Acciaio 3Cr13 vs Acciaio 440C: Composizione, proprietà

Per le applicazioni che richiedono la massima durezza, una resistenza superiore all'usura e una lunga conservazione dei bordi (parti di cuscinetti, coltelli di alta gamma, cuscinetti a sfera), il 440C è solitamente la scelta migliore. Per i componenti sensibili ai costi, per una produzione più semplice, per una migliore resistenza generale alla corrosione in ambienti quotidiani e per i componenti in cui non è richiesta una durezza estrema, il 3Cr13 (chiamato anche 30Cr13 / 3Cr13 cinese) è spesso l'opzione da preferire. Scegliete il 440C quando avete bisogno di prestazioni in termini di usura e bordi e potete accettare costi più elevati e una lavorazione più difficile; scegliete il 3Cr13 quando contano di più il budget, la saldabilità/lucidabilità e una moderata resistenza alla corrosione.

Confronto tra acciaio 3Cr13 e acciaio 440C

(Le tabelle che seguono approfondiscono questi numeri e citano le schede tecniche primarie).

Composizione chimica e standard

Composizione ufficiale/nominale

Fonti: Schede tecniche cinesi per il 3Cr13 e schede tecniche industriali per il 440C (Carpenter/Rolled Alloys/Upmet). Queste schede tecniche rappresentano la composizione di riferimento del settore e consentono di confrontare i due tipi di acciaio.

Standard ed equivalenti

• 3Cr13 è una designazione cinese di inossidabile martensitico (talvolta indicato come 30Cr13) e si avvicina molto a quella europea X30Cr13 / 1.4028 e alle varianti a basso costo della famiglia 420 (ad esempio, 420J2 nella pratica per alcuni fornitori).

• 440C è un inossidabile martensitico AISI/UNS ben consolidato (UNS S44004 / AISI 440C) con elenchi internazionali in ASTM/EN/JIS ed è comunemente citato nelle schede tecniche dell'industria dei cuscinetti, delle valvole e dei coltelli.

Microstruttura e metallurgia (cosa significano i numeri nel metallo)

• Sia il 3Cr13 che il 440C sono acciai inossidabili martensitici. Ciò significa che sono progettati per trasformarsi da austenite a martensite durante i cicli di tempra e rinvenimento - il percorso che produce elevata durezza e resistenza. Il carbonio superiore nel 440C fornisce un potenziale di tempra martensitica e di formazione di carburi molto più elevato (motivo principale della migliore resistenza all'usura), mentre il 3Cr13 sviluppa una matrice martensitica con meno carburi e quindi una durezza di picco inferiore.

• I carburi sono importanti. Nel 440C il carbonio e il cromo più elevati causano la formazione di carburi di cromo (di tipo M23C6/M7C3, a seconda della chimica e del trattamento termico) che forniscono resistenza all'abrasione. Nel 3Cr13 la frazione volumetrica dei carburi è molto più bassa, il che favorisce la lucidabilità ma riduce la ritenzione dei bordi a lungo termine e la resistenza all'usura.

• Temprabilità e dimensione della sezione. Il 440C, in particolare con piccole aggiunte di Mo in alcune specifiche, può raggiungere una durezza elevata in sezioni di spessore moderato, ma richiede una tempra controllata per evitare distorsioni e cricche. Il 3Cr13 ha una migliore tempra passante nelle sezioni sottili ed è più facile da trattare termicamente nella produzione di massa con meno scarti.

Proprietà meccaniche, durezza e trattamento termico

Intervalli tipici delle proprietà meccaniche

Questi intervalli sono rappresentativi; i valori finali dipendono fortemente dall'esatto ciclo di trattamento termico (temperatura di austenitizzazione, mezzo di tempra, temperatura/tempo di rinvenimento). Per la 440C, le schede tecniche indicano che può raggiungere la durezza più elevata tra le leghe inossidabili comuni dopo un corretto trattamento termico.

