Se avete bisogno di una lastra che combini un'eccellente resistenza alla galla e all'usura metallo-metallo con prestazioni superiori in termini di cavitazione e acqua di mare, pur mantenendo la facilità di fabbricazione di un inossidabile austenitico, potete scegliere la lastra che preferite. Foglio Nitronic 60 (UNS S21800) è uno dei principali candidati. In genere offre una resistenza allo snervamento circa doppia rispetto ai comuni gradi della serie 300, una resistenza all'autoaggancio nettamente migliore e una migliore resistenza al cloruro e alla vaiolatura rispetto al tipo 316 in molte condizioni di servizio, il che lo rende particolarmente adatto per finiture di valvole, anelli di usura di pompe, elementi di fissaggio e componenti marini.

Che cos'è il Nitronic 60?

Nitronic è il nome commerciale di una famiglia di acciai inossidabili austenitici rinforzati con azoto, originariamente sviluppati da Armco e ora associati al marchio Nitronic. Nitronic 60 (spesso indicato come Lega 218 o UNS S21800) è la qualità progettata specificamente per resistere alla galla, all'usura adesiva e all'erosione per cavitazione, mantenendo una buona resistenza alla corrosione e tenacità in un ampio intervallo di temperature. L'aggiunta di azoto aumenta la resistenza allo snervamento senza ricorrere all'indurimento per invecchiamento e aiuta la lega a rimanere completamente austenitica dopo la lavorazione a freddo.

Composizione chimica

Di seguito è riportata una tabella di composizione sintetica del Nitronic 60, come riportato nelle schede tecniche dei prodotti comuni e nella letteratura del produttore. Esistono piccole variazioni tra i fornitori e le varianti lavorate "ad alta resistenza"; confermare sempre il certificato di analisi del materiale fornito.

(Questi valori tipici sono riassunti dai dati dei fornitori e dai bollettini dei prodotti).

Nota sul Nitronic 60 "ad alta resistenza": Alcuni produttori offrono una versione "HS" lavorata a freddo ottenuta con una speciale lavorazione al mulino; la composizione è simile, ma la resistenza è aumentata dalla deformazione plastica anziché dal trattamento termico.

Proprietà meccaniche

Le proprietà meccaniche variano a seconda della forma e della lavorazione. La tabella seguente fornisce i valori rappresentativi a temperatura ambiente utilizzati dai progettisti; verificare i certificati di laminazione delle lastre acquistate.

I produttori dichiarano comunemente che Nitronic 60 offre circa due volte la resistenza allo snervamento del tipo 304/316 allo stato ricotto, un'affermazione basata su dati di test comparativi e bollettini di prodotto.

Perché Nitronic 60 resiste a galla, usura e cavitazione

Tre caratteristiche di lega conferiscono a Nitronic 60 il suo speciale comportamento all'usura:

• Alto contenuto di silicio e manganese creano una matrice che riduce l'interazione adesiva nei contatti di scorrimento e inibisce la formazione di film di trasferimento che innescano la formazione di galla.

• Azoto aumenta la stabilità dell'austenite e rafforza la matrice, aumentando la resistenza allo snervamento e al taglio - fondamentale per prevenire la saldatura a freddo locale in caso di contatto in compressione.

• Microstruttura austenitica uniforme (conservato dopo la lavorazione a freddo) e la formazione di un film passivo stabile aiutano a resistere alla vaiolatura da microfatica che può innescare l'erosione da cavitazione.

L'effetto combinato è una lega che ha prestazioni simili a quelle di alcune leghe a base di cobalto per quanto riguarda la resistenza alla cavitazione e supera di gran lunga gli inossidabili standard della serie 300 nei test di usura auto-accoppiati, pur rimanendo molto meno costosa e più facile da lavorare rispetto alle leghe di cobalto. Per questo motivo Nitronic 60 è ampiamente raccomandato per gli anelli di usura delle pompe, per le sedi delle valvole e per i dispositivi di fissaggio in cui il rischio di formazione di galla o cavitazione è elevato.

