Oțel inoxidabil

Acest articol sau secțiune pe teme de chimie și inginerie este considerat a fi controlate . Motivul: multe părți ale primului paragraf sunt neclare Alăturați-vă discuției și / sau corectați intrarea. Urmați sfaturile din desenele de referință 1 , 2 .

Acest articol sau secțiune despre materialele în cauză nu citează sursele necesare sau cei prezenți sunt insuficienți . Puteți îmbunătăți această intrare adăugând citate din surse de încredere în conformitate cu liniile directoare privind utilizarea surselor .

Oțel inoxidabil
Gateway Arch de Eero Saarinen din St. Louis , realizat în întregime din oțel inoxidabil.
Denumiri alternative
Oțel inoxidabil
Caracteristici generale
Compoziţie	aliaj constând în principal din fier , carbon și crom
Aspect	strălucitor gri
Starea de agregare (în cs )	solid
Cristalinitatea	în general, policristalin
Proprietăți fizico-chimice
Rezistivitate electrică ( Ω m )	0,714 × 10 -6 [1]

Oțelurile inoxidabile [sau Inox din inoxydable francez ^[2] , sau din oțel inoxidabil English (oțel „fără cusur“), sau, în final, de către rostfrei german (fără rugină) se caracterizează printr - o rezistență mai mare la oxidare și coroziune , în special în aer umed sau în apă proaspătă, în comparație cu așa-numitele „ oțelurile carbon “ (sau comune din oțel nealiat).

Aceasta capacitate este , în principal din cauza aproape absenta carbonului <= 0,07%, iar la prezența cromului , în aliaj , capabil să se pasiveze și care urmează să se acopere cu un strat subțire și aderent de oxizi, practic invizibil cu grosime egală cu câteva straturi atomice (de ordinul 0.3-5 nm ), care protejează superficial metalul de bază sau aliajului, prin acțiunea oxigenului și a agenților chimici externi. ^[3]

Conținutul minim de crom „liber“, adică nu sunt combinate cu carbon, pentru care un oțel poate fi considerat inoxidabil este de 10,5%, astfel încât un proces continuu și protector „pasivare“ strat de oxid împotriva coroziunii poate fi format. Cromul în aliaj, de fapt, combinarea cu carbon, pot forma carburilor de crom, care, precipitanți la limitele granulelor ale structurii cristaline, limitând disponibilitatea de a oxizilor de formă și, prin urmare, la pasiveze . ^[4]

În general, există valori între 12 și 17% crom în aliaj, dar alte elemente pot fi de asemenea utilizate în oțel inoxidabil pentru a crește rezistența la oxidare și coroziune.

Istorie

În primul rând o mențiune publică a oțelului inoxidabil NYT 1-31-1915 ^[5]

Inoxidabil trebuie oțel invenție la Woods engleză și Clark, care în 1872 brevetat un aliaj de fier care conține 35% în greutate crom și rezistent la acid ^[6] . Cu toate acestea Industrializare a venit doar de ani mai târziu , când, în 1913 Harry Brearley din Sheffield , se confruntă cu oțeluri pentru țevi de arme de foc , el a descoperit că proba sa cu oțel , cu 13-14% din crom și cu un conținut de carbon relativ ridicat (0, 25%) l nu a fost ruginirea atunci când sunt expuse la " atmosferă . Prima mențiune a acestor date în avans tehnologice din 1915 si se gaseste intr - un articol din New York Times în ceea ce privește utilizarea acestei clase de oțel pentru tacâmuri, lăudându rezistența la coroziune , chiar și în contact cu acizi organici conținute în produsele alimentare ^[5] . Ulterior, această proprietate a fost explicat cu pasivarea de crom, care se formează pe suprafața unei pelicule de oxid extrem de subțire, continuă și stabilă.

Progrese ulterioare în metalurgie între patruzeci de ani și șaizeci de ani ai secolului al XX - au extins de dezvoltare a acestora și aplicațiile lor.

Totuși acestea sunt rafinate și adaptate la cerințele diferitelor sectoare industriale, cum ar fi uleiul / petrochimice industria, minerit, energie, nucleare și produse alimentare.

