Acciaio

Il termine acciaio indica in maniera generica una lega tra 2 elementi principali: ferro e carbonio. Altri elementi presenti nell’acciaio sono: manganese, fosforo, zolfo, silicio ed in quantità minore azoto, alluminio ed ossigeno. Il ferro è un elemento metallico ed il suo simbolo chimico è Fe. Il carbonio è un elemento non metallico, il suo simbolo chimico è C; è l’elemento legante principale nelle leghe ed il suo contenuto percentuale oscilla tra lo 0,002% ed il 2,1%, in termini di peso. Sono presenti anche altri elementi: manganese, fosforo, zolfo, silicio, rame ed in quantità minore azoto, alluminio ed ossigeno. L’aggiunta intenzionale di ulteriori elementi come nichel, cromo, molibdeno, manganese, titanio, boro, niobio e vanadio, modifica le caratteristiche intrinseche della lega.

Il carbonio ed altri elementi agiscono come agenti indurenti. Cambiando la quantità degli elementi nella lega, si controllano le caratteristiche dell’acciaio: temprabilità, durezza, tenacità, duttilità, fragilità, resistenza alla corrosione, resistenza alla trazione, resistenza all’usura, resistenza al calore. Ad esempio, un acciaio con un’alta presenza di carbonio nella lega, risulterà più duro, ma nel contempo meno duttile di uno con una bassa percentuale di carbonio. Se la percentuale di carbonio presente supera il 2,1%, la lega prende il nome di ghisa.

Ciclo di produzione dell’acciaio

Il ciclo di produzione varia a seconda delle tecnologie utilizzate e della tipologia che si vuole ottenere. Possiamo suddividere i cicli produttivi in due categorie:

  • acciaio prodotto con altoforno
  • acciaio prodotto con forno elettrico

Nel primo caso le materie prime utilizzate sono: minerale ferrosocoke e fondente. Mescolando e fondendo questi elementi si ottengono separatamente ghisa ed altri elementi secondari. Successivamente vengono aggiunti rottame ferroso ed altri elementi per modificare la miscela, in modo da ottenere una colata di acciaio con le caratteristiche desiderate. L’acciaio colato viene tagliato, ridotto in grossi “blocchi” (detti blumi o bramme) che poi vengono laminati (cioè deformati) per essere trasformati in lamiere, nastri, tubi, barre, profili, etc. Attualmente in Italia sono rimasti in funzione soltanto 3 altiforni: Taranto, Piombino e Trieste. Nel forno elettrico invece si fonde il rottame ferroso insieme ad altri elementi e si ottengono vari semilavorati (billette, vergella, etc.) che poi possono essere laminati a caldo o a freddo.

 

Acciaio al carbonio

Acciaio al carbonio è il nome di una categoria di acciaio ed il parametro di classificazione è la percentuale di carbonio contenuta nella lega. Ferro, carbonio, silicio, etc. sono elementi minerali; chi non è del settore, solitamente utilizza impropriamente l’appellativo ferro, riferendosi all’acciaio al carbonio e chiama acciaio, quello inossidabile. Per essere denominato tale, il contenuto di carbonio deve essere massimo 2% (altrimenti la lega prende il nome di ghisa).

L’acciaio costituisce il più importante prodotto della siderurgia e ne esistono molte categorie-classificazioni a seconda del parametro preso in considerazione (processo di produzione, composizione chimica, caratteristiche meccaniche, impiego, etc.). Tra tutte le categorie, gli acciai al carbonio sono quelli più utilizzati, probabilmente rappresentano in termini quantitativi oltre il 90% degli acciai. Quelli con basso contenuto percentuale di carbonio (denominati a basso tenore di carbonio) prendono il nome di acciaio dolce; quelli con alto contenuto di carbonio (denominati ad alto tenore di carbonio) invece vengono chiamati duri.

Parti di macchinari, parti e carrozzerie di veicoli, la maggior parte delle strutture di acciaio utilizzate negli edifici, chiodi, viti, filo di ferro, travi, lamiere, bulloni, rete elettrosaldata sono solo alcuni esempi di utilizzo degli acciai al carbonio.

