Qualità e tipi di acciaio

L’acciaio è uno dei materiali più diffusi e usati al mondo. È usato nell’edilizia, nel settore automobilistico, nella ristorazione commerciale e persino nella medicina. Tuttavia, non tutte le sue qualità sono adatte all’uso in cucina. Ci sono molti tipi di acciaio e ognuno di essi viene usato per scopi diversi. Scopri di più sui tipi e le applicazioni dell’acciaio in questo articolo.

Che cos’è l’acciaio e come viene prodotto?

Nonostante la sua popolarità, poche persone sanno davvero come l’acciaio si differenzia dagli altri metalli. L’acciaio è una lega di ferro e carbonio. Come definizione generale, il ferro dovrebbe costituire la grande maggioranza della miscela e il carbonio non dovrebbe superare il 2,11%. Se ha un contenuto di carbonio più alto, si chiama ghisa. L’acciaio include anche altri metalli, elementi o inclusioni non metalliche che possono influenzare le sue proprietà. Continua a leggere per saperne di più.

L’acciaio viene solitamente prodotto in due modi: in un altoforno e in un forno elettrico ad arco. L’altoforno utilizza coke, minerale di ferro e calcare per produrre ghise greggie. Mentre il forno si riscalda, il carbone comincia a sciogliersi e la maggior parte delle sostanze volatili come olio, catrame, idrogeno, azoto e zolfo vengono rimosse. La miscela viene poi colata e, ad esempio, laminata per ottenere prodotti in acciaio come barre, lamiere o tubi. Il metodo del forno elettrico ad arco si basa sull’uso di rottami d’acciaio riciclati. Questi si fondono con l’aiuto dell’elettricità che scorre tra il materiale carico e gli elettrodi. A causa dell’alta durabilità dell’acciaio, la quantità di rottame che può essere lavorata nei forni ad arco è relativamente piccola. Per questo motivo, il metodo dell’altoforno è più diffuso.

Proprietà meccaniche e tecnologiche dell’acciaio

Come tutti i materiali, anche l’acciaio presenta vari parametri per settori specifici. In questo capitolo ci concentreremo sulle caratteristiche rilevanti per la costruzione, poiché queste includono i punti più importanti. Questi sono:

• Elasticità: la capacità di un materiale di riacquistare la sua forma originale dopo che la forza responsabile della sua deformazione abbia cessato di agire su di esso. Spesso viene indicato anche il valore del limite elastico. Il superamento di questo limite porterebbe alla deformazione permanente del materiale, che non potrà ritornare alla sua forma precedente.
• Resistenza alla trazione: il carico massimo che un materiale può sostenere senza rompersi durante il suo allungamento.
• Plasticità: mantenimento della deformazione permanente come cambiamento non reversibile della forma in risposta alle forze applicate. Analogamente al caso dell’elasticità, anche in questo caso si applica il concetto di limite plastico. Questo avviene quando il materiale raggiunge la massima deformazione plastica: il punto di rottura
• Duttilità: mantenimento delle proprietà dell’acciaio durante lo stampaggio, la piegatura, la raddrizzatura e altri tipi di lavorazione.
• Resistenza agli urti: la quantità di energia che un materiale, su cui viene applicato un carico improvviso, può sopportare.
• Durezza: la forza con cui l’acciaio resiste quando si premono materiali più duri di esso.
• Saldabilità: la capacità di creare connessioni permanenti tramite saldatura. A seconda del grado di lega, è possibile utilizzare i metodi MAG, MIG, MIG/MAG e TIG. Esistono molti dispositivi per la saldatura dell’acciaio, come le saldatrici Stamos.

Quali sono i diversi tipi di acciaio?

Acciai non legati

Gli acciai non legati sono anche chiamati acciai al carbonio. Presentano quantità molto piccole di altri elementi. La norma britannica BS-EN 10020 contiene il limite di concentrazione di massa degli ingredienti aggiuntivi nella miscela. Nella tabella qui sotto troverai i dati dei regolamenti applicabili.

