Acciai da Costruzione

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Generalita'

Il Grano Austenitico negli Acciai da Costruzione

Saldabilita'Acciai da Costruzione

Acciai Automatici

Acciai da Cementazione e da Bonifica

Temprabilita' Acciai da Cementazione e Bonifica

Effetti degli Elementi di Lega negli Acciai da Cementazione e Bonifica

Caratteristiche Meccaniche Martensiti Rinvenute (Acciai da Costruzione)

Acciaio Risolforato

Acciaio al Piombo

Acciai al Calcio

Acciai da Nitrurazione

Acciai per Tempra Superficiale

Acciai per Molle

Acciai per formatura a freddo

Acciai per Bulloneria

Acciai Resistenti allo Scorrimento a Caldo

Acciai per Impieghi Criogenici

Acciai Microlegati ad Alte Caratteristiche Resistenziali

Acciai per Cuscinetti a Rotolamento

Acciai Resistenti all'Usura

Acciai ad Elevatissima Resistenza

Gli Acciai Autotempranti e il loro Trattamento Termico

Acciaio Maraging e Inossidabili da Costruzione

Acciai da Costruzione (sintesi)con relative schede tecniche.

Schede Tecniche (Approfondimento)

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Acciai Risolforati

Sono acciai con una percentuale di (S) zolfo% > 0.10 (zolfo alto). Questo elemento è introdotto intenzionalmente in fase di colata al fine di migliorare la truciolabilità.

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Acciai al Piombo

È un acciaio dolce per usi generici, con piccole quantità di piombo, bismuto, tellurio o zolfo; la sua caratteristica più importante è la truciolabilità e l'ottima lavorabilità con macchine utensili (da qui la denominazione automatico). Viene anche denominato con la sigla AVP (Alta Velocità Piombo), proprio per la sua elevata lavorabilità.

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Acciai al Calcio

Si distinguono in:

A) Acciai al Calcio di classe A (per bonifica).Il miglioramento della lavorabilita'e' ottenuto modificando la composizione delle inclusioni che devono risultare a basso punto di fusione.Durante la lavorazione con asportazione di truciolo queste inclusioni si rammolliscono e formano sul petto dell'utensile un deposito protettivo che ne migliora la resistenza all'usura.Il rammollimento delle inclusioni ovviamente e' favorito dalla temperatura e quindi aumenta con la velocita' di taglio.Questi acciai sono quindi indicati per le lavorazoni ad alta velocita' (>=100m/min.)con placchette di carburi sinterizzati.
Poiche' e' necessario evitare aggiunte di alluminio,gli acciai della classe A non possono essere fabbricati a grano controllato con Al:pertanto questa via puo' in pratica essere seguita solo per gli acciai da bonifica.
Il miglioramento nella lavorabilita'esplicato da questi acciai e' legato solo alla migliore resistenza all'usura dell'utensile, mentre la truciolabilita' e' simile a quella degli acciai tradizionali.Gli acciai della classe A presentano, rispetto ai corrispondenti acciai normali, una caduta di tenacita' in traverso (inferiore pero' a quella prodotta dall'aggiunta di Pb)dovuta alla forma tendenzialmente allungata delle inclusioni.

B)Acciai al Calcio della classe B (per cementazione e bonifica).Il processo di disossidazione con leghe a base di calcio e' condotto in modo tale da portare alla formazione di inclusioni di alluminati di calcio avviluppati da una pellicola di solfuro di calcio e manganese.
Il miglioramento di lavorabilita'che si ottiene con questi acciai riguarda soprattutto la minore usura degli utensili, assicurata dalla morfologia delle inclusioni;la truciolabilita'e' invece simile a quella degli acciai normali.
Tali acciai possono essere fabbricati a grano controllato con aggiunta di alluminio:questo processo puo' quindi essere seguito sia per gli acciai da bonifica che per quelli da cementazione.Gli acciai della classe B non presentano alcuna caduta di tenacita' in traverso rispetto agli acciai normali.
Un procedimento che assicura ottimi risultati nei riguardi del miglioramento sia della truciolabilita'che della resistenza all'usura degli utensili e' quello di fabbricare acciai risolforati, con zolfo alto e solfuri globulari, disossidati con calcio.

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Acciai al Boro

Definizione
L'acciaio al boro è un termine generico per definire una famiglia di acciai basso legati da bonifica. Lo studio di questi acciai ebbe inizio durante la seconda guerra mondiale ed ebbe un impulso notevole negli anni cinquanta in concomitanza con la crisi di reperibilità degli elementi pregiati conseguente agli eventi bellici, rendendo necessaria l' individuazione di elementi alternativi ai leganti più costosi. Dopo una lunga fase sperimentale gli acciai al boro si affermano solo attorno agli anni 70/80 con l'avvento di tecnologia siderurgica avanzata e oggi assumono importanza nel mercato degli acciai da bonifica.

