GLI ACCIAI INOX: Nell’industria moderna si è constatato che le caratteristiche degli acciai al carbonio non rispondono in modo soddisfacente alle esigenze dei costruttori, e gli stessi acciai legati, qualora impiegati in ambienti aggressivi, non offrono quelle doti di affidabilità e sicurezza richieste per renderli sicuri e durevoli nel tempo. Per ottenere queste particolari doti si ricorre ad una specifica qualità di acciai: gli acciai Ni-Cr, detti anche acciai INOX.   COSTRUZIONE: Gli acciai inox devono avere elevata purezza per evitare che inclusioni provochino eterogeneità nella struttura innescando processi di corrosione. Per ovviare a ciò, la fabbricazione dell'acciaio inossidabile avviene prevalentemente in forni elettrici. Per ottenere queste caratteristiche, i materiali di partenza dovranno avere una elevata purezza, che si potrà accertare attraverso un'analisi della composizione chimica. Particolare cura va riposta nella ossidazione e nella successiva disossidazione del bagno metallico, operando in modo tale da evitare che in quest'ultimo sia presente una eccessiva quantità di prodotti ossidati al termine dell’ossidazione.   COMPOSIZIONE CHIMICA: Tale caratteristica riveste particolare importanza per questa gamma di acciai, prevalentemente composti da: Fe - C - Cr – Ni. Dal punto di vista della composizione chimica sono notevoli i tenori di Cr e Ni, ma possono essere presenti anche Si ed Al che provocano un aumento della resistenza alla ossidazione a caldo; Mo, che aumenta la resistenza alla corrosione a caldo; V e Ti, che formano carburi stabili riducendo così la tendenza alla corrosione intergranulare che è dovuta alla precipitazione di carburi lungo i giunti dei grani. Il W provoca un aumento della resistenza meccanica a caldo, mentre il Cu aumenta la resistenza alla corrosione.   INFLUENZA DEL Cr - Ni SULLE LEGHE Fe – C. Generalmente queste leghe hanno un tenore di carbonio sensibilmente inferiore allo 1,0 %. Gli acciai INOX possono essere suddivisi in tre categorie: acciai MARTENSITICI acciai FERRITICI acciai AUSTENITICI E' evidente che la struttura è in funzione del tenore di Cr e Ni. Avremo acciai martensitici sino ad un tenore di Cr = 12 %, mentre avremo acciai ferritici per tenori superiori al 12 %. Per avere acciai austenitici è necessaria la presenza di Ni in un tenore di circa il 7 %.   ACCIAI INOX MARTENSITICI: Sono leghe Fe - C - Cr con tenori di cromo compresi fra 11 e 18%. Questi acciai vengono riscaldati lentamente fino alla temperatura di completa austenitizzazione e quindi raffreddati adeguatamente, in maniera tale da generare la trasformazione dell'Austenite in Martensite.   TRATTAMENTI TERMICI: Il trattamento termico di questi acciai è simile a quello degli acciai da bonifica. Dato l'alto tenore di Cr, questi acciai sono completamente temprabili anche in spessori rilevanti. Essi sono anche soggetti a:  Tempra  Rinvenimento  Ricottura   RICOTTURA: Scopo di questo trattamento è quello di portare il materiale ad uno stato di maggior addolcimento, necessario se il pezzo deve essere sottoposto alla lavorazione all'utensile.   TEMPRA: Data la scarsa conducibilità termica degli acciai INOX, il riscaldamento deve essere molto lento. E' consigliabile in questo caso operare un riscaldamento in due tempi:  lento riscaldamento fino ad una temperatura di qualche centinaia di gradi inferiore alla temperatura di austenitizzazione, mantenendo l'acciaio a tale temperatura sino al raggiungimento dell’equilibrio termico;  raggiunto l'equilibrio si riscalda rapidamente fino alla temperatura di tempra. Operando in questo modo si evitano rotture per shock termico dovute a rapidi riscaldamenti e ingrossamenti del grano causati da una troppo prolungata permanenza dell'acciaio ad elevate temperature.   RINVENIMENTO: Il rinvenimento permette di ottenere le migliori caratteristiche meccaniche e la maggior resistenza alla corrosione fino a temperature di circa 400°C, e caratteristiche meccaniche fino a 600°C. Talvolta viene effettuata una distensione a temperature di 150/400°C allo scopo di eliminare le tensioni residue ed aumentare la stabilità meccanica. Per gli acciai ad elevato tenore di carbonio la distensione spesso sostituisce il rinvenimento. Se l'acciaio è stato temprato ad alte temperature si esegue il rinvenimento, se invece l'acciaio è stato temprato a basse temperature si esegue una distensione.   