Acciai inossidabili duplex

Acciai inossidabili duplex
Gli acciai inossidabili ferritici e austenitici hanno un comportamento differente nei confronti della resistenza
alla corrosione: i ferritici hanno una buona resistenza alla corrosione sotto sforzo, migliore di quella degli
acciai austenitici, mentre questi ultimi presentano una più alta resistenza alla corrosione generalizzata.
Si è trovato che una struttura bifasica, formata cioè da austenite e ferrite, fornisce le condizioni più
vantaggiose nei confronti della resistenza a corrosione, in particolare quando la presenza delle due fasi è in
proporzioni circa uguali.
Gli acciai così ottenuti prendono il nome di acciai duplex.
Per ottenere gli acciai duplex si opera sulla quantità degli elementi in lega, bilanciando opportunamente nella
composizione le quantità di elementi che favoriscono la formazione della ferrite (quali il Cr e il Mo) con quelli
che, al contrario, favoriscono la formazione dell’austenite (Ni).
La maggiore resistenza alla corrosione, rispetto agli acciai inox formati da una sola fase, è dovuta alla
protezione catodica che la ferrite è in grado di svolgere sulle aree austenitiche.
Gli acciai duplex presentano di norma un tenore di Cr elevato, sempre superiore al 16%, il Ni
tendenzialmente basso (5÷6%) accompagnato da elementi quali Mo, Si, Mn, Cu.
Si sono diffusi anche acciai con più elevati tenori di Cr (circa il 25%), destinati all’impiego in ambienti
particolarmente aggressivi. Questi acciai sono noti con il nome di superduplex.
I principali acciai duplex sono riportati in tabella 1.
designazione
X2CrNi23-4 – EN1.4362
X2CrNiMoN22-5-3 - EN1.4462
X2CrNiMoCuWN25-7-4 - EN1.4501 (superduplex)
Cr
22÷24
21÷23
24÷26
Ni
3,5÷5,5
4,5÷6,5
6÷8
Mo
0,1÷0,6
2,5÷3,5
3,4
N
0,05÷0,2
0,1÷0,22
0,2÷0,3
altri
Cu 0,1÷0,6
Cu 0,5÷1 W 0,5÷1
tabella 1
Proprietà meccaniche
Gli acciai duplex presentano elevati valori di carico di snervamento e di carico massimo, una buona tenacità
e una resistenza a fatica superiore a quella degli acciai austenitici. Queste proprietà consentono di poter
ridurre i pesi delle strutture e di conseguenza i costi.
Gli acciai duplex sono molto sensibili a fenomeni di infragilimento dovuti ad alte temperature. Sono quindi da
evitare impieghi a temperature superiori a 300°C.
In tabella 2 sono riportate le caratteristiche meccaniche di alcuni tipi di acciai duplex.
designazione
X2CrNi23-4 – EN1.4362
X2CrNiMoN22-5-3 - EN1.4462
X2CrNiMoCuWN25-7-4 - EN1.4501 (superduplex)
Rp0,2
2
[N/mm ]
≥400
≥460
≥530
Rm
2
[N/mm ]
630÷800
640÷840
730÷930
A
%
≥25
≥25
≥25
KV
[J]
60
60
60
tabella 2
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A. Pandolfo, G. Degli Esposti
Tecnologie meccaniche di processo e di prodotto
© 2012 RCS RCS Libri S.p.A., Milano - Calderini
Trattamenti termici degli acciai duplex
Questi acciai vengono sottoposti a solubilizzazione, con modalità analoghe a quelle viste per gli acciai
austenitici: riscaldamento a temperature comprese tra 1050 e 1150°C, seguito da un rapido raffreddamento
in acqua. Con questo trattamento si realizza il rapporto ottimale tra ferrite e austenite e si eliminano eventuali
fasi non desiderate che si sono separate durante le lavorazioni di trasformazione plastica.
Applicazioni degli acciai duplex
I campi di applicazione degli acciai duplex sono molto vasti, grazie alle elevate proprietà meccaniche e alle
buone caratteristiche di resistenza alla corrosione anche nei confronti di molti acidi, quali l’acido solforico,
nitrico, fosforico acetico ecc.
