Che cos'è l'acciaio inossidabile e che cosa lo rende antiruggine

Chi non ha mai sentito parlare del nome acciaio? Sicuramente tutti lo conoscono. Poiché le attrezzature in acciaio non arrugginiscono, le cerchiamo spesso sul mercato. Poiché non arrugginisce, è possibile utilizzarlo in un'ampia gamma di applicazioni. Di conseguenza, gli acciai inossidabili sono prodotti ben noti nella maggior parte dei settori produttivi.

Di conseguenza, in questo articolo forniremo la soluzione a questa domanda. Perché l'acciaio inossidabile non arrugginisce? D'altra parte, com'è il processo di produzione? Quali sono i requisiti? Nel corso dell'articolo di oggi affronteremo tutte queste domande. Inizieremo con una definizione generale, seguita da usi e proprietà. Poi passeremo alla composizione del materiale e al processo.

Che cos'è l'acciaio inossidabile?

L'acciaio inossidabile è una categoria di leghe ferrose con almeno 11% di cromo, una composizione che resiste alla corrosione e al calore. Carbonio (dallo 0,03% a oltre l'1,00%), azoto, alluminio, silicio, zolfo, titanio, nichel, rame, selenio, niobio e molibdeno sono tutti componenti presenti nell'acciaio inossidabile in varie forme.

L'acciaio inossidabile è anche gradevole alla vista, molto igienico, semplice da mantenere, altamente durevole e offre diverse caratteristiche oltre a questi vantaggi ambientali. Di conseguenza, l'acciaio inossidabile è presente in un'ampia gamma di oggetti di uso comune. L'energia, i trasporti, l'edilizia, la ricerca, la medicina, l'alimentazione e la logistica sono solo alcuni dei settori che svolgono un ruolo significativo.

Svantaggi dell'acciaio inossidabile  

• I costi di produzione, finitura e lucidatura sono elevati.
• Può essere un metallo complicato da gestire nella produzione di acciaio inossidabile senza l'utilizzo di attrezzature ad alta tecnologia e di metodi appropriati.
• A causa della rapida dissipazione del calore, delle parti danneggiate e dei prezzi elevati dei rottami, si possono verificare complicazioni.

Utilizzo dell'acciaio inossidabile

Il produttore utilizza spesso l'acciaio inossidabile in applicazioni che richiedono le caratteristiche uniche dell'acciaio e la sua resistenza alla corrosione. Bobine, lamiere, piastre, barre, fili e tubi sono tutti lavorati con questa lega. Di solito viene trasformato nelle seguenti applicazioni.

• Automobili e trasporti: I produttori utilizzano l'acciaio inossidabile per realizzare sistemi di scarico, griglie e finiture. Con il progredire della tecnologia, i produttori utilizzano sempre più spesso l'acciaio inossidabile per creare componenti strutturali.
• Strutture mediche: Questo settore predilige l'acciaio inossidabile in ambienti puliti e sterili perché è facile da pulire e da corrodere. Le aziende utilizzano l'acciaio inossidabile per produrre una serie di dispositivi medici, tra cui strumenti chirurgici e dentali.
• Costruzioni edili: L'applicazione dell'acciaio inossidabile è diventata una parte vitale della professione edile grazie alla sua resistenza, resilienza e flessibilità. L'acciaio inossidabile viene spesso utilizzato all'interno, su piani di lavoro, schienali, ringhiere, e all'esterno di strutture ad alto impatto come rivestimento.
• Costruzione dell'aereo: Gli ingegneri utilizzano l'acciaio inossidabile nel settore dell'aviazione. Grazie alla sua forza e alla capacità di resistere alle alte temperature, lo utilizzano in diverse applicazioni, tra cui i telai degli aerei. Inoltre, lo usano anche nei motori a reazione per evitare che si arrugginiscano.
• Attività di ristorazione e catering: I produttori utilizzano l'acciaio inossidabile per produrre accessori da cucina, pentole e posate nell'industria alimentare e della ristorazione.

Proprietà dell'acciaio inossidabile

L'acciaio inossidabile ha molte caratteristiche interessanti che ne determinano l'ampio utilizzo nella produzione di parti e componenti in vari settori industriali. Soprattutto, grazie alla concentrazione di cromo, è molto resistente alla corrosione. L'acciaio con una concentrazione minima di cromo del 10,5% è 200 volte più resistente alla corrosione dell'acciaio che ne è privo.