Note sul trattamento termico

• 3Cr13: austenitizzazione tipica ~1000-1050°C, tempra in olio/acqua a seconda delle dimensioni del pezzo, rinvenimento a temperature moderate per raggiungere l'HRC desiderato. Più facile da temprare senza eccessive cricche.

• 440Caustenitizzazione tipica ~1010-1065°C (a seconda del fornitore), si consiglia la tempra in olio o gas pressurizzato per ridurre al minimo le cricche e le distorsioni; rinvenimento a temperature più elevate con più tempre per raggiungere l'HRC target e migliorare la tenacità. Il 440C è sensibile a tempra e rinvenimento non corretti e può incrinarsi nelle zone di saldatura se non è sottoposto a stress-relieve.

Resistenza alla corrosione e finitura superficiale

• 3Cr13 offerte buona resistenza generale alla corrosione in ambienti atmosferici e in molti ambienti leggermente aggressivi, grazie al suo contenuto di cromo e alla minore formazione di carburo (che riduce l'impoverimento locale di cromo). Questo lo rende una scelta solida per gli utensili da cucina, la ferramenta per esterni e i componenti di uso generale.

• 440C fornisce moderata resistenza alla corrosioneIl cromo più elevato aiuta, ma l'elevato tenore di carbonio che forma carburi può esaurire localmente il cromo della matrice, che in pezzi poco lavorati o mal rifiniti può ridurre la resistenza alla vaiolatura rispetto agli inossidabili a basso tenore di carbonio come il 304. Nei pezzi 440C ben lucidati e passivati, la resistenza alla corrosione è accettabile per molti ambienti (acqua dolce, contatto con gli alimenti con attenzione), ma in ambienti ricchi di cloruri o marini è meno ideale dei gradi austenitici.

Punto pratico: Il 440C deve essere altamente lucidato e passivato dopo la lavorazione finale per ottenere le migliori prestazioni di corrosione. Per l'uso marino/umido considerare una famiglia diversa (ferritica/austenitica), a meno che le prestazioni di usura non siano di primaria importanza.

Resistenza all'usura, mantenimento del filo e affilatura

• Ritenzione del bordo = funzione (carbonio + distribuzione del metallo duro + durezza). Poiché il 440C contiene circa il triplo del carbonio del 3Cr13 e forma carburi di cromo più duri, esso mantiene il vantaggio molto più a lungo e resiste meglio all'abrasione. Per questo motivo, i produttori di lame e i progettisti di cuscinetti si affidano al 440C per i taglienti e le superfici di rotolamento sottoposti a forti sollecitazioni.

• compromesso di nitidezza: Il 440C è più difficile da affilare e smussa più rapidamente le mole e i nastri abrasivi; il 3Cr13 è più facile da affilare e riaffilare in condizioni di lavoro.

Lavorabilità, saldabilità, finitura superficiale

• Lavorabilità: Il 3Cr13 è generalmente più facile da lavorare e rettificare - minore usura degli utensili e migliore finitura superficiale su attrezzature di lavorazione tipiche. Il 440C è abrasivo (carburi) e duro, quindi gli utensili di produzione devono essere specificati per gli inossidabili più duri (CBN, inserti in carburo) e l'avanzamento/velocità deve essere adattato.

• Saldatura: Entrambi sono martensitici e richiedono un trattamento termico pre/post-saldatura per evitare cricche; il 3Cr13 è un po' più tollerante nelle comuni pratiche di officina, ma richiede comunque un controllo. Se la saldatura è un requisito importante, potrebbe essere meglio scegliere una famiglia diversa (ad esempio, 316L, 17-4PH).

• Lucidatura / finitura superficiale: Il 3Cr13 si lucida bene fino a ottenere una finitura brillante; il 440C può ottenere un'eccezionale finitura a specchio, ma richiede più tempo a causa dei carburi.