PROPRIETA' AD ALTA TEMPERATURA: Dopo i trattamenti termici, gli acciai INOX MARTENSITICI non trovano impiego nè a temperature inferiori agli 0°C, nè a temperature superiori alla temperatura di rinvenimento in quanto si annullerebbero i vantaggi ottenuti con la bonifica.   ACCIAI INOX FERRITICI: Sono leghe composte da: Fe, C e Cr non suscettibili a tempra.   COMPOSIZIONE CHIMICA: In questi acciai il tenore di carbonio è compreso fra lo 0,06 e lo 0,16%, mentre il tenore di cromo può variare dal 13 al 26 %. Se la resistenza alla corrosione non riveste particolare importanza, sarà opportuno utilizzare bassi tenori di Cr migliorando cosi la saldabilità, la tenacità e la durezza. Si possono avere in lega piccole percentuali di Se, Zr, S e P (per migliorare la lavorabilità all'utensile). I più grandi pericoli per questi acciai sono la facilità con cui si verifica l’ingrossamento del grano, la facilità con la quale emettono carburi a temperature di circa 800°C e la tendenza a formare grani anormali dopo saldatura.   TRATTAMENTI TERMICI: Non essendoci punti critici l'unico trattamento possibile è una ricottura di cristallizzazione eseguita a circa 650 / 830°C per una durata di 1 o 2 ore. Essendo questi acciai soggetti a fragilità di rinvenimento, bisogna evitare lenti raffreddamenti a temperature di circa 400/600°C. Talvolta è sufficiente il solo trattamento termico per rigenerare la struttura, ma è necessaria una lavorazione plastica a temperature relativamente basse (circa 700°C) per rompere il grano e omogeneizzare la struttura.   PROPRIETA' AD ALTA E BASSA TEMPERATURA: Questi acciai sono i meno adatti ad essere usati a bassa temperatura, mentre ad alte temperature presentano una resistenza alla corrosione in modo proporzionale alla percentuale di cromo in lega. Presentano buona resistenza fino a temperature di circa 1000°C, a temperature di circa 500/850°C presentano nuovamente fragilità di rinvenimento dovute alla fase che provoca un decadimento delle caratteristiche meccaniche.   ACCIAI INOX AUSTENITICI: Sono leghe Fe - Cr - Ni - C con tenori di Cr dal 12 al 30 % e di Ni dal 7 al 35 % con struttura completamente austenitica non esistendo i punti di trasformazione se non a temperature inferiori a quella ambiente.   COMPOSIZIONE CHIMICA Per questa categoria di acciai è opportuno che il tenore di carbonio sia il più basso possibile in modo da ridurre al minimo la percentuale di cromo assorbito per formare carburi; si ricorda infatti che il cromo impartisce resistenza alla corrosione solo se in soluzione solida (come del resto il nichel). Un aumento del tenore di nichel rende possibile una deformazione a freddo più profonda.   TRATTAMENTI TERMICI Questa categoria di acciaio è soggetta ai seguenti trattamenti termici:  solubilizzazione  stabilizzazione  distensione   SOLUBILIZZAZIONE Consiste in un riscaldamento sino a temperature superiori ai 1000°C in modo da raggiungere, oltre all'equilibrio chimico, l'equilibrio strutturale. L’acciaio viene mantenuto a tale temperatura per un tempo sufficientemente lungo in modo da portare in soluzione la maggiore quantità possibile di carburi. Un raffreddamento sufficientemente veloce permette di ottenere alla temperatura ambiente solo austenite. I fattori che influiscono su questo trattamento sono tre, e precisamente:  temperatura  tempo  velocità di raffreddamento Bisogna agire su questi tre punti in modo da portare in soluzione la minor quantità possibile di carburi senza ingrossare eccessivamente il grano, in quanto la soggettibilità a corrosione aumenta con l'aumentare delle dimensioni del grano.   STABILIZZAZIONE Consiste in un riscaldamento di circa 900°C, mantenimento a temperatura per circa due ore e successivo raffreddamento in aria. Scopo di questo trattamento termico è quello di aumentare la resistenza alla corrosione.   DISTENSIONE Consiste in un riscaldamento di circa 350 /430°C, mantenimento a tale temperatura per circa 30 minuti e quindi raffreddamento in aria. Lo scopo è di ridurre la corrosione sotto tensione.   PROPRIETA’ MECCANICHE Questa categoria di acciai a temperatura ambiente presenta le seguenti caratteristiche meccaniche:  carico di snervamento particolarmente basso  duttilità ottima  tenacità ottima Caratteristica di questi acciai, assai spiccata, è la facilità con cui si incrudiscono. In conseguenza della loro resistenza all’ossidazione e della loro elevate caratteristiche meccaniche alle alte temperature, gli acciai austenitici vengono comunemente impiegati in tutte quelle applicazioni in cui si richiedono materiali atti a sopportare gravose condizioni di esercizio.   