Acciaio inossidabile è uno dei materiali più utilizzati in ingegneria e tecnologia, grazie alla sua eccellente combinazione di robustezza, resistenza alla corrosione ed estetica. Tuttavia, gli acciai inossidabili convenzionali presentano alcune limitazioni, come bassa tenacità, scarsa saldabilità e costi elevati. Per superare questi inconvenienti, negli anni ’1970 è stata sviluppata una nuova classe di acciaio inossidabile, denominata acciaio inossidabile duplex (DSS).
Tra i vari gradi di acciaio inossidabile duplex, il 2205 è quello più utilizzato e studiato. Ha una composizione nominale di 22% Cr, 5% Ni, 3% Mo e 0.15% N.
Composizioni chimiche dell'acciaio inossidabile duplex 2205
Le composizioni chimiche dell'acciaio inossidabile duplex 2205 sono cruciali per determinarne le proprietà e le prestazioni. Gli elementi principali che costituiscono l'acciaio inossidabile duplex 2205 sono cromo (Cr), nichel (Ni), molibdeno (Mo) e azoto (N).
Composizioni chimiche | Contenuti |
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Cr | 22-23% | Responsabile della formazione della fase ferritica e della maggiore resistenza alla corrosione. |
Ni | 4.5-6.5% | Responsabile della formazione della fase austenite e del miglioramento della duttilità e della tenacità. |
Mo | 3-3.5% | Aiuta a migliorare la resistenza alla vaiolatura e alla corrosione interstiziale. |
N | 0.14-0.2% | Responsabile della stabilizzazione della fase austenite e dell'aumento della resistenza alla vaiolatura e alla corrosione interstiziale. |
C | 0.03% | Questi elementi hanno effetti minori o negativi sulle proprietà e sulle prestazioni dell'acciaio inossidabile duplex 2205. Pertanto, il loro contenuto dovrebbe essere mantenuto il più basso possibile. |
Mn | 2% | |
Si | 1% | |
P | 0.03% | |
S | 0.02% | |
Cu | 0.5% |
Esistono diversi gradi di acciaio inossidabile duplex 2205, come S31803 e S32205, che presentano composizioni chimiche leggermente diverse. La principale differenza tra questi gradi è il contenuto di azoto. S31803 ha un contenuto di azoto inferiore a S32205, il che significa che S31803 ha una minore resistenza alla corrosione puntiforme e interstiziale rispetto a S32205. Tuttavia, S31803 ha un contenuto di ferrite maggiore rispetto a S32205, il che significa che S31803 ha una resistenza e una durezza maggiori rispetto a S32205.
Proprietà meccaniche dell'acciaio inossidabile duplex 2205
Le proprietà meccaniche dell'acciaio inossidabile duplex 2205 sono tra le caratteristiche più interessanti di questo materiale, poiché superano quelle dell'acciaio inossidabile convenzionale e di altre leghe. Le proprietà meccaniche dell'acciaio inossidabile duplex 2205 comprendono resistenza, duttilità, durezza, fatica e resistenza alla frattura.
- Forza
La resistenza è la capacità di un materiale di resistere alla deformazione e al cedimento sotto le forze applicate.
Il limite di snervamento dell'acciaio inossidabile duplex 2205 è circa il doppio di quello degli acciai inossidabili austenitici e paragonabile a quello degli acciai bassolegati ad alta resistenza.
Anche la resistenza alla trazione dell'acciaio inossidabile duplex 2205 è superiore a quella dell'acciaio inossidabile austenitico e simile a quella dell'acciaio inossidabile indurito per precipitazione.
- duttilità
La duttilità è la capacità di un materiale di deformarsi plasticamente senza rompersi o fessurarsi.
L'acciaio inossidabile duplex 2205 ha una buona duttilità, dovuta alla presenza della fase austenite, che fornisce deformazione plastica e incrudimento.
L'allungamento e la riduzione dell'area dell'acciaio inossidabile duplex 2205 sono superiori a quelli degli acciai inossidabili ferritici e inferiori a quelli degli acciai inossidabili austenitici.
- Durezza
La durezza è la resistenza di un materiale alla rientranza o all'abrasione.
La durezza dell'acciaio inossidabile duplex 2205 è superiore a quella dell'acciaio inossidabile austenitico e inferiore a quella dell'acciaio inossidabile martensitico. La durezza dell'acciaio inossidabile duplex 2205 può essere aumentata mediante lavorazione a freddo o invecchiamento, ma ciò può ridurre la duttilità e la resistenza alla corrosione.
- stanchezza
La resistenza alla frattura è la capacità di un materiale di resistere alla propagazione delle cricche e alla frattura sotto stress.
L'acciaio inossidabile duplex 2205 ha un'elevata resistenza alla fatica, grazie alla combinazione equilibrata di fasi di ferrite e austenite, che forniscono un buon equilibrio tra resistenza e tenacità. La resistenza alla fatica dell'acciaio inossidabile duplex 2205 è superiore a quella dell'acciaio inossidabile austenitico e inferiore a quella dell'acciaio inossidabile ferritico.