Comportamento alla corrosione

La resistenza generale alla corrosione di Nitronic 60 è tipicamente compresa tra il tipo 304 e il tipo 316 per molti fluidi acquosi. Tuttavia, Le prestazioni in termini di corrosione per vaiolatura, interstiziale e da tensioni da cloruri sono spesso superiori a quelle di 316 perché il silicio e l'azoto contribuiscono a stabilizzare il film passivo e ad aumentare la resistenza locale all'innesco della fossa. Le esposizioni controllate all'acqua di mare riportate nella letteratura del prodotto mostrano che Nitronic 60 presenta una resistenza alle fessure pari o leggermente superiore a quella del 316 in test in acqua di mare calma durati mesi. I progettisti devono comunque valutare le condizioni di servizio reali (acqua di mare corrente, biofouling, ossigenazione, temperatura e contaminanti).

Lista di controllo chiave per l'uso della corrosione:

• Per ambienti fortemente clorati, stagnanti o con cloruri ad alta temperatura, verificare la resistenza alla vaiolatura (PREN) in base alle condizioni di servizio; Nitronic 60 non è un sostituto diretto dei super-austenitici o dei duplex nel servizio altamente aggressivo con i cloruri.

• Nel servizio misto di usura e corrosione (ad esempio, giranti di pompe che trattano acqua di mare), la superiore resistenza all'usura/alla corrosione spesso ritarda le modalità di guasto che normalmente accelerano la corrosione, rendendo Nitronic 60 la scelta pratica.

Fabbricazione: taglio, formatura, saldatura e note di finitura superficiale

Taglio e lavorazione: Il Nitronic 60 in fogli si lavora come gli altri acciai inossidabili austenitici, ma la sua maggiore resistenza può accelerare l'usura degli utensili. Utilizzare utensili in metallo duro appropriati, avanzamenti moderati e un fissaggio rigido. La lubrificazione e il controllo dei trucioli sono importanti.

Formazione: La lamiera ricotta si forma facilmente. La lega si indurisce, per cui, quando possibile, si formano più curve piccole piuttosto che singole curve severe; per stampaggi complessi, considerare cicli di ricottura tra le operazioni.

Saldatura: Nitronic 60 si salda con processi convenzionali (GTAW/TIG, GMAW/MIG). Le saldature GTA autogene sono valide e i materiali di consumo classificati per Nitronic 60 o per l'apporto di acciaio inossidabile austenitico (ad esempio, ER218 o AWS ER218) sono utilizzati per ottenere le migliori proprietà di usura del metallo saldato. Il trattamento termico post-saldatura non è in genere richiesto, tranne nei casi in cui la resistenza alla corrosione lo richieda (riduzione delle tensioni in sezioni pesanti). L'usura del metallo saldato tende a essere leggermente inferiore a quella del metallo di base, per cui le superfici di usura critiche possono richiedere una saldatura a deposizione con un riempimento adeguato o sovrapposizioni post-saldatura.

Finitura superficiale: Per le parti soggette a usura, la finitura superficiale finale e la metallurgia della superficie di accoppiamento sono molto importanti. Le finiture lucidate o rettificate riducono l'attrito e i siti di innesco della formazione di galla. Quando due superfici Nitronic 60 sono accoppiate, le prestazioni sono eccellenti anche con finiture relativamente ruvide, ma la durata migliore spesso deriva da un'attenta progettazione della superficie e da considerazioni sul lubrificante.

Specifiche standard e materiali equivalenti

Riferimenti comuni legati a Nitronic 60:

• Designazione UNS: S21800 (comunemente usato nei certificati dei materiali).

• Bollettini AMS/Fabbricanti: Esistono schede tecniche AMS 5848 e di prodotto per le varianti di Nitronic 60 utilizzate nel settore aerospaziale o in componenti ad alta integrità.

