Acciaio inossidabile: differenze tra le versioni
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{{Materiale
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|immagine1_descrizione = Il ''[[Gateway Arch]]'' di [[Eero Saarinen]] a [[Saint Louis|St. Louis]], realizzato interamente in acciaio inox.
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L{{'}}'''acciaio inossidabile (o inox)''' è una [[Lega (metallurgia)|lega]] ferro-carbonio, caratterizzata dalla presenza di elementi di lega quali [[cromo]] (Cr) e [[nichel]] (Ni). Tali elementi donano una maggiore resistenza alle [[ossidazione|ossidazioni]] e alle [[corrosione|corrosioni]], rispetto al comune acciaio non legato (anche detto [[acciaio|''acciaio al carbonio'']]), grazie alla formazione di un sottile strato (''dell'ordine dei nanometri'') di ossido superficiale detto anche "Film passivante", il quale protegge la lega dall'attacco di agenti atmosferici ed esterni<ref>{{Cita libro|autore=Silvia Barella|autore2=Andrea Gruttadauria|titolo=Metallurgia e materiali non metallici|editore=Società Editrice Esculapio s.r.l.|capitolo=Capitolo 7.6 - Gli acciai inossidabili|ISBN=978-88-9385-277-7}}</ref>. La capacità di resistere alla corrosione di questa particolare lega, infatti, è dovuta principalmente alla presenza del [[cromo]], il quale in ambiente ossidante tende a trasformarsi in [[Ossido di cromo (III)]] ([[Cr2O3|Cr<sub>2</sub>O<sub>3</sub>]]) e produrre, sulla superficie del manufatto in inox, uno strato nanometrico (''dell'ordine dei {{m|0,3|-|5|ul=nm}}'') di tale composto, il quale previene il contatto tra il ferro contenuto nella lega e l'ossigeno atmosferico e altri agenti ossidanti e corrosivi che potrebbero compromettere l'integrità del manufatto.<ref name="Olsson">{{cita pubblicazione|nome=C.-O.A.|cognome=Olsson et al.|anno=2003|titolo=Passive films on stainless steels - chemistry, structure and growth|rivista=Electrochimica Acta|editore=Elsevier Science}}</ref> Il processo è chiamato ''[[passivazione]]'' ed è sia naturale che indotto artificialmente.
L''''acciaio inossidabile''' è caratterizzato da una maggiore resistenza alle [[ossidazione|ossidazioni]] e alla [[corrosione|corrosioni]], rispetto al comune acciaio non legato (anche detto [[acciaio|''acciaio al carbonio'']]). Altri termini comunemente usati e sinonimi, sono: '''Acciaio''' '''Inox''' (dal francese '''''acier inoxydable'''''<ref>{{treccani|inox|v=x}}</ref>), '''Stainless Steel''' (dall'inglese '''''acciaio senza macchia''''') e '''Rostfrei Stahl''' (dal tedesco '''''acciaio''''' '''''senza ruggine'''''). ▼
Generalmente, l'acciaio inox contiene valori di cromo tra il 12 e 18 %, ma vengono utilizzati anche altri elementi per aumentare la resistenza all'ossidazione e alla corrosione.▼
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▲Generalmente, l'acciaio inox contiene valori di cromo tra il 12 e 18 %, ma vengono utilizzati anche altri elementi per aumentare la resistenza all'ossidazione e alla corrosione.
== Storia ==
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I successivi progressi della [[metallurgia]] fra gli [[Anni 1940|anni quaranta]] e [[Anni 1960|sessanta]] del XX secolo hanno ampliato il loro sviluppo e le loro applicazioni.
Tuttora vengono perfezionati e adattati alle richieste dei vari settori industriali, come il petrolifero/[[Industria petrolchimica|petrolchimico]], minerario, energetico, nucleare, farmaceutico e alimentare.
== Descrizione ==
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=== Nomenclatura AISI ===
In commercio esistono vari tipi di acciaio inox, conosciuti principalmente sotto la notazione
La notazione AISI individua l'acciaio inox attraverso una sigla a tre cifre con possibile aggiunta di una lettera. La prima di queste cifre indica la classe dell'acciaio secondo questo schema:
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* serie 6XX - acciaio indurente per precipitazione al cromo
tra le lettere ad esempio:
* la lettera "'''L'''" indica la bassa percentuale di [[carbonio]] (''Low Carbon'') presente. Questa caratteristica fa sì che l'[[acciaio]] leghi meno gas, in quanto il [[carbonio]] tende, in qualsiasi condizione, a legarsi con l'[[idrogeno]], precipitando [[idrocarburi]]; la presenza di idrogeno è spesso penalizzante per l'acciaio, ad alte temperature e soprattutto in condizione di [[ionizzazione]] ([[radiazioni ionizzanti]]). L'atomo di idrogeno ionizzato (H<sup>+</sup>) è molto piccolo e ad alta temperatura si sposta con maggiore facilità nel reticolo dell'acciaio, rischia di accumularsi e provocare pericolose discontinuità. Il basso tenore di carbonio consente anche una buona saldabilità anche per spessori > 6
* l'annotazione "'''N'''" sta a indicare la presenza di [[azoto]] (Nitrogenum) disciolto nella lega. Grazie alle sue proprietà di gas inerte (il legame azoto-azoto è triplo, gli atomi son molto vicini tra loro e si separano difficilmente), l'azoto sull'acciaio funge da "schermo", limitando le contaminazioni esterne.