Acciaio inox – inossidabile

Il termine abbreviato acciaio inox deriva dal diminutivo francese “inoxydable”, che in lingua italiana significa inossidabile. Trattasi di una lega di acciaio con un contenuto minimo di Cromo (Cr) del 10,5%.

Caratteristiche acciaio inox

L’utilizzo di un acciaio inox piuttosto che di uno al carbonio (quest’ultimo chiamato impropriamente ferro dai non addetti al settore), è necessario ogni qual volta si ha bisogno di utilizzare un acciaio che richiede sia proprietà di resistenza meccaniche, che proprietà anticorrosione. L’acciaio inox è resistente alla corrosione ed alla ruggine, ma nonostante ciò, non è completamente a prova di macchia (ad esempio in condizioni di alta salinità).

Differenze tra acciaio inox ed acciaio al carbonio

L’acciaio al carbonio differisce da quello inox sostanzialmente per la quantità di Cromo presente nella lega; se non protetto da aria, umidità o acqua, arrugginisce facilmente. La pellicola di ossido di ferro (in gergo denominata ruggine) accelera la corrosione, formando sempre più ossido di ferro, che con il passare del tempo tende a sfaldarsi e staccarsi.
Il Cromo presente nell’acciaio inox invece, forma una pellicola passiva di ossido di cromo, che ne impedisce sia la corrosione superficiale che interna.
Questo processo prende il nome di passivazione e si verifica in presenza di ossigeno, soltanto se la percentuale di Cromo nell’acciaio è abbastanza alta.

Tipologie di acciaio inox

Esistono diverse tipologie di acciaio inox, divise in quattro categorie, classificate secondo la loro struttura molecolare:

  • austenitico
  • martensitico
  • ferritico
  • duplex

Poiché lo scopo di questa pagina non è quello di scrivere un trattato sull’acciaio inox, prenderemo in considerazione soltanto acciaio inox AISI 304 – AISI 316, che rientrano nella categoria degli acciai inossidabili austenitici.

ASTM - AISIW.N.ENUNIAFNORBSDIN
30414301X5CrNi18-10X5CrNi18-10Z4CN19-10-FF304S11X5CrNi18-10
304L14306X2CrNi19-11X3CrNi 18 11Z1CN18-12
31614401X5CrNiMo17-12-2X5CrNiMo17-12-2Z3CND17-11-01316S13X5CrNiMo17-12-2
316L14404X2CrNiMo17-12-2X2CrNiMo17-12-2Z2CND17-12316S11X2CrNiMo17-12-2
316Ti14571X6CrNiMoTi17-12-2X6CrNiMoTi17-12-2Z6CNDT17-12320S18X6CrNiMoTi17-12-2
  • la normativa di riferimento dell’acciaio inox austenitico è EN 10088
  • AISI è la sigla dell’Istituto Americano per Ferro e Acciaio (American Iron and Steel Institute)
  • ASTM è la sigla di American Society for Testing and Materials
  • W.N. sta per Werkstoffnummer, la classificazione tedesca che indica il numero univoco del materiale
  • EN è la sigla di European Standard
  • UNI è la sigla dell’Ente Nazionale Italiano di Unificazione
  • AFNOR è la sigla dell’organizzazione francese Association Française de Normalisation
  • BS è la sigla utilizzata nel Regno Unito (British Standard)

Acciaio INOX austenitico

Le tipologie di acciaio inox appartenenti alla categoria degli austenitici, sono le più utilizzate al mondo, poiché hanno la maggiore resistenza alla corrosione e sono versatili nell’impiego. Gli acciai inox austenitici vengono classificati in base alla quantità percentuale di Nichel e Cromo che contengono.
Per esempio, il conosciutissimo acciaio inox 18/10 oppure 18/8, utilizzato nelle pentole e nei lavelli da cucina non è altro che un acciaio inox austenitico AISI 304. Il primo numero (18) sta ad indicare la percentuale di Cromo ed il secondo (10 oppure 8) indica la percentuale di Nichel presente nella lega. Il 18/8/3 non è altro che un AISI 316 ed il terzo numero (3) indica la percentuale di Molibdeno (Mo) presente nella lega.