Descriere

pasivizare

Comparație între oțel carbon ruginit și oțel inoxidabil

Foarte potrivit este termenul anglo-saxon inoxidabil (literalmente „fără cusur“) derivat din capacitatea acestor materiale la oxida (sau, cum se spune, pasiviza) nu ruginește în medii atmosferice și naturale.

Fenomenul pasivare are loc prin reacția metalului cu mediul oxidant (aer, apă, diferite soluții, etc.).

Natura stratului de pasivare, în esență, formate de oxizi de crom / hidroxizi, este auto-vindecare și garantează protecția metalului, chiar dacă escoriații sau îndepărtarea filmului apar la nivel local, în cazul în care compoziția chimică a oțelului și gravitatea prejudiciului sunt altele în mod corespunzător legate.

În particular, filmul pasiv poate fi mai mult sau mai puțin rezistente în funcție de concentrația de crom în aliaj și în raport cu posibila prezență a altor elemente de aliere , cum ar fi nichel , molibden , titan . ^{[3] [7]}

Clasificarea oțelurilor prin indicele prEN

Oțelurile inoxidabile pot fi clasificate prin rezistența lor la coroziune localizată și, în special, la corodare . Această clasificare se bazează pe compoziția chimică și calculul indicelui Piting Resistance Număr echivalent (prEN) ; mai mult acest indice este mare, cu atât mai mare rezistența la corodare . Această clasificare este folosită, deoarece este ușor și rapid pentru a determina, cu toate acestea, trebuie amintit faptul că aceasta nu oferă o descriere completă și exhaustivă a proprietăților de rezistență la coroziune a oțelului inoxidabil. Prin urmare, oțeluri inoxidabile pot fi împărțite în patru categorii:

• Otel inoxidabil Lean: nu conțin molibden și valoarea tipică a indicelui lor prEN este în jur de 25 (de exemplu , 18-10 )
• Otel inoxidabil Standard: sunt caracterizate printr - un indice prEN între 25 și 40 (de exemplu, l ' AISI 316 )
• Otel inoxidabil Super: au un indice de prEN ≥ 40 ^[8]
• Otel inoxidabil Hyper: ele conțin procente ridicate de crom > 30% în greutate , iar valoarea indicelui prEN poate ajunge la 50 ^[9]

nomenclatura AISI

În piață există diferite tipuri de oteluri inoxidabile, cunoscut mai ales sub notația din oțel AISI (American Iron și Institutul de oțel, Institutul de unificare SUA pentru fier și oțel). Notația AISI și-a asumat în mod greșit sensul sinonim pentru „oțel inoxidabil“, deoarece acest institut, de asemenea, coduri de diferite tipuri de oțel. Notația AISI identifică din oțel inoxidabil printr-un cod format din trei cifre cu posibilitatea adăugării unei scrisori.

Primul dintre aceste cifre indică gradul de oțel:

• Seria 2XX - oțel crom-nichel-mangan austenitic
• seria 3XX - austenitic crom-nichel și oțel crom-nichel-molibden
• seria 4xx - oțelurile feritice sau martensitice
• Seria 5XX - crom mediu de oțel martensitic
• Seria 6xx - precipitații crom calire

între litere, de exemplu:

• litera „L“ indică procentul scăzut de carbon ( conținut scăzut de carbon) prezent. Această caracteristică face ca „ oțel cravată mai puțin gaz, deoarece carbonul tinde, în orice condiții, pentru a se lega cu“ hidrogen , precipitarea hidrocarburilor ; prezența hidrogenului este adesea în detrimentul oțelului, la temperaturi ridicate și mai ales în starea de ionizare ( radiații ionizante ). Atomul de hidrogen ionizat (H ⁺⁾ este foarte mică și de înaltă temperatură se mișcă cu o mai mare ușurință în rețeaua de oțel, este probabil să se acumuleze și cauza discontinuității periculoase. Conținutul de carbon redus permite, de asemenea, o bună sudabilitate chiar și pentru grosimi> 6 mm.
• notația „N“ este utilizat pentru a indica prezența azotului dizolvat în aliaj. Datorită proprietăților sale ca un gaz inert (legătura azot-azot este triplu, atomii sunt foarte apropiate unul de altul și, prin urmare, sunt dificil de separat), azotul acționează ca un ecran pe oțel, limitând contaminarea externă.
• Adnotarea „Ti“ este de a indica prezența titan care asigură o rezistență la coroziune completă în sudurile elementelor groase.

