Acciai inossidabili austenitici al cromomanganese – Un approccio europeo
Serie Materiali e Applicazioni, Volume 12
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Euro Inox
Euro Inox è l’associazione europea per lo sviluppo del
mercato dell’acciaio inossidabile.
I soci di Euro Inox comprendono:
• Produttori europei di acciaio inossidabile
• Associazioni nazionali per lo sviluppo dell’acciaio
inossidabile
• Associazioni per lo sviluppo dell’industria degli
elementi di lega
Gli obiettivi primari di Euro Inox sono creare una
sensibilità nei confronti delle proprietà uniche degli
acciai inossidabili e promuoverne l’impiego sia per
le applicazioni correnti che in nuovi mercati. Per
raggiungere tali obiettivi, Euro Inox organizza convegni e seminari, pubblica guide sia in forma cartacea
che elettronica per rendere più familiari con questi
materiali architetti, progettisti, tecnici, costruttori ed
utilizzatori finali. Euro Inox sostiene inoltre la ricerca
tecnica e commerciale.
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Paslanmaz Çelik Derneği (PASDER)
www.turkpasder.com
ISBN 978-2-87997-335-7
978-2-87997-321-0 Versione inglese
978-2-87997-333-3 Versione tedesca
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Indice
Acciai inossidabili austenitici al cromo-manganese –
Un approccio europeo
Prima edizione 2012
(Serie Materiali e Applicazioni, Volume 12)
© Euro Inox 2012
1. Introduzione 2. Storia della serie 200 e attuali sviluppi 3. Il nuovo grado europeo 200: 1.4618 4. Proprietà meccaniche 5. Formabilità 6. Proprietà di resistenza a corrosione 7. Proprietà fisiche 8. Saldabilità 9. Sommario 10. Bibliografia 2
3
5
6
9
12
14
15
16
17
Editore
Euro Inox
Diamant Building, Bd. A. Reyers 80
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Autori
J. Charles, La Plaine Saint Denis, Francia
A. Kosmač, Bruxelles, Belgio
J. Krautschick, Krefeld, Germania
J. A. Simón, Los Barrios (Cadice), Spagna
N. Suutala, Espoo, Finlandia
T. Taulavuori, Tornio, Finlandia
Clausola di esonero
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1
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1 Introduzione
La sostituzione del nickel negli acciai inossidabili austenitici tramite l’aggiunta di manganese è stata discussa per oltre 50 anni al
fine di ridurre l’impatto dovuto alle fluttuazioni di prezzo del nickel nell’extra lega. Ciò
ha portato allo sviluppo della così detta serie
200. Questi gradi hanno anche aggiunte addizionali di azoto, per stabilizzare ulteriormente la fase austenitica e acquisire le proprietà alto-resistenziali necessarie in certe
applicazioni. Sono state fatte con successo
anche aggiunte di rame per garantire la stabilità dell’austenite e migliorare la formabilità a freddo. Aggiungendo il rame va ridotto il
tenore di azoto, così da ottenere gradi austenitici al manganese più duttili.
In Europa nel Nord America, questi gradi hanno trovato solo limitata applicazione fino alla
fine del secolo scorso, venendo adottati principalmente in virtù della loro combinazione
di alta resistenza e duttilità, ad esempio nella fabbricazione di nastri trasportatori.
In India, a causa delle restrizioni sull’importazione del nickel, i gradi della serie 200 sono
stai ampiamente impiegati dagli anni 80, soprattutto per suppellettili economiche in inox.
Essendo tali articoli tipicamente lavati a mano
e non esposti alle più aggressive condizioni
delle lavastoviglie, la loro resistenza a corrosione si è dimostrata pienamente adeguata.
Più di recente, grossi quantitativi di acciai
inossidabili della serie 200 sono stati prodotti in Asia. Alcuni dei gradi così sviluppati
non sono ancora conformi agli standard tradizionali in quanto formulati per minimizzare
il tenore degli elementi di lega, incluso cromo, elemento chiave per la resistenza a corrosione. La mancanza di standard internazionali e di referenze per questi gradi sono stati
2
di recente messi in evidenza in relazione a:
• un eccessivo uso di questi gradi come
presunta alternativa al 1.4301 (304);
• l’affacciarsi di altri gradi di acciaio della
serie 200 a bassi tenori di Cr e Ni, elevati
livelli di impurità e dalle proprietà meccaniche definite in maniera ambigua;
• il fatto che la amagneticità di questi gradi
porta facilmente i clienti a confonderli con
i classici gradi austenitici al nickel cromo.