Campo di applicazione
I campi di applicazione sono diversi e legati alla caratteristica del boro che, aggiunto in piccole percentuali (questi acciai sono anche chiamati "microlegati al boro") permette di aumentare notevolmente la temprabilità degli acciai al carbonio bassolegati, con un contenuto aumento del costo di fabbricazione. In generale, gli acciai al boro trovano applicazione negli stessi campi nei quali si impiegano gli acciai da bonifica, per molle (in particolare ai silicio) e, in misura minore, da cementazione. Oltre al campo della bulloneria, li si trova impiegati in modo ampio in trattoristica, sia come parti di usura (suole di cingolo e denti per escavatori) che per organi meccanici. Nell'industria collegata all'agricoltura questo acciaio ha ampiamente sostituito le zappette ed altre parti in acciaio al silicio, per il notevole vantaggio ecologico della tempra in acqua anziché in olio.
Nella fabbricazione delle forche per carrelli elevatori l'acciaio al boro ha mostrato grande versatilità ed affidabilità. In conclusione, la definizione di acciaio al boro come acciaio alternativo è oggi assolutamente riduttiva: questa classe di acciai ha suoi specifici pregi, con una tecnologia di fabbricazione consolidata, con ampia versatilità e piena affidabilità all'impiego.

Condizione di impiego
Poiché il campo di impiego prevalente è quello degli acciai da bonifica, valgono per gli acciai al boro le stesse considerazioni generali.
Pertanto le condizioni migliori di impiego sono quelle del "trattato termicamente" e nel caso specifico, allo stato bonificato.

Effetto boro
Il boro aggiunto in piccole percentuali (in genere 10 - 50 ppm) ha la facoltà di esaltare la temprabilità rispetto ad un acciaio di stessa composizione chimica ma privo di boro.
L'efficacia del boro sulla temprabilità può essere valutata secondo il metodo di GROSSMAN, riportato dalla norma ASTM A255-89. Seguendo lo schema del Grossman indicando con D.I il diametro ideale di una barra di acciaio che presenterà una struttura con il 50% di martensite a cuore dopo tempra ottimale (ideale), si definisce F.B., fattore boro il rapporto:
F.B. = D.I. con boro (misurato sull'acciaio con boro)
-------------------------------------------------------------------------------------------------------
D.I. senza boro (misurato sull'acciaio senza boro)


L'efficacia del boro è magiore quanto più è povero l'acciaio base, ovvero F.B è inversamente proporzionale al tenore di Carbonio ed agli elementi di lega. Per un acciaio tipo 30MCB5, risulta un F.B. = 1.7 MIN. L' efficacia dell'elemento Boro si svolge attraverso quella parte di Boro non combinata (Boro solubile) con i gas disciolti nell'acciaio (azoto e ossigeno principalmente). La tecnologia di fabbricazione provvede attraverso l'impiego di specifici "bloccanti" di N2 e O2, ovvero Titanio e Alluminio. Pertanto, in questa famiglia di acciai, essi saranno presenti con tenori minimi, in genere, di 0,030% in peso.

Caratteristiche di lavorabilità meccaniche
Allo stato "naturale di laminazione" le caratteristiche di durezza non si discostano significativamente da quelle del corrispondente acciaio base. L'acciaio 30MCB5, allo stato naturale di laminazione, ha valori resistenziali di circa: R = 650-700 N/mm2, mentre allo stato bonificato (tempra in acqua a 860°C + rinvenimento a 550°C) è intorno a R =~ 900 N/mm2 (rif. ø 40 mm). Per rinvenimenti più bassi (intorno a 220°C) si raggiungono R =~ 1500-1700 N/mm2 (ø 40).

Caratteristiche di tenacità
Gli acciai al Boro da bonifica hanno ottima resistenza alla rottura fragile. Allo stato bonificato, il 30MCB5, ha resilienza (KV) ampiamente superiore a 27J anche a -20°C (su materiale bonificato con rinvenimento a circa 600°C). In caso di rinvenimento a più basse temperature lo stesso valore di resilienza è comunque garantito a temperature di +20°C.

Caratteristiche di sadabilità
La saldabilità è circa equivalente a quella dell'acciaio base corrispondente.