acronime comerciale

Diferitele oțeluri inoxidabile diferă în funcție de procentul de greutate al elementelor care compun aliajul.
Printre cele mai frecvent utilizate oțelurile distingem:

• 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 Azot) (prezența azotului dizolvat în rețeaua cristalină a materialului);
• 316 LN ESR (electro-zgură retopire);
• 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%); considerat cel mai bun oțel în ceea ce privește durabilitatea și luciu; practic inatacabil de acizi, datorită prezenței cuprului. Casa Rolex este singura din lume de a utiliza acest oțel pentru a face produsele lor.

Aceste materiale pot fi de asemenea stabilizate titan sau niobiu ca:

• 316 Ti
• 316 Nb
• 430 Ti.

Poziția fierului în interiorul aliajului influențează diferitele caracteristici ale materialului, care sunt de mare importanță pentru utilizarea sa.
Cel principal este nemagnetic :

• în materialul din centrat pe corp arată aranjament proprietăți feritice și , prin urmare , magnetice;
• în care centrată față oțelul este austenitic și , prin urmare , paramagnetic .

După cum sa menționat deja mai sus, AISI 304 și 316 aparțin familiei oțelurilor cu structura austenitic AISI 420 în timp ce are o structura martensitica.
Diferența dintre oțelul 304 și 316, în afară de creșterea costurilor și prezența în 316 de Mo , este dată de cea mai mare austenicità al doilea datorită procentului ridicat de nichel .
Cu toate că aceste oțeluri păstrează structura austenitic, în unele cazuri izolate boabe cristaline rămân în masă care să mențină o structură feritică, derivată de la δ ferita.

Tipuri de oțel inoxidabil

piese speciale pentru țevi din oțel inoxidabil.

Potrivit microstructura lor, oțeluri inoxidabile sunt împărțite în mod tradițional în trei familii mari:

• inoxidabil oțeluri feritice (o structură cristalină „Corpul Centrat Cubic în (CCC)“, magnetice);
• inoxidabil oteluri austenitice (o structură cristalină „Face Centrat Cubic la (CFC)“, nemagnetice);
• inoxidabil oțeluri martensitice (o structură cristalină „Corpul Centrat Cubic la (CCC)“, magnetic).

În plus față de aceste trei categorii, există și alte trei familii, a căror utilizare este în creștere, pentru utilizări specifice:

• călite prin precipitare oteluri inoxidabile sau PH (durificate prin precipitare);
• Otel inoxidabil bifazic austenitic-feritic sau duplex;
• oteluri inoxidabile austenitice la Mn-N sau nichel -free.

Oteluri inoxidabile feritice

oteluri inoxidabile feritice sunt oțeluri inoxidabile, în care elementul principal de aliere este crom, care variază de la circa 11 până la 30%. In cadrul acestui domeniu, de fapt, se observă prin diagrama de stare a ferro- crom , aliajul obținut prin temperatura mediului decât temperatura de topire rămâne întotdeauna în fază feritică .

Aceste oțeluri au o rezistență mecanică bună și o rezistență moderată la coroziune . Ei au grăunte cristalin într - un corp centrat cubic grilaj (sunt magnetice) ca otelul carbon, dar caracteristicile mecanice nu pot fi crescute prin tratamente termice.

Conținutul de carbon este mai mic decât oțelurile inoxidabile martensitice. Un tip este deosebit de rezistente la caldura conține 26% crom . Alte elemente prezente sunt molibden , l „ aluminiu pentru a crește rezistența la“ oxidare de căldură, sulf , pentru a facilita prelucrabilitatea.

Limita de curgere este moderat scăzută și, nu este posibil să se efectueze tratamente termice de durificare pentru absența punctelor critice, este posibil să se îmbunătățească caracteristicile mecanice exclusiv prin fenomene de recristalizare sau durificare . Observăm o atenție deosebită pentru a limita încălzirea la sub 850 ° C , pentru a se evita extinderea bobului de cristal, și nu stau între 400 și 570 ° C în răcire, pentru a fragilității evita în temperare .