In Europa, l’obiettivo di essere meno soggetti all’extra lega, ha portato allo sviluppo dei
gradi ferritici. Questi sono comunque più difficili da saldare, specie oltre i 6 mm di spessore. In certe applicazioni, i gradi amagnetici
come gli austenitici, sono da preferire. Sarebbe quindi auspicabile avere a disposizione un grado 200 con:
• livello adeguato e consistente di resistenza a corrosione;
• proprietà meccaniche che lo rendano
più facilmente formabile del “classico”
1.4372 (201).
Per far sì che gli inossidabili al CrMn vengano meglio accettati in Europa, si richiede un
elevato livello di standardizzazione. Al fine
di evitare malintesi ed impieghi impropri la
disponibilità di informazioni tecniche è divenuta prioritaria.
Per far fronte a queste necessità è stato
allestito un gruppo di lavoro con i rappresentanti dei maggiori produttori di prodotti
inossidabili piani, sotto l’egida di Euro Inox.
Le principali conclusioni vengono presentate in questa pubblicazione.
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2 Storia della serie 200 e sviluppi attuali
La serie inox 200 è stata sviluppata agli inizi
degli anni 30. Sebbene le prime composizioni chimiche fossero del tipo 205 (tenore di
Ni vicino all’1 % e stabilizzazione della fase
austenitica tramite elevata aggiunta simultanea di manganese e azoto, vedi Figure 1 e 2),
i primi gradi a ricevere la denominazione
AISI nella metà degli anni 50 furono i gradi
201 e 202 (tenore di nickel attorno al 4–6 %
e aggiunte di azoto sotto lo 0,25 %). Essi
divennero più popolari durante la guerra di
Corea, a seguito della necessità di dover risparmiare il nickel. All’epoca, l’utilizzo del
nickel era per lo più riservato ad applicazioni militari. Il grado 214, con meno dell’1 %
di Ni e lo 0,35 % circa di N, venne fabbricato
alla fine degli anni 50. I gradi austenitici al
CrMn contenenti Mo per migliorare la resistenza a corrosione apparvero a metà degli
anni 60 in Europa e negli USA.
N
(%)
Allo stesso tempo vennero sviluppati gradi
contenenti Mn e Cu, che resero possibile la
fabbricazione di gradi austenitci al 4–6 %
di Ni (gradi 211 e 203) a tenore di azoto relativamente ridotto (<0,06 % N). Si riusciva
ad ottenere una imbutibilità equivalente
a quella del 304. A causa di una nuova carenza di Ni, tali gradi iniziarono ad essere
popolari all’inizio degli anni 70. Le nuove
tecnologie dell’AOD resero possibile aggiungere azoto alla serie 200 più facilmente
ed economicamente (Tabella 1). La carenza
di nickel, ancora una volta, ebbe termine e
data l’elevata disponibilità, i prezzi del Ni si
abbatterono di nuovo. Per oltre trent’anni, il
grado 304 è stato lo standard della famiglia
degli acciai inossidabili ad una crescita media annua del 5–6 %.
Cr
(%)
12 % Mn
0,5
18
8 % Mn
4 % Mn
5 % Ni
4 % Ni
3 % Ni
1 % Mn
0,4
Austenite + Ferrite
2 % Ni
16
1 % Ni
0 % Ni
0,3
14
Austenite
5 4 3 2
0,2
18
20
22
24
26
28
Cr
(%)
Figura 1. Effetti delle addizioni di Cr e Mn sulla solubilità di N nell‘acciaio
2
6
1
0
9
% Ni
12
15
Mn
(%)
Figura 2. Elementi di lega e stabilità del campo di
esistenza dell‘austenite a 1075 °C (Franks)
3
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Ancora negli anni 80 e 90 la serie 200 aveva
(con l’eccezione dell’India) applicazioni ancora marginali. Col nuovo secolo ebbe inizio
un nuovo periodo di alta volatilità nei prezzi
del nickel. Specialmente la Cina divenne un
utilizzatore importante della serie 200 degli acciai inossidabili. L’acciaio austenitico
al CrMn veniva prodotto localmente, il resto
importato principalmente dall’India.
Tabella 1. Analisi chimica in % di massa per vari gradi austenitici al CrMn (serie 200)
AISI *
UNS **
Cr
Ni
Mn
N
201
S20100
16,0–18,0
3,5—5,5
5,5—7,5
0,25 max.
