Acciai inossidabili Austenitici

Gli acciai Austenitici sono tra gli acciai inossidabili quelli maggiormente prodotti e, date le numerosissime ricerche di laboratorio e industriali, anche quelli maggiormente studiati.
Gli acciai inossidabili austenitici vengono normalmente definiti come quelle leghe ferro-cromo-nichel con contenuti di cromo dal 12 al 30% e di nichel dal 7 al 35%, con struttura completamente austenitica. Il cromo ha un effetto ferritizzante sull’acciaio; l’utilizzo del nichel è quello di conferire all’acciaio inossidabile la struttura austenitica che li contraddistingue.
Questa tipologia di acciai non subiscono nessun trattamento di tempra in quanto andrebbe a modificare la struttura cristallina del acciaio. Nella definizione è assente un elemento che ha condizionato l’evolversi di questa categoria di acciai: il carbonio.
I primi acciai austenitici contenevano un tenore di carbonio dello 0,25%.
Questo valore riduceva la resistenza alla corrosione intergranulare.
Il primo accorgimento fu quello di abbassare il contenuto di carbonio per attenuare la formazione di carburi di cromo.
Con questo accorgimento sono stati sviluppati gli acciai inossidabili della serie 300.
Ulteriori accorgimenti sono stati eseguiti aggiungendo elementi quali titanio e niobio in piccole percentuali in modo tale da formare carburi di titanio e niobio e lasciare invariato il tenore di cromo.
Con l’avvento nella pratica d’acciaieria dell’insufflazione dell’ossigeno e della disponibilità di leghe a bassissimo tenore di carbonio fu possibile produrre acciai inossidabili austenitici con condizioni economiche molto vantaggiose.

AISI 303
Con valori medi di 18% Cr e 9% Ni hanno una resistenza alla corrosione molto bassa se vengono installati in atmosfere marine ed in prodotti chimici ossidanti.
Anche se può essere usato allo stato 1/4 duro (molle) ma con caratteristiche di duttilità decisamente inferiori a quelle dell’AISI 301, esso trova la sua più larga utilizzazione allo stato ricotto, tanto da « dividersi » il mercato con l’AISI 304, almeno all’estero.
Dopo lavorazione a freddo si magnetizza in modo trascurabile.
Tra i numerosissimi usi finali si può citare: modanature, attrezzature per l’industria alimentare (lattiero-casearia, vinaria, della birra, della carne), lavelli, pentolame, vasellame, posateria, oreficeria, serbatoi per trasporto acidi e prodotti chimici in genere, facciate e pannelli architettonici, mobili, industria aeronautica, petrolchimica, chimica, impianti criogenici.

Acciai inossidabili Austenitici

Mulinello di una canna da pesca

AISI 304
Con valori medi di 19% Cr e 9,5% Ni rappresenta il tipo di acciaio inossidabile più usato in senso assoluto.
Ha una resistenza alla corrosione leggermente superiore a quella dell’AISI 302 ed acquista un leggero magnetismo con la lavorazione a freddo. Ha un tenore massimo di C di 0,08%. molto più basso rispetto ai tipi austenitici precedentemente descritti.
Questo fatto limita la possibilità della precipitazione di carburi dopo saldatura aumentando la resistenza alla corrosione intergranulare.
Con Ni sui valori massimi e Cr sui valori minimi si può identificare un altro tipo similare che può essere indicato come tipo 304PS, particolarmente adatto per profondissimi stampaggi.
Le applicazioni per questo tipo di acciaio sono molto numerose.
In particolare si segnala il campo architettonico e dell’arredamento, l’industria ed il trasporto della birra, l’industria alimentare, tubi, trasporto di ossigeno, idrogeno ed azoto liquidi, reattori per l’industria chimica e nucleare.

