Acciai Speciali Terni SCHEDA DI APPROFONDIMENTO TECNICO

SCHEDA DI APPROFONDIMENTO TECNICO
SULLA SALDATURA DEGLI ACCIAI SUPERFERRITICI
AST470LI EN1.4613 E AST460LI EN1.4611
Acciai Speciali Terni
Gli acciai inox superferritici della
Acciai Speciali Terni: perché sceglierli
Gli acciai superferritici grazie alla loro stabilizzazione al titanio e
niobio (Ti e Nb), nonché al basso valore di interstiziali carbonio e
azoto (C+N) offrono un’eccellente saldabilità ed una resistenza a
corrosione del giunto saldato paragonabile a quella del materiale
base. Per poter ottenere le prestazioni citate è necessario
applicare i consigli ed effettuare le opportune regolazioni delle
macchine secondo le indicazioni suggerite in questo documento.
Tale scheda tecnica/illustrativa ha lo scopo di fornire delle
indicazioni generali; per eventuali approfondimenti l’ente Mill
Representative si rende comunque disponibile a fornire tutte le
informazioni necessarie per un corretto processo di saldatura
secondo le esperienze maturate nel corso del tempo.
«Eccellente saldabilità ed una
resistenza a corrosione del giunto
saldato paragonabile a quella del
materiale base»
• Resistenza alla corrosione per pitting
equivalente agli austenitici standard
• Basso interstiziali (C+N), per una
migliore lavorabilità
• Bistabilizzati (Ti+Nb), a garanzia di
elevata resistenza alla corrosione
intergranulare
• Approvati dal Ministero della Salute per
il contatto alimentare (D.M. 21/3/73 e
successivi aggiornamenti)
• Economicità e bassa volatilità, per
assenza di elementi quali nichel e
molibdeno
DESCRIZIONE DEI SUPERFERRITICI
Gli acciai inossidabili 460LI e 470LI sono degli acciai superferritici di ultima generazione, sviluppati e prodotti grazie a nuovi assetti
impiantistici nella sede produttiva di Terni. Tali investimenti consentono di realizzare questi acciai mediante la metallurgia secondaria
sottovuoto (VOD - Vacuum Oxygen Decarburation). Il particolare processo produttivo e la composizione chimica permettono di ottenere
valori di resistenza alla corrosione paragonabili o superiori a quelli degli acciai austenitici classici come, ad esempio, l’AISI 304 e 316
rispettivamente. La possibilità di impiegare acciai superferritici rappresenta un’alternativa economicamente vantaggiosa rispetto
all'utilizzo dei tradizionali austenitici, offrendo maggiori garanzie in termini di stabilità di prezzo.
Acciaio
460LI (1.4611)**
470LI (1.4613)**
C+N (%)
<0.04
Cr (%)
19.0 ÷ 22.0
Ni (%)
Ti (%)
<0.5
<1*
Nb (%)
<1*
Mo (%)
<0.5
22.0 ÷ 25.0
* Il rapporto di stabilizzazione rispetta la seguente relazione: (Ti+Nb)=0.2+4x(C+N).
** Assegnazione provvisoria del numero identificativo in uscita nel prossimo aggiornamento della normativa UNI EN 10088-2
Il principio della stabilizzazione
Gli acciai superferritici sono caratterizzati dalla presenza di elementi cosiddetti stabilizzanti, come il titanio e il niobio, seguendo il criterio di
stabilizzazione mista, per cui il titanio stabilizza l’azoto alla temperatura di solidus mentre il niobio stabilizza il carbonio. La presenza di
carburi e nitruri degli elementi stabilizzanti, oltre a prevenire la precipitazione di carburi di cromo, permette di controllare l’ingrossamento
del grano nei trattamenti termici e in saldatura.
La presenza di titanio e niobio conferisce inoltre al materiale una maggiore resistenza alla corrosione in particolar modo in prossimità dei
giunti saldati.
Il basso valore di interstiziali (C+N), ottenibile mediante la tecnologia VOD (Vacuum Oxygen Decarburation), permette una più omogenea
distribuzione dei carbonitruri nella matrice, garantendo maggiore duttilità e migliore resistenza alla corrosione.