• Il cromo contenuto nell'acciaio inossidabile è il principale responsabile della sua resistenza alla corrosione. Sulla superficie dell'acciaio si forma un rivestimento stabile di ossido di cromo, che impedisce le interazioni chimiche con la massa del materiale. Questo strato di ossido è molto sottile, con uno spessore compreso tra 2 e 3 nm, ed è passivo (resistente alla corrosione), tenace (aderisce bene al materiale) e autorigenerante (si riforma in caso di crepe o danni).
• Gli acciai inossidabili ferritici, martensitici o duplex sono magnetici, mentre gli austenitici non lo sono.
• L'acciaio inossidabile è riciclabile al 100%. Il riciclaggio dei rottami di acciaio inossidabile è altamente conveniente, poiché contiene molti componenti preziosi come il cromo e il nichel.

Categorie di acciaio inossidabile

Gli acciai inossidabili sono suddivisi in quattro categorie principali in base alla loro struttura cristallina.

Ferritico

Gli acciai inossidabili ferritici sono meno flessibili degli altri acciai inossidabili, con conseguente minore formabilità. Sono inoltre magnetici, hanno una durezza limitata e una bassa resistenza alla corrosione. La mancanza di nichel, invece, ne abbassa il prezzo.

Austenitico

Il tipo di acciaio inossidabile più diffuso è l'acciaio inossidabile austenitico. La loro struttura cristallina cubica è a facce centrate. Questi acciai includono nichel, manganese e azoto, oltre ai consueti componenti di lega di ferro e cromo.

Martensitico

Gli acciai inossidabili magnetici con elevata duttilità e tenacità sono noti come acciai inossidabili martensitici. Si può ricorrere alla lavorazione a freddo per indurirli un po'. In questo caso, dopo la ricottura hanno solitamente un carico di snervamento di circa 275 MPa.

Duplex

La resistenza dell'acciaio duplex è circa doppia rispetto a quella dell'acciaio austenitico. In questa situazione, è più resistente alla criccatura da tensocorrosione da cloruri rispetto all'acciaio inossidabile austenitico. La tenacità è intermedia tra quella ferritica e quella austenitica.

L'acciaio inossidabile arrugginisce?

Una lega di acciaio con una concentrazione minima di cromo del 10,5% è nota come acciaio inossidabile. Il cromo interagisce con l'ossigeno dell'aria creando un rivestimento protettivo che rende l'acciaio inossidabile molto resistente alla corrosione e alla ruggine. Attualmente sul mercato esistono circa 150 tipi diversi di acciaio inossidabile.

Tipi di acciaio inossidabile

Sebbene siano disponibili centinaia di leghe diverse di acciaio inossidabile, la maggior parte di esse rientra in uno dei tre gruppi seguenti.

• Acciaio inossidabile austenitico: Questo tipo di acciaio inossidabile presenta due caratteristiche significative. Per cominciare, l'acciaio inossidabile austenitico contiene una notevole quantità di cromo. La resistenza alla corrosione è migliorata quando i produttori utilizzano questo materiale. In secondo luogo, questi oggetti sono tipicamente non magnetici, ma una procedura di formatura a freddo può renderli magnetici. Le leghe di acciaio inossidabile più diffuse sono le seguenti.
• Acciaio inossidabile ferritico: È la seconda lega di acciaio inossidabile più diffusa ed è anche magnetica. A causa della ridotta concentrazione di nichel, gli articoli prodotti con questa lega possono essere temprati tramite formatura a freddo e sono meno costosi di altri tipi.
• Acciaio inossidabile martensitico: È il tipo di lega di acciaio inossidabile meno frequente. La produzione utilizza l'acciaio inossidabile martensitico nelle applicazioni che richiedono resistenza agli urti o elevata resistenza alla trazione. Il produttore spesso accoppia questo materiale per migliorare la resistenza alla corrosione con un rivestimento polimerico protettivo.

Come si produce l'acciaio inossidabile?

Quando si produce acciaio inossidabile, il produttore deve innanzitutto decidere il tipo di acciaio inossidabile che vuole creare. Questa scelta è importante perché il tipo di acciaio inossidabile che si intende produrre influisce sul rapporto tra i componenti dell'acciaio inossidabile presenti nella combinazione, come ferro, carbonio, nichel, ecc.

Il resto del processo di produzione dell'acciaio inossidabile può iniziare dopo aver raccolto le materie prime. Le sezioni seguenti illustrano il processo di produzione dell'acciaio inossidabile nell'industria.

In primo luogo, i produttori riscaldano vari materiali in acciaio inossidabile fino al loro punto di fusione in un forno. Poi mettono il materiale fuso in un processo di decarburazione sotto vuoto e ossigeno (VOD) o di decarburazione con argon e ossigeno (AOD) per rimuovere il carbonio in eccesso. In terzo luogo, l'acciaio fuso può essere fatto roteare per aiutare a disperdere e rimuovere dalla miscela particolari componenti dell'acciaio inossidabile, che possono contribuire a perfezionare la qualità del prodotto finale.