• Proprietario del nome commerciale / dati: ARMCO / AK Steel / Cleveland-Cliffs pubblicano bollettini tecnici sulle leghe della famiglia Nitronic.

Equivalenti: Non esiste una lega standard perfetta, una per una, denominata in modo identico in tutti gli elenchi di specifiche: la Nitronic 60 è proprietaria/registrata come nome commerciale di famiglia. Alcuni produttori utilizzano il descrittore "Alloy 218" o elencano UNS S21800. Se in un documento di approvvigionamento è richiesto uno standard rigoroso, elencare UNS S21800 e la cartiera produttrice o il produttore autorizzato per evitare ambiguità.

Applicazioni tipiche delle lastre ed esempi di settore

La lastra Nitronic 60 viene scelta nei casi in cui i contatti striscianti, il fretting, la cavitazione o l'usura dell'adesivo si combinano con l'esposizione alla corrosione o nei casi in cui il cedimento per galla è inaccettabile. Usi rappresentativi:

• Rifinitura delle valvole (steli, sedi, guide) - La resistenza alla corrosione preserva le tolleranze e riduce il rischio di grippaggio.

• Componenti della pompa (anelli di usura, giranti, alberi) - La resistenza alla cavitazione e all'usura erosiva prolunga la vita utile delle pompe idroelettriche e petrolchimiche.

• Elementi di fissaggio e dadi in ambienti salmastri e marini in cui la galvanizzazione è una modalità di guasto nota.

• Energia idroelettrica e hardware marino - perni del ponte, cuscinetti e boccole in presenza di usura/corrosione mista.

• Alberi di accoppiamento e guide di scorrimento negli impianti alimentari, farmaceutici e chimici, dove l'erosione causerebbe arresti catastrofici.

Breve nota sul caso: i produttori di turbine idroelettriche e i costruttori di pompe specificano comunemente Nitronic 60 per gli anelli di usura e i componenti delle valvole, perché i test reali sul campo combinano l'usura meccanica e l'esposizione all'acqua di mare, dove Nitronic 60 supera i comuni acciai inossidabili.

Considerazioni di progettazione e ingegneria

Alcune regole pragmatiche per i progettisti che utilizzano il foglio Nitronic 60:

• Materiali di accoppiamento: Sebbene Nitronic 60 abbia ottime prestazioni anche se accoppiato da solo, in caso di accoppiamenti scorrevoli molto sollecitati è opportuno considerare un accoppiamento dissimile (ad esempio, Nitronic 60 contro un carburo più duro o una superficie rivestita) per ridurre il trasferimento di adesivo. Evitare l'accoppiamento con parti in acciaio inox serie 300 più morbide, che potrebbero sfarinare o usurarsi prematuramente.

• Lubrificazione: Ove possibile, provvedere alla lubrificazione perimetrale o a lubrificanti a film appropriati. Nitronic 60 rende la lubrificazione più indulgente, ma non elimina i vantaggi di una lubrificazione adeguata.

• Spessore e rigidità: La lastra Nitronic 60 ha uno snervamento più elevato, quindi le sezioni più sottili possono raggiungere la stessa rigidità della lastra 316 più spessa - ma verificate il comportamento a fatica e l'instabilità, soprattutto nei casi di carico ciclico.

• Selezione dei dispositivi di fissaggio: Per i bulloni e i dadi, specificare i dispositivi di fissaggio Nitronic 60 in caso di assemblaggio/smontaggio ripetuto in condizioni di servizio corrosivo; la resistenza alla galla della lega riduce il rischio di grippaggio della filettatura.

• Indurimento superficiale: Se si prevede un'usura abrasiva estrema, si possono utilizzare rivestimenti in carburo o rivestimenti di saldatura; tuttavia, ciò aumenta i costi e complica la fabbricazione.

