Quali sono i 4 tipi di acciaio inossidabile?

I quattro tipi principali di acciaio inossidabile sono austenitici, ferritici, martensitici e duplex. Queste categorie sono classificate in base alla loro microstruttura cristallina, che ne determina direttamente le proprietà meccaniche, la resistenza alla corrosione e l'idoneità a specifiche applicazioni industriali. Austenitico Gli acciai AISI 304 e 316 si distinguono per la loro struttura cubica a facce centrate (FCC), che offre una formabilità e una resistenza alla corrosione superiori. Ferritico Gli acciai 430 possiedono una struttura BCC (Body-Centered Cubic) che garantisce proprietà magnetiche e resistenza alle cricche da tensocorrosione. Martensitico Anche gli acciai 410 utilizzano una struttura BCC, ma con un contenuto di carbonio più elevato, che consente il trattamento termico e la tempra. Duplex (ad esempio, 2205) presentano una microstruttura mista di circa 50% austenite e 50% ferrite, che offre un carico di snervamento quasi doppio rispetto ai gradi austenitici.

A MWleghe, Siamo consapevoli che la scelta della lega corretta richiede molto di più della semplice conoscenza di questi nomi. Richiede una profonda comprensione del modo in cui gli elementi di lega interagiscono per definire le prestazioni in ambienti difficili.

Sintesi e selezione

Per prendere rapidamente una decisione, ecco un confronto conciso che potete stampare e attaccare a una scheda tecnica:

Questa istantanea aiuta ingegneri e acquirenti a individuare la famiglia che probabilmente soddisfa le esigenze del progetto di base. Le sezioni successive forniscono spiegazioni tecniche approfondite, indicazioni per l'acquisto e tabelle che mettono a confronto i gradi più comuni.

Come vengono definite le famiglie di acciai inossidabili: metallurgia e microstruttura

Gli acciai inossidabili sono raggruppati in base alla struttura cristallina dominante della matrice di ferro a temperatura ambiente e al percorso di sviluppo delle proprietà previsto. La classificazione pratica più utile utilizza quattro famiglie: austenitica, ferritica, duplex e martensitica. Ogni famiglia si forma a causa di particolari equilibri tra gli elementi di lega:

• Austenitico Gli acciai mantengono una matrice cubica a facce centrate a temperatura ambiente grazie all'aggiunta di nichel, manganese o azoto. Questa struttura conferisce un'elevata tenacità e un'eccellente duttilità.

• Ferritico Gli acciai conservano una struttura cubica a corpo centrato stabilizzata dal cromo e dal basso contenuto di nichel. Sono tipicamente magnetici.

• Duplex Gli acciai di questo tipo producono intenzionalmente una miscela approssimativamente bilanciata di austenite e ferrite. Il risultato è un maggiore carico di snervamento e una migliore resistenza alla corrosione localizzata.

• Martensitico Gli acciai trasformano in una fase tetragonale a corpo centrato durante il raffreddamento rapido quando il contenuto di carbonio è sufficiente. Questa martensite può essere indurita mediante trattamento termico ed è magnetica.

Dal punto di vista della selezione dei materiali, queste differenze microstrutturali determinano il comportamento meccanico, la resistenza alla corrosione, la risposta ai trattamenti termici, le proprietà magnetiche e le regole di fabbricazione. Il resto dell'articolo illustra in dettaglio ogni famiglia, in modo che i team di approvvigionamento e di progettazione possano redigere le specifiche corrette e acquistare il tipo giusto per l'ambiente operativo.

Acciaio inossidabile austenitico

Cosa definisce l'acciaio inossidabile austenitico?

Gli acciai inossidabili austenitici hanno una matrice di austenite a temperatura ambiente. La microstruttura è cubica a facce centrate. Il nichel è il principale stabilizzatore dell'austenite nella serie 300; il manganese e l'azoto lo sostituiscono spesso nei gradi della serie 200. Il contenuto tipico di cromo è compreso tra il 16 e il 20% per i gradi comuni; il contenuto di nichel varia. Il contenuto tipico di cromo è dell'ordine del 16-20% per i gradi comuni; il contenuto di nichel varia.

