mi è ricapitato in mano per altri motivi e lo metto qui, se qualcuno ha voglia di leggerlo.
in realtà non è metallurgia, ma una semplice lista delle categorie degli acciai più comuni con un occhio alle temperature di esercizio.
è oltremodo incompleta ,sorry, soprattutto nelle parti che riguardano gli acciai bonificati e gli inossidabili austenitici sui quali, da soli, sono state scritte enciclopedie.
ho tolto delle parti pallose che riguardavano la saldatura percui qualche discorso potrebbe essere a metà...
vabbeh prendetelo così com'è
...
Evoluzione della produzione degli acciai legati con riferimento alle temperature d’impiego
CENNI ALLA FABBRICAZIONE DEGLI ACCIAI
Il materiale di partenza viene estratto dai minerali del ferro, Ematite, Magnetite e Siderite
I minerali vengono immessi nell’altoforno insieme a Coke e fondenti
Il risultato è ferro metallico liquido con percentuale di carbonio vicina all’eutettico (4%C) formando la Ghisa di prima fusione.
Seguono poi le fasi di
Affinazione , ossidazione selettiva di alcuni elementi, aggiunta di disossidanti e elementi di lega, l’acciaio fuso viene poi colato in un recipiente trasferitore (siviera).
Colaggio, dalla siviera in fossa o in colata
Degasaggio, permette di ottenere acciai deidrogenati, viene effettuato sull’acciaio fuso e sottovuoto.
Laminazione, allungamento del prodotto tramite una serie di rulli (duo, trio, doppio duo….)
quasi tutto l'acciaio che c'è in commercio un tempo era ghisa, questa affermazione farà felice il daneri che tanto pare affezzionato al terribile eutettico
Quadro indicativo
Acciaio al Carbonio, Carbonio-Manganese
Possono essere impiegati in applicazioni che prevedano temperature comprese fra i –20 e i 400°C
La designazione cui fanno riferimento è S235JR – S275JR –S355JR. la norma di riferimento è la UNI EN 10025
Sono gli acciai comunemente utilizzati per le costruzioni di carpenteria.
Un tempo erano noti con le sigle Fe360, Fe 430, Fe 510, nomenclatura ancora oggi in uso per praticità e tradizione, oltre che per necessità visto che alcuni rivenditori utilizzano ancora e spesso in maniera esclusiva tale sistema di identificazione degli acciai.
Fe360 è una sigla che va ad individuare il carico di rottura dell’acciaio, l’acciaio Fe360 ha un carico di rottura di 360Mpa , ovvero 360 N/mm2, ovvero per semplicità di calcolo circa 36 Kg/mm2.
Quando andiamo però ad eseguire il dimensionamento, in sede progettuale, del componente meccanico o struttura in questione ci sarà ben più utile conoscere il carico al limite dello snervamento di un acciaio, perché di una struttura dobbiamo garantire la tenuta meccanica non solo in termini di “rottura” ma anche in termini di mantenimento delle geometria iniziale.
Ecco allora che il limite elastico di un acciaio diventa il parametro di riferimento e quindi la nomenclatura Fe360 è stata sostituita con S235 che significa “Strutturale con limite elastico di 235Mpa” alla sigla vengono correttamente aggiunte le lettere JR che fanno riferimento alle prove di resilienza eseguite sul materiale
S235JR - S = strutturale
235 = carico di snervamento 235MPa
J = resilienza 27 Joule
R = test di resilienza eseguito a temperatura ambiente (+20°C)
Gli acciai al Carbonio-Manganese prevedono un aggiunta di manganese in percentuali fino al 1,5% al fine di aumentare il limite elastico e la tenacità.
Con l’aggiunta di Manganese l’acciaio beneficia della sua azione disossidante e desolforante e abbassando la temperatura di transizione g-a aumentiamo la nucleazione di grani ferritici con conseguente risultato di affinamento del grano.
Ciascun cristallo è detto “grano” e il bordograno è una zona di transizione meno compatta e non appartiene né a un elemento cristallino né a quello adiacente.
A temperatura ambiente il bordograno ha influenza sulle deformazioni plastiche percui sono più resistenti i materiali a grano fine.
Ad alta temperatura il bordograno facilita il fenomeno dello scorrimento, sono più resistenti materiali a grano grosso.
Acciai Microlegati
Trovano applicazione in un intervallo di temperatura compreso tra i –50 e i 400°C.
Designazioni tipiche : P235GH P355GH S355N
Hanno struttura mista ferrite + ferrite aciculare + isole di martensite contenente austenite residua.
La ferrite aciculare è una bainite a bassa % di C.
Acciaio ad elevata resistenza e ottima saldabilità. Consentono una riduzione di spessore. Buona tenacità e resistenza a fatica, costi ridotti.