Caratteristiche acciaio inox AISI 304 – AISI 316

  • eccellente resistenza alla corrosione
  • facilità di pulitura
  • non necessita di rivestimenti superficiali
  • ottimo per usi igienici
  • facilmente saldabile e lavorabile
  • se lavorato a freddo, incrudibile
  • non si magnetizza in condizione di totale ricottura
  • conserva la sua tenacità fino a temperature criogeniche
  • resistente allo scorrimento viscoso, di conseguenza può essere utilizzato a temperature elevate (600 °C)
  • riciclabile al 100%

Impieghi acciaio INOX austenitico

Gli acciai inox AISI 304 e AISI 316 trovano impieghi vastissimi ma in particolare in edilizia (recinzioni, tondo nervato, rete elettrosaldata etc.), pentole, posate, coltelli ed altri strumenti domestici, strumenti chirurgici, elettrodomestici, apparecchiature industriali, opere e finiture architettoniche, industria chimica, contenitori e mobili ad uso alimentare, serbatoi e cisterne per il trasporto di alimenti e bevande, gioielleria ed orologeria, industria automobilistica, armi da fuoco, sculture e monumenti, industria aerospaziale, componenti per barche…

Filo cotto

Il filo cotto è un filo d’acciaio trafilato, derivato da vergella. Nel settore edile il filo cotto è conosciuto con vari nomi: filo di ferro o fil di ferro – filo ricotto – filo di ferro ricotto.
Per la produzione di filo cotto, si utilizza vergella da trafila dolce (cioè poco dura), in acciaio a basso tenore di carbonio; la vergella viene prima decapata e successivamente trafilata varie volte, sino ad ottenere il diametro desiderato. Dalla trafilatura della vergella si ottiene un filo d’acciaio trafilato, che viene poi immesso in un forno e sottoposto al trattamento di ricottura; per questo motivo il filo in questione prende il nome di filo cotto. 

Esistono in commercio due tipi di filo cotto:

  • filo cotto nero (chiamato anche filo ricotto nero o filo di ferro, per il tipico colore nero in cui si presenta)
  • filo cotto bianco (chiamato anche filo ricotto bianco o filo cotto lucido, poiché presenta una superficie pulita ed è più brillante del filo cotto nero).

Differenze tra filo cotto nero e filo cotto bianco

La differenza sostanziale tra il processo produttivo dei due tipi di filo cotto è l’immissione di azoto all’interno del forno durante la ricottura (durante la ricottura del filo cotto nero non viene immesso azoto nel forno). Con l’immissione di azoto nel forno, si produce filo cotto bianco, senza calamina (strato di ossido presente sui prodotti siderurgici laminati a caldo). Il filo cotto bianco rispetto a quello nero, presenta il vantaggio che non sporca le mani di chi lo utilizza.

Cosa significa ricottura?

Nel settore della trafilatura per ricottura si intende un procedimento di trattamento termico che altera un filo metallico, al fine di aumentarne la sua duttilità e di migliorarne la lavorabilità.
Nel caso specifico del filo cotto, il filo d’acciaio trafilato, tramite un processo di surriscaldamento, viene portato oltre la sua temperatura critica, poi tenuto ad una temperatura costante per un certo periodo di tempo e successivamente lasciato raffreddare sotto vuoto a temperatura ambiente.
La ricottura ammorbidisce, allevia le tensioni interne, aumenta la duttilità, perfeziona la struttura rendendola omogenea e migliora le proprietà di una successiva lavorazione a freddo del filo cotto.
La durata e l’accuratezza del processo di ricottura determinano la qualità del filo cotto.

Impieghi del filo cotto

Il filo cotto viene utilizzato per legature in vari settori: edilizia, industria, agricoltura, etc.

  • legatura del ferro tondo per cemento armato
  • legatura del fieno in agricoltura
  • legatura di cartoni
  • legature nell’ambito fai da te
  • imballaggi vari
  • altri usi industriali
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