0,15 max. 0,030 max.
S20103
16,0–18,0
3,5—5,5
5,5—7,5
0,25 max.
0,03 max. 0,030 max.
201LN
S
S20153
16,0–17,5
4,0—5,0
6,4—7,5
0,10—0,25 0,03 max. 0,030 max.
S20161
15,0–18,0
4,0—6,0
4,0—6,0
0,08—0,20 0,15 max. 0,040 max.
202
S20200
17,0–19,0
4,0—6,0
7,5—10,0
0,25 max.
203
S20300
16,0–18,0
4,0—6,0
5,0—6,5
-
204
S20400
15,0–17,0
1,5—3,0
7,0—9,0
0,15—0,30
0,03 max. 0,030 max.
S20430
15,5–17,5
1,5—3,5
6,5—9,0
0,05—0,25
0,15 max. 0,030 max.
205
S20500
15,5–17,5
1,5—3,5
14,0—15,5 0,32—0,40 0,12—0,25 0,030 max.
0,35 min.
Altri
Cu 1,0 max.
0,15 max. 0,030 max.
0,08 max. 0,18—0,35 Cu 1,75—2,25
Cu 2,0—4,0
214
S21400
17,0–18,5
1,0 max.
14,0—16,0
216
S21600
17,5–22,0
5,0—7,0
7,5—9,0
0,25—0,50 0,08 max. 0,030 max.
Mo 2,0—3,0
0,12 max. 0,030 max.
5,0—7,0
7,5—9,0
0,25—0,50 0,03 max. 0,030 max.
Mo 2,0—3,0
S21603
17,5–22,0
S24000
17,0–19,0
Cr
Ni
Mn
1.4371
16,0–17,0
3,5—5,5
6,0—8,0
0,15—0,20 0,03 max. 0,015 max.
1.4372
16,0–18,0
3,5—5,5
5,5—7,5
0,05—0,25
0,15 max.
1.4373
17,0–19,0
4,0—6,0
7,5—10,5
0,05—0,25
0,15 max. 0,030 max.
EN***
2,25—3,75 11,5—14,5 0,20—0,40 0,08 max. 0,030 max.
*AISI = designazione dell’American Iron and Steel Institute
**UNS = designazione dell’Unified Numbering System
***EN = designazione EN 10088-2
4
C
N
C
S
0,015 max.
Altri
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3 Il nuovo grado europeo 200: 1.4618
Sebbene gli sviluppi tecnici determino il potenziale di un materiale, sono i fattori economici a decretarne il successo commerciale. Il
fattore economico più rilevante dell’ultima
o decennio è stata la volatilità delle materie
prime, nickel specialmente. Nelle applicazioni in cui vi è elevata competitività tra materiali, laddove diversi materiali si qualificano
per lo stesso uso finale, il fattore prezzo costituisce normalmente l’ago della bilancia.
Nel caso degli acciai della serie 200, volti a
sostituire i gradi classici della serie 300
(caratterizzati principalmente da buona resistenza a corrosione, basso limite di snervamento e elevate caratteristiche di formabilità), il mercato ha mancato di una vera e
propria offerta standardizzata. La maggioranza dei gradi sviluppati erano sotto-alligati
rispetto alla corrosione sia generalizzata che
localizzata, o soffrivano di aumentata sensibilità alla rottura differita e tensocorrosione.
Il grado austenitico al CrMn recentemente
sviluppato (al 16,5 % Cr min. e 4,5 % Ni min.)
è indicato per ottenere il compromesso ottimale tra riduzione costi (basso nickel),
elevata formabilità e il raggiungimento di
una resistenza a corrosione più vicina possibile a quella dell’1.4301. Miglioramenti
nelle pratiche fusorie hanno reso possibile la riduzione di carbonio e l’aumento di
azoto, con miglioramento della formabilità.
L’imbutibilità è ulteriormente aumentata
con aggiunta di rame.
La Tabella 2 mostra le specifiche dell’1.4618,
stabilite dall’associazione europea dei produttori di inox. Il grado rispetta le specifiche superiori dell’AISI 201 con l’ulteriore
aggiunta di rame.