Nella produzione sono aggiunti Vanadio,Niobio,Cromo,Titanio e Alluminio che raramente superano lo 0,15% in percentuale.
Questi elementi formano carburi o nitruri finemente dispersi, induriscono la matrice per precipitazione e affinano il grano aumentando le proprietà meccaniche.
Acciai da costruzione resistenti alla corrosione atmosferica
Acciai da costruzione relativamente economici che hanno migliori caratteristiche di resistenza alla corrosione atmosferica grazie alla patina di ossido protettiva esente da porosità che si forma grazie all’aggiunta di rame e altri elementi.
Il fenomeno corrosivo che inizialmente è uguale agli acciaio comuni, nel tempo decresce fino ad arrestarsi (alcuni mesi)
Fe 510 – A1KI (Cr 0,30-1,25 ; Cu 0,25-0,50)
Sigle comuni sono CORTEN (Corrosion Tensile Strength)
ITACOR (Italsider anti corrosione)
RESCO (resistente corrosione)
Sadatura in una singola passata uso Materiale Apporto comune perché ottengo protezione per diluizione. Più passate, ultima passata con M.A. Corten o similari.
Acciai Bonificati
Bassi tenori di Carbonio.
Temprati e rinvenuti
Bassolegati con carichi di snervamento elevati. Buona formabilità,saldabilità, ottima tenacità.
Presenza di microleganti per affinamento del grano (alluminio, vanadio, niobio,zirconio)
Presenza di elementi tempranti (Cromo, Molibdeno, Nichel per aumento della tenacità, Rame)
Valori di snervamento da 460 a 690 MPa
Durezze da 320-360 HB per resistenza ad usura e agli urti.
Medio – Alto Carbonio
Medio carbonio %C 0,30-0,45 (C30-C40)
Alto carbonio %C maggiore di 0,45 (C60-C70)
Foriti allo stato ricotto o bonificato.
Acciaio bonificati mediolegati
Raggiungono carichi di rottura fino a 1300MPa e hanno come principali elementi di lega C, Mn; Ni, Cr, Mo con percentuali variabili.
Es: 34NiCrMo16 = 0,34C – 0,40Mn – 1,80Cr – 4,00Ni – 0,35Mo R=1340Mpa Rs=1030Mpa A=9%
Acciai al Cromo-Molibdeno
Campo di applicazione da temperatura ambiente fino a 650°C.
Se un acciaio comune viene sollecitato oltre un certo limite a temperatura elevata, superiore ai 350°C, si nota un suo allungamento progressivo detto scorrimento a caldo , creep, tanto più rapido quanto più sono elevate le temperature e intense le sollecitazioni.
Questo è dovuto al fatto che la mobilità atomica a temperature elevate annulla l’effetto dell’incrudimento per deformazione del reticolo cristallino. Ha luogo un continuo riassetto dei cristalli.
Aggiungendo del Molibdeno in percentuali comprese tra 0,5-1% questo va a sostituire nel reticolo alcuni atomi di ferro. Il Molibdeno è però più grande come atomo e va così a deformare favorevolmente il reticolo rendendo più difficile, anche a temperatura elevata, lo scorrimento dei piani cristallini. A ciò contribuisce anche la formazione di finissimi carburi di molibdeno che frenano la deformazione “inchiavettando” i piani di scorrimento dei reticoli.
In un acciaio al solo molibdeno, soprattutto nella zona termicamente alterata della saldatura, si verifica il fenomeno della grafitizzazione, cioè la decomposizione dei carburi con separazione di grafite che rende l’acciaio estremamente fragile.
Aggiungo quindi il Cromo in percentuali variabili (0,5-1,25) che va a formare carburi stabili eliminando il problema. All’aumentare della percentuale di Cromo aumenta la resistenza chimica dell’acciaio ai gas solforosi e ossidanti a t elevata. Quando però la temperature è molto elevata (+ di 650°C) la resistenza chimica e la resistenza a creep degli acciaio al cr-mo diventano insufficiente e pertanto occorre impiegare degli acciaio inossidabili al solo Cr o al Cr-Ni.
Acciai al Nichel per basse temperature
Acciai criogenici per utilizzo a basse temperature, costano meno di acciaio al Cr-Ni, e delle leghe di alluminio, leghe di rame, leghe di Nichel
Temperature di impiego comprese tra –200 e 50°C
· -60°C 1,5% Nichel
· -103°C 3,5% Nichel (tubazioni per trasporto etilene liquido) 5% impianti criogenici
· -196°C 9% Nichel (azoto liqido, trasporto metano liquido)
il Nichel è austenitizzante.
Ottima tenacità dovuta al fatto che l’austenite residua rimane stabile fino a bassa temperatura, la martensite rinvenuta e il grano fine conferiscono buone caratteristiche meccaniche.