Approvvigionamento, tolleranze, spessori e fattori di costo

Forme disponibili: lamiere, lastre, nastri, rotoli, barre e dispositivi di fissaggio. La disponibilità dello spessore delle lamiere dipende dalla cartiera - le gamme di lamiere comuni sono simili a quelle di altri gradi inossidabili, ma è bene controllare i produttori per le lamiere sottili (25 mm).

Tolleranze: Utilizzate le tolleranze di fresatura del fornitore per lo spessore, la planarità e la finitura superficiale negli ordini di acquisto. Per le parti critiche soggette a usura, chiedete i certificati di prova che mostrino la chimica, la trazione, la durezza e qualsiasi percentuale di lavorazione a freddo.

Driver di costo: Il Nitronic 60 è tipicamente più costoso del 304/316 standard a causa delle aggiunte di leghe (Si, Mn, N) e dei minori volumi di mercato, ma è molto meno costoso e più facile da lavorare rispetto alle leghe antiusura a base di cobalto. Il costo totale dell'installazione spesso favorisce Nitronic 60 laddove sarebbero necessari tempi di fermo, sostituzioni o rivestimenti speciali. Leghe laminate

Modalità ambientali, di ispezione e di guasto

Modalità di guasto comuni da osservare:

• Se si verifica la formazione di una galla, in genere precede un'usura abrasiva misurabile e quindi accelera la corrosione. Progettare per prevenire l'innesco (finitura superficiale, materiale di accoppiamento, lubrificazione).

• In ambienti altamente aggressivi per i cloruri e a temperature elevate, possono verificarsi forti corrosioni per vaiolatura e interstiziali; testare i tagliandi per servizi severi.

• La lavorazione a freddo aumenta la resistenza ma può ridurre la resistenza alla corrosione; se viene specificato un materiale HS (lavorato a freddo), convalidare le prestazioni di corrosione per il servizio.

Ispezione: Per le parti critiche soggette a usura, utilizzare controlli dimensionali periodici, il monitoraggio della finitura superficiale e la valutazione non distruttiva, ove appropriato (spessore a ultrasuoni per i componenti a parete, particelle visive e magnetiche per le saldature se esistono inclusioni ferromagnetiche).

Raccomandazioni pratiche e sintesi

• Utilizzare la lastra Nitronic 60 quando i rischi principali sono la formazione di galla, l'usura dell'adesivo o l'erosione per cavitazione. e dove il 316/304 si guasterebbe precocemente a causa del grippaggio o della rapida usura.

• Confermare i dati del fornitore: richiedere i certificati di prova della cartiera e, quando si utilizzano varianti HS (lavorate a freddo), confermare le proprietà meccaniche e di corrosione per la forma esatta del prodotto.

• Saldatura e giunzione: Si applicano le pratiche austenitiche standard; per una migliore durata all'usura, valutare il metallo saldato e considerare la sovrapposizione se la zona di saldatura subirà un'elevata usura metallo-metallo.

La lastra Nitronic 60 è un inossidabile austenitico specializzato che offre agli ingegneri un ponte economico tra l'inossidabile standard e le costose leghe antiusura di cobalto/nichel, soprattutto in applicazioni marine, pompe e valvole.

Composizione e proprietà di riferimento rapido

Composizione (tipica)

Fonte: bollettini di prodotto del produttore e schede tecniche.

Proprietà meccaniche rappresentative (foglio ricotto)

Domande frequenti

1. A cosa serve la lastra Nitronic 60?
   Principalmente per i componenti soggetti a usura - finiture delle valvole, anelli di usura delle pompe, elementi di fissaggio e parti scorrevoli nei sistemi marini e idraulici in cui si teme la formazione di galla e cavitazione.

2. Nitronic 60 è magnetico?
   Il Nitronic 60 è essenzialmente amagnetico allo stato austenitico ricotto; la lavorazione a freddo può indurre una leggera risposta magnetica, ma rimane molto bassa.