Fucinatura e trattamento termico
La temperatura di fucinatura deve essere compresa tra i 900 e i 1200°C.
Il periodo di permanenza dopo aver portato il materiale in temperatura deve essere il più breve possibile onde evitare che il boro presente perda la sua efficacia. La tempra può avvenire nella maggior parte dei casi dal calore della fucinatura ed il mezzo di tempra (normalmente acqua) deve avere una temperatura costante.
La scelta della temperatura di rinvenimento è in funzione delle caratteristiche meccaniche desiderate: tra i 180 - 220°C si ottengono i valori resistenziali più elevati.
Con temperature 450 - 550°C si migliorano nettamente le caratteristiche di tenacità, con valori resistenziali inferiori.

Ricottura di lavorabilità
L'acciaio al boro presenta già naturalmente una buona lavorabilità a freddo e pertanto raramente necessita di essere ricotto. In caso di particolari e difficili formature a freddo si richiede il trattamento di ricottura di circa 6/8 ore che conferisce all'acciaio una durezza di circa 150 HB.

Conclusione
L'acciaio al boro è la soluzione ottimale per ottenere un prodotto di alta qualità ad un costo relativamente basso.

Analisi Chimiche,Caratteristiche Meccaniche,Trattamento Termico

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Acciai da Nitrurazione

Il Trattamento da Nitrurazione degli Acciai Speciali da Costruzione

Analisi Chimica

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Acciai per Tempra Superficiale

Durezze superficiali ottenibili dopo trattamenti termochimici e di tempra superficiale su acciai speciali da costruzione

Tempra Superficiale


Tabelle

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Acciai per Molle

Definizione
Come previsto dalle norme UNI EN 10020-89 gli acciai per molle di nostra fornitura rientrano nella classe degli acciai legati, definiti speciali, per costruzione meccanica.

Campo di applicazione
Il campo di applicazione è rivolto alla fabbricazione delle molle di vario tipo (balestre piane, paraboliche, barre di torsione, molle a bovolo, ad elica, pinze elastiche ecc.) e pertanto riguardano il settore automobilistico e il trasporto pesante e ferroviario. Questi acciai trovano impiego anche nelle macchine agricole ed, in generale, in tutti i casi ove sono richieste caratteristiche di indeformabilità, resistenza all'usura ed all'abrasione

Condizione di impiego
L'acciaio per molle è assimilabile all'acciaio da bonifica, dal quale si differenzia per la particolare applicazione che richiede un rinvenimento nettamente inferiore a quello ordinario (intorno ai 450° anziché 600° circa), ottenendo carichi di snervamento elevati sia in valore assoluto, sia nella resistenza a trazione (elevato rapporto Rs/R).
Pertanto, anche se a volte possono essere impiegati allo stato naturale o ricotto, per una massima resistenza all'usura o per sfruttare l'elevata "rigidità" la condizione corretta di impiego è allo stato bonificato, dato che il migliore complesso di caratteristiche si ha, come è ben noto, per la struttura di rinvenimento della martensite
ottenibile con la bonifica, e non per la struttura perlitica, o per strutture miste.

Tipi di acciaio per molle - caratteristiche
Il materiale ideale per la fabbricazione delle molle deve deformarsi elasticamente sotto carico senza subire alcuna deformazione plastica e possedere un'elevata resistenza a fatica, poiché le molle sono organi meccanici soggetti a cicli di sollecitazione ripetuti.
L'acciaio dunque, deve possedere un basso modulo elastico, per deformarsi apprezzabilmente anche sotto sollecitazioni modeste, un elevato limite elastico per sopportare anche forti sollecitazioni, ed ottima tenacità allo stato bonificato.
In funzione della dimensione del pezzo da fabbricare e della severità di impiego richiesto, si passa da un acciaio al solo silicio con vari tenori di carbonio, fino all'aggiunta di cromo, cromo-vanadio e SI-CR-NI.
Ciò che importa concretamente non sono tanto i singoli valori assoluti delle caratteristiche meccaniche, quanto l'assicurarsi che l'insieme di tali valori corrispondano ad un acciaio con il livello di qualità desiderato: e qui intervengono in modo significativo l'influenza delle materie prime e dei processi di fabbricazione.
Stabilito ciò, per soddisfare la maggior parte delle normali esigenze, sarà sufficiente scegliere un acciaio adeguato in modo che siano garantiti i carichi di snervamento desiderati.
Al crescere del numero e dei tenori degli elementi di lega si ottiene anche un aumento della penetrazione di tempra. La scelta del tipo di acciaio è poi finalizzata all'ottenimento della migliore caratteristica di resistenza a fatica, per tutta questa gamma di acciai. Ricordiamo infatti che la resistenza a fatica indica la capacità del materiale ad opporsi al fenomeno dell'abbassamento della resistenza meccanica rispetto al valore originario, dopo che ha subito un ciclo di sollecitazioni di intensità oscillante nel tempo.
La resistenza alla rottura fragile, ovvero alla tenacità, non è una caratteristica ricercata per questi acciai, per cui il parametro della "resilienza" che lo evidenzia, non è normato, cosi come la strizione. Vi è da osservare, circa la tenacità, che a parità di elementi di lega, aumentando il tenore di carbonio la resilienza diminuisce mentre rimane pressoché invariata aumentando gli altri elementi e mantenendo costante il livello di carbonio.

