Acciaio inossidabile: differenze tra le versioni
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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.
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.
Altri termini comunemente usati e sinonimi, sono: '''acciaio inox''' (dal francese '''''acier inoxydable'''''<ref>{{treccani|inox|v=x}}</ref>), '''stainless steel''' (in inglese '''''acciaio senza macchia''''') e '''rostfrei Stahl''' (in tedesco '''''acciaio senza ruggine''''').
== Storia ==
[[File:Stainless steel nyt 1-31-1915.jpg|thumb|Prima menzione pubblica degli acciai inossidabili [[New York Times|NYT]] 1-31-1915<ref name="NYT">{{cita news|titolo=A non-rusting steel|pubblicazione=New York Times|data=31 gennaio 1915}}</ref>]]
L'invenzione dell'acciaio inossidabile si deve agli inglesi Woods e Clark, i quali nel 1872 brevettarono una lega di ferro contenente il 35% in peso di cromo e resistente agli acidi<ref>{{cita web|url=http://www.airedalesprings.co.uk/its-complicated-the-discovery-of-stainless-steel/|titolo=Storia degli acciai inossidabili|accesso=17 giugno 2016}}</ref>.
L'industrializzazione tuttavia avvenne soltanto anni dopo quando nel [[1913]] [[Harry Brearley]] di [[Sheffield]], sperimentando acciai per canne di [[arma da fuoco|armi da fuoco]], scoprì che un suo provino di acciaio con il 13-14% di [[cromo]] e con un tenore di [[carbonio]] relativamente alto (0,25%) non si arrugginiva quando era esposto all'[[atmosfera]]. La prima menzione di questo progresso tecnologico risale al 1915 e si trova in un articolo del [[New York Times]] riguardo l'uso per posateria di questa classe di acciai, elogiandone la resistenza alla corrosione perfino a contatto con gli acidi organici contenuti nei cibi<ref name="NYT"/>.
Successivamente questa proprietà venne spiegata con la [[passivazione]] del cromo, che forma sulla superficie una pellicola di [[ossido]] estremamente sottile, continua e stabile.
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.
==
=== Passivazione ===
[[File:(008) Stainless Steel A.tif|thumb|left|Confronto tra acciaio al Carbonio arrugginito e Acciaio inossidabile]]
Molto appropriata è la dizione anglosassone '''''stainless''''' (letteralmente "senza macchia") derivata dalla capacità di questi materiali di ossidarsi (o, come si suol dire, ''passivarsi'') ma non arrugginirsi negli ambienti atmosferici e naturali.
Il fenomeno della [[passivazione]] avviene per reazione del metallo con l'ambiente ossidante (aria, acqua, soluzioni varie, ecc).
La natura dello strato passivante, formato essenzialmente da ossidi/idrossidi di cromo, è autocicatrizzante e garantisce la protezione del metallo, anche se localmente si verificano abrasioni o asportazioni della pellicola, qualora la composizione chimica dell'acciaio e la severità del danno siano opportunamente inter-relazionate.