* L'annotazione "'''Ti'''" sta a indicare la presenza di [[titanio]], il quale assicura una completa resistenza alla corrosione nelle saldature, tra elementi di grande spessore.
=== Sigle commerciali ===
I vari acciai inox differiscono in base alla percentuale in peso degli elementi costituenti la lega.
Tra gli acciai più comunemente utilizzati distinguiamo:
* 304 - Cr (18%) Ni (10%) C (0,05%);
* 304 L - (''Low Carbon''): Cr (18%) Ni (10%) C (< 0
* 316 - Cr (16%) Ni (11.3/13 %) Mo (2/3 %)
* 316 L - (''Low Carbon''): Cr (16,5/18,5%) Ni (10,5/13,5%) Mo (2/2,25%) C (< 0
* 316 LN - (''Low Carbon Nitrogen'') (presenza di [[azoto]] disciolto nel reticolo cristallino del materiale);
* 316 LN ESR (''electro-slag remelting'');
* 430: Cr (16/18 %) C (0,08%).
*904 L - (''Low Carbon''): Cr (19/23%) Ni (23/28%) Mo (2/2,25%) C (< 0
Questi materiali possono essere anche stabilizzati al [[titanio]] o al [[niobio]] come:
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* 430 Ti.
La
* nella disposizione a corpo centrato l'acciaio è [[Ferrite (siderurgia)|ferritico]] o [[Martensite|martensitico]] e perciò sviluppa proprietà magnetiche (è attratto dalle [[Magnete|calamite]]);
* nella disposizione a
Come già accennato in precedenza, gli AISI 304 e 316 appartengono alla famiglia degli acciai a struttura austenitica (amagnetico), mentre l'AISI 420 è a struttura martensitica
La differenza tra
▲Come già accennato in precedenza, gli AISI 304 e 316 appartengono alla famiglia degli acciai a struttura austenitica mentre l'AISI 420 è a struttura martensitica.<br />
▲La differenza tra l'acciaio 304 e 316, a parte il costo maggiore e la presenza nel 316 di [[molibdeno|Mo]], è data dalla più elevata austenicità del secondo grazie alla più alta percentuale di [[nichel]].<br />
Sebbene questi acciai conservino la struttura austenitica, in alcuni casi restano nella massa grani cristallini isolati che mantengono una struttura ferritica, derivata dalla ferrite δ.
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Oltre a queste tre categorie esistono anche altre tre famiglie, il cui impiego è in forte ascesa, per impieghi specifici:
* acciai inossidabili induriti per precipitazione, o PH (Precipitation Hardening);
* [[acciai inossidabili bifasici austeno-ferritici]]
* acciai inossidabili austenitici al Mn-N o [[Nichel]] -free.
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I tipici elementi di lega in essi presenti sono: [[manganese]], [[silicio]], [[cromo]] e [[molibdeno]]; può essere aggiunto [[zolfo]] per migliorarne la lavorabilità con macchine per asportazione di truciolo, con parziale discapito comunque delle caratteristiche meccaniche.
L'acciaio inossidabile martensitico ha caratteristiche meccaniche molto elevate ed è ben lavorabile alle macchine, è l'unico acciaio inossidabile che può essere sottoposto a [[tempra]], trattamento termico atto ad aumentarne le proprietà meccaniche (carico di rottura, carico di snervamento, durezza); anch'essi hanno una struttura cristallina cubica a corpo centrato (CCC) che, similmente alla famiglia ferritica, li rendono magnetici.
È conosciuto soprattutto con la nomenclatura americana: per esempio l'acciaio al solo cromo è l'[[American Iron and Steel Institute|AISI]] serie 400 (da ricordare AISI410 con [[carbonio|C]] = 0,12% circa e [[cromo|Cr]] = 13% circa e 420, con 0,20% < [[carbonio|C]] < 0,40% e [[cromo|Cr]] = 13% circa; AISI 440 con C = 1% circa e Cr = 17%); nella nomenclatura [[Ente Nazionale Italiano di Unificazione|UNI]] ha sigle come X20Cr13, X30Cr13, X40Cr14. È [[magnetismo|magnetico]], ed
L'acciaio inossidabile martensitico è autotemprante, ma per semplice raffreddamento dalla temperatura di [[laminazione|formatura a caldo]] alla temperatura ambiente si sviluppa una struttura cristallina deformata, con forti tensioni residue e conseguente infragilimento.