Proprietà chiave

• Resistenza alla corrosione: Generalmente eccellente. Le varianti con molibdeno aumentano la resistenza alla corrosione per vaiolatura e interstiziale in ambienti con cloruri.

• Duttilità e tenacità: Elevata tenacità fino a temperature criogeniche.

• Formabilità: Eccellente. La maggior parte delle operazioni di imbutitura utilizza gradi austenitici.

• Magnetismo: Essenzialmente non magnetico in condizioni di trattamento in soluzione. Il lavoro a freddo può indurre localmente un certo magnetismo.

• Trattamento termico: Non può essere indurito con trattamenti termici ordinari. Il rafforzamento avviene tramite lavorazione a freddo o varianti specifiche di indurimento per precipitazione.

Gradi commerciali comuni e loro caratteristiche

Il tipo 304 è il grado generale più utilizzato. Il tipo 316 viene scelto quando è importante la resistenza alla vaiolatura da cloruri. La famiglia degli austenitici costituisce la maggior parte della produzione globale di inossidabili in molte indagini, grazie alla loro versatilità e al loro comportamento di fabbricazione favorevole.

Note sulla fabbricazione per ingegneri e acquirenti

• Saldatura: Gli acciai austenitici si saldano facilmente con processi standard. Utilizzare metalli d'apporto adatti alla resistenza alla corrosione. Attenzione alla sensibilizzazione di alcuni gradi, che può causare corrosione intergranulare se non stabilizzata o trattata in soluzione.

• Lavoro a freddo: La formatura a freddo aumenta la resistenza grazie all'incrudimento, ma riduce la duttilità. Se segue la saldatura post-formatura, pianificare l'attenuazione delle tensioni o la ricottura in soluzione, se necessario.

• Finitura superficiale: Le finiture a specchio e spazzolate n. 4 sono comuni; esse influiscono sulle prestazioni di corrosione nei film sottili e nelle fessure.

Criteri di collaudo e accettazione tipici

• Analisi chimica (spettro o chimica umida) per verificare il contenuto di Ni, Cr, Mo, C, N

• Prove meccaniche: trazione, snervamento, allungamento

• Prove di corrosione: potenziale di vaiolatura o ASTM G48 se si prevede un servizio con cloruri.

• Esame della durezza e della microstruttura dopo la saldatura, se applicabile.

Acciaio inossidabile ferritico

Cosa definisce l'acciaio inossidabile ferritico?

Gli acciai inossidabili ferritici hanno una matrice cubica ferritica a corpo centrato a temperatura ambiente. Il contenuto di cromo è solitamente compreso tra il 10,5% e il 30%, mentre il nichel è basso o assente. Sono magnetici e non possono essere induriti mediante trattamento termico.

Proprietà chiave

• Resistenza alla corrosione: Buona resistenza generale; la resistenza alla criccatura da tensocorrosione tende ad essere superiore agli austenitici in alcune condizioni di cloruro.

• Forza e resistenza: Resistenza moderata; la tenacità può essere limitata, soprattutto a bassa temperatura o in alcune qualità ad alto tenore di cromo.

• Formabilità: Ragionevole, ma limitato rispetto agli austenitici per l'imbutitura profonda.

• Saldabilità: Possibile, ma l'ingrossamento dei grani durante la saldatura può ridurre la tenacità; il trattamento termico post-saldatura è raramente utilizzato.

Gradi e applicazioni comuni

Gli acciai inossidabili ferritici sono interessanti laddove il prezzo del nichel determina una sensibilità ai costi. Offrono una buona resistenza all'ossidazione a temperature moderate e prestazioni ragionevoli in ambienti leggermente corrosivi.

Note sulla fabbricazione

• Pianificare le operazioni di formatura per evitare cricche in corrispondenza delle curve in cui il margine di duttilità disponibile è basso.

