Acciaio inossidabile 18-8 vs 304 vs 316

L'acciaio inossidabile 18-8 si riferisce comunemente al gruppo di leghe austenitiche di cromo-nichel che contengono circa 18% di cromo e 8% di nichel. Per quanto riguarda la resistenza alla corrosione generale, la formabilità, la saldabilità e l'economicità, il tipo 304 rimane la scelta di base. Quando il servizio richiede una maggiore resistenza alla vaiolatura, alla corrosione interstiziale o agli ambienti con cloruri, il grado 316 (con aggiunta di molibdeno) è la scelta migliore, nonostante il costo più elevato del materiale. I progettisti che scelgono tra 18-8/304 e 316 devono valutare l'aggressività ambientale, le esigenze di fabbricazione, la durata di vita richiesta e il budget prima di specificare il materiale.

Introduzione e breve contesto storico

Gli acciai inossidabili della serie 300 hanno plasmato la fabbricazione moderna, la lavorazione degli alimenti, le attrezzature chimiche e le finiture architettoniche. L'etichetta "18-8" deriva dalla stenografia del settore, che enfatizzava le due aggiunte di lega dominanti: circa 18% di cromo e circa 8% di nichel. Questa stenografia precede i moderni sistemi di numerazione unificati che utilizzano nomi di grado precisi come Tipo 304 o UNS S30400. Con il tempo, il tipo 304 è diventato l'incarnazione pratica delle leghe 18-8. Il grado 316 si è evoluto successivamente con l'aggiunta di molibdeno per resistere meglio alla corrosione localizzata in ambienti con presenza di cloruri. Per stabilire quale grado sia adatto a un particolare servizio è necessario collegare la chimica della lega, la microstruttura, l'esposizione ambientale e i metodi di fabbricazione.

Cosa significa "18-8" in pratica

"18-8" è una frase descrittiva che cattura un punto chimico comune all'interno della serie austenitica 300. Non costituisce una specifica formale. Non costituisce una specifica formale. La prassi comune equipara il 18-8 al tipo 304, anche se altre leghe della serie 300 possono presentare livelli di cromo-nichel simili. Gli ingegneri dovrebbero evitare di usare "18-8" nei documenti di approvvigionamento quando devono essere rispettate proprietà o standard precisi del materiale; specificare invece il grado e lo standard di riferimento (ad esempio, il tipo 304 secondo ASTM A240).

Confronto della composizione chimica (tabella sintetica)

La tabella seguente riporta gli intervalli di composizione tipici per ciascun grado utilizzando i limiti delle specifiche comuni (valori tratti dalle tabelle dei materiali più diffuse e dai sommari ASTM). Questi intervalli rappresentano valori tipici dell'industria per i gradi 304 e 316; consultare le specifiche di acquisto per i limiti dei certificati di prova della cartiera.

Note:

• La sigla 18-8 riflette il contenuto approssimativo di cromo e nichel; gli acquisti moderni devono fare riferimento alla norma ASTM A240 o equivalente.

Fondamenti di microstruttura e metallurgia

Sia il 304 che il 316 appartengono alla famiglia degli austenitici. La loro matrice è un'austenite cubica a facce centrate (FCC) a temperatura ambiente, stabilizzata dal nichel. Questa microstruttura garantisce duttilità, buona tenacità a bassa temperatura, comportamento non indurente durante il riscaldamento e risposta quasi non magnetica allo stato ricotto. La precipitazione di carburo può verificarsi ai confini dei grani quando il materiale trascorre un periodo di tempo compreso tra i 425 e gli 850 °C circa; ciò porta all'impoverimento del cromo e alla potenziale corrosione intergranulare. Le varianti a basso tenore di carbonio (304L, 316L) o stabilizzate (316Ti, 321) sono utilizzate per attenuare la sensibilizzazione durante la saldatura o l'esposizione al calore. L'aggiunta di molibdeno nel 316 aumenta la resistenza alla corrosione per vaiolatura e interstiziale, migliorando la stabilità dello strato passivo di ossido nelle soluzioni contenenti cloruro.

Confronto delle proprietà meccaniche (tabella)

Le proprietà meccaniche tipiche della ricottura per le forme più comuni (lamiere, lastre, nastri) forniscono indicazioni per la progettazione. I valori effettivi dipendono dalla forma del prodotto, dalla lavorazione a freddo e dai dati di prova del fornitore.