Elementi chimici	Concentrazione di massa [%]
Alluminio	< 0.3
Boro	< 0.0008
Bismuto	< 0.1
Cromo	< 0.3
Cobalto	< 0.3
Silicio	< 0.6
Manganese	< 1.65
Rame	< 0.4
Molibdeno	< 0.08
Nichel	< 0.3
Niobio	< 0.06
Piombo	< 0.40
Selenio	< 0.1
Tellurio	< 0.1
Titanio	< 0.05
Vanadio	< 0.1
Tungsteno	< 0.3
Altri (eccetto C, P, S, N)	< 0.05

L’ulteriore divisione degli acciai non legati è connessa, tra l’altro, al contenuto di carbonio. Questo elemento influenza la durezza e la plasticità complessive del materiale. Pertanto, viene utilizzato in varie quantità per ottenere l’effetto desiderato. Si distinguono i seguenti tipi di acciaio:

• Acciaio a basso contenuto di carbonio: chiamato anche acciaio dolce. Include fino a circa lo 0,3% di carbonio. Ha un alto livello di plasticità e duttilità ed è facile da lavorare. Si usa per creare elementi che richiedono stampaggio e modellatura.
• Acciaio a medio carbonio: un compromesso di resistenza e duttilità. A causa del suo contenuto di carbonio da 0,3 a 0,6%, è più duro del tipo precedentemente descritto e quindi più difficile da lavorare. Può essere rafforzato mediante indurimento e tempra con calore. È usato per produrre parti di automobili.
• Acciaio ad elevato tenore di carbonio: il più forte in questa divisione. L’alto contenuto di carbonio (fino allo 0,6%) potenzia la sua resistenza al taglio e alla piegatura. È quindi ideale, per esempio, per la produzione di molle. Può essere trattato termicamente per essere indurito, anche se questo provoca l’aumento della sua suscettibilità allo schiacciamento.

Acciaio legato

L’elemento selezionato ha un’influenza su quali parametri verrano migliorati dagli additivi di lega. Ognuno di loro prevede proprietà diverse. Spesso, diversi additivi vengono utilizzati contemporaneamente per ottenere caratteristiche completamente nuove. Ecco alcuni degli elementi più comuni utilizzati nella produzione di acciai legati:

• Cromo: migliora la resistenza, la durezza e la tenacità del materiale. In alcuni tipi, per esempio gli acciai per utensili, ha un effetto positivo sulla temprabilità. Negli acciai inossidabili, invece, è responsabile della resistenza alla corrosione.
• Nichel: fornisce proprietà simili al Cr. Inoltre, riduce la temperatura della soglia di fragilità. In combinazione con il cromo e il molibdeno, potenzia la temprabilità dell’acciaio.
• Manganese: aumenta anche la durezza e la forza. D’altra parte, riduce anche la plasticità. Questo aumenta il limite elastico e rafforza la resistenza all’abrasione.
• Silicio: viene aggiunto alla ghisa greggia per le sue proprietà disossidanti. Aumenta la forza e la durezza.
• Molibdeno: usato per aumentare la temprabilità dell’acciaio. Riduce anche la sua fragilità dopo la tempra elevata.

L’acciaio legato può essere diviso in funzione della quantità di additivi usati per crearlo. Esistono tre tipi:

• Acciaio a bassa lega: il contenuto dell’additivo principale è inferiore al 2% e la somma di tutti gli additivi è inferiore al 3,5%.
• Acciaio di media lega: il contenuto dell’additivo principale è contenuto tra il 2 e l’8% e la somma di tutti gli additivi è inferiore al 12%.
• Acciaio ad alta lega: il contenuto dell’additivo principale è superiore all’8% e la somma di tutti gli additivi è inferiore al 55%.

Classificazione dell’acciaio in base alla sua applicazione

Le possibilità molto ampie di utilizzo dell’acciaio in vari settori fanno sì che esso possa essere suddiviso in base alla sua applicazione. Ogni tipo ha diverse caratteristiche meccaniche e tecnologiche che gli permettono di svolgere compiti diversi.

L’acciaio strutturale è un esempio di questa divisione. Come suggerisce il nome, è usato per realizzare strutture, ma anche parti di macchine o per rafforzare altre leghe. Esistono diversi tipi di acciaio strutturale:

• acciai strutturali di uso generale
• acciai strutturali di qualità superiore
• acciai strutturali a bassa lega
• acciai strutturali per la carburazione
• acciai strutturali per la nitrurazione
• acciai strutturali per trattamento termico
• acciai strutturali per molle
• acciai strutturali a taglio libero
• acciai strutturali per cuscinetti a rotolamento
• acciai strutturali al convertitore

Gli acciai per utensili sono un altro tipo molto diffuso. Si distinguono per un livello molto alto di durezza e resistenza all’abrasione. Non si deformano anche dopo un lungo uso e sono insensibili al surriscaldamento, il che li rende popolari nella fabbricazione di utensili, strumenti di misura e altri prodotti simili. Il contenuto di carbonio relativamente alto e il trattamento termico appropriato permettono di ottenere queste proprietà. La divisione degli acciai per utensili è la seguente:

• acciai per utensili al carbonio
• acciai legati per utensili
  • per il lavoro a freddo
  • per lavori a caldo
  • alta velocità

Sistema di designazione dell’acciaio. Come si fa a riconoscere la qualita dell’acciaio?