Acciai inossidabili Austenitici

Reattori per l’industria chimica e nucleare

AISI 310
Con 25% Cr e 21% Ni possono raggiungere temperature di servizio superiori ai precedenti e precisamente di 1120°C in servizio continuo e di 1040 °C in servizio intermittente.
Anche in questi casi la S indica una migliore saldabilità (AISI 310S). Citiamo altri usi finali: camere di combustione, metallo di apporto per saldature, parti per turbine a gas e motori a reazione, inceneritori.

Acciai inossidabili Austenitici

Sistema di una turbina a gas

AISI 316
Gli austenitici di questa serie differiscono da quella della serie precedentemente descritta per l’aggiunta di Mo (Molibdeno) che conferisce loro soprattutto la possibilità di resistere alla corrosione in ambienti riducenti e di aumentare la resistenza alla corrosione in ambienti fortemente industriali e marini nonché in acqua salmastra.
Il Mo presenta infatti la caratteristica di poter combattere, in modo proporzionale alla percentuale in cui è presente nell’acciaio, quella particolare forma di corrosione sempre possibile in ambienti riducenti in generale ed in presenza di alogenuri in particolare.
Si tratta della corrosione per vaiolatura o pitting, estremamente infida in quanto le perdite di peso sono praticamente nulle ma sono sufficienti alcuni « pits » spesso non visibili per portare alla perforazione del manufatto con conseguenze gravissime anche dal punto di vista della sicurezza.
Il Mo aiuta anche a combattere la corrosione sotto tensione ed interstiziale.
Pertanto i tipi austenitici al Ni-Cr-Mo sono tra gli acciai inossidabili i più resistenti alla corrosione sia nei confronti del maggior numero di ambienti corrosivi che nei diversi tipi possibili di corrosione.
Nella serie al Mo l’AISI 316 corrisponde all’AISI 304 ed è prodotto in grande quantità.
In Europa l’originario tipo AISI 316 viene sdoppiato in due tipologie: un tipo (316) con Mo 2.0 – 2.5% ed un tipo (316 S) con 2,5 – 3.0% Mo.
Rispetto all’AISI 304, del quale a temperatura ambiente ha all’incirca le stesse caratteristiche meccaniche, esibisce, come tutti gli altri acciai al Mo nei confronti degli analoghi tipi senza Mo, prestazioni migliori nei confronti dello scorrimento a caldo.
Si possono citare alcuni usi finali tipici: attrezzature per industrie chimiche e cartarie, apparecchiature per sviluppo e stampe di fotografie; recipienti per industrie enologiche, componenti di impianti per la produzione di fertilizzanti,per l’industria del pomodoro.

Acciai inossidabili Austenitici

Sterilizzatore per industria alimentare

AISI 321
Può essere assimilato ad un AISI 304 con la presenza di Ti.
Come si è già detto l’azione del Ti è quella di impegnare il C nella formazione di carburi di Ti impedendogli di combinarsi col Cr ed evitando così la formazione di carburi di Cr durante le operazioni di saldatura.
Gli usi finali sono quelli tipici dell’AISI 304 L per cui utilizzare l’uno o l’altro tipo è quasi un fatto di simpatia; di solito in Germania si preferisce l’AISI 321.
È opportuno sottolineare che le superfici del 321 sono peggiori di quelle del 304 L a causa della presenza di inclusioni di carburi di titanio appositamente introdotti e pertanto è sconsigliabile l’uso di questo acciaio in applicazioni decorative.
Il Ti d’altra parte determina anche una maggiore resistenza meccanica a caldo per cui l’AISI 321 è raccomandato per particolari da usare a temperatura tra 430 °C e 900 °C, che è poi il campo in cui avviene la precipitazione dei carburi di Cr per tutti gli altri acciai esclusi i tipi L e quelli con Ti e Nb.
Tra gli impieghi tipici citiamo: collettori di scarico per aerei, corpi di caldaia, reattori chimici, giunti di dilatazione, bruciatori, muri tagliafuoco, apparecchi a pressione, tubi per resistenze corazzate.

