L’ACCIAIO AL CARBONIO

L’ acciaio è un materiale dove il ferro è l’elemento predominante, con tenore di carbonio, di regola, non maggiore di 2 % e può contenere anche altri elementi. Un numero limitato di acciai al cromo può avere un tenore di carbonio maggiore del 2%. Il 2 % ca. è il tenore limite corrente che separa gli acciai dalle ghise. La norma per gli acciai NON legati al Carbonio fa riferimento alla UNI EN 10025.

 

Convenzione generale:

Acciaio Acciaio basso: nessun elemento al di sopra di 5%

Acciaio Acciaio altolegato: almeno un elemento al di sopra di 5%

 

PRINCIPALI FAMIGLIE DI ACCIAI AL CARBONIO NON LEGATI

ACCIAI DA CEMENTAZIONE

Sono acciai da costruzione, con carbonio < 0,30 %, destinati al trattamento di indurimento superficiale di cementazione che consiste in un arricchimento di carbonio della superficie del pezzo e della successiva tempra che conferisce un’elevata durezza superficiale con un’ottima resistenza all’usura, mentre il basso contenuto di carbonio del nucleo consente alti valori di tenacità nella massa sottostante.

ACCIAI DA BONIFICA

Sono acciai da costruzione destinati al trattamento di bonifica (tempra seguita da rinvenimento intorno a 600° C). In genere gli acciai da bonifica sono impiegati per la costruzione di organi meccanici sottoposti a carichi statici e dinamici; essi trovano largo impiego nelle industrie meccaniche, per alberi di qualsiasi tipo, semiassi, aste, bielle, organi di collegamento, leve, steli per magli, colonne presse. I tipi al carbonio possono essere forniti sia allo stato naturale di laminazione che normalizzato, mentre i tipi legati sono forniti normalmente allo stato ricotto. Tutti gli acciai di questo gruppo possono anche essere forniti allo stato bonificato per determinati impieghi.

ACCIAI RESISTENTI ALLO SCORRIMENTO A CALDO

Sono acciai da costruzione destinati all’allestimento di particolari soggetti al fenomeno dello scorrimento viscoso per l’azione combinata temperatura – sollecitazione – tempo, destinati ad impianti termici come centrali termoelettriche, raffinerie di petrolio, ecc., comunque per organi che non lavorano in ambienti aventi una particolare azione corrosiva od ossidante. Gli acciai di questo gruppo possono essere forniti allo stato normalizzato, ricotto, ricotto lavorabile, temprato rinvenuto.

ACCIAI PER CUSCINETTI

Sono degli   acciai tipici al Cr (noti anche come “a tutta tempra”) con tenore medio di C 1%, che , dopo tempra in olio, risultano con minime deformazioni e presentano elevata durezza, resistenza all’usura ed alla compressione. Per queste caratteristiche sono universalmente impiegati per la costruzione di sfere, rulli ed anelli di cuscinetti a rotolamento.

ACCIAI PER MOLLE

in questo gruppo sono compresi i tipi di acciaio da costruzione destinati alla fabbricazione di molle elicoidali, barre stabilizzatrici, pinze elastiche ecc. Gli acciai per molle vengono temprati e rinvenuti. Lo stato di fornitura può essere naturale o, preferibilmente, ricotto.

ACCIAI DA UTENSILI

Gli acciai per utensili sono destinati all’allestimento di attrezzature soggette a sollecitazioni sia a caldo che a freddo.

 

Principali applicazioni :

Cilindri per laminatoio a freddo di nastri, lame da cesoia, punzoni e matrici, rulli profilatori, stampi per pressofusione di leghe leggere, camicie, mandrini ed altri particolari per presse ad estrusione, lame. In taluni casi si deve quindi operare la scelta cercando di trovare un buon compromesso fra caratteristiche talvolta in contrasto fra loro.

Per questi acciai fondamentale importanza è il corretto trattamento termico di messa in opera che dovrà essere eseguito tenendo conto del fatto che le caratteristiche richieste dall’utilizzo sono largamente influenzate anche da questa operazione.

