L’acciaio inossidabile è un tipo di acciaio. Per acciaio si intende l’acciaio contenente meno del 2% di carbonio (C), mentre oltre il 2% si tratta di ferro. Durante il processo di fusione vengono aggiunti elementi di lega come cromo (Cr), nichel (Ni), manganese (Mn), silicio (Si), titanio (Ti) e molibdeno (Mo) per migliorare le prestazioni dell’acciaio e renderlo resistente alla corrosione (cioè inossidabile). L’acciaio inossidabile è un acciaio altamente legato in grado di resistere alla corrosione nell’aria o in mezzi chimici corrosivi. In base allo stato strutturale dell’acciaio allo stato normalizzato, può essere suddiviso in acciaio inossidabile ferritico, acciaio inossidabile austenitico e acciaio inossidabile martensitico.
01 Acciaio inossidabile ferritico.
Quando il contenuto di cromo raggiunge il 13%, la lega ferro-cromo non presenta trasformazione della fase γ; quando il contenuto di cromo raggiunge il 12%, può resistere alla corrosione. Pertanto, l’acciaio ferritico Cr13 diventa acciaio inossidabile ferritico.
Caratteristiche: l’acciaio inossidabile ferritico presenta una buona resistenza alla corrosione e all’ossidazione, in particolare un’eccellente resistenza alla corrosione sotto sforzo, ma proprietà meccaniche (il carico di snervamento è superiore a quello dell’acciaio inossidabile austenitico, ma la tenacità all’urto è bassa e il materiale è fragile) e caratteristiche di lavorazione scarse. Viene utilizzato principalmente per strutture resistenti agli acidi sottoposte a basse sollecitazioni e come acciaio resistente all’ossidazione.
1. Tipi e qualità di acciaio inossidabile ferritico
⑴ Tipo Cr13: ad esempio 0Cr13, 0Cr13Al (Al: amplia la fase F, resistente all’ossidazione), ecc.; spesso utilizzato come acciaio resistente al calore e all’ossidazione.
⑵ Tipo Cr16-19: ad esempio Cr17, Cr17Ti, Cr17Mo1Nb, ecc.; può resistere alla corrosione atmosferica, in acqua dolce e in mezzi di acido nitrico diluito.
⑶ Tipo Cr25-28: ad esempio Cr25Ti, Cr26Mo1, Cr28, ecc.; sono acciai resistenti agli acidi e ai mezzi fortemente corrosivi.
2. Fragilità dell’acciaio inossidabile ferritico
Lo svantaggio dell’acciaio ferritico ad alto contenuto di cromo è la sua elevata fragilità. Le cause principali sono:
⑴ Grani originari grossolani:
① La struttura è grossolana allo stato colato e non può essere affinata mediante trasformazione di fase durante il riscaldamento e il raffreddamento, ma solo mediante ricristallizzazione per deformazione;
② La ferrite ha una bassa temperatura di ingrossamento dei grani e un’elevata velocità di ingrossamento dei grani a causa della rapida diffusione atomica (il principio è lo stesso della F: non si verifica corrosione intergranulare e il Cr diffonde rapidamente). Soluzione: nella produzione, la temperatura di forgiatura finale o la temperatura di laminazione finale viene controllata a 750℃ o meno; viene aggiunta una piccola quantità di titanio all’acciaio per impedire la crescita dei grani con Ti (C, N); viene aumentata la quantità di austenite ad alta temperatura nell’acciaio inossidabile ferritico per controllare l’ingrossamento dei grani.
⑵ Fase σ: la fase σ ha un’elevata durezza (HRC68 o superiore) ed è spesso distribuita lungo i bordi dei grani; pertanto, causa una forte fragilità e può favorire la corrosione intergranulare. (Un raffreddamento rapido riduce la sua precipitazione)
⑶ Fragilità a 475℃: (dopo un riscaldamento prolungato nell’intervallo di temperatura 400-500℃ o un raffreddamento lento in questo intervallo, l’acciaio diventa molto fragile a temperatura ambiente)
Motivo: quando viene riscaldato a 475℃, gli atomi di cromo nella ferrite tendono a ordinarsi formando numerose ferriti ricche di cromo, che mantengono una relazione coerente con la fase madre, causando distorsione del reticolo e tensioni interne. In questo momento, la resistenza dell’acciaio aumenta, la tenacità all’urto diminuisce e la fragilità aumenta
⑷ L’acciaio contiene impurità e inclusioni come C, N e O
3. Trattamento termico dell’acciaio inossidabile ferritico
⑴ La struttura di equilibrio dell’acciaio inossidabile ferritico è ferrite + carburo di cromo
⑵ Scopo: per ottenere una struttura ferritica a composizione uniforme, ridurre la precipitazione dei carburi, eliminare la tendenza alla corrosione intergranulare ed eliminare la precipitazione della fase σ e la fragilità a 475℃, l’acciaio inossidabile ferritico viene spesso sottoposto a tempra, rinvenimento o ricottura dopo la laminazione a caldo. (Quando precipitano i carburi, è probabile che si verifichino corrosione per vaiolatura e corrosione intergranulare)
02 Acciaio inossidabile austenitico
L’acciaio inossidabile austenitico è sviluppato con il 18% di Cr e l’8% di Ni come composizione tipica. (Acciaio inossidabile austenitico tipo 18-8) Caratteristiche: elevata resistenza alla corrosione (superiore a quella dell’acciaio inossidabile M, inferiore a quella dell’acciaio inossidabile F), elevata plasticità, tenacità e tenacità alle basse temperature, facilità di lavorazione in varie forme, buona saldabilità, non magnetico, ecc.; in altre parole, buone proprietà meccaniche complessive. È il tipo di acciaio inossidabile più diffuso.