In particolare, il film passivo può essere più o meno resistente in funzione della concentrazione di [[cromo]] nella lega e in relazione all'eventuale presenza di altri elementi leganti quali il [[nichel]], il [[molibdeno]], il [[titanio]].<ref name="Olsson"/><ref name="Boniardi 2014">{{Cita libro|cognome1=Boniardi|nome1=Marco|cognome2=Casaroli|nome2=Andrea|titolo=Gli acciai inossidabili|data=2014|editore=Lucefin S.p.A.}}</ref>
=== Classificazione degli acciai inossidabili attraverso l'indice P.R.E.N. ===
Gli acciai inossidabili possono essere classificati attraverso la loro resistenza alla corrosione localizzata e, in particolare, alla [[vaiolatura]]. Questa classificazione si basa sulla composizione chimica e sul calcolo dell'indice [[Pitting Resistance Equivalent Number (P.R.E.N.)]]; più questo indice è elevato, maggiore risulterà la resistenza alla [[vaiolatura]]. Questa classificazione è utilizzata in quanto di facile e agile determinazione, tuttavia va ricordato che non fornisce una descrizione completa ed esauriente delle proprietà di resistenza a corrosione degli acciai inossidabili. Gli acciai inossidabili possono quindi essere suddivisi in quattro categorie:
* Acciai Inossidabili Lean: non contengono [[Molibdeno]] e il valore tipico del loro indice P.R.E.N. si attesta intorno a 25 (per esempio il [[AISI 304|18-10]])
* Acciai Inossidabili Standard: sono caratterizzati da un indice P.R.E.N. tra 25 e 40 (per esempio l'[[AISI 316]])
* Acciai Inossidabili Super: possiedono un indice P.R.E.N. ≥ 40<ref>{{Cita web|titolo=ASTM A240 / A240M - 16 Standard Specification for Chromium and Chromium-Nickel Stainless Steel Plate, Sheet, and Strip for Pressure Vessels and for General Applications|url=https://www.astm.org/Standards/A240.htm|editore=ASTM|accesso=20 giugno 2016}}</ref>
* Acciai Inossidabili Iper: contengono elevate percentuali di [[Cromo]] > 30% in peso e il valore dell'indice P.R.E.N. può raggiungere 50<ref name="Knyazeva">{{cita pubblicazione | nome= M.|cognome= Knyazeva et al.|titolo=Duplex Steels: Part I: Genesis, Formation, Structure |rivista=Metallography, Microstructure, and Analysis |editore=Springer |anno=2013 }}</ref>
=== Nomenclatura AISI ===
In commercio esistono vari tipi di acciaio inox, conosciuti principalmente sotto la notazione [[American Iron and Steel Institute|AISI]] (''American Iron and Steel Institute''), l'istituto di unificazione statunitense per ferro e acciaio. La notazione AISI ha però assunto erroneamente il sinonimo di "acciaio inox", ma tale istituto codifica anche tipi differenti di acciaio, non solo inox.
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:
* serie 2XX - acciaio austenitico al cromo-nichel-manganese
* serie 3XX - acciaio austenitico al cromo-nichel e cromo-nichel-molibdeno
* serie 4XX - acciai ferritici o martensitici al cromo
* serie 5XX - acciaio martensitico al cromo medio
* 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 mm.
* 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 (< 0,03%);
* 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 (< 0,02%);
* 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 (< 0,03%) Cu (1-2%); ritenuto il migliore acciaio in termini di durabilità e lucentezza; praticamente inattaccabile dagli acidi grazie alla presenza di rame. La casa Rolex è tra le uniche al mondo ad utilizzare questo acciaio per realizzare i propri manufatti.
Questi materiali possono essere anche stabilizzati al [[titanio]] o al [[niobio]] come:
* 316 Ti
* 316 Nb
* 430 Ti.
La formazione cristallina della lega, influenza diverse caratteristiche del materiale con elevata importanza per il suo utilizzo. Quella principale, è la struttura [[magnetismo|magnetica]]:
* 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 facce centrate, l'acciaio è [[austenite|austenitico]] e perciò è [[Paramagnetismo|paramagnetico]].
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 (magnetico).
La differenza tra gli acciai 304 e 316, a parte il costo maggiore e la presenza di [[molibdeno|Mo]] nel 316, è data dalla più elevata austenicità del secondo, grazie alla più alta percentuale di [[nichel]].
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.
== Tipologie di acciaio inossidabile ==
[[File:Piping01.JPG|thumb|pezzi speciali per condutture in acciaio inossidabile.]]
Gli acciai inox si dividono tradizionalmente, secondo la loro microstruttura, in tre grandi famiglie:
* acciai inossidabili [[Ferrite (siderurgia)|ferritici]] (a struttura cristallina "Cubica a Corpo Centrato (CCC)", magnetici);
* acciai inossidabili [[austenite|austenitici]] (a struttura cristallina "Cubica a Facce Centrate (CFC)", ''non'' magnetici);
* acciai inossidabili [[martensite|martensitici]] (a struttura cristallina "Cubica a Corpo Centrato (CCC)", magnetici).
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]], o Duplex;
* acciai inossidabili austenitici al Mn-N o [[Nichel]] -free.
===
Questi acciai hanno buona resistenza meccanica e moderata resistenza alla [[corrosione]]. Hanno grano cristallino a [[reticolo cubico a corpo centrato]] (sono magnetici) come gli acciai al carbonio, ma le caratteristiche meccaniche ''non'' possono essere incrementate per mezzo di trattamenti termici.