L’acciaio al 9% Ni presenta struttura martensitica rinvenuta con austenite residua in percentuali tra il 20% e il 5%.
Accai ad alto tenore di nichel hanno snervamenti attorno ai 500MPa.
T di rinvenimento comprese tra 500 e 600°C (attenzione a 610 rimane troppa austenite residua)
Hanno elevata suscettibilità alla ciccabilità a caldo, uso materiali d’apporto austenitici e devo ridurre la diluizione.
Per acciai al 5%Ni usiamo 310 Mo o 309 per acciai al 9%Ni usiamo Inconell perché 310 e 309 hanno caratteristiche meccaniche troppo basse.
Acciai inossidabili
Per definizione sono acciaio che contengono almeno il 12% di Cromo.
Sono leghe Fe-Cr Fe-Cr-Ni con Cromo dal 12 al 30% e Ni fino al 25%
Ossido ancorato stabile e impermeabile.
Acciai inossidabili al solo Cromo
Si dividono in Martensitici, Ferritici e Semiferritici
Acciai inossidabili al solo cromo martensitici
Acciaio autotemprante a struttura martensitica con applicazioni indicate per parti soggette a forte usura, cuscinetti a rulli, utensileria, stampi, e punzoni, strumenti chirurgici, coltelleria.
Acciai al 13% Cr e 0,12%max di C
Acciai inossidabili al solo cromo ferritici
Acciaio al 27%Cr, 0,2%C
Basse caratteristiche meccaniche ma buona resistenza alla corrosione.
Solidifica da liquido in Fed e non subendo altre trasformazioni allotropiche non ho affinamento del grano. Grano fortemente ingrossato.
Viene utlizzato come materiale di placcatura (CRA)
Si saldano con M.a. non omologhi ma autenitici tipo AISI 308 – 316 – 347
Buona lavorabilità all’utensile.
Acciai inossidabili al solo cromo semiferritici (martensitico-ferritici)
Acciaio al 17%Cr – 0,12C con problematiche e applicazioni intermedie ai due precedenti.
Applicazioni su organi meccanici fortemente sollecitati che operano in ambienti corrosivi ed a elevate temperature.
Acciai inossidabili Austenitici al Cromo Nichel
L’aggiunta di alti valori di Nichel (circa 9%) rende stabile l’austenite a qualsiasi temperatura inferiore ai 1100°C
Questi acciaio trovano applicazione in intervalli di temperatura compresi fra –200 e 900°C
AISI 304 = 18 Cr – 10Ni – 0,08C max
AISI 316 = 18Cr - 10 Ni – 3Mo resiste meglio all’attacco da cloruri
Trovano enorme impiego in tutti i settori metalmeccanici dove serva un’ottima resistenza alla corrosione. Hanno ottima lavorabilità anche per deformazione e saldabilità . sono inoltre facilmente reperibili ma hanno costi molto elevati (circa 10 volte il costo di un acciaio comune).
Nell’intervallo di temperature compreso tra 550 e 800°C abbiamo separazione di un composto intermetallico detto “fase sigma” duro e fragile che riduce tenacità e duttilità.
Per ovviare a questo sono stati elaborati acciaio stabilizzati che pongono rimedio al fenomeno di sensibilizzazione. Stabilizzati al Niobio e al Titanio
AISI 321 = 18Cr – 10Ni - Ti: 4 x %C
AISI 347 = 18 Cr – 10 Ni - Nb : 10 x %C
Formano carburi e carbonitruri di niobio e titanio che richiedono gran parte del C così i carburi di cromo che dovrebbero formarsi non hanno più carbonio disponibile.
Tutti questi acciai hanno in parte ferrite d e se li esercisco a 700° la ferrite d è soggetta a trasformazione in fase sigma e l’effetto fragilizzante è spaventoso.
Se voglio eliminare la ferrite delta devo impiegare un fulliaustenitico
AISI 310 = 25Cr – 20Ni solidifica già in fase austenitica e rimane tale fino a T ambiente.
Fulliaustenitico, amagnetico per eccellenza, può essere impiegato fino a temperature molto elevate (1000°C) ottima resistenza alla corrosione ma è molto costoso.
Ha caratteristiche meccaniche molto basse ma se qualcuno si mette in testa di rompere il culo a Magneto beh...questo è quello che fa per lui
Ecco allora che devo trovare dei fulliaustenitici con elevate caratteristiche meccaniche (700MPa), nei superaustenitici ho elevate % di Molibdeno e Azoto che innalzano caratteristiche meccaniche e resistenza alla corrosione.
Li saldo con leghe di Nichel che aprono le porte su un universo parallelo, quello delle superleghe che sono quelle di cui sono fatti alcune parti di impianti petrolchimici, parti dei motori deglia aereoplani, mazzinga z ecc...