Oțelurile inoxidabile feritice au o rezistență moderată la coroziune , care crește cu procentul de crom și cu introducerea aliajului de molibden; acestea sunt magnetizabil; Ele nu sunt sensibile la întărire și în mod necesar trebuie să fie supuse recoacerii ; sudabilitatea este slabă, deoarece materialul care este supraîncălzit suferă o extindere a bobului de cristal. ^[10]

Cele mai multe utilizări comune sunt ceramică sau de calitate scăzută tacâmuri, chiuvete, chiuvete și finisaje pentru " clădire . În foi subțiri de metal sunt folosite pentru acoperiri, plăci pentru poduri navale, deversoare , transportoare cu lanț , extractoare de fum și pentru îndepărtarea prafului . ^{[11] [12]}

Cele superferritic Oțelurile au fost proiectate pentru a reduce susceptibilitatea la coroziune alveolar și ruperea datorită coroziunii fisurare din oțel inoxidabil austenitic. Aceste turte Oțeluri crom au două posibile compoziții: 18% crom și molibden 2%, sau 26% crom și 1% molibden. Proprietățile de bază sunt aceleași ca și cele din oțeluri inoxidabile feritice, plus o rezistență la coroziune și pitting stres coroziune cracare (SCC); sudabilitate slabă sau echitabil. Datorită sudabilitatea scăzute, utilizările sunt limitate la piese sudate mai mică de 5 mm grosime. Acestea sunt utilizate pentru panouri și radiatoare solare, conducte de schimbătoare de căldură și condensatoare , pentru rezervoare de apă caldă și conducte pentru circulația saramurii în industria alimentară .

Oteluri inoxidabile austenitice

Același subiect în detaliu: aliaje austenitic inoxidabil .

Oțelurile inoxidabile austenitice sunt cele mai comune oteluri inoxidabile, au un conținut de carbon mai mic de 0,1%, crom între 18% și 25% și de nichel de la 8% la 20%. Nichelul este capabil de a extinde gama austenitic, adică, stabilizează structura cristalină tipică a temperaturilor ridicate până la condiții aproape de normal. Structura austenitică, în realitate, este păstrată în condiții metastabile , la temperatura camerei, iar această structură este menținută pentru o perioadă nedefinită, ca și dezvoltarea completă a formei stabile, perlit, este extrem de lent (vezi curbele Bain ). După cum se poate deduce din examinarea curbelor Bain, austene / transformarea perlitică impune ca materialul să fie păstrate în cuptor pentru un timp foarte lung, industrial durabil. Pe de altă parte, ratele de răcire și temperaturile care trebuie atinse necesare în stingerea pentru a obține martensita sunt astfel încât structura cristalină compatibilă cu procesele interesante economic este doar cel austenitic.

Austenitice Oțelurile au o structură cubică cu fețe centrate conținând Ni și Cr în proporție astfel încât să se mențină structura austenitică chiar și la temperatura camerei. Ele sunt clasificate în funcție de procentul de Ni și Cr (a se vedea tabelul); în clasificarea ASTM constituie seria 3XX.

Compoziția de bază din oțel inoxidabil austenitic este de 18% Cr și 8% Ni, codificat 18/8 (AISI 304). Un procent de 2-3% din molibden permite formarea carburilor de molibden mai bune decât cele de crom și asigură o mai bună rezistență la coroziune prin cloruri, cum ar fi apa de mare și sărurile de degivrare (otel 18/8/3; AISI 316) . Conținutul de carbon este redus (0,08% din C max), dar sunt din oțel dulce oțeluri austenitice (0,03% din Cmax). Oțelul inoxidabil austenitic poate fi stabilizat cu titan sau niobiu , pentru a evita o formă de coroziune în zona sudurile ( a se vedea mai târziu punctele slabe ale acestui tip de oțel). Având în vedere proporția semnificativă a componentelor valoroase ( Ni , Cr , Ti , Nb , Ta ), oțeluri inoxidabile austenitice sunt printre cele mai scumpe din oțelurile utilizate în mod obișnuit.