Tabella 2. Composizioni chimiche e proprietà meccaniche dell’1.4618
Tipo acciaio
1.4618
Nome acciaio
X9CrMnNiCu17–8–5–2
Composizione chimica
(% in massa)
C <0,10, Si <1,00,
Mn 5,50–9,50, P <0,070,
S <0,010, Cr 16,50–18,50,
Ni 4,50–5,50, Cu 1,00–2,50,
N <0,15
Rp0,2 (MPa) min.
220
Rm (MPa)
520–850
A80 (%) min.
40
KV (J) min.
100
Il nuovo grado 1.4618 rientra all’interno
dell’analisi chimica del 201. Si differenzia
comunque dell’1.4372 in tre aspetti:
• si posiziona dal lato superiore delle specifiche di composizione del 201, a beneficio della resistenza a corrosione;
• ha basso contenuto massimo di zolfo,
con ulteriore miglioramento della resistenza a corrosione;
• il rame è aggiunto per motivi metallurgici,
per ottenere proprietà meccaniche vicine
a quelle del grado 1.4301 (304) in termini di allungamento a rottura. Comunque,
il limite di snervamento della serie 200 è
superiore rispetto a quello della serie 300.
Data la novità, questo grado non è ancora
incluso nello standard EN 10088-1:2005.
Fino alla prossima revisione della EN 10088-1,
i certificati possono venire prodotti dagli
stabilimenti secondo la ASTM A 240 per il
grado 201 e in accordo col cliente sul tenore
di rame.
5
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4 Proprietà meccaniche
La tabella 2 mostra le tipiche proprietà meccaniche del grado 1.4618. Il grado 1.4618 ha
un comportamento simile al grado austenitico
1.4310 (301, cioè il suo limite di snervamento
(Rp0,2) è leggermente maggiore di quello del
grado 1.4301 (304).
In certi settori, il grado 1.4618 è in qualche
modo considerato come una alternativa
a basso costo ai gradi 1.4301 o 1.4307. Le
Figure 4 e 5 mostrano come, in termini di
proprietà meccaniche, l’1.4618 è sia simile
1.43071.4307
/ 304L/ 304L
Rm
A80
Rp0,2
Rp0,2
Rm
A80
Rm
A80
Rp0,2
Rp0,2
70
60
60
1400 1400
60
60
1200 1200
50
50
1200 1200
50
50
40
40
40
40
30
30
Rp0,2, Rm (MPa)
30
600
20
400
400
20
200
200
0
0
10
0
10
20
20
30
30
40
40
50
50
60
800
800
30
600
600
20
20
400
400
20
0
200
200
0
20
A80 (%)
800
600
A80 (%)
800
1000 1000
Rp0,2, Rm (MPa)
70
1400 1400
60
coldtasso
deformation
coldd’incrudimento
deformation
(%) (%)(%)
Rp0,2, Rm (MPa)
1600 1600
1000 1000
0
10
0
10
20
20
30
30
40
40
50
50
60
20
20
0
60
tasso
coldd’incrudimento
deformation
cold deformation
(%)(%) (%)
Figura 3. Proprietà meccaniche in funzione dell‘incrudimento per 1.4307/304L (sinistra) e 1.4618 (destra)
tasso d‘incrudimento %
Le proprietà meccaniche rimangono molto
simili, sebbene il grado 1.4618 presente,
allo stato incrudito, proprietà meccaniche
leggermente superiori rispetto all’1.4307
(304L).
ai gradi 1.4301 (304) e 1.4307 (304L) e notevolmente più duttile diell’1.4372 (201).
La Figura 4 mostra come ill’1.4618 abbia valori
di Rp0,2 e Rm ben inferiori a quelli dell’1.4372
(201) e accresciuta formabilità. La lega 1.4618,
dopo deformazione a freddo, esibisce inoltre
una struttura austenitica notevolmente stabile, meno sensibile alla transizione martensitica del grado austenitico 1.4307.
6
A80 (%)
70
A80 (%)
70
1600 1600
Rp0,2, Rm (MPa)
Rm
A80
1.46181.4618
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Allungamento A80 (%)
Figura 4. Confronto tra le proprietà meccaniche di vari
acciai inossidabili austenitici a temperatura ambiente
(2B, 3 mm)
Uno dei fattori che determinano la formabilità di un tipo di acciaio è la sua composizione chimica. Le proprietà che influenzano la formabilità dell’acciaio inossidabile
comprendono il limite di snervamento, il
carico di rottura, l’allungamento a rottura
e l’effetto del tasso di incrudimento su dette proprietà. La imbutibilità, comunque, è
comparabile a quella dei gradi austenitici
al CrNi.