CORROSIONE: Può sembrare strano, ma gli acciai Ni-Cr sono anch'essi soggetti a corrosione. L'esatta conoscenza di questi fenomeni suggerisce il giusto impiego di questa categoria di acciai. Gli acciai inossidabili resistono bene ad alcuni aggressivi chimici, ma sono invece sensibili alla corrosione per aerazione differenziale, a quella di contatto, alla tensocorrosione e alle correnti elettriche disperse.   CORROSIONE DEGLI ACCIAI MARTENSITICI Il fenomeno delle fragilità da corrosione che si riscontrano negli acciai martensitici può avere diversa origine:  La fragilità a 475°C che insorge per lunga permanenza a tale temperatura sia nei lenti che veloci raffreddamenti.  La fase sigma è un altro motivo di fragilità nell'intervallo di temperatura tra i 500 e gli 800°C. E' una fase ferro-cromo che si forma solo dopo lunghe permanenze in tale intervallo di temperatura, ed è in funzione del tenore di Cr.  Altra causa di fragilità è la formazione di "bastoni" formati da carburi con oltre lo 0,20 % di carbonio (sono fragilissimi). Tali acciai sono soggetti anche a fragilità da idrogeno.   CORROSIONE DEGLI ACCIAI FERRITICI Questi acciai, come abbiamo più volte ripetuto, non sono passibili di trattamento termico se si esclude una ricottura avente lo scopo di rendere omogenea la struttura ed eliminare quindi la fragilità a 475°C. Questi acciai presentano un'ottima resistenza alla corrosione.   CORROSIONE DEGLI ACCIAI AUSTENITICI Aumentando il tenore di Ni fino a valori di circa il 7/8 % si giunge nel campo degli acciai austenitici. Dal punto di vista della resistenza alla corrosione, la struttura austenitica è molto interessante perché:  L'omogeneità strutturale dell'austenite garantisce un'ottima resistenza alla corrosione  Il Cr può esercitare in pieno la sua funzione di elemento passivante essendo completamente in soluzione solida. Questo vale anche per il Ni. In pratica possiamo dire che la composizione migliore e più economica per un acciaio austenitico è quella con il 18 % di Cr e l' 8 % di Ni, ma il guaio maggiore presentato da questo acciaio è costituito dalle alterazioni che si producono per effetto di un riscaldamento a temperature dell’ordine di 600/800°C. Esso provoca una rapida precipitazione dei carburi e quindi una improvvisa eterogeneità strutturale, fonte questa di corrosione. Ciò  è dovuto non tanto all’eterogeneità strutturale, ma all’impoverimento di Cr nella lega, impoverimento che può raggiungere valori del 20 %. Tale effetto deleterio del rinvenimento si ha anche per effetto della saldatura ossiacetilenica. Solo un trattamento termico completo di tempra (raffreddamento rapido da temperature superiori ai 1000°C) potrebbe portare in soluzione i carburi precipitati, eliminando cosi l’eterogeneità nell’austenite, ma questo trattamento non può essere effettuato su pezzi di grosse dimensioni o parti già in opera. La corrosione e le caratteristiche meccaniche degli acciai inox dipendono dalla struttura e dalla distribuzione dei carburi e dei nitruri. Per meglio puntualizzare il fenomeno della corrosione si può affermare che: gli acciai Ni-Cr resistono bene in ambienti ossidanti, mentre presentano scarsa resistenza a corrosione in acqua stagnante o quieta in quanto tali acque hanno un tasso di ossigeno molto basso che non consente all’acciaio di passivarsi.   PASSIVAZIONE: Per passivazione si intende quel fenomeno in cui un metallo, a causa di un brusco aumento del suo potenziale elettrochimico, tende a comportarsi come un metallo nobile cessando di corrodersi. Questo arresto della corrosione può avvenire in tempo più o meno lungo; in pratica però interessa il comportamento a lunga durata assai più di quello iniziale. La teoria più diffusa è che su un metallo si formi un velo tenuissimo di ossido teoricamente inerte e a potenziale pressoché nullo, tale pertanto da non consentire il passaggio di soluzioni di ioni. Lo stato passivo può tuttavia essere distrutto dalla presenza di acidi altamente corrosivi ed operazioni meccaniche, ma spesso esso si riforma con una certa rapidità non appena scompare la causa alterante.