I principali impieghi riguardano le industrie della carta (cilindri molto sollecitati, autoclavi, filtri ecc.), della
chimica (recipienti in pressione, scambiatori di calore ecc.), le raffinerie di petrolio, l’industria alimentare
(centrali del latte, caseifici, fabbriche di birra e conserve ecc).
Acciai indurenti per precipitazione
Gli acciai inossidabili presentano in genere resistenze meccaniche non molto elevate, se si fa eccezione per
gli acciai martensitici, che però non hanno applicazioni molto diffuse.
Aggiungendo in lega elementi che favoriscono la formazione di particelle tali da deformare il reticolo
cristallino, si può creare un ostacolo al movimento delle dislocazioni, migliorando così la resistenza del
materiale. Il rinforzo per precipitazione costituisce il metodo più efficace per ridurre la deformabilità del
materiale metallico.
Gli elementi di lega che servono a tale scopo devono presentare:
-
solubilità nella matrice metallica alle alte temperature;
diminuzione del limite di solubilità al diminuire della temperatura, in modo che, raffreddando
velocemente si hanno delle soluzioni soprassature.
Gli acciai indurenti per precipitazione, noti anche con il termine acciai P.H. (Precipitation Hardening), devono
essere sottoposti necessariamente a un trattamento termico composto dai seguenti cicli:
- solubilizzazione: si riscaldano i pezzi a una temperatura, variabile tra 900 e 1100°C a seconda del
tipo di materiale; in questa fase gli elementi di lega entrano nel reticolo dell’austenite
(solubilizzazione);
- raffreddamento veloce in acqua fino alla temperatura ambiente;
- invecchiamento: riscaldamento a temperatura compresa tra 425 e 675°C, a seconda delle
caratteristiche richieste. In questa fase si ha la precipitazione degli elementi di lega.
Dopo il trattamento, questi acciai presentano una resistenza alla corrosione superiore a quella degli acciai
inox martensitici e possono sopportare carichi notevolmente superiori rispetto agli acciai austenitici.
Gli acciai inox indurenti per precipitazione possono essere suddivisi in tre categorie:
- martensitici: sono quelli più impiegati e con caratteristiche di resistenza maggiori. Durante il
riscaldamento si ottiene una struttura austenitica che, durante il raffreddamento, si trasforma in
martensite;
- austenitici: caratterizzati da un’elevata presenza di Ni, elemento in grado di stabilizzare l’austenite.
Il miglioramento della caratteristiche meccaniche è dovuto unicamente al bloccaggio delle
dislocazioni;
- semiaustenitici: in questi acciai la percentuale con la quale compaiono gli elementi lega è studiata
in modo da ottenere solo una parziale trasformazione in martensite. Il trattamento termico di questo
tipo di acciai è diverso da quelli precedenti. Infatti, al termine del raffreddamento dopo la
solubilizzazione, questi presentano una struttura formata da austenite e ferrite δ.
Per ottenere la martensite è necessario sottoporre il materiale a due successivi trattamenti: il primo
per formare la martensite e il secondo per far precipitare gli elementi indurenti.
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La tabella 3, riferita a tre tipi di acciai, mostra chiaramente la possibilità di variare notevolmente le
caratteristiche meccaniche agendo sulle temperature dei trattamenti che seguono la solubilizzazione.
Tipo di acciaio
Austenitici
Semiaustenitici
Martensitici
Trattamento termico
Solubilizzazione a 1200°C
Solubilizzazione+rinvenimento a 700°C
Solubilizzazione+rinvenimento a 650°
Solubilizzazione a 1065°C
Solubilizzazione+rinvenimento a 760°C
Solubilizzazione+rinvenimento a 510°C
Solubilizzazione a 1035°C
Solubilizzazione+rinvenimento 1h a 480°C
Solubilizzazione+rinvenimento 1h a 550°C
Solubilizzazione+rinvenimento 4h a 590°C
Rp(0,2)
2
[N/mm ]
260
610
690
280
700
1400
770
1250
1000
800
Rm
2
[N/mm ]
620
960
1000
910
1000
1500
1050
1350
1070
970
A
%
70
25
20
30
9
8
12
10
12
14
HRC
30
32
43
40
35
31
tabella 3
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