• Acciai Inossidabili

acciai particolarmente resistenti alla corrosione.

  • Corrosione

- corrosione ad umido del ferro

Fe → Fe+2 + 2e-
reazione anodica di ossidazione

½O2 + H2O + 2e- → 2OH-
reazione catodica di riduzione

Globalmente si ottiene
½O2 + H2O + Fe → Fe(OH)2

Perdita di massa nel caso di corrosione uniforme

v= Delta M/ (S*DeltaT)

V = velocità di corrosione
Δm = massa di metallo perduta
S = superficie metallica esposta all’ambiente corrosivo
Δm = tempo di esposizion

-> ossidazione che si ha al contatto di metallo e acqua a temperatura ambiente

corrosione a caldo

-> ossidazione che si ha al contatto di metallo con ossigeno ad alta temperatura

la resistenza è dovuta alla formazione di uno strato protettivo (nanometri) di ossidi che protegge il metallo base da ulteriore ossidazione

per gli acciai inox, lo strato in questione è costituito da ossidi di cromo

per ottenere tale strato è necessario che il Cr sia presente in una percentuale di almeno 12% in soluzione con matrice

non voglio che il Fe si ossidi perché si viene a creare uno strato poroso, tenero e friabile e non in grado di proteggere lo strato sottostante, al contrario di Al e Ti

Classificazione

  • Acciai inox ferritici
  • Acciai inox austenitci
  • Acciai inox martensitici
  • Acciai inox duplex

lo strato è invariante nonstante le incisioni

questi acciai sono poveri di C, perché voglio evitare che reagisca con il Cr a formare carburi

Elementi leganti

  • austenetizzanti C, Ni, Mn che aumentano l'intervallo di esistenza di questa.
    Ferritizzanti Al, V, SI, Mo, W, Cr che stabilizzano la ferite
  • Il cr diminuisce la zona di esistenza dell'austenite, essendo ferritizzante.
  • Max T 1394, Min T 830 e max % Cr 13,4 (limite austenite)
  • La presenza di N, C ed Ni può contrastare l'effetto di Cr

Diagramma di Schaeffler

  • utilizzato per previsione proprietà e composizione acciai
  • in ascissa % el ferrizzanti e in ordinata % el austenetizzanti
  • il diagramma non tiene conto delle trasf bainitica e delle fasi secondarie

  • Acciai inox austenitici

  • Se si vuole diminuire il costo, si aumenta il tenore di Mn e si diminuisce quello di Ni, con diminuzione della resistenza a corrosione (in quanto l'Mn è maggiormente suscettibile alla corrosione)
  • per aumentare la resistenza a corrosione a umido/pitting, si aumenta il tenore di Cr e di Mo
  • aumentare resistenza a corrosione ad alta T, si aumenta il tenore di Cr e Ni
  • Per aumentare le proprietà meccaniche, si aumenta il tenore di C in soluzione solida diminuendo quelli di Cr e Ni
  • per aumentare la resistenza a corrosione intergranulare, si può o diminuire il tenore di C o aumentare il tenore di Ti e Nb che tendono a carburare più facilmente rispetto al cromo

N.B. il Cr è un elemento a bassa diffusività ed un atomo sostituzionale.
Quando i carburi precipitano a Bdg, si va a creare una carenza altrove: queste parti sono le prime a subire l'effetto della corrosione.

evito la corrosione intergranulare eseguendo un rapidissimo raffreddamento.

l'ASI 304 e 316 sono i più comuni.

il 316 ha una resistenza maggiore per la presenza di Mo

non hanno carichi di snervamento particolarmente alti, ma sono entrambi molto duttili (CFC e piani di scorrimento)

Solitamente ho Ms molto bassa, per gli elementi legati: posso avere martensite classica (alfa') e martensite eta, con struttura esagonale.
Ottengo martensite inducendo una deformazione plastica parallelamente alla tempra.