Ricottura
L'acciaio per molle viene fornito normalmente allo stato naturale di laminazione. A richiesta si possono effettuare alcuni trattamenti di ricottura per migliorarne la lavorabilità a freddo.

Conclusioni
Gli acciai per molle sono quindi molto adatti per tutti quegli impieghi dove sia richiesta elasticità, resistenza agli urti, all'abrasione e all'usura.


Analisi Chimiche,Caratterisitche Meccaniche,Trattamento Termico,Tabella di Conversione

Tipi di Spigoli

Caratteristiche Tecniche Varie

Tempra Bainitica

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Acciai per formatura a freddo

Acciai dolci a basso e bassissimo contenuto di carbonio idonei a tutti i tipi di formatura a freddo (dalla piegatura al profondissimo stampaggio).

Tabelle

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Acciai resistenti allo scorrimento a caldo

In questo gruppo sono compresi i tipi di acciai da costruzione destinati all’allestimento di particolari soggetti al fenomeno dello scorrimento viscoso per l’azione combinata temperatura - sollecitazione - tempo, destinati ad impianti termici come centrali termoelettriche, raffinerie di petrolio, ecc., comunque per organi che non lavorano in ambienti aventi una particolare azione corrosiva od ossidante.

Gli acciai di questo gruppo possono essere forniti allo stato normalizzato, ricotto, ricotto lavorabile, temprato rinvenuto.

Affinché le caratteristiche meccaniche non degradino rapidamente in esercizio, è necessario che la temperatura di rinvenimento sia in ogni caso superiore di almeno 50 °C rispetto a quella massima d’impiego.

Il tipo A193-B7 di media temprabilità ed elevata tenacità è consigliato per impieghi a caldo fino a 500-525 °C, specie per «bulloneria e tiranteria» destinate a centrali termiche e raffinerie di petrolio.

Il tipo A193-B16 al Cr-Mo-V viene utilizzato per bulloneria a caldo con elevate caratteristiche di resistenza allo scorrimento.

Il tipo A182-F11 è indicato per particolari di impianti a vapore sotto pressione, condotte di vapore fino a temperature rispettivamente di 525 °C e di 550 °C; il tipo A182-F22 che presenta una buona resistenza allo scorrimento viscoso fino alla temperatura di 600 °C, è adatto per la costruzione di tubi, giunti, raccordi e pezzi forgiati vari di impianti a vapore sotto pressione; inoltre per la sua resistenza alla corrosione relativamente buona, viene anche impiegato sempre più estesamente nell’industria petrolchimica.

Gli acciai A182-F5 e A182-F9 hanno una buona resistenza, fino alla temperatura di 600 °C il primo e 650 °C il secondo, all’ossidazione ed alla corrosione intergranulare provocata dagli idrocarburi e dall’idrogeno. Possiedono inoltre una buona resistenza allo scorrimento viscoso. Sono utilizzati nell’industria petrolifera per la fabbricazione di bulloneria, raccordi, flange, ecc.

Nelle tabelle sono riportate le caratteristiche meccaniche a temperatura ambiente, e per i diversi livelli di temperatura i valori medi indicativi delle caratteristiche di scorrimento a caldo sotto specificate:

s1 = carico unitario che produce la deformazione permanente dell’1 % rispettivamente dopo 10.000 e 100.000 ore.

sR = carico unitario che produce la rottura rispettivamente dopo 10.000 e 100.000 ore.