A titolo informativo, si riportano le tipiche
proprietà a temperatura ambiente e sotto
zero per l’1.4372. Il carico di rottura cresce
sostanzialmente al diminuire della temperatura e tale effetto può anche riscontrarsi
negli acciai austenitici al cromo nickel. Anche il limite di snervamento cresce, ma in
misura minore.
Possono osservarsi anche diminuzioni
della duttilità intesa come allungamento
a rottura. I valori di duttilità, comunque, si
mantengono elevati fino a –100 °C.
1600
80
1400
70
60
A5
1000
50
800
Rm
600
40
30
400
20
Rp0,2
200
0
-120
10
-100
-80
-60
-40
T (°C)
-20
0
20
A5 (%)
Rp0,2, Rm (MPa)
1200
40
0
Figura 5. Proprietà meccaniche a temperature
sotto zero per 1.4372
(N = 20, spessore 2 mm,
Ni 3,6–4,5 %,
C 0,03–0,06 %)
7
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800
80
700
Rm
600
A5
70
60
500
50
400
40
Rp0,2
300
30
200
20
100
10
0
0
20
40
60
80
100
A5 (%)
Rp0,2, Rm (MPa)
Figura 6. Proprietà
meccaniche a elevate
temperature per 1.4372
(N = 20, spessore 2 mm,
Ni 3,6–4,5 %,
C 0,03–0,06 %)
0
120
T (°C)
Figura 7. Valori di resilienza per acciaio tipo
1.4618 (1D – laminato a
caldo, ricotto e decapato, 2D – laminato a freddo, ricotto e decapato)
KCV ( J/cm2 )
Nella selezione dei materiali per alcune applicazioni, devono essere tenute in conto
anche temperature inferiori allo zero. Gli
acciai inossidabili austenitici sono usati
molto spesso nelle applicazioni sotto zero.
E’ importante, per la sicurezza in servizio,
che un alto livello di resilienza sia mantenuto a tutte le temperature d’esposizione.
1D, 5 mm
400
2D, 3 mm
350
300
250
200
150
100
50
-60 -40 -20 0
T ( °C )
8
20 40 60
Come tutti gli acciai inossidabili austenitici,
l’1.4618 ha eccezionale tenacità e non presenta temperatura di transizione vetrosa
(NDTT), un comportamento tipico degli acciai inossidabili ferritici e martensitici. La
variazione della resilienza con la temperatura è quindi secondaria e l’acciaio può venire impiegato efficacemente a temperature
sotto zero. La figura 7 mostra i valori di resilienza per differenti temperature.
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5 Formabilità
Gli acciai inossidabili austenitici, quasi senza eccezione alcuna, ben si prestano alle
operazioni di stampaggio. Le proprietà che
maggiormente determinano l’imbutibilità
sono il limite di snervamento, il carico di
rottura e l’allungamento, con la composizio-
ne chimica che costituisce l’altro importante
fattore. Alti tenori di nickel e rame aumentano in generale la stampabilità e per questo
motivo l’1.4618 si comporta così bene in termini di formabilità.
ø
ø
1
1
6
2
4
6
R
4
2
5
1
6
6
R
3
3
11 –- Punzone
Punch
22 –- Portapunzone
Punch support
33 –- Matrice
Die
Hold-down ring
44 –- Premilamiera
Blank
55 –- Lamiera
Part
66–- Pezzo
Stiramento - Erichsen (mm)
3
8
5
3
1
R
4
11–- Punzone
Punch
Punch support
22–- Portapunzone
3
Die
3 – Matrice
Die support
44–- Portamatrice
5
Figura 8. Stiroformatura
(a sinistra) e imbutitura
(a destra)
4
9
7
55 –- Premilamiera
Hold-down ring
66–- Piastra
di sostegno
del
Hold-down
ring support
7 - Ejector
plate
premilamiera
8
Blank
7 – Espulsore
Part
89 –- Lamiera
9 – Pezzo
Rapporto limite di imbutitura - LDR =
D
d
Figura 9. Campione per
la prova Erichsen (a sinistra) e provini a bicchierino per la prova Swift (a
destra)
Figura 10. Confronto di
formabilità
9
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Il diagramma limite di formabilità, noto anche
come curva limite di formabilità, rappresenta
una misura utile e diretta della stampabilità. Il
diagramma illustra le combinazioni sul piano
delle deformazioni principali ottenibili senza
arrivare a rottura. L’area sottesa da tale curva
inviluppa la totalità di combinazioni di deformazione che l’1.4618 può sostenere.