Interpretazione:

Entrambi i tipi mostrano un comportamento meccanico simile in condizioni di ricottura. Nella maggior parte dei casi, la selezione è guidata dall'ambiente, non dalla resistenza alla trazione.

Comportamento alla corrosione e meccanismi di resistenza

Film passivo e corrosione generale
La presenza di cromo forma un film sottile e aderente di ossido di cromo che protegge l'acciaio del substrato da molti ambienti ossidanti. Il nichel migliora la stabilità del film e la duttilità della matrice.

Corrosione localizzata (pitting, crevice)
Gli ioni cloruro sfidano il film passivo e possono dare inizio ad attacchi localizzati. Il molibdeno nel tipo 316 migliora la cinetica di ripassivazione e innalza il potenziale di soglia per la vaiolatura, rendendo il 316 nettamente migliore del 304 nei flussi di processo marini e contenenti cloruri.

Cricche da corrosione sotto sforzo (SCC)
I gradi austenitici possono subire SCC da cloruro a temperature elevate sotto sforzo di trazione. Le strategie di controllo comprendono la scelta del materiale, l'eliminazione delle tensioni residue e il controllo del cloruro.

Passivazione e manutenzione
La passivazione chimica (trattamenti con acido nitrico o citrico) rimuove il ferro libero e favorisce la formazione di uno strato passivo ricco di cromo. L'ispezione regolare e la pulizia di routine prolungano la vita utile in molte applicazioni.

Fabbricazione: formatura, saldatura, lavorabilità, trattamento termico

Formatura e lavorazione a freddo
Il 304 si forma e si imbutisce facilmente. Il tasso di incrudimento è moderato; gli stampi e gli utensili di formatura devono tenere conto del ritorno elastico. Anche il 316 si forma bene, ma presenta un indurimento da lavoro e un ritorno elastico leggermente superiori.

Saldatura
Sia il 304 che il 316 sono facilmente saldabili con i comuni processi di fusione. Il controllo dell'apporto termico e la scelta del metallo d'apporto sono importanti; per le saldature 304, l'apporto di un riempimento corrispondente (304) o di un riempimento a basso tenore di carbonio può evitare la sensibilizzazione. Per il 316 in servizio con cloruri, utilizzare un riempimento 316 per mantenere le prestazioni di corrosione. I gradi a basso tenore di carbonio (304L, 316L) riducono il rischio di attacco intergranulare dopo la saldatura.

Lavorabilità
Gli acciai inossidabili austenitici hanno una lavorabilità inferiore rispetto agli acciai dolci, a causa dell'incrudimento e della bassa conducibilità termica. Esistono varianti a taglio libero con aggiunta di zolfo (ad esempio, 303), ma sacrificano la resistenza alla corrosione. Per i componenti critici, la selezione degli utensili e i parametri di taglio sono essenziali.

Trattamento termico
Gli acciai inossidabili austenitici non possono essere induriti con il trattamento termico convenzionale. La ricottura in soluzione seguita da un rapido raffreddamento ripristina la duttilità e dissolve i carburi. L'invecchiamento a determinate temperature può causare la precipitazione della fase sigma negli acciai fortemente legati, riducendo la tenacità.

Applicazioni tipiche e casi d'uso del settore (tabella)

Interpretazione:

• La scelta della qualità deve essere in linea con i requisiti igienici ambientali e normativi; è importante la tracciabilità attraverso i certificati di prova e gli standard dello stabilimento.

Standard, specifiche ed equivalenti internazionali

Standard chiave comunemente citati negli appalti e nella progettazione:

• ASTM A240 / ASME SA-240 - Specifiche per lamiere, fogli e nastri di acciaio inossidabile al cromo e al cromo-nichel per recipienti a pressione e applicazioni generali. Riferimento per i prodotti forgiati 304 e 316.

• Numerazione UNS - UNS S30400 (304), UNS S31600 (316) utilizzati nei database globali dei materiali.

• Equivalenti EN / ISO - EN 1.4301 (304), EN 1.4401 (316). Le tabelle di incrocio aiutano ad abbinare gli standard tra le regioni.