Acciai inossidabili Austenitici

Sistema di una turbina a gas

AISI 347-348
In questi due tipi viene aggiunto Nb anziché Ti per diminuire la possibilità della formazione ai carburi di Cr dannosi per la corrosione intergranulare.
Il secondo tipo si differenzia dal primo per una limitazione dei tenori di tantalio (sempre presente insieme al Nb) e di cobalto, necessario per l’impiego in ambienti radioattivi.
Gli usi finali sono del tutto simili a quelli dello AISI 321 ed in larga misura a quelli dell’AISI 304L.
Questi tipi al Nb si distinguono però per una più spiccata resistenza allo scorrimento a caldo per la quale eccellono tra tutti gli acciai inossidabili.

Acciai inossidabili Austenitici

Recipiente a pressione

Acciai Inossidabili Austenitici ad Elevate Prestazioni (HPASS)
Recentemente, nuovi acciai inossidabili austenitici ad elevata resistenza alla corrosione sono stati immessi sul mercato.
Essi hanno evidenziato convenienza e prestazioni in una varietà di ambienti critici e corrosivi.
Essi hanno supportato gli Ingegneri dei materiali con leghe adatte alle nuove esigenze nel settore energetico ed ambientale.
Questi nuovi materiali sono denominati Acciai Inossidabili Austenitici ad Elevate Prestazioni (HPASS).
Essi ottengono le loro prestazioni grazie all’alligazione con tenori di molibdeno ed azoto superiori al normale e grazie all’impiego di nuove tecnologie siderurgiche come i processi di decarburazione argon-ossigeno (AOD) e in vuoto-ossigeno (VOD).
Questi accorgimenti hanno reso possibile il raggiungimento di un tenore di carbonio con costi di produzione molto bassi, elevata alligazione e migliore controllo della composizione (in particolare del tenore di azoto).
Una delle prime leghe a sfruttare i vantaggi delle nuove tecnologie, il primo membro degli HPASS, fu l’AISI 904L.
Il tipo 904L impiega tenori di carbonio molto bassi per fornire una versione saldabile di una lega per fusioni già esistente con elevatissima resistenza ad acidi fortemente riducenti.
Nel 1973, fu prodotto il primo acciaio inossidabile completamente austenitico resistente all’acqua di mare, AL-6X®, contenente il 6 % di Mo e a ridottissimo tenore di carbonio per ottenere lamierini molto sottili saldabili e tubi.
Intorno a metà degli anni ’70, gli sviluppi nell’uso e nel controllo dell’azoto portò a leghe avanzate al 6 % di Mo saldabili con spessori elevati e resistenti alla formazione di dannose fasi intermetalliche che riducono la resistenza al pitting.
Alcuni rappresentanti di queste leghe sono il 254 SMO® e l’AL-6XN®.
La crescente richiesta di leghe ad elevate prestazioni, ma di costo contenuto, in settori emergenti come quello ambientale ed energetico ha spinto questi acciai inossidabili ancora più in alto negli anni ’90.
Due leghe ad elevatissima resistenza al pitting in acqua fortemente clorurata furono la lega 654 SMO® (S32654), contenente il 7,3 % di Mo e lo 0,50 % di N, e la lega B66, contenente il 6 % di Mo, il 2 % di W e lo 0,45 % di N.
Questi acciai si avvicinano alle prestazioni di alcune leghe base nichel resistenti alla corrosione con costi nettamente inferiori.
Gli HPASS conservano le buone proprietà meccaniche complessive dei tipi standard, con una resistenza leggermente superiore ed una duttilità leggermente inferiore allo stato ricotto.
L’incrudimento aumenta in modo significativo la loro resistenza.
Poiché incrudiscono, hanno eccellente formabilità e possono assorbire notevoli livelli di energia in caso di rottura.
La loro resistenza è dovuta agli effetti di elementi di lega in soluzione solida di sostituzione e all’idrogeno interstiziale.
Queste leghe mantengono buone proprietà a basse e ad alte temperature.
Gli HPASS presentano la massima resistenza alla corrosione tra gli acciai inossidabili.
Per via della presenza di molibdeno, il film negli HPASS è reso più resistente e quindi l’acciaio diventa più resistente alla dissoluzione rispetto al caso dei tipi standard.