Figura 11. Il rapporto
limite di imbutitura
(LDR) = D/d. Tipici valori
di LDR per gli acciai
inossidabili sono tra
1,8 e 2.
Al fine di tracciare la curva limite di formabilità, una griglia di cerchi, solitamente di
2,5 mm di diametro, viene impressa sulla suI valori di LDR migliorano a confronto col
classico grado 1.4372 (201). L’aggiunta di
Cu con tenore minimo dell’1 %, abbinata
ad un contenuto di azoto ottimizzato, aumenta chiaramente in modo significativo le
proprietà di formabilità del grado 1.4618 a
confronto con gli altri gradi della serie 200.
1.4372 (4,5 % Ni)
Deformazione
vera principale
maggiore
True major
strain
1.4301
Figura 12 . Curva limite
di formabilità (spessore
1 mm)
10
perficie della lamiera metallica prima della
deformazione. I singoli cerchi, a seguito della deformazione, divengono ellissi, eccetto
nelle aree di pura deformazione biassiale. I
semiassi maggiore e minore delle ellissi vengono comparati con i cerchi della griglia originale, così da determinare le deformazioni
principali maggiore e minore in ogni punto.
1.4618 (4,5 % Ni, 2,5 % Cu)
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
-0,3
-0,2
-0,1
0
0,1
0,2
0,3
Deformazione
vera principale
True minor
strain minore
0,4
0,5
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La curva limite di formabilità si definisce
come il luogo delle combinazioni di deformazione che portano a rottura.
La composizione chimica dell’1.4618 ne
previene la rottura differita, quasi a livello
dell’1.4301 (AISI 304). Le prove in camera a
nebbia salina condotte su provini a bicchierino
hanno mostrato, nelle aree più critiche, pro-
pagazione di cricche per il grado 1.4618 che
non si sono invece riscontrate per i tipi 1.4301
(AISI 304). Le indagini metallografiche hanno
identificato come probabili aree di origine
delle cricche le aree corrose (piccoli interstizi,
orifizi, etc.). Questo è in accordo con i risultati
visti in precedenza che mostrano, per il grado
1.4618, un lieve calo nella resistenza a corrosione localizzata rispetto all’1.4301 (304).
Tabella 3. Sensibilità alla rottura differita per diversi acciai austenitici in funzione del rapporto di imbutitura, misurato nella prova Swift
Bicchierino per prova Swift / Rapporto di imbutitura
Grado
Ni (%)
Cu (%)
1,4
1,6
1,8
2,0
2,12
2,14
1.4301
8,1
0,5
+
+
+
+
+
+
1.4618
4,7
2,4
+
+
+
+
+
1.4372
4,4
0,3
+
+
+
--
--
--
1.4372
3,6
0,3
+
+
--
--
--
--
“204Cu”
1,1
1,7
+
--
--
--
--
+ = OK -- = Rottura differita
11
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6 Proprietà di resistenza a corrosione
La resistenza alla vaiolatura per il grado
1.4618 è stata investigata tramite curve potenziodinamiche effettuate in una soluzione
0,02 M di NaCl (23 °C, pH 7) (Figura 13). Il
grado si comporta come l’1.4310 (301), con
una resistenza alla vaiolatura migliore rispetto al classico 201, ma leggermente inferiore
rispetto al grado austenitico 1.4307 (304L)
come risultato della leggera diminuzione del
contenuto di Cr, quantunque parzialmente
bilanciata dall’aggiunta di N, che accresce la
resistenza alla vaiolatura.
800
1.4521 (444)
Vpit (mV/SCE)
700
1.4404 (316L)
600
1.4301 (304)
1.4372 (201)
1.4526 (436)
1.4509 (441)
1.4618
500
1.4510 (439)
400
1.4016 (430)
Figura 13. Proprietà di
resistenza a vaiolatura
(potenziale critico di pitting, pH 7).
300
1.4512 (409)
200
10
12
18
16
14
20
22
26
24
12
1000
4,0
1.4016/430
3,5
3,0
Velocità di propagazione
(µA/pH)
Propagation
rate (µA/pH)
Figura 14. A sinistra:
corrosione interstiziale
su un componente in
acciaio inossidabile
dopo smontaggio. A
destra: correlazione tra
resistenza a corrosione
interstiziale e resistenza
a vaiolatura.