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# [[ricottura]] di lavorabilità: essa è svolta col metodo isotermico solo quando si voglia la [[durezza]] minima; altrimenti si raffredda a velocità costante, scegliendola in base alla durezza che si vuole ottenere (vedi curve CCT);
# [[tempra]] a temperatura di circa 1000 °[[Celsius|C]] e per un tempo sufficiente a sciogliere i [[carburi]] di cromo, utile per aumentare la resistenza all'usura;<ref>
# [[rinvenimento]] a temperature diverse a seconda che si voglia privilegiare la durezza, la resistenza alla [[corrosione]] o la [[tenacità]].
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La resistenza alla corrosione non è eccezionale perché il cromo è in un tenore generalmente più basso di quello delle altre categorie di acciai inossidabili; inoltre perché la struttura martensitica ha un'alta densità di [[Difetto cristallino|difetti reticolari]], questi agiscono come catalizzatori delle reazioni di corrosione.
L'[[American Iron and Steel Institute|AISI]] 440 è utilizzato per l'utensileria inossidabile (coltelli, forbici, [[bisturi]], lamette, [[iniettore|iniettori]] per [[motore|motori]] a combustione interna).
=== Acciai inossidabili induriti per precipitazione, o acciai PH (Precipitation Hardening) ===
Gli acciai inossidabili indurenti per precipitazione presentano la possibilità di innalzare notevolmente le proprie caratteristiche meccaniche per trattamenti termici particolari di invecchiamento, che consentono di far precipitare fasi intermetalliche dure nella matrice [[austenite|austenitica]] o [[martensite|martensitica]] al fine di aumentare le proprietà meccaniche della lega.
Tali acciai sono stati sviluppati per colmare le lacune delle altre classi di acciai inossidabili (scarse proprietà meccaniche degli [[acciai inossidabili ferritici]] e [[acciai inossidabili austenitici|austenitici]] e scarsa resistenza alla corrosione degli [[acciai inossidabili martensitici]].
Gli acciai inossidabili induriti per precipitazione raggiungono elevate resistenze meccaniche e un'elevata tenacità grazie all'aggiunta di elementi in grado di formare precipitati durante trattamenti termici di invecchiamento: [[alluminio]], [[rame]], [[titanio]], [[molibdeno]], [[niobio]], [[vanadio]], [[azoto]]; inoltre questi acciai possiedono una resistenza alla corrosione paragonabile a quella degli acciai inossidabili austenitici classici, a parità di cromo e molibdeno.<ref name="Murayama">{{cita pubblicazione|nome=M.|cognome=Murayama et al.|anno=1999|titolo=Microstructural Evolution in a 17-4 PH Stainless Steelafter Aging at 400 °C|rivista=Metallurgical and Materials Transactions A|editore=Springer}}</ref><ref name="Hsiao">{{cita pubblicazione|nome=C.N.|cognome=Hsiao et al.|anno=2002|titolo=Aging reactions in a 17-4 PH stainless steel|rivista=Materials Chemistry and Physics|editore=Elsevier Science}}</ref><ref name="J.R. Davis">{{Cita libro|titolo=Stainless steels|data=1994|editore=ASM International|cognome1=Davis|nome1=J.R.}}</ref>
=== Acciai inossidabili bifasici austeno-ferritici, o Duplex ===
Gli [[acciai inossidabili bifasici austeno-ferritici]], detti anche [[Acciai inossidabili bifasici austeno-ferritici|duplex]], presentano una struttura a grani cristallini misti di austenite e di ferrite. Si tratta di acciai dalla microstruttura ibrida: il tenore di cromo va dal 18 al 32% e tende a stabilizzare la microstruttura [[Ferrite (siderurgia)|ferritica]], quello di [[nichel]] dal 4,5 al 7% risulta in quantità insufficienti per determinare una struttura microcristallina totalmente [[austenite|austenitica]] (che quindi rimane in parte [[Ferrite (siderurgia)|ferritica]]). Quasi tutte le sue varianti contengono fra il 2,5 e il 4% di [[molibdeno]].
Esistono inoltre forme di Duplex, chiamati "poveri" che non contengono molibdeno e hanno tenori di nickel minori del 4,5%.
