Acciaio inossidabile: perché è inossidabile e le sue tipologie

Il termine “acciaio inossidabile” è comunemente usato come termine generale, ma in realtà esistono molteplici varianti di acciaio inossidabile, ciascuna con applicazioni uniche. È una lega realizzata combinando vari metalli di base, risultando in un materiale significativamente più resistente dei suoi singoli componenti. Questo vale per tutte le leghe, compreso l'acciaio inossidabile.

Cos'è l'acciaio inossidabile?

L'acciaio inossidabile è una lega a base di ferro che possiede una notevole resistenza alla ruggine e alla corrosione grazie al suo elevato contenuto di cromo pari ad almeno l'11%. Altri elementi come carbonio, non metalli e metalli possono essere aggiunti alla lega per ottenere proprietà specifiche desiderate. La presenza di cromo nell'acciaio inossidabile determina la formazione di una pellicola passiva che funge da strato protettivo, consentendo al materiale di autoripararsi in presenza di ossigeno.

Le eccellenti proprietà di questo acciaio, inclusa la resistenza alla corrosione e la lucentezza, lo rendono un materiale ideale per un'ampia gamma di applicazioni. Può essere modellato in fogli, piastre, barre, fili e tubi per l'utilizzo in vari settori, tra cui pentole, posate, strumenti chirurgici, grandi elettrodomestici, veicoli, materiali da costruzione di grandi edifici, attrezzature industriali come quelle che si trovano nelle cartiere, impianti chimici, impianti di trattamento delle acque, serbatoi di stoccaggio e cisterne per prodotti chimici e alimentari.

Storia

La pratica di sperimentare le leghe metalliche risale a migliaia di anni fa, con prove di fusione del ferro risalenti al 1800 a.C. Crogiolo d'acciaio, d'altra parte, fu introdotto per la prima volta intorno al 300 a.C

L'acciaio inossidabile è stato scoperto da Harry Brearley a Sheffield, in Inghilterra, nel 1913. Harry Brearley era un metallurgista, stava cercando di creare un acciaio resistente all'erosione quando scoprì accidentalmente che ulteriore cromo nell'acciaio al carbonio poteva aumentare la resistenza alla corrosione. La lega fu chiamata “acciaio inossidabile” e successivamente cambiata in “acciaio inossidabile”. I primi contenitori in acciaio inossidabile contengono 0.24% C e 12.8% Cr.

Nel corso del tempo, gli ingegneri hanno continuato a sperimentare questo acciaio, ottenendo un materiale altamente versatile. Incorporando o eliminando determinati metalli, sono stati in grado di creare vari tipi di acciaio inossidabile, ciascuno con proprietà e applicazioni uniche. Ciò ha portato all'utilizzo di questo acciaio in una vasta gamma di prodotti, che vanno dagli utensili da cucina ai componenti per l'edilizia, fino ad oggetti semplici.

Composizione

Questo acciaio è un tipo di acciaio che contiene almeno il 10.5% di cromo, insieme a quantità variabili di altri elementi come nichel, carbonio, manganese e molibdeno. La composizione esatta dell'acciaio inossidabile può variare a seconda dell'uso previsto e delle proprietà richieste, ma generalmente contiene i seguenti elementi:

Cromo (Cr)

Il cromo è l'elemento più importante dell'acciaio inossidabile, poiché fornisce alla lamiera d'acciaio la sua resistenza alla corrosione. La quantità di cromo nell'acciaio inossidabile può variare dal 10.5% fino al 30%.

Nichel (Ni)

Il nichel viene spesso aggiunto all'acciaio inossidabile per migliorarne la duttilità e la tenacità e per aumentarne la resistenza alla corrosione. La quantità di nichel nell'acciaio può variare dal 2% fino al 30%.

Carbonio (C)

Il carbonio viene aggiunto all'acciaio per migliorarne la resistenza e la durezza. Tuttavia, una quantità eccessiva di carbonio può ridurre la resistenza alla corrosione dell'acciaio. La quantità di carbonio nell'acciaio inossidabile è solitamente inferiore allo 0.08%.

Manganese (Mn)

Il manganese viene aggiunto all'acciaio inossidabile per migliorarne la resistenza e la duttilità. La quantità di manganese nell'acciaio inossidabile è solitamente inferiore al 2%.