TECNICHE DI PREPARAZIONE DELLA SALDATURA
Preparazione della saldatura
L’area di lavoro deve essere in un luogo separato e lontano da zone
in cui viene lavorato l’acciaio al carbonio. Si raccomanda di pulire
bene i guanti e gli abiti da lavoro se precedentemente usati per
altre lavorazioni. Gli strumenti utilizzati per gli acciai inossidabili
non devono essere utilizzati per altri materiali. Le spazzole devono
essere di materiale inossidabile. I macchinari per la lavorazione,
quali cesoie, presse e rulli, devono essere munite di mezzi (feltro,
cartone, teli di plastica) per evitare la contaminazione del metallo
con particelle ferrose.
Preparazione dei lembi
Per saldature di testa e per spessori superiori a 2.0 mm si consiglia
una cianfrinatura per consentire una corretta penetrazione al
bagno di saldatura. Questa lavorazione deve preferibilmente
essere effettuata con mezzi meccanici, tornitura, fresatura o
piallatura; getto d’acqua o taglio al plasma.
Q [kJ/cm] = (UxIx60) / (Vx1000)
Dove U [Volt] = arco di tensione; I [Ampérè] = corrente di saldatura,
V [cm/min] = velocità di saldatura.
2 mm
0-2 mm
Influenza termica nei parametri di saldatura
Si deve prestare particolare attenzione a contenere l’apporto di
calore; questa precauzione è fondamentale per evitare
l’ingrossamento del grano ed incorrere nel rischio di infragilire la
struttura. L’apporto di calore Q può essere calcolato come segue:
60 - 70°
PROBLEMATICHE TIPICHE NELLA SALDATURA DEGLI ACCIAI FERRITICI
Ingrossamento del grano
Nella saldatura, l’ingrossamento del grano si presenta laddove il
materiale abbia subito un ciclo termico di riscaldamento non
propriamente corretto; fisicamente si manifesta con una riduzione
delle caratteristiche meccaniche del giunto saldato.
È particolarmente evidente negli acciai inossidabili ferritici in cui, a
causa dell’eccessivo riscaldamento dovuto alla saldatura e del
veloce raffreddamento, si genera nella zona termicamente
alterata una struttura con grani grandi e particolarmente
predisposti alla rottura fragile; con conseguente decadimento
della tenacità del giunto realizzato.
L’insieme dei fenomeni citati ribadisce l’importanza della
minimizzazione dell’apporto termico nei processi di saldatura degli
inox ferritici. In questa valutazione si tenga presente che la
conducibilità termica degli acciai ferritici è superiore rispetto agli
austenitici tradizionali.
Conducibilità termica
U.M.
Austenitici
Ferritici
Superferritici
W/m/K
15
26
Infragilimento
La famiglia degli acciai ferritici è affetta dalla problematica
dell’infragilimento in quanto la struttura cristallina di questi acciai
rende possibile l’intrappolamento di idrogeno e azoto durante la
fase di saldatura e successivo raffreddamento. Questi elementi
non riescono facilmente a fuoriuscire e possono causare effetti
indesiderati all’utilizzatore finale. A titolo di esempio, quando si
esegue una saldatura con gas di protezione avente idrogeno (H)
e/o azoto (N), anche in modeste quantità, si incorre nel rischio di
decadimento delle proprietà meccaniche del giunto saldato.
Pertanto si consiglia di utilizzare gas di protezione contenente
principalmente argon (Ar) ed evitare assolutamente la presenza di
elementi come idrogeno e azoto.
Saldatura con eccessivo apporto termico e conseguente
infragilimento del materiale che non ha resistito meccanicamente
alla fase di deformazione radiale.
Macrografia di una saldatura in cui
si evidenzia la zona fusa (al centro) e
la Z.T.A. (zona termicamente
alterata ) ai due lati
Materiale base
Zona
termicamente alterata
Zona fusa
Zona
termicamente alterata
Materiale base
Micrografia del materiale base, zona
fusa e Z.T.A. (zona termicamente
alterata) rispettivamente
TECNICHE DI SALDATURA E SUGGERIMENTI
Introduzione
Gli acciai inossidabili sono facilmente saldabili con tutte o quasi le tecniche di saldatura. Esistono, però, delle differenze nel saldare un
acciaio ferritico/superferritico rispetto ad un tradizionale acciaio austenitico. In questo caso vi sono dei parametri che si consiglia di tenere
sotto controllo. Utilizzando la formula dell’apporto termico Q = (UxIx60) / (Vx1000) precedentemente descritta, si calcoli tale valore per
una saldatura con acciaio austenitico; in linea generale si può consigliare, una riduzione del 20%-30% di Q, variando i parametri tensione
corrente-velocità. Questa riduzione dell’apporto termico è legata alla proprietà dei ferritici di condurre meglio il calore rispetto agli
austenitici.