Proprietățile fundamentale sunt:

• excelenta rezistenta la coroziune ;
• ușurința de curățare și coeficientul de igienă excelent;
• ușor de prelucrat, forjabil și sudabile;
• solidificabil dacă prelucrate la rece și nu prin tratament termic;
• într -o stare total de recoacere nu este magnetizat.

Structura lor austenitic (cu cristal CFC, non-magnetic) le face imun la tranziție ductil casant (care se manifestă ea însăși în loc cu structura feritică , CCC cristal) și apoi să păstreze lor tenacitate până la temperaturi criogenice ( El lichid). Dimensiunea granulelor, semnificativ mai mare decât cea a oțelurilor feritice structurale, ceea ce le face rezistente la fluaj ; în consecință , printre oțelurile pentru construcția recipientelor sub presiune , acestea sunt cele care pot fi utilizate la temperaturi mai ridicate (600 ° C).

Structura austenitică este paramagnetic și, prin urmare, aceste oțeluri pot fi ușor recunoscute prin aranjarea magneți permanenți calibrate.

Utilizările acestor oțeluri sunt vaste: ghivece și servicii interne, rame de ferestre si finisaje arhitecturale, abatoare , fabrici de bere , cutii de băuturi și produse alimentare; rezervoare pentru gaz lichefiat, schimbătoare de căldură , echipamente de control al dell ' poluării și evacuare a gazelor arse, autoclave industriale. Rezistența lor la cei mai mulți agenți chimici , de asemenea , le face foarte popular în " industria chimică . Același tip de oțel a fost utilizat în 1929 pentru construirea turla Chrysler Building din New York : structura a fost construită în atelier , în patru secțiuni separate și apoi asamblate pe partea de sus a clădirii în termen de 90 de minute. Luciul turlei, 80 de ani de la construcția sa, demonstrează gradul ridicat de rezistență la coroziune și rezistența la rugină a materialului utilizat ( Nirosta ).

Cu toate acestea, oțelurile inoxidabile austenitice suferă de anumite limitări:

• rezistența la coroziune la temperaturi joase scade dramatic: a acizilor afecta pelicula de oxid protector și aceasta cauzează coroziunea generală în aceste oțeluri;
• în fantele sau zone protejate cantitatea de oxigen poate să nu fie suficientă pentru conservarea peliculei de oxid, ducând la coroziune pentru spații înguste;
• în soluții apoase, cu ionii de halogenurile , în special " anion (Cl ^-), răspândirea discontinuității filmului pasivare a otelurilor inoxidabile austenitice si cauza așa-numita coroziune pitting, cunoscută ca corrosionisti coroziunii în puncte . Un alt efect al clorurilor este SCC (stres coroziune Cracare - pauză de la coroziune sub tensiune cracare ).

Singurul tratament termic aplicabil pentru această clasă de oțeluri este solubilizarea C la 1.050 ° C, ceea ce favorizează difuzia carbonului într - un mod omogen în interiorul boabelor cristaline, urmată de răcirea rapidă pentru a evita permanența în zona cuprinsă între 800 și 400 ° C, unde se poate produce precipitarea carburilor de crom. Precipitarea acestor carburi, în general Cr ₂₃ C _6, este concentrată la marginile boabelor de cristal, ceea ce implică o epuizare locală crom liber care poate scădea sub 12% și , astfel , distrugerea filmului pasiv și pierderea rezistenței la coroziune. Consecința este posibilă apariția coroziunii intergranulare.

Oteluri inoxidabile martensitice

Oteluri inoxidabile martensitice sunt aliaje de crom (11 până la aproximativ 18%) , cu carbon relativ ridicată (până la 1,1% în greutate), care conțin cantități mici de alte elemente. Elementele de aliere tipice prezente în acestea sunt: mangan , siliciu , crom și molibden ; Se poate adăuga sulf pentru a îmbunătăți prelucrabilitatea cu mașini așchiere, cu un prejudiciu parțial, cu toate acestea, a caracteristicilor mecanice.