• La saldatura richiede metalli d'apporto compatibili con la chimica ferritica. Controllare l'apporto di calore per evitare una crescita eccessiva dei grani.

• Quando è richiesta una resistenza vicina a quella dei duplex o degli austenitici, i ferritici sono meno utilizzati.

Acciaio inox duplex

Cosa rende diverso il duplex?

Gli acciai duplex producono intenzionalmente porzioni approssimativamente uguali di austenite e ferrite nella microstruttura. Questa combinazione consente di ottenere una maggiore resistenza rispetto ai gradi austenitici e una migliore resistenza alla corrosione localizzata indotta dai cloruri. La microstruttura Duplex offre una miscela di caratteristiche desiderabili di entrambe le famiglie.

Tipici gradi duplex e tendenze di composizione

• 2205 è il grado duplex più comune. Ha un tenore di cromo e molibdeno superiore a quello degli austenitici della serie 300 e contiene anche azoto per stabilizzare l'austenite e aumentare la resistenza.

• I gradi super-duplex contengono un contenuto di lega più elevato per una resistenza estrema alla vaiolatura.

Proprietà chiave

• La forza: La resistenza allo snervamento è generalmente circa 1,5 volte quella di gradi austenitici comparabili.

• Prestazioni di corrosione: Eccellente resistenza alla vaiolatura e alla corrosione interstiziale grazie ai valori più elevati di Cr, Mo e N. Spesso viene scelto in presenza di tensioni da cloruro e rischio di attacco localizzato.

• Saldabilità: Richiede un controllo accurato; la saldatura può spostare l'equilibrio delle fasi. Se l'apporto di calore e la velocità di raffreddamento non sono controllati, si possono formare fasi indesiderate che riducono la tenacità e la resistenza alla corrosione.

Applicazioni

L'acciaio inossidabile Duplex è comune nel trasporto di petrolio e gas, nella movimentazione dell'acqua di mare, negli scambiatori di calore degli impianti chimici e in altri ambienti in cui è richiesta una combinazione di forza e resistenza alla corrosione.

Note sulla fabbricazione e suggerimenti per l'approvvigionamento

• Specificare i metalli d'apporto appropriati e le procedure pre/post-saldatura per mantenere un equilibrio di fase 50/50.

• Per le attrezzature a pressione fabbricate, includere i requisiti per il contenuto di N, la misurazione della ferrite e il trattamento con soluzione post-saldatura, se necessario.

• Considerare i protocolli di prova della corrosione come ASTM G48 o il potenziale di pitting elettrochimico per la qualificazione.

Acciaio inossidabile martensitico

Cosa definisce l'acciaio inossidabile martensitico?

Gli acciai inossidabili martensitici contengono carbonio sufficiente a formare una microstruttura martensitica dura quando vengono raffreddati dalla temperatura di austenitizzazione. La matrice risultante è tetragonale a corpo centrato e magnetica. Sono trattabili termicamente fino a raggiungere elevati livelli di durezza e sono comunemente utilizzati per la resistenza all'usura e i taglienti.

Proprietà chiave

• Durezza: Può essere temprato ad alti valori Rockwell attraverso cicli di tempra e rinvenimento.

• La forza: Elevato se sottoposto a tempra e rinvenimento.

• Resistenza alla corrosione: Inferiore a quello delle famiglie austenitiche e duplex; appropriato per ambienti miti o dove si utilizzano finiture superficiali protettive.

• Formabilità: Limitato allo stato indurito; migliore allo stato ricotto.

• Saldabilità: Impegnativo. Spesso sono necessarie temperature di preriscaldamento e interpass controllate; di solito è necessario un rinvenimento post-saldatura.

Gradi e usi comuni

Note di lavorazione

• Per i componenti che richiedono uno stretto controllo dimensionale e un'elevata durezza, specificare i programmi di tempra e includere le prove di durezza per ogni ordine.

• Per gli assemblaggi saldati, progettare in modo da ridurre al minimo le zone termicamente alterate che richiedono un nuovo trattamento.