Molibdeno (Mo)

Il molibdeno viene aggiunto ad alcuni tipi di questo acciaio per aumentarne la resistenza alla corrosione, soprattutto in ambienti difficili. La quantità di molibdeno nell'acciaio inossidabile può variare dallo 0.2% al 6%.

Altri elementi che possono essere presenti in quantità minori nell'acciaio includono silicio, azoto, fosforo, zolfo e rame.

Cosa rende inossidabile l'acciaio inossidabile?

L’acciaio inossidabile è noto per la sua elevata resistenza alla corrosione e alle macchie, che è ciò che lo rende “inossidabile”. L'elemento chiave che conferisce all'acciaio inossidabile le sue proprietà resistenti alla corrosione è il cromo.

Quando il cromo viene aggiunto all'acciaio, reagisce con l'ossigeno presente nell'aria per formare uno strato sottile e invisibile di ossido di cromo sulla superficie dell'acciaio. Questo strato è estremamente sottile, spesso solo pochi atomi, ma è altamente protettivo. Agisce come una barriera, impedendo all'acqua, all'ossigeno e ad altre sostanze corrosive di raggiungere l'acciaio sottostante.

Oltre al cromo, all'acciaio inossidabile possono essere aggiunti anche altri elementi come nichel, molibdeno e azoto per migliorarne la resistenza alla corrosione e altre proprietà.

Nel complesso, è la presenza di cromo, e di altri elementi leganti, a rendere l'acciaio inossidabile formando uno strato protettivo sulla superficie dell'acciaio che previene la corrosione e le macchie.

Properties

L'acciaio inossidabile è un materiale altamente versatile con una gamma di proprietà che lo rendono utile per un'ampia varietà di applicazioni. Alcune delle sue proprietà chiave includono:

Resistenza alla corrosione

È altamente resistente alla corrosione e alla ruggine, il che lo rende adatto all'uso in ambienti difficili, come le applicazioni di lavorazione marina e chimica. Questa resistenza è dovuta alla presenza di cromo, che forma uno strato di ossido passivo sulla superficie dell'acciaio che impedisce ulteriore ossidazione e corrosione.

Forza e durata

Questo acciaio è un materiale incredibilmente forte e durevole, che lo rende ideale per l'uso in applicazioni pesanti che richiedono elevati livelli di robustezza e resistenza all'usura.

Resistenza al calore

Questo acciaio ha un'eccellente resistenza al calore, che lo rende adatto all'uso in ambienti ad alta temperatura. Questa proprietà è dovuta alla presenza di cromo, che forma uno strato protettivo di ossido su una superficie di acciaio in grado di resistere alle alte temperature senza degradarsi.

Proprietà igieniche

Questi acciai sono facili da pulire e igienizzare, il che li rende adatti all'uso in applicazioni in cui l'igiene è fondamentale, come la lavorazione degli alimenti e le apparecchiature mediche.

Attrazione estetica

Ha un aspetto elegante e moderno che lo rende una scelta popolare per l'uso in applicazioni architettoniche e di design.

Tipi

Esistono diversi tipi di questo acciaio, ciascuno con le sue proprietà e caratteristiche uniche. I quattro tipi principali di acciaio inossidabile sono:

Acciai inossidabili austenitici

Questo è il tipo di acciaio inossidabile più comunemente utilizzato e rappresenta circa il 70% di tutta la produzione di acciaio inossidabile. L'acciaio austenitico è non magnetico, altamente resistente alla corrosione e ha un'eccellente formabilità e saldabilità.

– Resistenza: gli acciai inossidabili austenitici sono generalmente noti per la loro buona duttilità, tenacità ed eccellente resistenza alla corrosione, ma hanno una resistenza relativamente inferiore rispetto ad altri tipi di acciaio inossidabile.

– Trattamento termico: gli acciai inossidabili austenitici non sono trattabili termicamente, ma possono essere lavorati a freddo per migliorarne la resistenza e la durezza.

– Contenuto: gli acciai inossidabili austenitici contengono elevati livelli di nichel e cromo e spesso un po' di molibdeno, azoto e altri elementi.

– Leghe tipiche: gli esempi includono acciaio inossidabile 304, 316 e 321.

Acciai inossidabili ferritici

L'acciaio inossidabile ferritico è magnetico e ha un contenuto di carbonio inferiore rispetto all'acciaio inossidabile austenitico. È altamente resistente alla tensocorrosione, rendendolo adatto all'uso in applicazioni ad alta temperatura. Tuttavia, ha una tenacità inferiore ed è meno duttile dell'acciaio inossidabile austenitico.