1、Qualità di acciaio tipiche, proprietà e applicazioni
⑴ Acciaio inossidabile Cr-Ni: 0Cr18Ni9, 1Cr18Ni9, 1Cr18Ni9Ti, 1Cr18Ni11Nb, 00Cr18Ni10, 00Cr17Ni7Cu2 (l’aggiunta di Ti e Nb riduce la corrosione intergranulare; l’aggiunta di Cu riduce la corrosione sotto sforzo e amplia l’elemento A)
⑵ Acciaio inossidabile Cr-Mn-N, Cr-Mn-Ni-N (l’aggiunta di Mn e N può sostituire il Ni). Qualità di acciaio tipiche: 1Cr17Mn13N, 1Cr18Mn8Ni5N (analisi: acciaio inossidabile WCr﹪>12﹪; quello contenente Mn, Ni, N è acciaio inossidabile austenitico, mentre quello contenente Cr e Al è acciaio inossidabile F). Il rafforzamento per soluzione solida dell’N conferisce all’acciaio un carico di snervamento, una plasticità e una tenacità maggiori.
⑶ Acciaio inossidabile austenitico metastabile: durante la deformazione a freddo si verifica una trasformazione martensitica parziale, per cui l’acciaio viene rinforzato dalla martensite oltre all’incrudimento a freddo. Integrazione: la deformazione tra Ms e Md induce la trasformazione nella fase M, mentre una deformazione superiore a Md rende la fase A stabilizzata meccanicamente.
2、Struttura di equilibrio e trattamento termico dell’acciaio inossidabile austenitico
La struttura di equilibrio dell’acciaio inossidabile austenitico tipo 18-8 è una struttura complessa costituita da austenite + ferrite + carburi; mediante trattamento di solubilizzazione si ottiene l’austenite monofase effettiva. Lo scopo è dissolvere sia la ferrite sia i carburi nella fase A per ottenere una fase A monofase.
03 Acciaio inossidabile martensitico
1、L’acciaio inossidabile martensitico contiene il 12--18% di Cr. Rispetto all’acciaio inossidabile ferritico, le sue caratteristiche compositive sono:
⑴ Il limite superiore del contenuto di cromo è inferiore (se è eccessivo, si ottiene F)
⑵ Contiene inoltre una determinata quantità di carbonio, nichel e altri elementi stabilizzanti della fase γ. (Il nichel non può essere presente in quantità eccessiva)
⑶ Questo tipo di acciaio presenta una resistenza alla corrosione e una saldabilità inferiori rispetto agli acciai inossidabili austenitici e ferritici, nonché una plasticità inferiore rispetto all’acciaio inossidabile A, ma, poiché offre una buona combinazione di proprietà meccaniche e resistenza alla corrosione (presenta una certa resistenza alla corrosione e può sopportare determinati carichi)
2、Utilizzato per la produzione di componenti meccanici, strumenti chirurgici medicali, strumenti di misura, cuscinetti inossidabili, molle, ecc.
3、Confronto complessivo tra la resistenza alla corrosione e le proprietà meccaniche degli acciai inossidabili A (austenitico), F (ferritico) e M: l’acciaio inossidabile M ha una scarsa resistenza alla corrosione, ma può sopportare determinati carichi; l’acciaio inossidabile A ha una resistenza alla corrosione moderata e una resistenza meccanica media, ma una buona plasticità e tenacità; l’acciaio inossidabile F ha una buona resistenza alla corrosione e all’ossidazione, ma è fragile.
4、Qualità di acciaio tipiche, composizione e applicazioni
⑴① Acciaio al 13% di Cr a basso tenore di carbonio: ad esempio 1Cr13, 2Cr13;
② Acciaio al 17% di Cr-2% di Ni a basso tenore di carbonio (Ni: stabilizza A): il Cr è principalmente rafforzato per soluzione solida. ① e ② sono equivalenti ad acciai bonificati resistenti alla corrosione: trattamento termico = tempra + rinvenimento ad alta temperatura. (La lega sposta il punto S verso sinistra, quindi l’effetto è simile a quello di un acciaio bonificato)
⑵ Acciaio al 13% di Cr a medio tenore di carbonio: ad esempio 3Cr13, 4Cr13, equivalente a un acciaio per utensili resistente alla corrosione; tempra + rinvenimento a bassa temperatura
⑶ Acciaio al 18% di Cr ad alto tenore di carbonio: ad esempio 9Cr18, ecc., equivalente a un acciaio per utensili resistente alla corrosione. Tempra + rinvenimento a bassa temperatura
2、Trattamento termico dell’acciaio inossidabile martensitico
3、⑴ Trattamento di rammollimento: equivalente al trattamento termico preliminare. Dopo la forgiatura e la laminazione, l’acciaio subisce una trasformazione martensitica a causa del raffreddamento in aria, che indurisce il pezzo forgiato e provoca crepe sulla sua superficie, rendendo inoltre difficile il taglio.
① Rinvenimento ad alta temperatura
② Ricottura completa
⑵ Trattamento di tempra e rinvenimento
⑶ Tempra e rinvenimento a bassa temperatura
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