono Contengono austeniteaustenite e ferrite in circa eguali proporzioni.e ferrite in circa eguali proporzioni.••Rappresentano la parte piRappresentano la parte piùù innovativa degli acciai innovativa degli acciai inoxinox

CrCr = 18,5 = 18,5 ÷÷ 28%, 28%, NiNi = 4,5 = 4,5 ÷÷ 6,5, Mo = 1,56,5, Mo = 1,5÷÷3%3%

Microstruttura di un acciaio inossidabile duplex laminatoMicrostruttura di un acciaio inossidabile duplex laminato

APPLICAZIONI:APPLICAZIONI:

Dove siano richieste:Dove siano richieste:

•• buona buona saldabilitsaldabilitàà, ,

•• elevate caratteristiche elevate caratteristiche meccanichemeccaniche

•• elevata resistenza alla elevata resistenza alla corrosione.corrosione.

Esistono due principali tipologie di Esistono due principali tipologie di bifasicibifasici

2222 0505 2525 0707

%Cr%Cr % % NiNi

DESIGNAZIONEDESIGNAZIONE E E [[GPaGPa]]

RRpp 0.20.2

[[MPaMPa]]RRmm

[[MPaMPa]]A A

[%][%]

2205 2205 --solubilizzatosolubilizzato

200 200 –– 205205 ≥≥ 450450 600 600 –– 800800 ≥ 25%

2507 2507 ––solubilizzatosolubilizzato

200 200 –– 205205 ≥≥ 500500 650 650 –– 850850 ≥≥ 25%25%

INOX BIFASICIINOX BIFASICI

Considerando una sezione del diagramma ternario al 70%FeConsiderando una sezione del diagramma ternario al 70%Fe

A partire dalla fase A partire dalla fase liquida e raffreddando liquida e raffreddando per successivi stadi di per successivi stadi di equilibrio:equilibrio:

•• Si forma ferriteSi forma ferrite

•• Sotto 1220 Sotto 1220 °°C la C la struttura diventa struttura diventa bifasicabifasica e vi resta fino a e vi resta fino a T ambienteT ambiente

Importante per la Importante per la saldaturasaldatura

RESISTENZA CHIMICA RESISTENZA CHIMICA (RESISTENZA ALLA CORROSIONE)(RESISTENZA ALLA CORROSIONE)

Gli acciai duplex presentano elevata resistenza alla corrosione,Gli acciai duplex presentano elevata resistenza alla corrosione,nettamente superiore agli nettamente superiore agli austeniticiaustenitici tradizionali (tipo 304 e 316), nelle tradizionali (tipo 304 e 316), nelle stesse condizioni ambientali.stesse condizioni ambientali.

Occorre Occorre distinguere tradistinguere tra

•• Corrosione Corrosione generalizzatageneralizzata

Corrosione Corrosione localizzatalocalizzata

PittingPitting ((vaiolaturavaiolatura))

Stress Stress corrosioncorrosion

CreviceCrevice (in fessura)(in fessura)

PPittingitting RResistanceesistance EEquivalentquivalent NNumberumber

PREN = PREN = %Cr%Cr + 3,3%(Mo+0,5%W) + 16%N+ 3,3%(Mo+0,5%W) + 16%N

Indice di riferimento per resistenza alla Indice di riferimento per resistenza alla corrocorro--sione poichsione poichéé il il pittingpitting èè la forma di la forma di corrosione cui tutti gli acciai sono soggetticorrosione cui tutti gli acciai sono soggetti

I Superduplex hanno PREN> 40I Superduplex hanno PREN> 40

RESISTENZA ALLA CORROSIONERESISTENZA ALLA CORROSIONE

DSS a basso costo, senza Mo: 23Cr4Ni0,1N, PRENDSS a basso costo, senza Mo: 23Cr4Ni0,1N, PREN~25~25Alternativa ai 304 e 316.Alternativa ai 304 e 316.

DSS tipo 22Cr5Ni3Mo0,17N, DSS tipo 22Cr5Ni3Mo0,17N, PRENPREN~35~35Resistenza a corrosione intermedia tra 316 e Resistenza a corrosione intermedia tra 316 e superausteniticisuperaustenitici al 6%Mo+N.al 6%Mo+N.

DSS al 25%Cr, con contenuti variabili i Mo e N, con PREN DSS al 25%Cr, con contenuti variabili i Mo e N, con PREN compreso tra 35 e 39.compreso tra 35 e 39.

Super DSS tipo 25Cr7Ni4Mo0,27N, con valori di Super DSS tipo 25Cr7Ni4Mo0,27N, con valori di PREN>40.PREN>40.