Il tenore di [[carbonio]] è minore rispetto agli acciai inossidabili martensitici. Un tipo particolarmente resistente al calore contiene il 26% di [[cromo]]. Altri elementi presenti sono il [[molibdeno]], l'[[alluminio]] per aumentare la resistenza all'[[ossidazione]] a caldo, lo [[zolfo]] per facilitare la lavorabilità.
Il limite di [[Tensione di snervamento|snervamento]] è
Gli acciai inossidabili ferritici hanno una moderata resistenza alla [[corrosione]], che aumenta con la percentuale di cromo e con
Gli impieghi più comuni sono vasellame o posateria di bassa qualità, acquai, lavelli e finiture per l'[[edilizia]]. In lamiere sottili si usano per rivestimenti, piastre per ponti navali, [[sfioratore|sfioratori]], trasportatori a [[catena (meccanica)|catena]], estrattori di fumi e [[depolverizzatore|depolverizzatori]].<ref name="Cashell">{{cita pubblicazione | nome= K.A. |cognome= Cashell et al.|titolo=Ferritic stainless steels in structural applications |rivista=Thin-Walled Structures |editore=Elsevier Science |anno=2014 }}</ref><ref name="You">{{cita pubblicazione | nome= X.-M. |cognome= You et al.|titolo=Ultra-Pure Ferritic Stainless Steels-Grade Refining Operation and Application |rivista=Journal of Iron and Steel Research, International |editore=Elsevier Science |anno=2007 }}</ref>
Gli acciai inossidabili superferritici sono stati ideati per ridurre la suscettibilità alla [[corrosione]] alveolare e alle rotture per tensocorrosione degli inox austenitici. Questi acciai dolci al [[cromo]] hanno due composizioni possibili: cromo 18% e [[molibdeno]] 2%, oppure cromo 26% e molibdeno 1%.
Le proprietà fondamentali sono le stesse degli acciai inox ferritici, con in più la resistenza alla corrosione alveolare e alla rottura da tensocorrosione (SCC); [[saldabilità]] scarsa o discreta.
A causa della bassa saldabilità gli impieghi sono limitati a particolari saldati di meno di 5 mm di spessore. Sono utilizzati per [[pannello solare termico|pannelli]] e radiatori solari, tubi di [[scambiatore di calore|scambiatori di calore]] e di [[condensatore (tecnologie chimiche)|condensatori]], serbatoi per acqua calda e tubazioni di circolazione di [[salamoia|salamoie]] nelle [[industria alimentare|industrie alimentari]].
=== Acciai inossidabili austenitici ===
{{Vedi anche|Leghe inox austenitiche}}
Gli
Il nichel è in grado di estendere il campo austenitico, ossia stabilizza la struttura cristallina tipica delle alte temperature fino a condizioni prossime a quelle normali. La struttura austenitica, in realtà, si conserva in condizioni metastabili a temperatura ambiente, e tale struttura si mantiene per tempi indefiniti, in quanto lo sviluppo completo della forma stabile, perlite, è estremamente lento (vedi [[curve di Bain]]).
Come desumibile dall'esame delle curve di Bain, la trasformazione austeno/perlitica richiede che il materiale sia tenuto in forno per tempi lunghissimi
D'altra parte, le velocità di raffreddamento e le temperature da raggiungere necessarie nella tempra per ottenere martensite sono tali che la struttura cristallina compatibile con processi economicamente interessanti è unicamente quella austenitica.
Gli acciai inossidabili austenitici hanno [[Sistema cubico|struttura cubica a facce centrate]], contenente [[Nichel|Ni]] e [[Cromo|Cr]] in percentuale tale da conservare la [[Austenite|struttura austenitica]] anche a temperatura ambiente. Sono classificati in base alla percentuale di Ni e di Cr (vedi tabella); nella classificazione ASTM costituiscono la serie 3XX.
La composizione base dell'acciaio
Le proprietà fondamentali sono:
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* in condizione di totale [[ricottura]] non si magnetizza.
La loro struttura austenitica (con cristallo CFC, ''non'' magnetici) li rende immuni dalla [[transizione duttile-fragile]] (che si manifesta invece con la [[
La struttura austenitica è [[Paramagnetismo|paramagnetica]] e, quindi, questi acciai possono essere facilmente riconosciuti disponendo di magneti permanenti calibrati.