Tabelle comparative per gli acquisti

Confronto delle proprietà meccaniche (intervalli tipici)

Nota: i valori riportati di seguito sono intervalli rappresentativi per i gradi comunemente specificati; per i limiti di progettazione, utilizzare le schede tecniche del produttore.

Classifica di corrosione per ambienti con cloruri (qualitativa)

Limiti di temperatura e di ossidazione (guida pratica)

• Austenitico: Servizio continuo fino a circa 800-870 °C per alcuni gradi; al di sopra di questo valore, il creep e la formazione di incrostazioni diventano un problema.

• Ferritico: Buona resistenza all'ossidazione fino a temperature moderate; rischio di crescita dei grani a temperature di saldatura elevate.

• Duplex: Buon servizio a temperature moderatamente elevate, ma attenzione alle esposizioni superiori a circa 300-350 °C a causa del rischio di infragilimento da fasi intermetalliche.

• Martensitico: La resistenza alle alte temperature è limitata; è necessario un rinvenimento per controllare le proprietà.

Criteri di selezione strategica per le applicazioni di ingegneria

Quando MWalloys si consulta con i clienti, consiglia di utilizzare un approccio "Failure Mode First". Piuttosto che scegliere un grado basato sulla tradizione, analizzate il modo in cui è più probabile che il pezzo si guasti.

1. Ambiente e chimica

• Presenza di cloruro: Se l'ambiente è salato o costiero, il 304 è insufficiente. Passare al 316 o, se portante, al Duplex 2205.

• Acidi: Gli acidi riducenti (solforici) richiedono leghe diverse da quelle degli acidi ossidanti (nitrici).

• Calcolo PREN: Utilizzare la formula PREN=%Cr+3.3(%Mo)+16(%N)per classificare teoricamente la resistenza alla vaiolatura.

2. Carico meccanico

• Se il progetto è sensibile al peso (ad esempio, le autocisterne per il trasporto), l'elevata resistenza del Duplex consente di realizzare pareti più sottili, compensando così il maggiore costo per kg del materiale.

• Per le parti soggette a usura (lame, valvole), la martensitica è l'unica scelta logica tra le quattro standard.

3. Fabbricazione e installazione

• Saldatura: Se è richiesta una saldatura di grosso calibro, l'austenitico è più tollerante. Il Duplex richiede un controllo rigoroso dell'apporto di calore per mantenere l'equilibrio di fase. I gradi ferritici in sezioni spesse possono soffrire di crescita dei grani e fragilità.

• Formazione: Per l'imbutitura profonda (lavelli, vasi), il 304 austenitico non ha rivali.

Approfondimenti sul settore: Il quinto tipo "nascosto"

Mentre il prompt si concentra sulle quattro tipologie principali, una guida autorevole deve riconoscere Indurimento per precipitazione (PH) acciai inossidabili. Gradi come il 17-4PH offrono una combinazione unica della resistenza alla corrosione degli austenitici con l'alta resistenza dei martensitici, ottenuta grazie all'aggiunta di rame, niobio o alluminio e a un processo di trattamento termico di invecchiamento. I settori aerospaziale e manifatturiero avanzato fanno spesso affidamento sui gradi PH.

Perché rifornirsi da MWalloys?

In un mercato inondato di certificazioni di materiali generici, MWleghe si distingue per l'integrità tecnica. Non forniamo solo metallo, ma anche certezze.

• Verifica: Utilizziamo analizzatori a fluorescenza a raggi X (XRF) per verificare gli elementi di lega prima della spedizione.

• Tracciabilità: I rapporti di prova completi del mulino (MTR) collegano ogni lotto all'origine del forno.

• Competenze: Il nostro team conosce le sfumature tra un 304L che soddisfa a malapena gli standard e uno ottimizzato per la massima resistenza alla corrosione.

Considerazioni sulla produzione e sulla fabbricazione

Formazione

• Preferire l'austenitico quando sono richieste imbutitura profonda e formatura estesa.