3. Nitronic 60 può essere saldato?
   Sì. Salda con le procedure convenzionali per gli inossidabili austenitici. Le saldature GTAW autogene e i metalli d'apporto corrispondenti producono saldature solide; l'usura del metallo saldato è leggermente inferiore a quella del metallo base.

4. Come si colloca Nitronic 60 rispetto all'acciaio inox 316?
   Il Nitronic 60 ha in genere un carico di snervamento più elevato (circa il doppio), una resistenza superiore alla galla e alla cavitazione e una resistenza uguale o migliore al crepitio e alla vaiolatura in molti test condotti in acqua di mare; tuttavia, il 316 può ancora essere preferito in caso di corrosione da cloruri altamente aggressiva quando altri fattori dominano.

5. Nitronic 60 è uguale a Nitronic 50?
   No. Si tratta di leghe diverse della famiglia Nitronic: Nitronic 50 enfatizza la forza marina e la resistenza alla corrosione, mentre Nitronic 60 è stato sviluppato specificamente per la resistenza alla galla e all'usura.

6. Quali sono gli spessori comuni delle lastre disponibili?
   La disponibilità varia a seconda dello stabilimento. Il Nitronic 60 è prodotto in lastre e lamiere di dimensioni simili a quelle degli altri gradi inossidabili; per i calibri sottili (<1 mm) o le lamiere pesanti, rivolgersi ai fornitori.

7. Nitronic 60 richiede un trattamento termico speciale?
   Per la qualità standard non è necessario alcun rinvenimento o indurimento per invecchiamento. Le condizioni di "alta resistenza" si ottengono con la lavorazione a freddo; se necessario, la ricottura ripristina la duttilità.

8. Nitronic 60 può essere utilizzato in acqua di mare?
   Sì - i test sul prodotto dimostrano una buona resistenza alla formazione di crepe e vaiolature in acqua di mare calma, spesso superando il 316 in test analoghi - ma prima di procedere alla scelta definitiva, valutare l'intero ambiente di servizio (velocità, incrostazioni, temperatura).

9. Qual è il numero UNS del Nitronic 60?
   UNS S21800 (spesso indicato anche come Alloy 218 nella letteratura più vecchia).

10. Nitronic 60 vale il costo aggiuntivo?
    Quando la formazione di galla, il grippaggio o la cavitazione riducono il tempo medio tra una riparazione e l'altra, Nitronic 60 spesso riduce il costo del ciclo di vita estendendo gli intervalli di manutenzione ed evitando i tempi di fermo non programmati. Si consideri un semplice calcolo LCC (costo del ciclo di vita) per le parti critiche.

Riferimenti autorevoli

• Nitronic (Wikipedia) - panoramica della famiglia Nitronic e delle designazioni UNS
• ARMCO / AK Steel - Bollettino dati di prodotto Nitronic® 60 (prestazioni tecniche e riassunti dei test in acqua di mare)
• Leghe ad alte prestazioni - Opuscolo e schede tecniche di Nitronic 60 (dati di gallamento e cavitazione)
• Electralloy / Specialty Steel Supply - Bollettino tecnico Nitronic 60 (saldatura, guida all'applicazione)

Lista di controllo pratica finale

• Specificare UNS S21800 e la cartiera produttrice o il produttore autorizzato per evitare ambiguità di sostituzione.

• Richiedere i rapporti dei test di macinazione (chimica, trazione, durezza) e la relativa storia di lavorazione (HS ricotto o lavorato a freddo).

• Per le saldature critiche per l'usura, chiedete le qualifiche della procedura di saldatura e i test di sovrapposizione dei campioni, e prendete in considerazione la possibilità di specificare le tolleranze di lavorazione e finitura post-fabbricazione.

• In caso di presenza di acqua di mare o di flusso cavitante, richiedere prove con tagliandi o riferimenti ai dati sulla cavitazione/crevatura del produttore.