Gli impieghi di questi acciai sono molto vasti: pentole e servizi domestici, [[serramento|serramenti]]
Gli acciai
* a bassa temperatura la resistenza alla corrosione diminuisce drasticamente: gli [[acido|acidi]] intaccano il film di [[ossido]] protettivo e ciò provoca corrosione generica in questi acciai;
* nelle fessure e nelle zone protette la quantità di [[ossigeno]] può non essere sufficiente alla conservazione della pellicola di ossido, con conseguente corrosione interstiziale;
* nelle soluzioni acquose, gli [[ione|ioni]] degli [[alogenuro|alogenuri]], specie l'[[anione]] (Cl<sup>-</sup>), diffondono nelle discontinuità del film passivante degli acciai inox austenitici e provocano la cosiddetta corrosione per vaiolatura, conosciuta dai corrosionisti come ''[[pitting|pitting corrosion]]''. Un altro effetto dei cloruri è la SCC (''Stress Corrosion Cracking'' - rottura da [[tensocorrosione]]).
L'unico trattamento termico applicabile per questa classe di acciai è la [[solubilizzazione]] del C a 1050 °C, che favorisce la diffusione del carbonio in maniera omogenea
=== Acciai inossidabili martensitici ===
Gli acciai inossidabili martensitici sono leghe al cromo (dall'11 al 18% circa) con [[carbonio]] relativamente elevato (fino a 1,1% in peso), contenenti piccole quantità di altri elementi.
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 è anche conosciuto come acciaio "serie 00".
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.
Per ovviare a tali condizioni sfavorevoli, la procedura produttiva prevede generalmente le seguenti fasi:
# [[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>{{cita testo|url=http://www.agemont.it/studidef/anticorrosione.pdf|titolo=Trattamenti superficiali per aumentare la resistenza alla corrosione della posateria da tavola e più in generale della coltelleria, anche per uso professionale, da cucina|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20140416173747/http://www.agemont.it/studidef/anticorrosione.pdf }}</ref>
# [[rinvenimento]] a temperature diverse a seconda che si voglia privilegiare la durezza, la resistenza alla [[corrosione]] o la [[tenacità]].
Gli acciai inossidabili martensitici sono utilizzati soprattutto per la loro elevata resistenza allo [[scorrimento viscoso]], sebbene la loro formabilità e [[saldatura|saldabilità]] sia estremamente difficoltosa e ''la loro resistenza alla corrosione sia minore rispetto a quella delle altre famiglie.''
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%.
Le proprietà fondamentali sono:
* struttura microcristallina peculiare nota come duplex, [[austenite|austenitica]] e [[Ferrite (siderurgia)|ferritica]], che conferisce più resistenza alle rotture per [[tensocorrosione]];
* maggior grado di [[passivazione]] per il più alto tenore di cromo (e la presenza del molibdeno) e quindi miglior resistenza alla corrosione puntiforme (''[[pitting]]'') rispetto agli acciai inossidabili austenitici 18-8;
* saldabilità e [[forgiatura|forgiabilità]] buone;
* alta resistenza a [[trazione (meccanica)|trazione]] e allo [[Tensione di snervamento|snervamento]].