Resistenza
all’avviotodella
corrosione
interstiziale
Resistance
crevice
initiation
pHd
pHd
PREN (% Cr + 3,3 % Mo + 16 % N)
1.4510/439
1.4372/201
2,5
1.4318
1.4618
2,0
1.4301/304
1,5
1,0
14
15
16
17
Cr (%)
18
19
100
1.4016/430
1.4510/439
1.4372/201
10
1.4318/301LN
1.4618
1.4301/304
1
1
0,1
1
Ni (%)
10
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La resistenza a (l’avvio della) corrosione interstiziale del grado 1.4618 è decisamente migliore di quella degli altri acciai della serie 200,
essendo equivalente a quella dell’1.4310 (301)
e molto prossima a quella dell’1.4307 (304L).
Il Ni ha un potente effetto nel ridurre la propagazione della corrosione interstiziale: con
un contenuto di Ni del 4,5 %, l’1.4618 resiste
meglio alla corrosione interstiziale rispetto ai
gradi a basso nickel. Tra i gradi studiati della
serie 200, l’1.4618 è quello che si comporta
meglio in termini di resistenza sia a corrosione interstiziale che a vaiolatura.
La resistenza a corrosione intergranulare è stata
valutata tramite EN ISO 3651-2 (Prova Strauss).
La riduzione del tenore di azoto e carbonio migliora il comportamento dell’acciaio. Solo un
trattamento di sensibilizzazione a 700 °C per 30
minuti seguito da raffreddamento lento induce,
dopo la prova Strauss e a seguito di piegatura,
cricche intergranulari, ma in tali condizioni anche l’1.4301 (304) risulta sensibilizzato.
Tabella 4. Condizioni e risultati per prova di corrosione intergranulare (Prova Strauss)
Grado
1.4618
(0,05 % C, 4,5 % Ni)
1.4301
(0,05 % C, 8,1 % Ni)
1.4307
(0,02 % C, 8,1 % Ni)
1.4372
(0,05 % C, 4,5 % Ni)
700 °C, 30 min +
raffreddamento in acqua
EN ISO 3651-2
650 °C, 10 min +
raffreddamento in acqua
+ raffreddamento a 60o °C/h
OK
OK
KO
OK
OK
KO
OK
OK
OK
OK
OK
KO
700 °C, 30 min +
La resistenza alla tensocorrosione, cioè la
nascita e propagazione di cricche sotto l’azione combinata di tensione meccanica e
ambiente aggressiva, è stata testata in camera a nebbia salina, secondo ASTM B 117.
Tabella 5. Risultati di resistenza a tensocorrosione dopo 1000 h di esposizione in camera a nebbia salina secondo ASTM B 117
Grado
1.4301
Figura 15. Criccatura da tensocorrosione sul campione
dopo prova
1.4618
LDR
Numero di cricche /
Numero di campioni testati
1,83
0/3
1,94
0/3
1,83
2/3
1,94
3/3
13
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7 Proprietà fisiche
Importanti proprietà fisiche per l’impiego
efficace dell’acciaio inox includono il coefficiente di espansione termica, la resistività
elettrica e il calore specifico.
Il coefficiente di espansione termica esprime
la variazione di lunghezza (o volume) associata alla variazione unitaria di temperatura
ad una specifica temperatura.
Le proprietà di resistività elettrica del grado
1.4618 si piazzano tra quelle dei gradi austenitici 1.4372 e 1.4301.
Il calore specifico è la quantità di calore che
occorre per innalzare di un grado la temperatura di un’unità di massa del materiale. Calori specifici per dati acciai austenitici inossidabili sono dati in Tabella 8.
Tabella 6. Coefficiente di espansione termica
EN
ASTM
Coefficiente di espansione
termica medio tra 20°C e °C
(10-6K-1)
200
400
-
17,4
18,5
1.4372
201
16,6
17,9
1.4301
304
17,0
18,5
1.4618
Tabella 7. Resistività elettrica
Resistività elettrica
(Ω·mm2/m)
EN
ASTM
0 °C
25 °C
50 °C
100 °C
1.4618
-
0,76
0,77
0,79
0,85
1.4372
201
0,80
0,81
0,84
0,89
1.4301
304
0,72
0,75
0,76
0,81
Tabella 8. Calore specifico
Calore Specifico
(J/g·K)
EN
ASTM
1.4618
-
0,51
1.4372
201
0,51
1.4301
304
0,48
39 – 41 °C
14
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8 Saldabilità
La Tabella 9 mostra tipiche condizioni di saldatura per il grado 1.4618. Il grado 1.4618 si
comporta quasi come il grado 1.4301 (304).