• Schede tecniche dei materiali - ASM, MatWeb, certificati del produttore per dati meccanici, fisici e chimici.

Raccomandazione:

• Specificare sempre il grado e lo standard (ad esempio: acciaio inossidabile tipo 316, ASTM A240), richiedere i certificati di prova della cartiera (analisi chimica, prova di trazione) e includere la finitura superficiale, il trattamento termico e i requisiti di prova.

Considerazioni sui costi e sull'approvvigionamento

Il costo dei materiali segue tipicamente questo ordine (il prezzo è sensibile alle condizioni di mercato): 304 < 316. Il contenuto di nichel e molibdeno determina le differenze di prezzo. I tempi di consegna possono essere lunghi per finiture superficiali specifiche o documentazione di prova certificata. Per i progetti a budget limitato, specificare il 304 solo se l'ambiente di servizio non prevede l'esposizione a cloruri o acidi forti. Quando il costo del ciclo di vita mostra un rischio di sostituzione frequente, la scelta del 316 può essere economicamente giustificata.

Suggerimenti per l'approvvigionamento:

• Confermare la tracciabilità del fornitore e i certificati di prova dello stabilimento.

• Considerare la disponibilità locale di varianti a basso contenuto di carbonio o stabilizzate se la saldatura è frequente.

• Per le apparecchiature a pressione critiche, garantire la conformità alle norme ASME, PED o ad altri codici regionali.

Matrice di selezione e lista di controllo delle decisioni

Lista di controllo rapida per gli ingegneri che scrivono un richiamo di materiale:

• Il componente sarà esposto a cloruri, alogenuri o acqua di mare? → Preferisco il 316.

• La saldatura è pesante e inevitabile? → considerare 304L o 316L per ridurre il rischio di sensibilizzazione.

• Il progetto richiede una finitura sanitaria o la conformità alle normative? → Il 316L è spesso preferito per il settore farmaceutico/biotecnologico.

• Il costo è il vincolo dominante e l'ambiente è mite? → 304 accettabile.

• Il componente richiede la massima duttilità e facilità di formatura? → Il 304 può essere marginalmente più facile.

• Sono coinvolti gli elementi di fissaggio? → Elementi di fissaggio in 316 raccomandati per il servizio marino.

Utilizzare questa lista di controllo per produrre una nota di specifica che indichi il grado, lo standard (ASTM/EN/UNS), la finitura superficiale e i test richiesti.

Note su ambiente, sicurezza, riciclo e passivazione

Riciclaggio e sostenibilità
Sia il 304 che il 316 sono altamente riciclabili. Il recupero a fine vita contribuisce agli obiettivi dell'economia circolare.

Passivazione
Dopo la fabbricazione, la passivazione chimica rimuove il ferro incorporato e promuove un robusto film di ossido passivo. La passivazione con acido citrico è un'alternativa all'acido nitrico in alcuni settori regolamentati.

Sicurezza
Il taglio, la smerigliatura o la saldatura dell'acciaio inossidabile producono polveri e fumi; sono necessari l'aspirazione locale e i DPI secondo le norme di sicurezza sul lavoro. I flussi di rifiuti derivanti dal decapaggio e dalla passivazione devono essere gestiti secondo le norme ambientali.

Varianti e gradi speciali

• 304L / 316L: gradi a basso tenore di carbonio che riducono il rischio di precipitazione di carburo durante la saldatura. Da preferire per le strutture saldate pesanti.

• 316Ti: titanio stabilizzato per resistere alla sensibilizzazione in caso di servizio prolungato ad alta temperatura.

• Gradi temprati per precipitazione, duplex e super-austenitici: scelto quando è richiesta una forza o una resistenza alla corrosione superiore a quella del 316.

• Equivalenti fusi: CF-8 (304 fuso) e CF-8M (316 fuso) utilizzati dove è richiesta la fusione.

Domande frequenti (FAQ)

1) Il 18-8 è la stessa cosa del 304?
Risposta breve: nell'uso comune dell'industria, sì. La sigla 18-8 si riferisce al contenuto approssimativo di cromo e nickel tipico del tipo 304. Per gli appalti, specificare "Tipo 304" e lo standard di riferimento per evitare ambiguità.