Acciai inossidabili Austenitici

Filtro d’aria in HPASS

AISI 200
La sostituzione del nickel negli acciai inossidabili austenitici tramite l’aggiunta di manganese è stata discussa per oltre 50 anni al fine di ridurre l’impatto dovuto alle fluttuazioni di prezzo del nickel nell’extra lega.
Ciò ha portato allo sviluppo della così detta serie 200. Questi acciai furono studiati e prodotti in periodi bellici dalle nazioni che avevano problemi di approvvigionamento di nichel.
In assenza di nichel e con il tenore massimo di manganese, la percentuale di azoto necessaria per ottenere la desiderata struttura austenitica stabile introduce difficoltà di fusione e di trattamento e influenza decisamente in maniera negativa le proprietà del prodotto finale.
Piccole percentuali di nichel migliorano le proprietà meccaniche e la resistenza alla corrosione. Il tenore di nichel varia dall’1% al 6% mentre quello al manganese è tra il 6% e il 10%.

AISI 201
L’AISI 201 può infatti sostituire in modo soddisfacente l’AISI 301 in molte applicazioni ed ovviamente ha un minor costo.
Allo stato ricotto presenta un carico di rottura medio di 70 kg/mm2 ed un limite di snervamento di 32 kg/ mm2 con allungamento intorno a 40%.
Con la lavorazione a freddo diventa magnetico è può essere incrudito in tutta la gamma dell’indurito con allungamenti minimi che vanno dal 20% per 1/4 duro al 4% per il completamento duro.
Nei vari stati di durezza trova applicazione per longheroni portanti di carrozze ferroviarie. Allo stato ricotto trova impiego per rivestimenti, vasellame che si possa ottenere con leggeri stampaggi, rifiniture automobilistiche.

Acciai inossidabili Austenitici

Bobine di AISI 205

AISI 202
Rispetto al precedente presenta più elevate percentuali di Mn (9 anziché 7%) e di Ni (5 anziché 4,5%).
L’austenite che ne risulta è più stabile e con la lavorazione a freddo diventa leggermente magnetico.
È comparabile all’AISI 302 e costituisce un’alternativa più economica pur essendo meno duttile allo stato ricotto.
Può essere indurito solo allo stato 1/4 duro ed ha una migliore resistenza alla corrosione rispetto al precedente.
Allo stato ricotto ha gli stessi impieghi dell’AISI 201, ma con caratteristiche di stampaggio decisamente migliori che rendono possibile la fabbricazione di batterie da cucina; può essere utilizzato per contenitori per trasporto e stoccaggio del latte.

Acciai inossidabili Austenitici

Batteria di pentole in AISI 202

AISI 205
Contiene, tra gli austenitici, la più alta percentuale di Mn (15%) e la più bassa percentuale di Ni (1.5%).
La sua struttura austenitica è molto stabile, si indurisce assai poco con la lavorazione a freddo, né diventa magnetico.
Presenta carichi di rottura (95 kg/mm2) e limiti di snervamento (50 kg/mm2) assai elevati con ottimi allungamenti (circa 60%).
È adatto per impieghi a bassissime temperature e per speciali operazioni di stampaggio e per imbutitura al tornio.
Almeno in Europa viene comunque poco utilizzato e come i due precedenti meriterebbe di essere maggiormente conosciuto, specialmente in Italia dove si ricorre quasi sempre all’AISI 304.

Acciai inossidabili Austenitici

Bobine di AISI 205

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