  • Seconde fasi

  • successivamente alla laminazione e ricottura di solubilizzazione ho solo austenite, ma in altri casi c'è la possibilità di avere seconde fasi:
    carburi, martensite, ferrite e composti intermetallici
  • Ferrite

Cause:
1)Segregazione durante solidificazione,
2) deformazione a caldo insufficiente per compensare le segregazioni (non omogeneizzazione della composizione)


Risultato:
piccole zone ferritiche spesso allungate in direzione della laminazione

  • fase sigma (FeCr?)
    cause:
    1) processi di saldatura
    2) esposizione a temperatura fra 500 e i 700°C
    3) presenza di ferrite(sigma si crea da segregazione di Cr in ferrite)
    ferrite delta -> sigma + austenite ulteriore

Risultati:
Infragilimento su bdg
minore resistenza alla corrosione (meno Cr nella matrice e corrosione galvanica)

  • intermetalliche Chi e Laves

si formano per presenza di Mo,Ti e Nb e trattamenti prolungati a 800°C

  • Ciclo di lavorazione

    • Colata in continuo
    • Lavorazioni meccaniche a caldo

    • T.Termici


      • Solubilizzazione: riscaldamento a 1000-1100°C e raffreddamento in acqua. Ha come scopo quello di ottenere una microstruttura austenitica monofase e di disciogliere i carburi di Cr.


        Il raffreddamento avviene velocemente per evitare la precipitazione dei carburi


      • stabilizzazione: riscaldamento a 890°C e raff in aria,usato per acciai inox con tenore di Nb e Ti. Consente di formare i carburi di Nb e Ti e di farli precipitare così da evitare la formazione dei carburi di Cr


      • Ricottura (recovery, ricristallizzazione) per rirpristinare duttilità/formabilità dopo def. a freddo.


    • Distensione per eliminare tensioni residue, si cerca sempre di evitare T che avviino la formazione di carburi.


    • Laminazione a freddo

    • Ricottura
    • Rettifica
    • Lucidatura
  • Usi speciali
    • sono non magnetici
    • Usi criogenici in quanto non presentano la transizione tra duttile e fragile
    • resistenza a corrosione a caldo/ creep
    • deformabilità a freddo per usi igienici

  • Acciai Inox ferritici

  • sono più economici rispetto agli austenitici per l'assenza di Ni.
  • il principale elemento di lega è anche qui il Cr, che stabiliza la ferrite
  • principali sono 405 e 430
  • aumento saldabilità e resistenza a corrosione intergranulare -> riduco C e aumento Ti e Nb
  • aumento resistenza meccanica -> aumento Cr per rafforzamento sol. solida
  • aumento resistenza oss. a caldo -> aumento Al, Si, Cr
  • aumento resistenza a pitting e corrosione a umido -> aumento %Cr e % Mo
  • per diminuire costo, diminuisco Cr
  • proprietà meccaniche
    • Rp02 tra 250 e 300 Mpa
    • Rm tra 500 e 550 Mpa
    • A tra 20 e 25 %
    • presenza transizione duttile-fragile
    • rafforzamenti per incrudimento, aff.grano e sol. solida sostituzionale.

elementi di lega

  • Cr -> resistenza a corrosione e struttura ferritica
  • C -> ridotto al minimo per ridurre i carburi di Cr (corrosione intergranulare), evitare formazione di austenite (e quindi martensite in matrice ferritica), mantenere duttilità
  • Ti, Nb per formazione di carburi ed evitare formazione di austenite a caldo
  • Al e Si per aumentare resistenza ossidazione a caldo.

Carburi di cromo

  • precipitazione inevitabile se %C è rilevante, in quando non è solubile in ferrite.
  • l'effetto è però meno dannoso rispetto agli austenitici perché è maggiore la diffusività di Cr nel CCC e non possono essere solubili nella ferrite.
  • eseguo ricottura per ottenere una ferrite omogenea con carburi di cromo finemente dispersi.
  • Fasi intermetalliche

Fase sigma (simile a FeCr) -> possibile infragilimento per precipitazioni in caso di processi di saldatura ed esposizione a 500- 700 prolungata
Fase Chi e Laves
SI cerca di avere una soluzione attraverso solubilizzazione a 1050°C

  • Infragilimento a 475°C

alfa (sol. solida) -> alfa (Fe) + alfa' (cr) (decomposizione spinoidale)