2) Quale grado resiste meglio all'acqua di mare: 304 o 316?
Il 316 offre una resistenza superiore all'acqua di mare grazie al contenuto di molibdeno che aumenta la resistenza alla corrosione per vaiolatura e interstiziale in ambienti con cloruri. Utilizzate il 316 per un servizio marino a lungo termine.

3) Entrambe le qualità possono essere indurite mediante trattamento termico?
Gli acciai inossidabili austenitici non si induriscono con i tradizionali cicli di tempra. L'aumento della resistenza richiede una lavorazione a freddo o la scelta di leghe indurenti per precipitazione.

4) Quando è necessario utilizzare il 304L o il 316L?
Utilizzare le varianti L a basso tenore di carbonio per le strutture saldate pesanti o quando il trattamento termico post-saldatura non è pratico, per ridurre il rischio di precipitazione di carburo e preservare la resistenza alla corrosione.

5) Qual è la differenza di prezzo tra 304 e 316?
Il prezzo varia in base alle condizioni di mercato. Il molibdeno e il contenuto più elevato di nichel rendono il 316 più costoso. Eseguire un prelievo di materiale e consultare i prezzi attuali del mercato dei metalli per ottenere cifre esatte.

6) Il 304 e il 316 sono magnetici?
Entrambi sono essenzialmente non magnetici allo stato completamente ricotto. La lavorazione a freddo può indurre una leggera risposta magnetica.

7) Posso usare le pentole 18-8 in modo sicuro per gli alimenti?
Sì. Molti prodotti a contatto con gli alimenti utilizzano il grado 304 (18-8). Per la preparazione di alimenti altamente acidi o salati, il 316 offre un'ulteriore protezione dalla corrosione.

8) Cosa succede se un componente in 304 si corrode in presenza di cloruri?
Possono verificarsi corrosione localizzata o interstiziale. La riparazione richiede in genere la sostituzione con un materiale più resistente (316 o superiore) e l'eliminazione delle fonti di cloruro o dei difetti di progettazione che intrappolano i mezzi corrosivi.

9) Quale grado è più facile da lavorare?
Nessuno dei due è particolarmente facile da lavorare rispetto all'acciaio dolce. Il 304 tende a lavorarsi leggermente più facilmente rispetto al 316. Utilizzare utensili e parametri di taglio appropriati per limitare l'indurimento da lavoro.

10) Quali certificati di prova devo richiedere ai fornitori?
Richiedete certificati di prova della cartiera che mostrino la composizione chimica e i risultati delle prove meccaniche in base allo standard di riferimento (ad esempio ASTM A240). Per i servizi critici, includere test di corrosione, durezza e dati di tracciabilità.

Esempi pratici di selezione

Caso A - Serbatoio per la lavorazione degli alimenti
Servizio: pulizia con soluzioni caustiche, pulizia acida periodica, assenza di cloruri. Raccomandazione: Tipo 304 o 304L con finitura sanitaria e passivazione adeguata.

Caso B - Ringhiere e accessori di bordo
Servizio: spruzzi continui di acqua di mare, esposizione ai cloruri. Raccomandazioni: Acciai inossidabili di tipo 316 o duplex per una lunga durata; considerare la protezione catodica per esposizioni severe.

Caso C - Scambiatore di calore di un impianto chimico in un fluido contenente cloruro
Servizio: soluzione di cloruro calda a temperatura elevata. Raccomandazione: Esaminare gli acciai inossidabili 316L o di lega superiore, eventualmente le leghe a base di nichel, oltre a test ingegneristici per il potenziale di vaiolatura.

Questi esempi dimostrano che la scelta del grado dipende dal mezzo operativo, dalla temperatura, dal carico meccanico e dal regime di manutenzione.

Raccomandazioni pratiche finali

• Usare nomi precisi dei gradi e riferimenti standard nei documenti di appalto.

• Per un uso generale in ambito domestico, architettonico o per la ristorazione leggera, il 304 (18-8) è conveniente.

• Per l'esposizione ai cloruri o per il servizio con sostanze chimiche pesanti, specificare 316 o leghe superiori.

• Per le strutture saldate, preferire le varianti a basso tenore di carbonio (304L, 316L) o specificare la ricottura in soluzione post-saldatura, ove consentito.

• Richiedere certificati di collaudo e specifiche di finitura superficiale per le apparecchiature igieniche o a pressione.