Gli impieghi più comuni sono: [[scambiatore di calore|scambiatori di calore]], macchine per movimentazione dei materiali, serbatoi e vasche per liquidi ad alta concentrazione di [[cloro]], [[refrigeratore|refrigeratori]] ad acqua marina, [[Dissalazione|dissalatori]], impianti per [[salamoia]] alimentare e acque sotterranee e ricche di sostanze aggressive.<ref name="J.Olsson">{{cita pubblicazione | nome= J. |cognome= Olsson et al.|titolo=Duplex – A new generation of stainless steels for desalination plants |rivista=Desalination |editore=Elsevier Science |anno=2007 }}</ref> Viene usato anche per la costruzione di turbine in centrali idroelettriche.<ref name="Liljas">{{cita pubblicazione | nome= M. |cognome= Liljas |titolo=80 YEARS WITH DUPLEX STEELS, A HISTORIC REVIEW AND
PROSPECTS FOR THE FUTURE |rivista=6th European Stainless Steel Science and Market conference proceedings |editore=Jernkontoret |anno=2008 }}</ref>
=== Acciai inossidabili austenitici al Mn-N o Nichel-free ===
Gli acciai inossidabili austenitici al [[manganese]]-[[azoto]] nascono dalla necessità di sostituire nella lega metallica il [[nichel]]. Infatti, il [[nichel]] è un allergene e ha un elevato costo sia economico sia ambientale.<ref name="Lo">{{cita pubblicazione | nome= K.H.|cognome= Lo et al.|titolo=Recent developments in stainless steels |rivista=Materials Science and Engineering R |editore=Elsevier Science |anno=2009 }}</ref>
Il manganese e l'azoto sono elementi in grado di stabilizzare la microstruttura austenitica. Nel dettaglio, il manganese permette un aumento di solubilità dell'azoto nella matrice ferrosa. L'azoto conferisce il vero e proprio contributo austenitizzante; inoltre, incrementa fortemente le caratteristiche meccaniche e di resistenza a corrosione. Questi elementi inoltre sono entrambi biocompatibili. Per garantire la microstruttura austenitica devono essere presenti in lega in grandi quantità: il manganese fino al 23% e l'azoto fino all'1% (in peso).
Le buone proprietà meccaniche unite alla biocompatibilità e a una sufficiente lavorabilità, rendono per le applicazioni mediche questi acciai dei validi sostituti agli acciai inossidabili austenitici convenzionali.<ref name="Park">{{cita pubblicazione | nome= K.-T. |cognome= Park et al.|titolo=Stacking fault energy and plastic deformation of fully austenitic high manganese steels: Effect of Al addition |rivista=Materials Science and Engineering A |editore=Elsevier Science |anno=2010 }}</ref>
<ref name="Sumita">{{cita pubblicazione | nome= M. |cognome= Sumita et al.|titolo=Development of nitrogen-containing nickel-free austenitic stainless steels for metallic biomaterials - review |rivista=Materials Science and Engineering C |editore=Elsevier Science |anno=2004 }}</ref>
== Applicazioni ==
=== Acciai inox per acqua potabile === Secondo il Decreto del Ministero della Sanità del 21 marzo 1973<ref>{{cita web|url=http://www.gazzettaufficiale.it/do/gazzetta/foglio_ordinario2/2/pdfPaginato?dataPubblicazioneGazzetta=19730420&numeroGazzetta=104&tipoSerie=FO&tipoSupplemento=SO&numeroSupplemento=0&edizione=0&elenco30giorni=&numPagina=1|titolo=Gazzetta Ufficiale pdf - Gazzetta Storica - Repubblica Parte 1 n. 104 del 20-04-1973 (Supplemento Ordinario)|accesso=20 giugno 2016}}</ref> i tipi di acciai inossidabili che possono essere impiegati per il contatto con acque potabili, e più in generale con gli alimenti, sono i seguenti:
{| class="wikitable" style="margin:auto;clear:both;text-align:center;"
|- bgcolor="#
|| Sigla UNI EN 10088-1|| Sigla AISI
|- bgcolor="#
||X12CrNi17-07||301
|- bgcolor="#
||X10CrNi18-09||302
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||X16CrNi16||431
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=== Armature inossidabili ===
Le barre di acciaio inox utilizzate per strutture in calcestruzzo armato in genere sono realizzate con acciai inossidabili di microstruttura austenitica o duplex austeno-ferritica.
Le armature in acciaio inox, al contrario delle [[armatura (edilizia)|armature comuni in acciaio al carbonio]], rientrano nel ''gruppo delle armature poco sensibili alla [[corrosione]]''.
Le barre d'acciaio inossidabile però devono garantire le stesse prestazioni meccaniche ([[Tensione di snervamento|resistenza allo snervamento]] e la [[duttilità]]) richieste alle normali barre d'armatura. A tal fine le armature di acciaio inossidabile austenitico vengono sottoposte a trattamenti di rafforzamento mentre per gli acciai inossidabili duplex, tali trattamenti non sono indispensabili.
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.
=== Acciaio inox per alte temperature ===
Questi acciai inox sono stati messi a punto per operare a elevata temperatura in condizioni [[ossidazione|ossidanti]]. La percentuale di [[cromo]] è del 24% e il [[nichel]] va dal 14 al 22%.