 

DESIGNAZIONE DEGLI ACCIAI

Gli acciai sono identificati in funzione:

DELL’IMPIEGO FINALE

Quando le proprietà iniziali non vengono non vengono sostanzialmente modificate dalle lavorazioni sostanzialmente successive.

DELLA COMPOSIZIONE CHIMICA DELLA COMPOSIZIONE CHIMICA

Quando le proprietà per l’impiego vengono conferite dalla trasformazione nel manufatto finito per l’uso UNI EN 10027 DA UNI EN 10027.

DESIGNAZIONE DEGLI ACCIAI DESIGNAZIONE DEGLI ACCIAI

1 = simbolo che identifica l’impiego

S = acciai per impieghi strutturali S

P= acciai per impieghi in pressione

L= acciai per tubazione

E= acciai per costruzioni meccaniche

B= acciai per cemento armato

Y= acciai per cemento armato precompresso

R= acciai per rotaie R= acciai per rotaie

H= acciai ad alta resistenza per imbutitura a freddo

D= acciai per formatura a freddo

T= acciai per banda (per imballaggio)

M= acciai magnetici

  1. a) Designazione alfanumerica (o analogica)

2 = valore della caratteristica principale in funzione dell’impiego

 

DESIGNAZIONE DEGLI ACCIAI

>  Carico unitario di snervamento minimo prescritto <spessori 16 mm, in N/mm2

>   Carico unitario di rottura minimo prescritto

N/mm2 (per Y e R) (per Y e R)

Casi particolari:

> Valore di proprietà magnetica per M

 

ACCIAI IN FUNZIONE DELL’IMPIEGO FINALE

> simbolo simbolo “S” : Acciai per impieghi strutturali

> carico unitario di snervamento minimo Rh o Rp (prescritto per (prescritto per spessori 16 mm, in N/mm2)

>   resilienza rispettivamente di 27, 40, 60 Joule; – J, K, L:

>   lettera o numero indicante la temperatura della prova di:

R = temperatura +23° ± 5°

0 = temperatura 0° 0

2 = temperatura – 20°

> G3 e G4 = Stato di fornitura (discrezione del produttore)

 

DESIGNAZIONE NUMERICA ( DESIGNAZIONE NUMERICA (O SEQUENZIALE) DEGLI ACCIAI

Gli acciai sono identificati con il numero Gli acciai sono identificati con il numero 1.XXYY(ZZ)

> 1. = acciaio

> XX = classificazione per composizione o impiego

> YY = numerazione progressiva nella stessa classe

> ZZ = possibile estensione in futuro

Designazione secondo UNI EN10027-2

Esempi:

1.0037: acciaio non legato 37: acciaio non legato (S235JR prec. Fe360B)

1.4306: acciaio inossidabile 06: acciaio inossidabile (X2CrNi19-11; AISI 304L)

 

DESIGNAZIONE DEGLI ACCIAI IN FUNZIONE DELLA COMPOSIZIONE CHIMICA

> C10 (acciaio da carbocementazione)

> C40, (acciaio da bonifica)

> C80, C120 …….etc.

 

DESIGNAZIONE DEGLI ACCIAI IN FUNZIONE COMPOSIZIONE CHIMICA

Acciai bassolegati

  1. % di C x 100
  2. Simbolo chimico degli elementi aggiunti (in ordine di quantità)
  3. % del primo elemento x fattore moltiplicativo

 

FATTORI MOLTIPLICATIVI PER LA REALE PERCENTUALE DALLA SIGLA DELL’ACCIAIO

Elementi e moltiplicatore :

> B x 1000

> Ce, N, P, S x 100

> Al, Be, Cu, Mo, , Nb, Pb, Ti, V, Zr x 10

> Co, Cr, Mn, Ni, Si, W x 4

 

RUOLO DEI PRINCIPALI ELEMENTI DI LEGA SULLE PROPRIETÀ DEGLI ACCIAI

 

IDROGENO, H

> Viene inglobato durante la colata, o nei trattamenti superficiali per via elettrochimica

> Nocivo in tenori maggiori di 2 ppm

> Induce la formazione di fiocchi

> Eliminazione con i moderni procedimenti di fabbricazione dell’acciaio (trattamento fuori forno

OSSIGENO, O

> Inglobato durante la produzione dell’acciaio

> Nocivo perché nocivo riduce la lavorabilità a caldo

> Abbassa le caratteristiche meccaniche

> Essenziale è la disossidazione dell’acciaio

AZOTO, N

> Sempre presente in tenori tra 0,003 a 0,015 %, poiché assorbito durante il processo produttivo.