L'uso degli acciai bainitici

C'è un grande mercato per gli acciai con resistenza minore di 1000 MPa con un contenuto totale di elementi di lega che di rado supera il 2% in peso. Gli acciai bainitici si collocano bene per applicazioni in quest'ambito. Tuttavia, per poter ottenere la corretta microstruttura, la progettazione della composizione deve essere fatta con accortezza. Acciai con una temprabilità inadeguata tendono a trasformarsi in miscele di ferrite allotriomorfa e bainite. Solitamente i tentativi di migliorare la temprabilità portano a microstrutture parzialmente martensitiche. La soluzione, quindi, va cercata negli acciai bassolegati e a basso carbonio contenenti piccole quantità di boro e molibdeno per sopprimere la formazione della ferrite allotriomorfa. Il boro ha l'effetto di aumentare la temprabilità bainitica. In presenza di boro l'aggiunta di altri soluti può essere mantenuta a bassi livelli per evitare la formazione della martensite. Una composizione tipica potrebbe essere Fe-0.1C-0.25Si-0.5Mn-0.55Mo-0.003B (% in peso). Acciai di questo tipo possono praticamente essere trasformati in microstrutture completamente bainitiche con una frazione di martensite molto piccola usando trattamenti termici di normalizzazione.
[Rail sections] Gli acciai bainitici più moderni sono progettati con un tenore di carbonio ancora più ridotto e diverse concentrazioni di elementi di lega. Per ottenere la microstruttura bainitica richiesta, questi vengono poi processati usando un raffreddamento accelerato. Il minor contenuto di elementi di lega non dà solo una migliore saldabilità, ma consente di ottenere una più elevata resistenza grazie alla fine microstruttura bainitica.

La classe degli acciai bainitici commerciali comprende: acciai a basso carbonio (ultra low carbon) per un'ottima saldabilità; acciai altoresistenziali (ultra high strength) che possono competere con gli acciai legati a struttura martensitica da tempra e rinvenimento; acciai resistenti allo scorrimento a caldo (creep), che sono usati ormai già da decenni negli impianti di produzione di energia; acciai da forgia che sono migliori degli acciai martensitici perché richiedono tempi di processo molto più brevi, acciai inoculati, in cui la nucleazione della bainite è indotta in posizioni intragranulari per mezzo di particelle al fine di produrre una microstruttura caotica in grado di resistere alla propagazione delle cricche, ecc. Gli acciai altoresistenziali sono costituiti da miscele di ferrite bainitica, martensite e austenite ritenuta. Posseggono un'elevata temprabilità per l'aggiunta di manganese, cromo e nickel e solitamente contengono anche un'alta concentrazione di silicio (circa il 2% in peso) per prevenire la formazione di cementite (Figura). Gli acciai ad alta resistenza contengono un basso livello di impurezze e inclusioni per cui le proprietà dell'acciaio dipendono dalle particelle di cementite la cui formazione deve essere evitata o la cui dimensione deve essere la più fine possibile.

Acciaio | C Si Mn Ni Mo Cr V B Nb Altri
Primo acciaio bainitico | 0.10 0.25 0.5 - 0.55 - - 0.003 -
A basso carbonio | 0.02 0.20 2.0 0.3 0.30 - - 0.010 0.05
Altoresistenziale | 0.20 2.00 3.00 - - - - - -
Resistente al creep | 0.15 0.25 0.50 - 1.00 2.3 - - -
Da forgia | 0.10 0.25 1.00 0.5 1.00 - - - 0.10
Inoculato | 0.08 0.20 1.40 - - - - - 0.10 0.012 Ti

Composizione chimica, % in peso, di alcuni tipici acciai bainitici.

Gli acciai a media resistenza con la medesima microstruttura, ma con un contenuto di elementi di lega un po' ridotto, hanno trovato applicazione nell'industria automobilistica per la costruzione delle barre di rinforzo contro gli impatti laterali. Un altro rilevante contributo all'industria automobilistica è consistito nell'applicazione di acciai bainitici da forgia nella realizzazione di componenti come gli alberi a camme. Questi erano prodotti precedentemente con acciai martensitici attraverso processi di forgia, tempra, rinvenimento, raddrizzatura e infine sottoposti a un trattamento di distensione. Tutte queste operazioni sono ora sostituite da un raffreddamento controllato dalla temperatura di forgia, necessario per generare la microstruttura bainitica, con risparmi economici tali che, nel caso specifico, hanno determinato il passaggio dell'intera unità produttiva da perdite a profitti.

Gli acciai bainitici resistenti allo scorrimento a caldo sono stati usati con successo nell'industria di produzione dell'energia fin dai primi anni '40. La loro temprabilità deve essere tale da consentire di ottenere componenti di dimensioni fino a 1 metro di diametro con una struttura bainitica in tutta la sezione per mezzo di un raffreddamento continuo.

Inoculando una quantità controllata di inclusioni non metalliche nell'acciaio fuso si può indurre la nucleazione intragranulare della bainite su di esse invece che sui bordi grano austenitici. La bainite nucleata all'interno dei grani è denominata 'ferrite aciculare'. Questa microstruttura è molto caotica e ha una elevata capacità a deflettere l'avanzamento delle fratture. Attualmente gli acciai inoculati sono disponibili commercialmente e vengono utilizzati in particolari applicazioni strutturali come, per esempio, gli impianti di perforazione nell'industria di estrazione del petrolio in cui i materiali operano in ambienti aggressivi.