  • le due alfa sono entrambe CCC ma ricche in Fe e Cr
  • questa doppia struttura determina un aumento della resistenza e di fragilità
  • Se eseguo una ricottura a 550-600°C posso avere solo ferrite classica, ma se lo faccio per un tempo troppo elevato, rischio di formare fase sigma, che può portare alla corrosione di tipo galvanico e infragilimento della matrice ferritica

  • Trattamento termico


    Ricottura


  1. Scopi:


    • recovery,ricristallizzazione
    • omogeneità tenore di Cr
    • microstruttura di Fe omogenea e carburi dispersi
    • evitare austenite
    • evitare fasi intermetalliche
    • evitare infragilimento a 475° C

  2. T ricottura


    770-850°C

ciclo di lavorazione

  • colata in continuo
  • lam a caldo
  • lam a freddo
  • ricottura
  • eliminazione ossidi superficiali

  • Acciai Inox martensitici

Scopi:

  • resistenza a corrosione
  • affidabilità, durezza, resistenza, res ad usura
    • stesso Cr di ferritici ma più C
    • sono utilizzati per utensili che devono essere resistenti alla corrosione.

Ciclo di lavorazione:

  • Colata
  • lam a caldo
  • lam a freddo
  • ricottura subcritica
  • lav meccaniche
  • bonifica
  • lav di rifinitura
  • difficoltà in saldatura
  • minore resistenza a corrosione
  • maggiore durezza
  • minore tenacità

Cr e C sono bilanciati:

  • il Cr deve essere sufficiente a creare lo strato inossidabile
    • deve essere presente abbastanza C, per il suo effetto austenetizzante.
  • ricottura a 750°C per avere ferrite più carburi sferoidali
  • Bonifica- > devo permettere prima l'austenetizzazione e poi tempra martensitica.
    Serve un preriscaldamento per bassa conducibilità termica.
    T au 950-1100 e determina:
  1. temprabilità
  2. Ms e Mf
  3. Austenite residua
  4. Durezza martensite ottenuta
  5. Dimensione grano
  • bassa T au

Carburi indisciolti, %C poco in austenite e martensite meno dura

  • Ferrite alfa presente
  • alta T au

Dissoluzione carburi e Mf< T amb
Ingrossamento grano
Ferrite delta


Rinvenimento

  • T<400° per raggiungere elevate durezze a discapito di piccoli allungamenti
  • T > 600 per resistenza meccanica e alla corrosione

  • Acciai Inox duplex

Ms al di sotto della T amb

Hanno resistenze meccaniche e alla corrosione più elevate rispetto agli austenitici

Hanno più Cr e meno Ni rispetto agli austenitici

Tratt. Termico

Bifasici austenite+ferrite

Proprietà cruciali:

  • resistenza a corrosione
  • resistenza meccanica (Rp02 doppio rispetto agli austenitici)
  • Resistenza alla tensocorrosione
  • meno tenaci e meno deformabili rispetto agli austenitici
  • Magnetici (ferrite)
  • A T troppo elevate ho formazione di seconde fasi;
  • A T troppo basse ho transizione duttile-fragile

Solubilizzazione a 1000-1050 + raff. rapido per ottenere una struttura 50% aust e 50% ferr senza altre fasi

Fasi indesiderate

  • carburi e nitruri
  • intermetallici (sigma, chi, Laves)
  • Decomposizione spinoidale a 475 (anizchè alfa + sigma ho alfa + alfa')

Perché??


  • Minore resistenza a corrosione
  • fragilità
  • Impiego solo sotto i 300°C

Acciai Inox indurenti per precipitazione

sono acciai simili ai Maragin, ma con proprietà di inossidabilità

Ciclio di Lavorazione

  • Colata
  • Lam a caldo
  • Forgiatura
  • Solubilizzazione per martensite dolce
  • Lav meccaniche
  • Invecchiamento a T 500°C per ottenere buona resistenza meccanica

esistono anche tipi austentici o austeno-martensitici con una variante al ciclo di produzione.

  • La solub. trasforma austenite in austenite+martensite
    2 invecchiamento