Saldatura ad arco con elettrodo rivestito
Tale tecnica di saldatura prevede, solitamente, la possibilità di
regolazione dei parametri elettrici e non della velocità di
esecuzione, che è manuale e difficilmente moderabile. Per una
corretta saldatura del superferritico, sia essa omogenea che
eterogenea, si consiglia di ridurre l’apporto termico ed utilizzare un
elettrodo secondo la tabella degli elettrodi.
Saldatura TIG
Questa tecnica di saldatura è molto diffusa nel mondo degli
utilizzatori finali di acciaio inossidabile; in questo caso i parametri
che possono essere variati sono: corrente, velocità di esecuzione
(solo nel caso di macchine ad avanzamento automatico) e gas di
protezione. Per una corretta saldatura si consiglia di ridurre
l’apporto termico moderando la corrente di esercizio, aumentare il
flusso della protezione al rovescio (laddove possibile) e/o usufruire
di piastre refrigeranti per una migliore dispersione del calore.
Il gas di protezione consigliato è composto da argon (Ar) oppure
argon ed elio (Ar+He), quest’ultimo caso per migliorare la
penetrazione della saldatura.
Saldatura MIG
La tecnica di saldatura MIG prevede l’impiego di un metallo di
apporto; si consiglia una riduzione dell’apporto termico e
l’impiego di gas contenente argon (Ar) oppure argon ed anidride
carbonica (Ar+CO2) con CO2 < 2,5%, per migliorare la penetrazione della saldatura.
In questo caso il filo d’apporto consigliato per la saldatura è il 308L
o il 309L secondo le indicazioni generali della seguente tabella.
10 mm
Foto e macrografia di un giunto saldato con tecnologia TIG
senza materiale di riporto
10 mm
Tabella degli elettrodi consigliati in relazione al tipo di giunto
308L
460LI-460LI
460LI-304L
309L
470LI-304L
470LI-470LI
470LI-316L
Foto e macrografia di un giunto saldato con tecnologia TIG
con materiale di riporto
Saldatura laser e plasma
La saldatura dell’acciaio inox, con queste due tecniche, fornisce al
materiale elevata energia ad alta concentrazione tanto da non
alterare significativamente la struttura del materiale stesso. Tra le
due tecniche, quella laser risulta quella più comunemente
utilizzata nel mondo degli acciai inossidabili, grazie alla sua
automazione, flessibilità e costi. Queste due tecniche di saldatura
non prevedono particolari accorgimenti se non per l’impiego di
gas di protezione o di raffreddamento che non devono contenere
idrogeno (H) o azoto (N).
10 mm
Foto e macrografia di un giunto saldato con tecnologia laser
Saldatura a resistenza
La saldatura a resistenza per punti o mediante dischi, può essere
eseguita senza particolari problemi. In ogni caso, vanno
monitorati tutti i parametri elettrici considerando che la resistività
elettrica di un ferritico/superferritico è mediamente inferiore
rispetto a quella di un austenitico come il 304; la macchina che
esegue la saldatura dovrà essere impostata in modo tale che si
tenga conto della differente resistività, come riportato in tabella.
Trattamenti post saldatura
Negli acciai inossidabili non è necessario eseguire cicli termici
post-saldatura ma gli ossidi generati in prossimità del cordone
devono essere rimossi; si possono utilizzare tecniche di
decapaggio industriale o anche paste decapanti che possono
essere utilizzate solo localmente. A tal proposito si consiglia di
seguire le indicazioni fornite nelle normative ASTM-A380 e ASTMA967 tenendo in considerazione che per un corretto decapaggio
del 460LI è necessario considerare i valori indicati nella normativa
per quanto riguarda i ferritici con elevate prestazioni; mentre per il
470LI si possono incrementare i parametri fino a raggiungere
quelli indicati per gli austenitici al molibdeno come il 316L.
Resistività elettrica
U.M.
INOX 304L
µWm
0,7
INOX 470LI
0,6
Effetto dei trattamenti di post-saldatura in un elemento saldato
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01-2015