I progressi nella tecnologia della laminazione permettono di raffreddare rapidamente le lamiere durante il processo di laminazione senza provocare distorsioni indesiderate. Questo ha portato allo sviluppo di 'acciai da raffreddamento accelerato' che hanno una microstruttura bainitica, possono essere formati e competono con i tradizionali acciai da laminazione in controllo.

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Acciai per impieghi Criogenici

Teoria

Tabelle

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Acciai Microlegati ad elevate caratteristiche resistenziali

Gli acciai microalligati o microlegati sono acciai che pur con un basso tenore di elementi aggiunti in lega mostrano elevate caratteristiche resistenziali. Essi sono spesso indicati con la sigla HSLA (acronimo di high-strength low-alloy).


Gli acciai microalligati o microlegati sono acciai che pur con un basso tenore di elementi aggiunti in lega mostrano elevate caratteristiche resistenziali. Essi sono spesso indicati con la sigla HSLA (acronimo di high-strength low-alloy).La classe di acciai microlegati non è definita in modo preciso all'interno della normativa tecnica e vengono compresi nella classe degli acciai al carbonio da costruzione e di uso generale, in quanto gli elementi aggiunti in lega sono presenti in piccole quantità. Va comunque segnalato che a volte i microleganti possano essere aggiunti per gli stessi scopi anche in acciai speciali da costruzione, come gli acciai da bonifica. I microalligati possono comunque essere riconosciuti dagli utilizzatori, in quanto nella composizione chimica viene esplicitamente dichiarata la presenza di almeno uno degli elementi generalmente usati per la microalligazione: titanio (Ti), vanadio (V), niobio (Nb) e boro (B).

Vengono normalmente utilizzati in sostituzione degli acciai da bonifica (trattamento termico che si compone di una tempra e di un successivo rinvenimento), consentendo spesso, con ovvi risparmi, di evitare il trattamento termico e le operazioni di raddrizzatura conseguenti ad esso. Le caratteristiche meccaniche, degli acciai microlegati o HSLA, sono dovute sia alla composizione chimica che ad un particolare trattamento termomeccanico, che viene di solito eseguito semplicemente mediante uno stretto controllo della temperatura e del percorso di raffreddamento al termine delle operazioni di deformazione plastica a caldo senza l'onere di eseguire successivi e specifici trattamenti termici. In ogni caso per acciai microalligati destinati ad alcune applicazioni critiche vengono comunque eseguiti particolari cicli termici.

Come detto, gli HSLA sono acciai al carbonio-manganese contenenti piccole quantità, di solito al di sotto dello 0.15% in peso, di vanadio, titanio, niobio* che mostrano una spiccata tendenza a combinarsi con carbonio (C) e all'azoto (N) a generare composti di dimensioni nanometriche. La formazione di carburi, nitruri e carbonitruri (prendono il nome di precipitati) (figura), secondo la composizione chimica dell'acciaio, produce un affinamento dei grani dell'acciaio. Il contenuto di carbonio generalmente presente varia da valori prossimi a 0.03-0.04% fino al contenuto eutettoidico (0.77%).

Oltre ad affinare il grano, la formazione dei precipitati a partire dai microalliganti comporta l'ancoraggio delle dislocazioni, che sono quei difetti del reticolo cristallino che con il loro movimento favoriscono il flusso plastico del materiale. L'ancoraggio prodotto dai precipitati provoca un innalzamento del carico di snervamento, cioè il carico oltre il quale comincia il flusso plastico del materiale. Si badi e si ricordi che il carico di snervamento ha un'importanza fondamentale per qualsiasi progettista, in quanto egli progetta in funzione di questo carico e non in funzione di quello di rottura, poiché negli impieghi strutturali non è consentito al materiale di entrare nella regione di plasticità.

Il principale scopo dell'aggiunta di microleganti è di poter realizzare la affinamento del grano e/o il rafforzamento per precipitazione con ancoraggio delle dislocazioni. Comunque, se l'affinamento del grano è un meccanismo di rafforzamento che comporta pure un incremento della tenacità (capacità di resistere agli urti e sopportare i difetti), il rafforzamento per precipitazione se da un parte comporta l'innalzamento del carico di snervamento, dall'altra comporta una diminuzione della tenacità del materiale e questo è il più grave limite degli acciai microalligati.