Le proprietà fondamentali sono resistenza all'[[ossidazione]] (sfaldatura) ad alta temperatura e buona resistenza meccanica alle alte temperature.
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 criogenia ===
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.
Nell'UV si necessita di una tipologia d'acciaio austenitico (AISI 316), poiché possiede una struttura molto legata e di conseguenza meno attaccabile chimicamente.<br />
La presenza di metalli refrattari, come il [[molibdeno]], aiuta a legare elettro-chimicamente gli [[atomo|atomi]] di [[ferro]], conferendone maggiore [[inerzia]] e un grado di [[durezza]] superiore (circa 180 [[gradi Vickers]]).<br />
L'acciaio austenitico permette di utilizzare la lega anche nell'UHV, poiché l'amagneticità strutturale le dona un'inerzia quasi totale alle interazioni "deboli" garantendo un vuoto più pulito.<br />
La presenza di [[cromo]], nonostante le sue caratteristiche ferriticizzanti, conferisce all'acciaio stabilità ed elasticità, garantendone così duttilità e malleabilità.<br />
Resta comunque il fatto che, in questa tecnologia, l'acciaio più utilizzato sia quello austenitico.<br />
La sua temperatura di fusione è di 1435 °C, tuttavia dobbiamo considerare che, durante la saldatura, nell'intervallo di temperatura tra i 600 e gli 800 °C, si trasforma, o meglio decade, da austenitico a ferritico (come indicato nel diagramma di sensibilizzazione di Schaeffler).<br />
Il suo decadimento è più rapido e permanente per gli acciai 304 rispetto ai 316.<br />
Periodo di sensibilizzazione:
* 304: 10 minuti;
* 304 L: 30 minuti;
* 316 L: un'ora.
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 a vuoto|camere da vuoto]], delle [[flangia|flange]] e di eventuali altri elementi come bulloni e dadi; in ogni modo, una camera da vuoto in acciaio richiede ulteriori trattamenti finalizzati a diminuire il costante degasaggio di [[idrogeno]] dalle sue pareti. Uno dei principali è il ''vacuum firing'', con il quale l'acciaio viene in primo luogo scaldato a 1400 °C e poi rapidamente raffreddato, per attraversare celermente la zona di sensibilizzazione senza decadere in ferritico. Così, oltre alla diminuzione della percentuale di [[azoto]] sulle superfici, si ottiene un aumento della sua austeniticità.
== Problematiche specifiche ==
=== Contaminazione ferrosa ===
La resistenza alla corrosione dell'acciaio inox può essere messa in pericolo dalla contaminazione ferrosa derivante da particelle provenienti da operazioni di taglio, rettifica e saldatura dell'acciaio al carbonio. La presenza di contaminazioni sulle superfici del metallo, oltre a creare un difetto estetico può dar luogo a inneschi di corrosione localizzata ([[pitting]]), anche solo a contatto con aria, pregiudicando la giusta condizione di passività nel tempo. Infatti, le particelle di ferro che si depositano sulla superficie dell'acciaio inox, ad esempio a causa di ''spruzzi'' di saldatura di componenti di acciaio al carbonio, si ossidano molto velocemente formando la [[ruggine]], anche solo in presenza dell'umidità atmosferica, causando un'antiestetica macchiatura della superficie, che in alcuni casi, ostacolando il fenomeno di naturale passivazione dell'acciaio inox, può evolvere in fenomeni di pitting. Per questa ragione la lavorazione dell'acciaio al carbonio e quella dell'acciaio inossidabile devono avvenire in due zone distinte e separate.
Inoltre, gli attrezzi manuali (es. spazzole) e i macchinari utilizzati (es. presse), non devono contenere acciaio al carbonio e devono essere puliti in maniera approfondita quando si passa dall'acciaio al carbonio all'acciaio inossidabile. Le lavorazioni di taglio, saldatura o sabbiatura non devono essere fatte con elementi contenenti acciaio al carbonio (es. dischi abrasivi, elettrodi, graniglia). Per lo stesso motivo, nello stoccaggio e nella movimentazione dell'acciaio inossidabile, deve essere evitato qualsiasi contatto con attrezzi di acciaio al carbonio, ad esempio forche di elevatori, catene, scaffalature, ecc.