Non occorre seguire particolari parametri
di saldatura e in molti casi si possono usare gli stessi materiali d’apporto dei gradi
1.4301 (304) o 1.4310 (301).
Tabella 9. Tipici parametri di saldatura per 1.4618
Senza materiale
d’apporto
Con materiale d’apporto
Processo
Materiale d’apporto
Spessore tipico
Per punti in
continuo
<2mm
<2mm
GTAW / TIG
<1,5 mm
PAW / plasma
<1,5 mm
Spessore
>0,5 mm
>0,5 mm
Elettrodo
d’apporto
Bobina a filo
ER 308 L (Si)
1.4370
ER 347 (Si)
ER 308 L (Si)
1.4370
ER 347 (Si)
Ar
Ar + 5 % H2
Ar + He
ER 310
ER 308 L (Si)
1.4370
ER 347 (Si)
Ar
Ar + 5 % H2
Ar + He
Ar + 2 % CO2
Ar + 2 % O2
Ar + He
Ar + 3 % CO2 +
1 % H2
GMAW /MIG
>0,8 mm
ER 308 L (Si)
1.4370
ER 347 (Si)
SAW
>2 mm
ER 308 L
ER 347 (Si)
Elettrodi
ripassate
Laser
<5 mm
Gas di
protezione
E 308
E 308 L
E 347
He limitato:
Ar–N2
15
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9 Sommario
Vengono presentate molte informazioni in
merito al grado 1.4618 di nuova concezione,
da cui si deduce come l’1.4618 presenti, tra
gli acciai della serie 200, una composizione
chimica ottimale che lo rende meno soggetto alle fluttuazioni di costo dell’extra lega,
pur raggiungendo proprietà di resistenza
meccanica e a corrosione simili a quelle dei
gradi 1.4301 (304) e 1.4310 (301).
Buone proprietà di profondo stampaggio
possono ottenersi senza un’eccessiva sensibilità alla rottura differita. Sebbene non
vi siano conoscenze di lunga data, le esperienze iniziali indicano che il grado 1.4618
ha una saldabilità molto simile all’1.4301
(304) e si possono usare gli stessi materiali
d’apporto.
16
L’1.4618 è concepito per offrire all’utenza
finale un grado che possa in molti casi costituire un’alternativa ad acciai tipo 1.4301
(304). Il maggior tenore di carbonio rispetto
a quello presente nell’1.4307 (304L) ne limita l’uso alle sezioni saldate di maggiore
spessore.
Il grado è stato sviluppato congiuntamente
da Acerinox, Aperam, Outokumpu e ThyssenKrupp Stainless, sotto l’egida di Euro
Inox.
A c c i a i i n o s s i d a b i l i a u s t e n i t i c i a l c r o m o - m a n g a n e s e – U n app r o c c i o e u r o p e o
10 Bibliografia
[1] New 200-series’ steels: an opportunity or a threat to the image of stainless steel?, Brussels: ISSF,
2005
[2] CHARLES, Jacques, “The new 200-series: an alternative answer to Ni surcharge?”, Proceedings
of the Stainless Steel USA Int. Conf., Houston, 2006
[3] La Soluzione Ferritica, Bruxelles, ISSF 2007
[4] CHARLES, Jacques, ‘’A new European 200 series standard to substitute 304 austenitics?’’,
Proceedings, 6th European Stainless Steel Science and Market Conference, Helsinki, Jernkontoret,
2008, pp. 427-436
[5] TAULAVUORI, Tero, OHLINGSCHLÄGER, T., SÄYNÄJÄKANGAS, J.: ‘’A novel view on material selection of stainless steels by optimizing material costs and product properties’’, Proceedings,
6th European Stainless Steel Science and Market Conference, Helsinki, Jernkontoret, 2008,
pp.335-341
[6] ASM Specialty Handbook, Stainless Steels, Davis, J.R. (ed.), ASM International, 1996
17
ISBN 978-2-87997-335-7
Diamant Building • Bd. A. Reyers 80 • 1030 Bruxelles • Belgio • Tel. +32 2 706 82-67 • Fax -69 • e-mail [email protected] • www.euro-inox.org