Gli acciai microlegati sono usati in molte applicazioni ingegneristiche per il loro basso costo, per la resistenza a fatica, insieme con una buona capacità di essere saldabili anche se per le operazioni di saldatura di consiglia cautela, in quanto potrebbero prodursi consistenti infragilimenti nella zona termicamente alterata in prossimità del cordone. La temperatura ed il ciclo termico realizzato influenzano la microstruttura dei materiali. L'intervallo degli sforzi di snervamento varia generalmente tra 350MPa a 550 MPa, anche se sono stati recentemente sviluppati gradi con lo 0.2% C ed alligati con niobio e vanadio che arrivano a 1100MPa al termine del processo di laminazione a caldo, ma a volte presentano significative limitazioni circa la tenacità se non si realizzano adeguati cicli termici.

Un acciaio dalle caratteristiche eccezionali viene prodotto per le tubazioni speciali per le biciclette e utilizzato nei reparti corse. Si tratta di un particolare materiale microlegato siglato 18MCDV6HT che ha innalzato il carico di rottura "all'incredibile" soglia di 1400MPa, attraverso particolari trattamenti termici. La sua particolare combinazione chimica inibisce nel periodo di raffreddamento, successivo all'assemblaggio dei telai, i fenomeni di infragilimento e autotempra. Questo consente al progettista di diminuire la sezione resistente delle strutture e quindi alleggerirle notevolmente.

Tali elevatissimi valori meccanici si uniscono ad una notevole capacità del materiale di dare luogo a deformazioni prima di collassare, caratteristica che permette la realizzazione di strutture particolarmente affidabili e sicure. Per quanto riguarda l'utilizzo dei microlegati per prodotti piani si fa riferimento alla norma UNI EN 10149-95 "Prodotti piatti laminati a caldo di acciaio ad alto limite di snervamento per formatura a freddo" e soddisfano contemporaneamente due esigenze: caratteristiche meccaniche più elevate rispetto ai tradizionali acciai da stampaggio, ottenibili con l'aggiunta di elementi microleganti come niobio e vanadio, e una buona deformabilità a freddo. In particolare questi acciai presentano: elevati valori di carichi di snervamento, ottima saldabilità, elevata tenacità, buona deformabilità a freddo e buona resistenza a fatica. Esistono differenti gradi di acciai con carico unitario di snervamento da 280MPa a 650 MPa in grado di soddisfare le più diverse esigenze applicative. I nastri di questa famiglia sono particolarmente indicati per la fabbricazione di componenti automobilistici come particolari per cinture di sicurezza, guide sedili, dischi ruota, tubi di rinforzo e comunque in tutti i casi dove si voglia ottenere un prodotto da realizzarsi mediante stampaggio o formatura a freddo che presenti elevate caratteristiche resistenziali. Ci sono nastri con composizione chimica e caratteristiche meccaniche differenti. Acciai microlegati rinforzati al rame sono stati sviluppati per applicazioni nelle strutture navali che richiedevano alta resistenza e durezza insieme con un miglioramento della saldabilità. Le travi in microlegato, dato che è possibile diminuire la sezione resistente grazie ad un incremento del carico di snervamento, possono divenire più leggere (con notevoli vantaggi anche in tutte le applicazioni antisismiche) e meno ingombranti consentendo di ampliare gli spazi abitativi.

Un ulteriore applicazione, si ha nelle tubazioni per il trasporto dei gas naturali e degli oli; dove la migliorata saldabilità è dovuta soprattutto al più basso contenuto di elementi leganti e al più basso livello del carbonio. Inoltre, siccome la necessità di tubi di diametro elevato è cresciuta, gli acciai microallegati sono stati utilizzati per ottenere pareti di spessore più sottile, evitando dunque l'eccessivo appesantimento strutturale. Uno spessore di 10-12.5 mm è risultato il più conveniente per queste applicazioni. Una tipica composizione di questi acciai con sforzi di 410 MPa è data da:C 0.12% S 0.012% Mn 1.35% Nb 0.03% oppure C 0.12% S 0.006% Mn 1.33% Nb 0.02% V 0.04%. Per carichi di snervamento superiori a 450 MPa si incrementano i tenori degli elementi microalliganti. Comunque va sempre tenuto presente che gli acciai microlegati se da una parte consentono la diminuzione delle sezioni resistenti dall'altra possono presentare forti problemi dal punto di vista della tenacità e della resistenza a fatica quando non siano applicati particolari accorgimenti relativi alla composizione chimica e al ciclo termico. Per cui per gli acciai microalligati con elevati carichi di snervamento spesso non è sufficiente il controllo della temperatura al termine della deformazione plastica a caldo ma, vanno realizzati altri cicli termici supplementari al fine preservare anche un'elevata tenacità.