Oțelul inoxidabil martensitic are caracteristici mecanice foarte mari și este bine procesabile cu mașinile, este oțelul inoxidabil numai care pot fi supuse călire , tratament termic este adaptată pentru a crește proprietățile mecanice (rezistență la tracțiune, cu limită de curgere, duritate); și ei au o structură cubică cu volum de cristal (CCC), care, în mod similar cu familia feritică, le face magnetice.

El este cel mai bine cunoscut cu nomenclatura americană: de exemplu crom oțel este doar l ' AISI 400 serie (amintesc AISI 410 C = 0,12% și Cr = 13%, și 420, cu 0,20% < C <0,40% și Cr = aproximativ 13%; AISI 440 cu C = 1% și Cr = 17%); în nomenclatura UNI are acronime ca X20Cr13, X30Cr13, X40Cr14. Este magnetic , și este , de asemenea , cunoscut sub numele de oțel „00“ serie.

Oțelul inoxidabil martensitic este auto - întărire, ci pentru simpla răcire de la temperatura la cald , la temperatura camerei , se dezvoltă o structură cristalină deformată, cu tensiuni reziduale puternice și fragilizarea consecvent.

Pentru a depăși aceste condiții nefavorabile, procedura de producție implică în general următoarele etape:

1. recoacere de lucrabilitate: aceasta se face cu metoda izoterma numai atunci când doriți duritatea minimă; în caz contrar se răcește la o viteză constantă, alegând-o pe baza durității care urmează să fie obținute (vezi curbele CCT);
2. călire , la o temperatură de aproximativ 1000 ° C și un timp suficient pentru a dizolva carburile de crom, utile pentru creșterea rezistenței la uzură; ^[13]
3. călire la temperaturi diferite , în funcție de faptul dacă doriți să se concentreze duritatea, rezistența la coroziune sau rezistența .

Oteluri inoxidabile martensitice sunt utilizate în principal pentru rezistența lor ridicată la fluaj , deși plasticitate și lor sudabilitatea este extrem de dificilă și rezistența lor la coroziune este mai mică decât cea a altor familii.

Rezistența la coroziune nu este excepțională, deoarece crom este, în general într-un conținut mai mic decât al celorlalte categorii de oțeluri inoxidabile; De asemenea , deoarece structura martensitica are o densitate mare de defecte zăbrele , acestea acționează drept catalizatori ai reacțiilor de coroziune.

L ' AISI 440 din oțel inoxidabil este utilizat pentru scule (cuțite, foarfece, scalpele , lame de ras, injectoare pentru motoare cu ardere internă).

Precipitarea călit oțeluri inoxidabile sau oțeluri PH (durificate prin precipitare)

Oțelurile inoxidabile de durificare prin precipitare au capacitatea de a crește în mod semnificativ caracteristicile sale mecanice pentru tratamente termice speciale de îmbătrânire, care permit să se precipite faze intermetalici dure în matricea austenitic sau martensitic , în scopul de a crește proprietățile mecanice ale aliajului.

Astfel de oțeluri au fost dezvoltate pentru a umple golurile din celelalte clase de oțel inoxidabil (proprietăți mecanice slabe ale oțelurilor inoxidabile feritice și austenitice rezistenta la coroziune si slaba a otelurilor inoxidabile martensitice .

Precipitarea călit oțeluri inoxidabile atinge o rezistență mecanică ridicată și tenacitate ridicată prin adăugarea de elemente capabile să formeze precipitate în timpul tratamentelor termice de îmbătrânire: aluminiu , cupru , titan , molibden , niobiu , vanadiu , azot ; mai mult decât atât, aceste oțeluri au o rezistență la coroziune comparabilă cu cea a otelurilor inoxidabile austenitice clasice, cu același crom și molibden. ^{[14] [15] [16]}

Austeno-feritice otelurilor inoxidabile bifazice sau duplex

Cele Oțelurile inoxidabile oteluri austenitice-feritice bifazice , de asemenea , cunoscut sub numele de duplex , au o structură mixtă grăunte cristalin de austenită și de ferită. Este oțelurile cu microstructura hibrid: conținutul de crom trebuie să fie 18-32% , și tinde să se stabilizeze microstructura feritică , că de nichel % rezultate de la 4,5 până la 7 , în cantitate suficientă pentru a determina o structura microcristalina complet austenitic (și , prin urmare, rămâne parțial feritic ). Aproape toate variantele sale conțin între 2,5 și 4% din molibden .