– Resistenza: gli acciai inossidabili ferritici hanno livelli di resistenza moderati, ma sono meno duttili degli acciai inossidabili austenitici. Sono noti per la loro eccellente resistenza alla corrosione, in particolare nelle applicazioni ad alta temperatura.

– Trattamento termico: gli acciai inossidabili ferritici non vengono generalmente trattati termicamente per migliorare le loro proprietà meccaniche, poiché sono relativamente morbidi e duttili allo stato ricotto. Tuttavia, gli acciai inossidabili ferritici possono essere trattati termicamente in alcuni casi per migliorarne la lavorabilità e per alleviare le sollecitazioni derivanti dalla lavorazione a freddo. Il trattamento termico più comune utilizzato per l'acciaio ferritico è la ricottura, che prevede il riscaldamento dell'acciaio ad alta temperatura e quindi il raffreddamento lento. Questo processo può migliorare la duttilità e la tenacità dell'acciaio, facilitandone la lavorazione. Gli acciai inossidabili ferritici possono anche essere solubilizzati per migliorare la loro formabilità, ma in genere non vengono induriti mediante trattamento termico poiché non possono essere trasformati da austenite a martensite come altri tipi di acciaio.

– Contenuto: gli acciai inossidabili ferritici contengono alti livelli di cromo e spesso piccole quantità di altri elementi come molibdeno, titanio e alluminio.

– Leghe tipiche: gli esempi includono 409 e 430.

Acciai inossidabili martensitici

L'acciaio inossidabile martensitico è magnetico e ha un contenuto di carbonio maggiore rispetto all'acciaio inossidabile austenitico o ferritico. È altamente resistente alla corrosione e viene spesso utilizzato in applicazioni in cui sono richieste elevata resistenza e durezza, come posate e strumenti chirurgici.

– Resistenza: gli acciai inossidabili martensitici sono noti per la loro elevata resistenza e durezza, ma hanno una tenacità inferiore rispetto ad altri tipi di acciaio inossidabile. Sono anche più suscettibili alla corrosione rispetto ad altri tipi di acciaio inossidabile.

– Trattamento termico: gli acciai inossidabili martensitici sono trattabili termicamente e possono essere induriti e rinforzati mediante processi di trattamento termico come tempra e rinvenimento.

– Contenuto: gli acciai inossidabili martensitici contengono livelli elevati di carbonio e spesso livelli inferiori di nichel e cromo rispetto ad altri tipi di acciaio inossidabile.

– Leghe tipiche: gli esempi includono l'acciaio inossidabile 410 e 420.

Acciai inossidabili duplex

L'acciaio inossidabile duplex è una combinazione di acciaio inossidabile austenitico e ferritico. Presenta un'eccellente resistenza alla corrosione e un'elevata robustezza, che lo rendono adatto all'uso in ambienti difficili come le applicazioni di lavorazione marina e chimica. Tuttavia, può essere più difficile da saldare rispetto ad altri tipi di acciaio.

– Resistenza: gli acciai inossidabili duplex hanno livelli di resistenza elevati, tipicamente superiori agli acciai inossidabili austenitici o ferritici, e hanno una buona duttilità e tenacità. Sono noti anche per la loro eccellente resistenza alla corrosione.

– Trattamento termico: gli acciai inossidabili duplex in genere non vengono trattati termicamente per scopi di tempra, poiché presentano già livelli di resistenza elevati e buona tenacità allo stato ricotto. Tuttavia, gli acciai inossidabili duplex possono essere trattati termicamente per migliorarne la resistenza alla corrosione, la lavorabilità e per alleviare le sollecitazioni derivanti dalla lavorazione a freddo. Il trattamento termico più comune utilizzato per gli acciai duplex è la solubilizzazione seguita dalla tempra, che prevede il riscaldamento dell'acciaio ad alta temperatura (tipicamente tra 1050-1150°C) e quindi il rapido raffreddamento in acqua o aria. Questo processo può migliorare la duttilità, la tenacità e la resistenza alla corrosione dell'acciaio.

Gli acciai inossidabili duplex possono essere ricotti anche a temperature più basse (780-850°C) per migliorarne la formabilità e per alleviare le sollecitazioni dovute alla lavorazione a freddo. Inoltre, gli acciai duplex possono essere invecchiati a temperature intermedie (tra 475 e 550°C) per migliorarne le proprietà meccaniche e la resistenza alla corrosione, un processo noto come indurimento secondario.