A cura dell'Ing. Carlo Mapelli - Dipartimento di Meccanica - Politecnico di Milano


*Il vanadio si trova presente in quantità assai basse, poiché la sua azione è sentita ed apprezzabile anche solo con un tenore del 0.05%. Forma carburi che producono l'effetto di indurire sensibilmente l'acciaio. Una delle proprietà più significative del vanadio è il potere di affinamento dei grani.
Il titanio è un energico disossidante, perciò in alcune fabbricazioni speciali viene aggiunto in piccole proporzioni al bagno di acciaio per eseguire una disossidazione profonda con conseguente miglioramento delle caratteristiche meccaniche. Conferisce un indurimento per precipitazione e quindi anche un innalzamento del carico di snervamento; questo effetto del titanio è dovuto alla eccezionale stabilità dei carburi cui dà luogo. Il titanio è anch'esso un energico affinante del grano.
Il niobio dà origine a carburi e a carbo-nitruri che conferiscono un notevole indurimento strutturale anche allo stato ricotto, poiché affinano il grano. Le aggiunte sono dell'ordine di 0.01%, ma queste possono dare luogo ad aumento di fragilità, per cui ne va fatto un impiego particolarmente cauto, così come per il boro che può portare ad una maggiore fragilità se si combinasse in grande quantità con l'azoto anziché con il carbonio.
Oltre a questi elementi, si può anche includere l'alluminio che è un energico disossidante, ma nel momento in cui precipita sotto forma di nitruro è però un efficace affinante del grano.

Tabelle

[Aldebaran]

Acciai Resistenti all'Usura

Teoria

Tabelle Acciai Comuni

CPM 3V

[Aldebaran]

Acciai "Maraging"

Gli Acciai Inossidabili da Costruzione e il "Maraging"

Gli acciai sono chiamati inossidabili quando resistono alla corrosione, e per questo motivo sono comunemente usati negli ambienti difficili delle industrie chimiche, petrolifere, aerospaziali e di produzione di energia elettrica.

Gli acciai inossidabili hanno una maggiore resistenza all’ossidazione e corrosione in molti ambienti naturali e artificiali. È tuttavia importante selezionare il tipo e il grado corretto di acciaio inossidabile per l’applicazione particolare.
Acciai inossidabili austenitici

Gli acciai inossidabili austenitici o della serie 300 rappresentano oltre il 70% della produzione totale di acciaio inossidabile. Contengono un massimo di 0,15% di carbonio, un minimo di 16% di cromo e nichel e/o manganese sufficiente per mantenere una struttura austenitica a tutte le temperature dalla regione criogenica al punto di fusione della lega.
Acciai inossidabili ferritici

Gli acciai inossidabili ferritici sono altamente resistenti alla corrosione, ma meno durevoli dei gradi austenitici. Contengono fra 10,5% e 27% di cromo e pochissimo nichel, se ne contengono affatto. La maggior parte delle composizioni comprendono molibdeno con un po’ di alluminio e titanio.
Acciai inossidabili martensitici

Gli acciai inossidabili martensitici non sono resistenti alla corrosione come gli altri due, ma sono estremamente forti e resistenti nonché altamente lavorabili a macchina, e possono essere induriti dal trattamento termico. Gli acciai inossidabili martensitici contengono cromo (12-14%), molibdeno (0,2-1%), da zero a meno del 2% di nichel e circa 0,1-1% di carbonio (questo conferisce una maggiore durezza al materiale ma lo rende un po’ più friabile.
Acciai inossidabili martensitici a indurimento per precipitazione

Gli acciai inossidabili martensitici a indurimento per precipitazione sono dotati di resistenza alla corrosione paragonabile a quella delle varietà austenitiche, ma possono essere induriti per precipitazione a forze persino superiori agli altri gradi martensitici. Quello più comune, 17-4ph, utilizza circa il 17% di cromo e il 4% di nichel.
Acciaio maraging (a invecchiamento martensitico)

L’acciaio maraging (a invecchiamento martensitico) è una lega di ferro, dotata di forza riconosciuta superiore senza perdita di malleabilità. Altri elementi della lega comprendono nichel, molibdeno, alluminio, rame e titanio.

Il maraging è un grado di acciaio, privo di carbonio, che lo contraddistingue da altri tipi di acciaio, dotato delle seguenti qualità:

* Possiede alta forza e resistenza
* Si allega per facile lavorazione meccanica con minima distorsione
* Può essere facilmente nitrurato
* Resiste alla corrosione e alle spaccature
* Può essere levigato in modo eccellente



Link esterni:http://www.mzf.it/maraging.htm
Acciaio Maraging