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L'utilizzo dell'armatura inossidabile è limitato dall'elevato costo, il quale può avere un rilevante impatto sul costo necessario alla realizzazione dell'intera struttura. Infatti le barre in acciaio inox, in funzione della composizione chimica, costano da sei a dieci volte in più rispetto alle armature comuni in acciaio al carbonio. L'utilizzo di barre in acciaio inossidabile pertanto viene limitato per la realizzazione di opere in condizioni ambientali d'elevata aggressività, soprattutto legata alla presenza d'acqua di mare o di sali disgelanti (azione dei cloruri), oppure nei casi in cui, per l'importanza della struttura, sia richiesta una vita di servizio molto lunga. In questi casi infatti la protezione offerta dal [[copriferro]] può risultare insufficiente a prevenire la corrosione, e pertanto l'acciaio inox può garantire la durata richiesta per l'opera senza dover ricorrere successivamente a costose e complesse manutenzioni straordinarie che, in alcuni casi, risultano più onerose del costo iniziale dovuto alla scelta dell'armatura inossidabile. Il costo di costruzione si può ridurre limitandone l'utilizzo alle parti più vulnerabili della struttura o alle zone in cui lo spessore di copriferro deve essere ridotto, come negli elementi snelli o nei rivestimenti di facciata. In questo caso è necessario che l'armatura al carbonio e quella inox non entrino mai in contatto per evitare fenomeni di corrosione elettrochimica.
Gli acciai inossidabili austenitici hanno un [[coefficiente di dilatazione termica]] di circa {{M|1,8|e=−5}} °C<sup>−1</sup>, ''maggiore'' sia di quello del calcestruzzo (circa 10-5 °C<sup>−1</sup>) sia di quello delle comuni armature ({{M|1,2|e=-5}} °C<sup>−1</sup>).
Il maggiore coefficiente di dilatazione termica potrebbe creare situazioni sfavorevoli nel caso di incendi, tuttavia l'acciaio inossidabile austenitico ha una conducibilità termica notevolmente inferiore rispetto all'acciaio al carbonio.
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Gli impieghi più comuni avvengono in parti di forni, [[Tubo radiante|tubi irradianti]] e rivestimenti di [[Forno elettrico a muffola|muffole]], per temperature di esercizio fra 950 e 1100 °C.
=== Acciai da ultra alto vuoto e
Il metallo più utilizzato in [[ultra vuoto|UV]] e in [[UHV]] è un acciaio inox che col [[ferro]], ha [[cromo]], [[nichel]], con tracce di [[silicio]], [[carbonio]], [[manganese]], [[molibdeno]], [[niobio]] e [[titanio]], è utilizzato come costituente strutturale dell'ambiente da vuoto, ha il vantaggio di essere reperibile e relativamente economico, ha proprietà di resistenza meccanica abbastanza elevate, non si [[tempra]], si [[saldatura|salda]] con facilità, ha un basso [[degasaggio]], è abbastanza inerte chimicamente.
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Più esteso è questo periodo (la estensione è proporzionale alla presenza di [[nichel|nickel]]), più il materiale è affidabile.<br />
Per ridurre ulteriormente il degasaggio della lega 316 si effettua il processo di ''electro slag remelting'', in cui la stessa viene rifusa in un forno a radiofrequenze, in modo da eliminare le microscorie di ossidi e di carburi, che, oltre a "sporcare" il vuoto, la rendono più ferritica. Il 316 L N ESR, poiché molto costoso, viene utilizzato limitatamente e prevalentemente negli [[acceleratore di particelle|acceleratori di particelle]].<br />
L'acciaio è costituente delle [[camera
== Problematiche specifiche ==
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* ASTM A-967 - Standard specification for chemical passivation treatments of stainless steel parts
* [[Decreto ministeriale]] [[21 marzo]] [[1973]] Gazzetta Ufficiale - Repubblica Parte 1 n. 104 del 20-04-1973 (Supplemento Ordinario): Materiali a contatto con alimenti
* Decreto del Ministero del lavoro, della salute e delle politiche sociali [[24 settembre]] [[2008]] n° 174, Regolamento recante aggiornamento del decreto ministeriale 21 marzo 1973, concernente la disciplina igienica degli imballaggi, recipienti, utensili destinati a venire in contatto con le sostanze alimentari o con sostanze d'uso personale. Recepimento della direttiva 2007/19/CE.<ref>{{Cita
== Note ==
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== Altri progetti ==
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== Collegamenti esterni ==
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▲* {{cita web |1=https://condorinox-lavorazioni.it/certificazione-m-o-c-a |2=Articolo su certificazione alimentare dell'acciaio inox m.o.c.a. |accesso=19 giugno 2020 |urlarchivio=https://web.archive.org/web/20200619152914/https://condorinox-lavorazioni.it/certificazione-m-o-c-a |dataarchivio=19 giugno 2020 |urlmorto=no }}
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[[Categoria:Acciaio per tipo]]
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