COMPOSIZIONE CHIMICA INDICATIVA DI ALCUNI DUPLEXCOMPOSIZIONE CHIMICA INDICATIVA DI ALCUNI DUPLEX

I costi dei duplex sono maggiori degli austenitici

RESISTENZA MECCANICARESISTENZA MECCANICA

I duplex mostrano sensibili incrementi delle proprietI duplex mostrano sensibili incrementi delle proprietààmeccaniche rispetto allmeccaniche rispetto all’’AISI 304 e 316 a causa della struttura AISI 304 e 316 a causa della struttura mista.mista.

RRmm((α/γα/γ) = 2R) = 2Rmm((γγ))

Sensibile riduzione degli spessori dei Sensibile riduzione degli spessori dei componenti (risparmio in peso).componenti (risparmio in peso).

•• Buona tenacitBuona tenacitàà alla fratturaalla frattura

•• Buona resilienza, ma, per la presenza della ferrite, Buona resilienza, ma, per la presenza della ferrite, presentano temperatura di transizione a ca. (presentano temperatura di transizione a ca. (-- 90 90 °°CC).).

•• Elevata resistenza a fatica: Elevata resistenza a fatica: LLff ≈≈ 0,25(R0,25(Rp0,2p0,2+R+Rmm) + 50) + 50

TRATTAMENTI TERMICI DUPLEXTRATTAMENTI TERMICI DUPLEX

Si esegue solo la Si esegue solo la solubilizzazionesolubilizzazione::

A T > 1100 A T > 1100 °°C si C si solubilizzanosolubilizzano eventuali fasi indesiderate o eventuali fasi indesiderate o composti ricchi di composti ricchi di CrCr e per effetto del raffreddamento rapido e per effetto del raffreddamento rapido ⇒⇒stessa struttura stessa struttura bifasicabifasica delldell’’alta temperatura.alta temperatura.

A seconda della T di A seconda della T di solubilizzazionesolubilizzazione si ottengono diversi si ottengono diversi rapporti tra fase rapporti tra fase δδ e fase e fase γγ..

Aumentando la T di Aumentando la T di solubilizzazionesolubilizzazione aumenta d rispetto a aumenta d rispetto a γγ..

Sia da un punto di vista meccanico che di Sia da un punto di vista meccanico che di resistenza alla corrosione resistenza alla corrosione èè opportuno avere 50/50 opportuno avere 50/50

(sono accettate anche 40/60 o 60/40)(sono accettate anche 40/60 o 60/40)

Cinetica di formazione della fase Cinetica di formazione della fase σσ al variare della T in un acciaio superduplexal variare della T in un acciaio superduplex

FORMAZIONE DELLA FASE FORMAZIONE DELLA FASE σσ

ACCIAI DUPLEX E SUPERDUPLEX

Duplex (DSS, duplex stainless steel):

50%a-50g + Fasi indesiderate a causa di raffreddamenti o TT o processi di saldatura

SuperDuplex (SDSS, superduplex SuperDuplex (SDSS, superduplex stainlessstainless steel):steel):

Sono definiti come DSS con indice di resistenza al Sono definiti come DSS con indice di resistenza al pittingpitting PREN>40PREN>40

Fase Fase σσ: si forma in tutti i DSS e SDSS e : si forma in tutti i DSS e SDSS e influenza negativamente la tenacitinfluenza negativamente la tenacitàà..

ACCIAI INOX INDURENTI PER PRECIPITAZIONEACCIAI INOX INDURENTI PER PRECIPITAZIONE

ACCIAI PH (ACCIAI PH (PRECIPITATION HARDENINGPRECIPITATION HARDENING))

LIMITILIMITI

• Proprietà meccaniche elevatissime con buona resistenza a corrosione

• Necessità di opportuni trattamenti termici (indurimento per precipitazione).

VANTAGGIVANTAGGI

COMPOSIZIONE INOX PHCOMPOSIZIONE INOX PH

PROPRIETPROPRIETÀÀ ACCIAI PHACCIAI PH

TRATTAMENTI TERMICI INOX PHTRATTAMENTI TERMICI INOX PH

TRATTAMENTI TERMICI INOX PHTRATTAMENTI TERMICI INOX PH

Corrosione sottosforzoCorrosione uniforme

Altri

Corrosione puntiforme

Corrosioneintergranulare

38%

18%7%

25%12%

I PH sono suscettibili soprattutto di corrosione localizzata

CORROSIONE SOTTO TENSIONECORROSIONE SOTTO TENSIONE(STRESS(STRESS--CORROSION)CORROSION)

Si manifesta unicamente se sono presenti Si manifesta unicamente se sono presenti contemporaneamentecontemporaneamente tre condizioni:tre condizioni:

un ambiente specificoun ambiente specifico

uno stato di sollecitazione di trazioneuno stato di sollecitazione di trazione

ben individuati tipi di acciaiben individuati tipi di acciai

Diagnosi:Diagnosi:

cricche su piani perpendicolari a quelli di cricche su piani perpendicolari a quelli di applicazione del carico, nella forma di:applicazione del carico, nella forma di:

linea spezzata che segue il bordo dei grani linea spezzata che segue il bordo dei grani (intergranulare) (a),(intergranulare) (a),

linea diritta semplice (b) o ramificata (c) linea diritta semplice (b) o ramificata (c) che attraversa i grani cristallini che attraversa i grani cristallini ((transgranularetransgranulare semplice o a delta di semplice o a delta di fiume).fiume).