- Resistenza alla frattura
La resistenza alla frattura è la capacità di un materiale di resistere alla propagazione delle cricche e alla frattura sotto stress.
L'acciaio inossidabile duplex 2205 ha un'elevata tenacità alla frattura, dovuta alla presenza della fase austenite, che fornisce frattura duttile e assorbimento di energia. La tenacità alla frattura dell'acciaio inossidabile duplex 2205 è superiore a quella dell'acciaio inossidabile ferritico e inferiore a quella dell'acciaio inossidabile austenitico.
Processo di fusione duplex dell'acciaio inossidabile 2205
Il processo di fusione dell'acciaio inossidabile duplex 2205 è un metodo per produrre componenti di forma quasi netta versando il metallo fuso in uno stampo e lasciandolo solidificare nella forma desiderata.
- Realizzazione di stampi: Lo stampo è la cavità che definisce la forma e la dimensione della fusione.
- Fusione e colata: Il processo di fusione e colata prevede il riscaldamento dell'acciaio inossidabile duplex 2205 allo stato liquido e il suo trasferimento nello stampo.
- Solidificazione e raffreddamento: Il processo di solidificazione e raffreddamento prevede la trasformazione del metallo liquido in metallo solido all'interno dello stampo.
- Sformatura e pulizia: Il processo di sformatura e pulizia prevede la rimozione della fusione dallo stampo e la rimozione del metallo, della sabbia, della ceramica o del gesso in eccesso dalla fusione.
- Ispezione e test: Il processo di ispezione e test prevede il controllo della qualità e delle prestazioni della fusione rispetto alle specifiche e agli standard.
Il processo di fusione dell'acciaio inossidabile duplex 2205 pone anche alcune sfide e soluzioni, come:
- Cracking a caldo: Il cracking a caldo è la formazione di cricche nel getto durante o subito dopo la solidificazione, a causa dello stress termico, della segregazione o della trasformazione di fase del metallo.
- Soluzione: È possibile prevenire o ridurre le cricche a caldo ottimizzando il design dello stampo, la geometria della fusione, la temperatura di colata, la velocità di raffreddamento e la composizione chimica del metallo.
- Trasformazione di fase: La trasformazione di fase è il cambiamento delle fasi ferrite e austenite nel getto durante o dopo la solidificazione, a causa della temperatura, della composizione o della deformazione del metallo.
- Segregazione: La segregazione è la distribuzione non uniforme degli elementi di lega nel getto, dovuta alla diversa solubilità, diffusività o densità degli elementi nel metallo liquido o solido.
Vantaggi della fusione in acciaio inossidabile duplex 2205
La fusione duplex dell'acciaio inossidabile 2205 è un metodo di fabbricazione superiore rispetto ad altri metodi, come la forgiatura, la laminazione e la lavorazione meccanica.
- Produzione di forme quasi nette
La fusione duplex in acciaio inossidabile 2205 può produrre componenti complessi e di grandi dimensioni con uno spreco di materiale e una lavorazione minimi. Ad esempio, uno studio dell'American Foundry Society ha dimostrato che la fusione di un corpo valvola da acciaio inossidabile duplex 2205 risparmiato il 40% del materiale e il 30% del tempo di lavorazione rispetto alla forgiatura.
- Elevate prestazioni e resistenza alla corrosione
La fusione duplex dell'acciaio inossidabile 2205 può ottenere una microstruttura bilanciata di ferrite e austenite, che fornisce elevata resistenza, duttilità, durezza, resistenza alla fatica e tenacità alla frattura.
La fusione duplex in acciaio inossidabile 2205 può anche resistere a vari tipi di corrosione, come vaiolatura, fessura, tensocorrosione e corrosione generale, a causa dell'elevato contenuto di cromo, molibdeno e azoto. Queste proprietà rendono la fusione dell'acciaio inossidabile duplex 2205 adatta per applicazioni impegnative, come l'industria petrolifera e del gas, chimica e marina.
- Benefici ambientali, economici e sociali
La fusione duplex in acciaio inossidabile 2205 può ridurre le emissioni di gas serra, il consumo di risorse e l'impatto ambientale del processo di fabbricazione, rispetto ad altri metodi.
Applicazioni dei getti 2205 DSS
- Aerospaziale:Carrello di atterraggio, parti del motore ed elementi strutturali.
- Settore automobilistico:Sistemi di scarico, turbocompressori e iniettori di carburante.
- Biomedico:Impianti, protesi e strumenti chirurgici.
- Costruzione: Ponti, torri e condutture.
- valvole
- Pompe
- Giranti
- Finiture
Conclusione
L'acciaio inossidabile Duplex 2205 è una lega di acciaio inossidabile duplex di qualità avanzata. Presenta inoltre una buona resistenza alla fatica e un'eccellente resistenza alla tensocorrosione, alle fessure, alla vaiolatura, all'erosione e alla corrosione generale in ambienti difficili.