• I ferritici e i martensitici necessitano di raggi di curvatura più ampi e di una tempra controllata.

Saldatura

• Gli austenitici si saldano facilmente con metalli d'apporto adeguati. Per la serie 300 specificare fili di saldatura 308/316 dove necessario.

• Ferritici: controllare l'apporto di calore per limitare la crescita dei grani.

• Duplex: utilizzare fili d'apporto duplex; mantenere l'equilibrio di fase controllando la temperatura di interpass e le velocità di raffreddamento.

• Martensitica: per prevenire le cricche è necessario un preriscaldamento e un rinvenimento post-saldatura.

Trattamento termico

• Austenitico: ricottura in soluzione a ~1050-1100 °C e tempra per ripristinare la resistenza alla corrosione dopo una lavorazione pesante.

• Ferritico: normalmente non trattato termicamente per il rafforzamento.

• Duplex: può essere necessario un trattamento in soluzione per dissolvere le fasi indesiderate dopo la saldatura.

• Martensitica: richiede cicli di tempra e rinvenimento per raggiungere le proprietà finali.

Finitura superficiale e prestazioni anticorrosione

• La rugosità della superficie e le fessure concentrano l'attacco della corrosione. Specificare i requisiti di finitura superficiale per soddisfare le esigenze di esposizione ai cloruri. I trattamenti di passivazione (ad esempio, passivazione con acido nitrico) sono standard per molte applicazioni alimentari e mediche.

Lista di controllo di selezione per progettisti e acquirenti

Utilizzate questa lista di controllo per definire una specifica o una RFQ.

1. Ambiente operativo: livello di cloruro, pH, intervallo di temperatura, presenza di specie ossidanti/riduttrici.

2. Requisiti meccanici: snervamento, resistenza alla trazione, allungamento, durezza.

3. Formatura e fabbricazioneIl pezzo può essere formato a caldo o a freddo, saldato in loco, richiede un trattamento termico post-saldatura?

4. Finitura superficiale ed esigenze estetiche: a specchio, spazzolato, decapato, passivato.

5. Standard e tracciabilitàSpecificare i numeri ASTM/EN/UNS, i certificati di prova della cartiera e qualsiasi NDT richiesto.

6. Test di accettazionedurezza, prove di trazione, resistenza alla vaiolatura, nebbia salina se pertinente.

7. Catena di approvvigionamento: tempi di consegna richiesti, mulini certificati, tolleranza delle analisi chimiche e fornitori di stock preferiti.

8. Costi del ciclo di vita: considerare gli intervalli di sostituzione, la manutenzione e la riparabilità piuttosto che il solo costo iniziale del metallo.

L'inclusione di questa lista di controllo nei documenti di appalto ridurrà l'ambiguità delle specifiche e velocizzerà la qualificazione dei fornitori.

Controllo di qualità, specifiche e metodi di prova tipici

Nella stesura dei documenti tecnici d'acquisto, includere:

• Verifica della composizione chimica: Analisi spettroscopica con intervalli di accettazione conformi a ASTM A240, EN 10088 o standard applicabili.

• Test meccanici: Prova di trazione secondo ASTM A370 o equivalente; durezza secondo Rockwell o Vickers a seconda della famiglia.

• Controlli della microstruttura: Equilibrio di fase per i duplex (misura quantitativa della ferrite), dimensione dei grani per ferritici e austenitici dopo la saldatura.

• Test di corrosione: ASTM G48 prove di corrosione per vaiolatura e interstizio per esposizione al cloruro; ASTM B505 o ISO 11130 per requisiti specifici di passivazione.

• Test non distruttivi: Test radiografici o a ultrasuoni per le strutture saldate a pressione.

Includere i criteri di accettazione negli ordini di acquisto in modo che i fornitori possano pianificare i controlli di processo.

Fattori di costo, disponibilità e tempi di consegna

I principali fattori di costo:

• Contenuto di nichel: influenza maggiore sul prezzo delle leghe austenitiche.

• Molibdeno e azoto: l'aggiunta di elementi di lega nel duplex e nel 316 aumenta il costo.