Applicazioni tipiche (e perché ogni grado viene utilizzato)

3Cr13 casi d'uso comuni:

• Coltelli da cucina, utensili e posate a basso costo, dove sono richieste resistenza alla corrosione e lucidabilità, ma la durata estrema dei bordi non è fondamentale.

• Alberi, elementi di fissaggio, finiture, ferramenta decorativa e componenti che richiedono prestazioni inossidabili con una lavorazione economica.

• Beni di consumo prodotti in serie, per i quali sono importanti un basso tasso di scarto e utensili poco costosi.

440C casi d'uso comuni:

• Lame per coltelli in cui è richiesta una lunga conservazione del filo (alcuni coltelli pieghevoli di alta qualità e lame fisse).

• Gare di cuscinetti, componenti di valvole, parti di sfere/rulli, anelli di usura - applicazioni che richiedono elevata durezza e resistenza all'usura.

• Componenti industriali di precisione sottoposti a carichi ciclici elevati e all'abrasione.

Considerazioni su costi, acquisti e forniture

• Costo delle materie prime: Il 440C è normalmente più costoso a causa del contenuto di lega più elevato, della lavorazione più stretta e del trattamento termico più impegnativo. Il 3Cr13 si posiziona come un inossidabile martensitico economico.

• Costo di elaborazione: Il 440C aumenta i costi di lavorazione, rettifica e trattamento termico (tassi di asportazione più lenti, maggiore usura degli utensili, più cicli di tempra). Le stime del budget devono includere i tempi di finitura aggiuntivi e il rischio di scarti più elevati se il trattamento termico non è strettamente controllato.

• Fornitura: Entrambi i gradi sono ampiamente disponibili presso i fornitori di prodotti inossidabili di base; tuttavia, il 440C in barre/forgiati di alta qualità per l'uso nei cuscinetti proviene spesso da stabilimenti con un rigoroso controllo di qualità - insistete per ottenere i certificati dello stabilimento e i registri di durezza per ogni lotto.

Come scegliere

• Se il vostro requisito principale è durata dei bordi / resistenza all'usura / durezza → 440C.

• Se il vostro requisito principale è costo inferiore / facilità di produzione / resistenza generale alla corrosione → 3Cr13.

• Se avete bisogno di entrambi resistenza alla corrosione e usura ragionevole, ma non può permettersi il 440C, prenda in considerazione ottimizzazione del trattamento termico di 3Cr13 o utilizzare inossidabile austenitico con tempra superficiale o rivestimenti come alternative.

Test e controllo qualità (cosa specificare in un PO)

Elementi minimi di prova per le parti critiche:

• Certificato del mulino (composizione chimica) - grado e numero di lotto.

• Prova di durezza (Rockwell HRC) - posizione del campione e intervallo di accettazione.

• Controllo della microstruttura (vuoti, carburi, frazione di martensite accettabile) per i pezzi ad alta usura.

• Controlli non distruttivi (se applicabili): colorante penetrante, UT per pezzi di grandi dimensioni.

• Rugosità della superficie e standard di lucidatura (Ra o specchio).

• Test di corrosione (nebbia salina o potenziale di vaiolatura) solo se l'ambiente lo richiede.

Caso

Caso A - piccolo produttore di coltelli (dialogo):
"Li (direttore di produzione): 'Vogliamo una lama che costi meno e sia facile da produrre in serie per un set da cucina da campeggio'.
Chen (ingegnere dei materiali): Il 3Cr13 riduce i costi e i tempi di lavorazione, si lucida bene e offre una resistenza alla corrosione accettabile. Per l'uso nei campeggi leggeri scegliere HRC ~50 e una buona lucidatura.'".

Caso B - valvola OEM (dialogo):
"Ahmed (acquisti): 'Le sedi delle valvole si consumano in un anno; possiamo prolungare la durata?'
Sara (progettazione): Il passaggio al 440C per le sedi migliorerà significativamente la durata dell'usura, ma prevede costi di materiale e di lavorazione più elevati e richiede un trattamento termico preciso. Se i fluidi sono altamente corrosivi, considerare il 440C con un rivestimento protettivo o scegliere una famiglia di inossidabili diversa per il corpo."