– Contenuto: gli acciai inossidabili duplex contengono elevati livelli di cromo e nichel e spesso quantità minori di altri elementi come molibdeno e azoto.

– Leghe tipiche: gli esempi includono 2205 e 2507.

Nel complesso, il tipo scelto per una particolare applicazione dipenderà da fattori quali le proprietà desiderate, l'uso previsto e l'ambiente in cui verrà utilizzato.

Applicazioni dell'acciaio inossidabile

Architettura e costruzione

È ampiamente utilizzato nella costruzione di edifici moderni grazie alla sua durabilità, resistenza alla corrosione e aspetto estetico. Può essere utilizzato per qualsiasi cosa, dai componenti strutturali alle finiture decorative e ai rivestimenti.

Stoviglie ed elettrodomestici

È una scelta popolare per utensili da cucina ed elettrodomestici grazie alle sue proprietà igieniche, facilità di pulizia e resistenza alla corrosione e alle macchie. È utilizzato in tutto, dalle posate e pentole ai frigoriferi e alle lavastoviglie.

Sensori e Dispositivi medicali

L'acciaio inossidabile è ampiamente utilizzato nell'industria medica grazie alla sua biocompatibilità, resistenza alla corrosione e facilità di pulizia e sterilizzazione. Viene utilizzato ovunque, dagli strumenti chirurgici e impianti alle apparecchiature mediche e agli strumenti diagnostici.

Automotive e aerospaziale

È utilizzato nell'industria automobilistica e aerospaziale per la sua robustezza, durata e resistenza alla corrosione e alle alte temperature. Viene utilizzato in tutto, dai sistemi di scarico e componenti del motore ai telai degli aerei e alle strutture aerospaziali.

Olio e Gas

È ampiamente utilizzato nell'industria del petrolio e del gas grazie alla sua resistenza alla corrosione e alle alte temperature. Viene utilizzato ovunque, dalle condutture ai serbatoi di stoccaggio, alle attrezzature di perforazione e alle piattaforme offshore.

Il futuro degli acciai inossidabili

Il futuro dell’acciaio inossidabile sembra luminoso, con una crescita continua prevista in vari settori che fanno affidamento su questo materiale. Ecco alcune tendenze che probabilmente modelleranno il futuro dell’acciaio inossidabile:

Sostenibilità

Si prevede che la crescente attenzione alla sostenibilità e alle preoccupazioni ambientali stimolerà la domanda di acciaio inossidabile di alta qualità, altamente riciclabile e con una lunga durata.

Tecniche di produzione avanzate

Si prevede che lo sviluppo di tecniche di produzione avanzate come la stampa 3D aumenterà le possibilità di progettazione e l’efficienza produttiva dei prodotti in acciaio.

Nuove applicazioni

Con la continua ricerca e sviluppo, è probabile che emergano nuove applicazioni per l’acciaio inossidabile, soprattutto nei campi della medicina, dell’elettronica e delle energie rinnovabili.

Leghe ad alte prestazioni

Si prevede che lo sviluppo di nuove leghe di acciaio ad alte prestazioni con proprietà migliorate come maggiore resistenza, durata e resistenza alla corrosione stimolerà la domanda in vari settori.

Tecnologie per il trattamento delle superfici

Si prevede che emergeranno nuove tecnologie di trattamento superficiale, che miglioreranno l’aspetto e la durata dei prodotti.

Conclusione

In conclusione, è un materiale straordinario che ha una vasta gamma di applicazioni in vari settori. Le sue proprietà uniche, tra cui resistenza alla corrosione, durata e facilità di manutenzione, lo rendono una scelta popolare per molte applicazioni, dall'architettura e l'edilizia alle apparecchiature mediche e ai componenti automobilistici.

Grazie alla continua ricerca e sviluppo, il futuro dell’acciaio inossidabile appare promettente, con la probabilità che emergano nuove applicazioni, leghe e tecnologie di trattamento superficiale. La sostenibilità e la riciclabilità dell'acciaio inossidabile lo rendono una scelta interessante per le aziende che cercano materiali più rispettosi dell'ambiente.

Complessivamente, la CapableMachining ha affermato che la versatilità, la durata e la resistenza alla corrosione dell'acciaio inossidabile lo rendono un materiale essenziale per un'ampia gamma di applicazioni e si prevede che rimarrà una scelta popolare per molti anni a venire.