• Trattamento termico e finitura superficiale speciale: aumento dei costi di lavorazione.

• Requisiti di certificazione e testI certificati del mulino, la tracciabilità completa del materiale e i test di corrosione specializzati aggiungono tempo e costi.

Suggerimento per gli acquisti: quando la sensibilità al prezzo è elevata e l'esposizione ai cloruri è bassa, un grado ferritico può fornire le prestazioni richieste a un costo inferiore. Per gli ambienti marini più difficili, il duplex o il super-duplex possono ridurre il costo del ciclo di vita, nonostante il prezzo iniziale più elevato.

Esempi di specifiche pratiche (modelli brevi)

Voce di esempio per una fornitura di lastre 316

Lamiera di acciaio inox 316, ASTM A240/A240M, tipo 316, spessore 2,0 mm ±0,1 mm, finitura superficiale 2B, ricotto e decapato, certificato di prova al mulino EN 10204 3.1, composizione chimica entro la tolleranza ASTM, resistenza alla trazione ≥ 515 MPa, allungamento ≥ 40%.

Esempio di voce per tubo duplex

Tubo senza saldatura Duplex 2205, UNS S32205, ASTM A789, programma 40, raccordi saldati abbinati al materiale di base, contenuto di ferrite 30-70% nel metallo madre dopo la saldatura, OD elettrolucidato, radiografia NDT 100% sulle saldature circonferenziali.

Un linguaggio chiaro delle specifiche come questo riduce le domande dei fornitori ed evita le sostituzioni.

Appendice pratica sugli appalti: lista di controllo delle specifiche e clausole campione

Esempi di clausole tecniche per RFQ

• Designazione del materiale: “UNS S30400, ASTM A240, ricotto e decapato, forma del prodotto: lamiera, spessore: 2,0 mm ±0,1 mm”.”

• Certificazione: “La catena di fornitura deve fornire EN 10204 3.1 MTC. Includere l'analisi chimica, il rapporto di prova di trazione e la tracciabilità del numero di calore”.”

• Accettazione: “La consegna è accettata solo dopo l'esame dell'MTC e l'ispezione al ricevimento che comprende il controllo dimensionale, il controllo visivo della superficie e una prova di trazione per lotto”.”

• Test di corrosione: “Per le apparecchiature destinate all'acqua di mare, fornire dati di laboratorio sul potenziale di vaiolatura o prove G48 equivalenti su campioni rappresentativi”.”

• Saldatura: “Fornire un registro di qualificazione della procedura (PQR) per le saldature chiave, compresa la designazione del metallo d'apporto, il preriscaldamento, l'interpass e i risultati NDT”.”

Consigli per gli acquisti

• Chiedete ai fornitori i certificati di macinazione legati ai numeri di calore.

• Se i tempi di consegna sono critici, specificare i gradi sostitutivi accettabili e richiedere l'approvazione scritta per qualsiasi sostituzione.

• Per i componenti critici, considerare gli audit di fabbrica dei sistemi di qualità e della tracciabilità dei fornitori.

Raccomandazioni conclusive da MWAlloys

MWAlloys raccomanda il seguente approccio pratico per la specificazione del materiale inossidabile:

1. Partite dall'ambiente operativo e dalle esigenze meccaniche, non dal nome della famiglia desiderata.

2. Se esiste il rischio di vaiolatura da cloruri o di corrosione interstiziale, considerare gli austenitici duplex o con molibdeno.

3. Se sono necessarie lavorazioni pesanti di formatura e saldatura, iniziare con la serie 300 austenitica e specificare gradi di stabilizzazione o a basso tenore di carbonio quando la sensibilizzazione è un rischio.

4. Per le applicazioni antiusura o da taglio, verificare i gradi di tempra martensitica e includere le specifiche di durezza e tempra.

5. Per ambienti sensibili ai costi e non critici per la corrosione, considerare i gradi ferritici, ma verificare la tenacità alle basse temperature e le limitazioni di formatura.