Există, de asemenea, forme de duplex, numite „slab“, care nu conțin molibden și au un conținut de nichel mai mici de 4,5%.

Proprietățile fundamentale sunt:

• structură microcristalină particulară cunoscută ca duplex, austenitice și feritice , care oferă mai multă rezistență la rupere datorită coroziunii fisurare ;
• grad mai mare de pasivare pentru cel mai mare conținut de crom (și prezența molibden) și rezistență , prin urmare , mai bine la coroziunii în puncte ( pitting ) , comparativ cu oțelurile inoxidabile austenitice 18-8;
• sudabilitate și forgeability bun;
• rezistență ridicată la tracțiune și pentru a produce .

Cele mai multe utilizări comune sunt: schimbătoare de căldură , mașini pentru manipularea materialelor, rezervoare și tancuri pentru lichide cu o concentrație mare de clor , chillere apa de mare, desalinizare sisteme de saramură alimentară și a apelor subterane și ape bogate de substanțe agresive. ^[17] Este de asemenea folosit pentru construirea de turbine pentru centrale hidroelectrice. ^[18]

Mn-N sau oțeluri inoxidabile austenitice cu nichel liber

Austenitice Oțelurile de mangan - azot rezultă din necesitatea de a înlocui metalul aliaj nichel . De fapt, nichelul este un alergen și are un cost ridicat atât economic , cât și de mediu. ^[19] Manganul și azotul sunt elemente capabile să stabilizeze microstructura austenitică. In detaliu, manganul permite o creștere a solubilității azotului în matricea feros. Azotul dă contribuția reală austenitizare; în plus, crește în mod considerabil caracteristicile mecanice și de rezistență la coroziune. Mai mult, aceste elemente sunt ambele biocompatibil. Pentru a garanta microstructura austenitică, aliajul trebuie să fie prezente în cantități mari: mangan, până la 23% și de azot, până la 1% (în greutate). Cele mai bune proprietăți mecanice combinate cu biocompatibilitate și prelucrabilitate suficient ca aceste oțeluri substitute valabile pentru oțeluri inoxidabile austenitice convenționale pentru aplicații medicale. ^{[20] [21]}

Aplicații

Oțelurile inoxidabile pentru apa potabila

În conformitate cu Decretul Ministerului Sănătății din 21 martie anul 1973 ^[22] tipuri de oțel inoxidabil , care pot fi utilizate în contact cu apa potabilă, și mai mult , în general , cu alimente, sunt după cum urmează:

armura inox

Barele de oțel inoxidabil utilizate pentru structuri din beton armat sunt în general realizate cu oțeluri inoxidabile cu microstructura austenitică sau duplex austenitic-feritic. I primi contengono 17-18% di Cr e 8-10% di Ni, mentre i secondi contengono 22-26% di Cr e 4-8% di Ni.

Le armature in acciaio inox, al contrario delle armature comuni in acciaio al carbonio , rientrano nel gruppo delle armature poco sensibili alla corrosione . Infatti gli acciai inossidabili possono resistere alla corrosione in presenza di calcestruzzo con un contenuto di cloruri molto elevato, anche quando questo è carbonatato . Invece nel calcestruzzo non carbonatato e non inquinato da cloruri, le barre di acciaio inossidabile si comportano come le normali barre di acciaio al carbonio, pertanto non apportano alcun vantaggio nei confronti della resistenza alla corrosione della struttura.

Le barre d'acciaio inossidabile però devono garantire le stesse prestazioni meccaniche ( 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 1,8 × 10 ⁻⁵ °C ⁻¹ , maggiore sia di quello del calcestruzzo (circa 10-5 °C ⁻¹ ) sia di quello delle comuni armature ( 1,2 × 10 ⁻⁵ °C ⁻¹ ).

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 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, tubi irradianti e rivestimenti di muffole , per temperature di esercizio fra 950 e 1.100 °C.