Acciaio 3Cr13 vs tabelle inox 440C

Tabella A - Durezza tipica in funzione dell'applicazione (indicativa)

Tabella B - Riepilogo dei pro e dei contro

Domande frequenti

1. Il 3Cr13 è uguale al 420/420J2?
   Non è esattamente identico, ma il 3Cr13 è chimicamente simile alla famiglia 420 e spesso viene mappato con X30Cr13 / 1.4028 e talvolta rispetto al 420J2. Piccole differenze nei livelli di carbonio e di impurità influenzano la temprabilità e le proprietà finali.

2. Il 440C può arrugginire?
   Sì, come la maggior parte degli acciai inossidabili, il 440C resiste alla ruggine, ma può corrodersi in caso di attacco di cloruri o in condizioni di scarsa finitura. Un'accurata lucidatura e passivazione ne migliorano il comportamento alla corrosione.

3. Quale mantiene più a lungo il filo: 3Cr13 o 440C?
   440C mantiene il filo più a lungo grazie al maggior contenuto di carbonio e carburo che garantiscono una resistenza superiore all'abrasione.

4. Il 440C è migliore del 3Cr13 per i cuscinetti?
   Sì - Il 440C è comunemente utilizzato nei cuscinetti a sfere e a rulli, dove sono necessarie piste dure e resistenti all'usura.

5. Quale è più facile da affilare sul campo?
   3Cr13 è più facile da affilare; il 440C è più duro e richiede abrasivi più aggressivi e tempo.

6. Ci sono delle insidie nel trattamento termico a cui devo prestare attenzione?
   Per il 440C, una tempra o un rinvenimento non corretti possono causare cricche e scarsa tenacità; è necessario effettuare cicli controllati e alleviare le tensioni dopo il trattamento termico. Il 3Cr13 è più indulgente, ma richiede comunque cicli corretti.

7. Posso saldare entrambi i tipi?
   Entrambi sono martensitici e la saldatura richiede un preriscaldamento e un rinvenimento post-saldatura per i componenti critici; prendere in considerazione famiglie alternative se è necessaria una saldatura frequente.

8. Che ne dite di rivestire la superficie invece di cambiare grado?
   Se il problema principale è la corrosione, ma è necessaria l'usura, si possono prendere in considerazione rivestimenti di alta qualità (PVD, nitrurazione, ceramica) su una base di 3Cr13 o su un substrato a basso costo per bilanciare costi e prestazioni.

9. Quale grado offre una migliore lucidatura/finitura a specchio?
   Il 3Cr13 si lucida facilmente; il 440C può ottenere un'eccellente finitura a specchio, ma richiede più tempo e abrasivi.

10. Su quali certificati di prova devo insistere?
    Composizione chimica (certificato di laminazione), prove di durezza, registrazioni di trattamenti termici e, se critici, rapporti di microstruttura o NDT.

Raccomandazioni finali

• Per prototipi di lame o hardware di consumo dove il costo e la velocità di produzione guidano le decisioni → 3Cr13.

• Per parti di usura di precisione, superfici dei cuscinetti, e utensili da taglio di alta gamma dove la durata dei bordi è critica → 440C (o considerare i moderni gradi di metallurgia delle polveri, se il budget lo consente).

• Sempre specificare il trattamento termico e criteri di accettazione negli ordini di acquisto e richiedere mappe di durezza o campioni del primo lotto di produzione.

Riferimenti autorevoli

• Penn Stainless - Acciaio inossidabile 440C (Informazioni sul prodotto)
• Tecnologia Carpenter - Inox 440C (scheda tecnica / MSDS)
• Acciai per utensili - 3Cr13 (30Cr13) Dettagli sulla qualità e riferimenti normativi