> Promuove il fenomeno invecchiamento degli acciai al C

> Aggiunto in acciai speciali (inossidabili) per: Stabilizzare l’austenite (al posto di Ni negli acciai austenite )

> Aumentare le proprietà meccaniche le proprietà meccaniche (indurimento per precipitazione)

> Aumentare la resistenza a corrosione -pitting

 

MANGANESE, Mn

> Sempre presente nei minerali di ferro

> Agisce come dissodante e desolforante

> In lega, migliora la combinazione resistenza/tenacità degli acciai da costruzione

> In alta % aumenta molto il tasso di incrudimento (acciai Hadfield)

> Effetto gammageno, sfruttato in acciai inossidabili senza Ni

> Utilizzato nell’elaborazione dell’acciaio come dissodante acciaio ed affinante del grano (acciai a grano fine)

SILICIO, Si

> Sempre associato al minerale di ferro

> Aggiunto nella fabbricazione dell’acciaio come elemento di lega

> Negli acciai per molle (incremento del modulo E) e negli acciai magnetici

> Negli acciai resistenti all’ossidazione a caldo ossida

> Utilizzati nell’elaborazione dell’ elaborazione dell’acciaio come dissodanti e denitruranti ed affinanti del grano

> Negli acciai inossidabili per prevenire la corrosione intergranulare(stabilizzazione)

> Negli acciai indurenti per precipitazione per migliorare proprietà meccaniche (ALS, acciai strutturali ad alto limite di snervamento)

MOLIBDENO, Mo

> Aumenta la temprabilità

> Diminuisce la sensibilità al surriscaldo

> Evita la fragilità da rinvenimento

> Aumenta la resistenza a caldo

> Aumenta la durezza e la resistenza all’usura

> Aumenta la resistenza alla corrosione degli acciai inox in determinati ambienti (acidi ect …)

> Aumenta la resistenza meccanica ad alta temperatura (creep resistant)

CROMO, Cr

> Aumenta la temprabilità

> Aumenta la resistenza e la durezza dopo bonifica

> Migliora la combinazione tenacità/resistenza

> Abbassa la sensibilità al surriscaldo

> Aumenta la stabilità al rinvenimento

> Aumenta la resistenza all’usura

> Determina la resistenza alla corrosione ed all’ossidazione caldo

> Determina la resistenza meccanica ad alta temperatura (creep resistant)

NICHEL, Ni

> Aumenta di poco la temprabilità

> Aumenta la resistenza e la durezza dopo bonifica

> Migliora l Migliora l’insieme tenacità/resistenza

> Diminuisce la sensibilità al surriscaldo

> In adatta % induce matrice austenitica

> Contribuisce alla resistenza alla corrosione degli acciai inox

> Migliora la resistenza all’ ossidazione a caldo

> Determina la tenacità a bassa temperatura

VANADIO, V

> Elemento formatore di carburi

> Negli acciai da costruzione aumenta la resistenza meccanica negli acciai da costruzione .

> Negli acciai per utensili aumenta la resistenza all’usura

TUNGSTENO, W

> Elemento formatore di carburi

> Diminuisce della sensibilità al surriscaldo D

> Aumenta la stabilità al rinvenimento

> Aumenta la durezza e la resistenza all’usura

> Aumenta la resistenza a caldo

RAME, Cu

> Deriva dalla rifusione del rottame.

> Nocivo perché nelle lavorazioni a caldo si localizza in superficie e può provocare cricche.

> Aggiunto intenzionalmente per migliorare la resistenza all’ossidazione atmosferica (acciai tipo CORTEN).

STAGNO, Sn

> Deriva dal rottame.

> Nocivo poiché: infragilisce l’acciaio nella lavorazione a caldo

> Favorisce la fragilità di rinvenimento