Acciai da ultra alto vuoto e criogenia

Il metallo più utilizzato in 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 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.
La presenza di metalli refrattari, come il molibdeno , aiuta a legare elettro-chimicamente gli atomi di ferro , conferendone maggiore inerzia e un grado di durezza superiore (circa 180 gradi Vickers ).
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.
La presenza di cromo , nonostante le sue caratteristiche ferriticizzanti, conferisce all'acciaio stabilità ed elasticità, garantendone così duttilità e malleabilità.
Resta comunque il fatto che, in questa tecnologia, l'acciaio più utilizzato sia quello austenitico.
La sua temperatura di fusione è di 1.435 °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).
Il suo decadimento è più rapido e permanente per gli acciai 304 rispetto ai 316.
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 nickel ), più il materiale è affidabile.
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 LN ESR, poiché molto costoso, viene utilizzato limitatamente e prevalentemente negli acceleratori di particelle .
L'acciaio è costituente delle camere da vuoto , delle 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 1.400 °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) ei 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 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 di carburi di cromo ai bordi dei grani cristallini. Ciò avviene a seguito di esposizione a temperature comprese tra i 450 °C ei 950 °C. Tale precipitazione porta nelle zone adiacenti a un impoverimento di cromo e più in generale degli alliganti 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. ^[7]

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. [1]

Note

Bibliografia

• Walter Nicodemi , Introduzione agli acciai inossidabili , 2ª ed., AIM, 2003, ISBN 88-85298-47-8 .

Voci correlate

• Acciaio
• Passivazione
• Inox austenitico
• Leghe inox austenitiche
• Acciaio strutturale
• Designazione acciaio

Altri progetti

• Wikizionario contiene il lemma di dizionario « acciaio inossidabile »
• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su acciaio inossidabile

Collegamenti esterni

• ( EN ) Acciaio inossidabile , su Enciclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
• Articoli su acciaio inossidabile , su worldstainless.org . URL consultato il 29 dicembre 2008 (archiviato dall' url originale il 6 gennaio 2009) .
• La soluzione ferritica ( PDF ), su worldstainless.org . URL consultato il 7 settembre 2009 (archiviato dall' url originale il 30 novembre 2010) .

• Articolo su certificazione alimentare dell'acciaio inox moca , su condorinox-lavorazioni.it . URL consultato il 19 giugno 2020 ( archiviato il 19 giugno 2020) .

V · D · M Siderurgia
Minerali ferrosi	Ematite · Magnetite · Limonite · Siderite
Leghe ferro-carbonio	Acciaio Inossidabile · Acciai legati · Effervescente · Maraging · Super Rapido · Corten · Damasco · Strutturale · Hadfield Ghisa Bianca · Duttile (sferoidale) · Lamellare (grigia) · Malleabile Strutture Ferrite · Austenite · Perlite · Cementite · Martensite · Bainite · Ledeburite · Sorbite
Processi di fusione	Colata in sabbia · Colata in lingottiera · Colata centrifuga · Colata continua · Pressofusione · Stampaggio ad iniezione
Semilavorati siderurgici	Bramma · Blumo · Billetta · Lingotto · Vergella
Lavorazioni metallurgiche	Forgiatura · Laminazione ( a caldo · a freddo ) · Battitura · Estrusione · Pallinatura · Lappatura · Puddellaggio · Stampaggio · Trafilatura Tranciatura · Perforazione · Calandratura · Imbutitura · Idroformatura
Trattamenti termici	Recupero · Ricristallizzazione · Tempra · Rinvenimento · Bonifica · Ricottura · Austenitizzazione · Normalizzazione · Distensione · Solubilizzazione
Trattamenti termochimici	Passivazione · Decapaggio · Galvanizzazione · Carbocementazione · Nitrurazione · Decarburazione · Cromatura · Sherardizzazione
Apparecchiature metallurgiche	Altoforno · Corex · Finex · Convertitore Bessemer · Convertitore LD · Cubilotto · Forno Martin-Siemens · Forno elettrico ad arco
Altro	Diagramma ferro-carbonio · Designazione degli acciai · Storia della siderurgia · Centro siderurgico · Gas d'altoforno

Portale Ingegneria

Portale Materiali