CORROSIONE PER VAIOLATURA (CORROSIONE PER VAIOLATURA (PITTING CORROSIONPITTING CORROSION))

Localizzazione dellLocalizzazione dell’’attacco su attacco su unun’’area molto limitata a seguito area molto limitata a seguito di locale di locale fessurazionefessurazione del film del film passivante. Velocitpassivante. Velocitàà di di penetrazione molto elevata e tale penetrazione molto elevata e tale da portare, in tempi brevi, alla da portare, in tempi brevi, alla foratura di spessori anche foratura di spessori anche notevoli.notevoli.

LL’’innesco si verifica sui punti piinnesco si verifica sui punti piùùdeboli della passivitdeboli della passivitàà::

•• bordi di grano;bordi di grano;•• bande di scorrimento;bande di scorrimento;•• inclusioni non metallicheinclusioni non metalliche

Gli ambienti piGli ambienti piùù favorevoli allfavorevoli all’’attacco puntiforme sono soluzioni a attacco puntiforme sono soluzioni a carattere ossidante e contenenti anioni ad azione specifica (Clcarattere ossidante e contenenti anioni ad azione specifica (Cl--, , BrBr-- etc.)etc.)

Morfologia dellMorfologia dell’’attacco localizzato: ad attacco localizzato: ad ulcera (a), a cratere (b), a punto di ulcera (a), a cratere (b), a punto di spillo (c), a caverna (d). spillo (c), a caverna (d).

Tubo in AISI 304L Tubo in AISI 304L che ha presentato che ha presentato attacco corrosivo attacco corrosivo vaiolante a seguito di vaiolante a seguito di contatto con ioni Clcontatto con ioni Cl--

ESEMPI DI CORROSIONE PUNTIFORMEESEMPI DI CORROSIONE PUNTIFORME

INOSSIDABILI SOTTOPOSTI A NITRURAZIONEINOSSIDABILI SOTTOPOSTI A NITRURAZIONE

Acciaio al carbonioAcciaio al carbonio

CostiCosti

Tempo (anni)Tempo (anni)

AISI 316AISI 316

AISI 304AISI 304

18 2318 23

Life Life CycleCycle CostCost AnalysisAnalysis di un viadotto autostradaledi un viadotto autostradale

Il maggior costo dellIl maggior costo dell’’acciaio inossidabile utilizzato (valutato tra acciaio inossidabile utilizzato (valutato tra ll’’1% e il 15% in relazione alla complessit1% e il 15% in relazione alla complessitàà della costruzione) della costruzione) èèampiamente ampiamente ““ripagatoripagato”” dalla riduzione dei costi di manutenzione dalla riduzione dei costi di manutenzione della struttura; se tale valutazione della struttura; se tale valutazione èè poi fatta tenendo anche in poi fatta tenendo anche in considerazione i costi di smaltimento, i vantaggi legati allconsiderazione i costi di smaltimento, i vantaggi legati all’’uso uso delldell’’acciaio inossidabile diventano ancora piacciaio inossidabile diventano ancora piùù evidenti.evidenti.

COSTI DI DIVERSI ACCIAICOSTI DI DIVERSI ACCIAI

Fase Fase σ σ in acciai austenitici Fein acciai austenitici Fe--CrCr--NiNi

Nella scelta degli acciai resistenti a caldo occorre considerareNella scelta degli acciai resistenti a caldo occorre considerareil la sensibilitil la sensibilitàà allall’’infragilimentoinfragilimento dovuto sia a precipitazione di dovuto sia a precipitazione di carburi che a separazione della fase carburi che a separazione della fase σσ..La formazione di fase s La formazione di fase s èè estremamente lenta a T< 600 estremamente lenta a T< 600 °°C, C, mentre la massima velocitmentre la massima velocitàà si ha a T = 750 si ha a T = 750 ÷÷ 900 900 °°C.C.Conduce ad un peggioramento delle caratteristiche di Conduce ad un peggioramento delle caratteristiche di resistenza allresistenza all’’urto sia a T ambiente che a bassa temperatura; urto sia a T ambiente che a bassa temperatura; riduce anche la resistenza alla corrosione.riduce anche la resistenza alla corrosione.

Elementi che la Elementi che la favoriscono:favoriscono:Si, Mo, Ti, Si, Mo, Ti, NbNb, Al, Al

Elementi che la Elementi che la ostacolano:ostacolano:C, N e il C, N e il MnMn ..

LA FASE LA FASE σσ