In quarto luogo, quando l'acciaio inossidabile si raffredda, viene sottoposto a una serie di operazioni di formatura, a partire dalla laminazione a caldo quando l'acciaio è ancora al di sopra della sua temperatura di cristallizzazione. In quinto luogo, può essere ricotto per attenuare le tensioni interne e modificare le caratteristiche meccaniche dell'acciaio inossidabile.

Dopo il processo di ricottura, la linea di produzione sottopone l'acciaio inossidabile a varie procedure di taglio e sagomatura per ottenere un prodotto finale adatto all'applicazione. Infine, prima di esportare billette, blumi o fili di acciaio inossidabile ad altri produttori, il produttore di acciaio inossidabile può aggiungere vari trattamenti superficiali.

Additivi e componenti della composizione dell'acciaio

I componenti in acciaio inossidabile sono il materiale preferito per la fabbricazione di prodotti e per soddisfare le esigenze dei consumatori. Ma quanti tipi di acciaio esistono? Dipende dai loro additivi. Vediamo quindi quali sono.

• Carbonio: Le aziende producono acciaio composto da carbonio e ferro legati insieme. Grazie a questo processo, il ferro acquista forza e durezza.
• Manganese: L'aggiunta di manganese all'acciaio aumenta la durezza, la resistenza e la temprabilità, migliorando le caratteristiche di lavorazione a caldo.
• Cromo: Utilizzano il cromo per aumentare la resistenza all'ossidazione dell'acciaio.
• Nichel: I produttori aggiungono grandi quantità di nichel agli acciai inossidabili ad alto tenore di cromo per creare gli acciai più resistenti al calore e alla corrosione.
• Molibdeno: In combinazione con gli acciai austenitici al cromo-nichel, il molibdeno migliora la resistenza alla vaiolatura e alla corrosione interstiziale, soprattutto in ambienti contenenti zolfo e cloruri.
• Azoto: L'azoto, come il nichel, è un elemento che forma austenite e migliora la stabilità dell'austenite dell'acciaio inossidabile.
• Rame: Il rame è un elemento residuo comune nell'acciaio inossidabile. La produzione aggiunge questo elemento a varie leghe per fornire proprietà di indurimento per precipitazione o migliorare la resistenza alla corrosione in acido solforico e acqua salata.
• Titanio: La produzione utilizza spesso il titanio per stabilizzare il carburo, soprattutto quando richiede la saldatura. Il titanio si combina con il carbonio per produrre carburi di titanio, molto stabili e difficili da sciogliere nell'acciaio, riducendo il rischio di corrosione intergranulare.
• Fosforo: Spesso combinano il fosforo con lo zolfo per migliorare la lavorabilità. Se da un lato il fosforo migliora la resistenza degli acciai inossidabili austenitici, dall'altro riduce la resistenza alla corrosione e aumenta la propensione del materiale a frantumarsi durante la saldatura.
• Zolfo: Se aggiunto in piccole quantità, lo zolfo migliora la lavorabilità, ma, come il fosforo, ha un impatto negativo sulla resistenza alla corrosione e, di conseguenza, sulla saldabilità.

Altri additivi

• Selenio: In passato il selenio veniva utilizzato come integratore per migliorare la lavorabilità.
• Niobio/Colombium: I produttori utilizzano il niobio/colombium per stabilizzare il carbonio dell'acciaio e per funzionare in modo simile al titanio. Il niobio rafforza anche le leghe e gli acciai, consentendo loro di resistere a temperature più elevate.
• Silicio: Utilizzano il silicio come agente disossidante nel processo di fusione dell'acciaio e la maggior parte degli acciai ne contiene una piccola quantità.
• Cobalto: Se esposto alle radiazioni solide dei reattori nucleari, il cobalto diventa altamente radioattivo. Pertanto, tutti gli acciai inossidabili utilizzati nelle centrali nucleari presentano limiti di cobalto, solitamente dello 0,2% al massimo.
• Calcio: I produttori aggiungono calcio in quantità minime per migliorare la lavorabilità senza compromettere altre caratteristiche dovute a selenio, fosforo e altri elementi.

Conclusione

Gli acciai inossidabili comprendono almeno il 10,5% di cromo, meno dell'1,2% di carbonio e altri componenti di lega. Gli acciai inossidabili vengono utilizzati per vari scopi in diversi luoghi.

L'acciaio inossidabile si presenta in diverse forme, a seconda della combinazione di altri additivi. I produttori mescolano questi additivi nella composizione dell'acciaio inossidabile a seconda dell'uso previsto.