Per verificare la avvenuta contaminazione esistono appositi test. Una volta contaminato l'acciaio inox, può esserne effettuata la decontaminazione mediante trattamento con specifiche paste passivanti a base di acido fosforico o nitrico. Per rimuovere qualunque traccia di soluzione acida e contaminanti disciolti si dovrà risciacquare l'acciaio con acqua deionizzata e asciugare la parte pulita. In questo caso è necessario trattare l'intera superficie inox, per evitare l'effetto "a chiazze". Gli stessi prodotti possono essere utilizzati nel caso di [[pitting|ossidazione]] dovuta a un'elevata esposizione ad agenti corrosivi quali la salsedine. La contaminazione ferrosa è quella più ricorrente sugli acciai inox, ma si possono comunque verificare fenomeni di contaminazione da altri metalli non ferrosi, come alluminio, rame, piombo, ecc. Le modalità per eliminare le tracce contaminanti sono le stesse consigliate per le tracce ferrose.
=== Sensibilizzazione ===
La sensibilizzazione degli acciai inossidabili è un problema legato alla corrosione e coinvolge principalmente gli acciai inossidabili aventi un elevato tenore di [[carbonio]]. Questo fenomeno metallurgico di degrado del materiale corrisponde alla [[Precipitazione (chimica)|precipitazione]] di [[carburi]] di cromo ai bordi dei grani cristallini. Ciò avviene a seguito di esposizione a temperature comprese tra i 450 °C e i 950 °C.
Tale [[Precipitazione (chimica)|precipitazione]] porta nelle zone adiacenti a un impoverimento di [[cromo]] e più in generale degli alliganti [[Passivazione|passivanti]] che garantiscono la formazione del film protettivo superficiale di ossidi.
Di conseguenza qualora il materiale verrà esposto ad ambienti aggressivi verrà portato alla disgregazione della matrice metallica, a seguito di una [[corrosione]] preferenziale lungo i bordi grano cristallini.<ref name="Boniardi 2014" />
== Giunzioni ==
I manufatti in acciaio inox vengono frequentemente giuntati mediante saldatura e bullonatura. Un errore comune è quello di utilizzare elettrodi e bulloni contenenti acciaio al carbonio invece di utilizzarli zincati. Oltre al problema della contaminazione ferrosa, il mettere a contatto l'acciaio inox con un materiale meno nobile determina l'innesco di celle galvaniche, nel momento in cui un elettrolita entra in gioco, con conseguente corrosione del materiale meno nobile.
== Normativa di riferimento ==
* UNI EN 10088-1:2005 - Acciai inossidabili - Parte 1: Lista degli acciai inossidabili
* 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 web|url=https://www.izs.it/bollettino_segn_legislative/bollettini_2008/novembre_08/4.pdf|titolo=Decreto 24 settembre 2008, n .174<br>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.|sito=Gazzetta Ufficiale della Repubblica Italiana|data=7 novembre 2008|accesso=24 settembre 2023|urlmorto=sì|dataarchivio=1 gennaio 2023|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20230101232820/https://www.izs.it/bollettino_segn_legislative/bollettini_2008/novembre_08/4.pdf}}</ref>
== Note ==
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== Altri progetti ==
{{interprogetto
== Collegamenti esterni ==
* {{Collegamenti esterni}}
* {{cita web |url=http://www.worldstainless.org/About+stainless/ |titolo=Articoli su acciaio inossidabile |accesso=29 dicembre 2008 |urlarchivio=https://web.archive.org/web/20090106003613/http://www.worldstainless.org/About+stainless# |urlmorto=sì }}
* {{cita web | url = http://www.worldstainless.org/ISSF/Files/ISSF%20The%20Ferritic%20Solution%20Italian.pdf | titolo = La soluzione ferritica | accesso = 7 settembre 2009 | urlarchivio = https://web.archive.org/web/20101130212624/http://worldstainless.org/ISSF/Files/ISSF%20The%20Ferritic%20Solution%20Italian.pdf | urlmorto = sì }}
* {{cita web |url=https://condorinox-lavorazioni.it/certificazione-m-o-c-a |titolo=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 |urlmorto=no }}
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[[Categoria:Acciaio per tipo]]
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