Per fortuna, anche se non sei un professionista dell’acciaio e non riesci a capire a colpo d’occhio con quale tipo di acciaio hai a che fare, non hai nulla di cui preoccuparti. Per facilitare il riconoscimento dei diversi tipi di leghe, viene utilizzato un sistema di designazione speciale che fa riferimento all’uso e alle proprietà meccaniche del materiale. Consiste in due simboli principali e almeno uno aggiuntivo. Il primo mostra a cosa è destinato l’acciaio. Questo è designato da una lettera maiuscola. Di seguito troverai la codifica per ogni tipo di lega:

• S – acciaio strutturale
• L – acciaio per conduttore e tubi
• B – acciaio per cemento armato
• R – acciaio per uso ferroviario
• Y – acciaio per corde di compressione
• P – acciaio per attrezzature a pressione
• G – acciaio fuso

Il secondo simbolo è un numero a tre cifre che rappresenta il limite plastico minimo Re (MPa). Per la maggior parte degli acciai, è adottato per prodotti con uno spessore inferiore o uguale a 16 mm. Fanno eccezione gli acciai legati trattati a caldo, il cui valore massimo è pari a 5 mm. Con l’acciaio strutturale il limite plastico minimo è di solito 235, 275, 355, 420 o 460 MPa. Va sottolineato che per le leghe marcate con R e Y, il numero a tre cifre descritto si riferisce alla resistenza minima a trazione Rm (MPa).

L’ultimo simbolo aggiuntivo dell’acciaio strutturale dipende dal suo tipo. Per l’acciaio non legato, si usano due caratteri. Il primo è legato alla plasticità espressa dall’energia media d’impatto a una data temperatura. Per 24 J di energia a 20 °C, 0 °C e -20 °C, si usano rispettivamente JR, J0 e J2. Se il valore dell’energia è di 40 J e la temperatura è la stessa, allora K (KR, K0, K2) viene usato al posto di J. Il secondo simbolo aggiuntivo è Gn, dove n può essere compreso tra 1 e 4:

• G1 – acciaio effervescente
• G2 – acciaio semicalmato
• G3 – acciaio calmato
• G4 – acciaio determinato dal produttore

Ecco alcuni esempi di designazione dell’acciaio per acciai strutturali non legati: S235J0, S235J2G3, S355K2G3.

Una designazione simile si applica ad acciai legati difficili da arrugginire. La differenza è l’uso di un marchio W o WP alla fine, che indica un maggiore contenuto di fosforo. Esempi: S355J2WP, S355J0W, S355J2G1W, S355K2G1W.

Per gli acciai legati a grana fine, si usano anche altri simboli aggiuntivi. Il primo indica lo stato alla consegna:

• N – acciaio laminato normalizzato o normalizzante
• M – acciaio laminato termomeccanicamente
• Q – acciaio trattato termicamente
• A – acciaio temprato per precipitazione

Il secondo carattere (L, L1, L2) definisce l’energia d’impatto per le leghe con denominazioni aggiuntive N, M, Q. Esempi per gli acciai legati a grana fine: S275M (o ML), S355M (o ML).

La designazione degli acciai inossidabili, resistenti agli acidi e al calore è particolarmente interessante. Esistono molti standard di simboli diversi per le qualità di questa lega in tutto il mondo. Pertanto, a seconda di dove si guarda, si possono incontrare altri codici che identificano lo stesso tipo. Per esempio, l’acciaio austenitico marcato come 1H18N9 in Germania è marcato come X10CrNi18-8. Per fortuna, è possibile trovare tabelle pubblicamente disponibili delle qualità di acciaio inossidabile e altre marcature, contenenti tutti i dati necessari per l’identificazione.

Esistono tanti tipi di acciaio quanti sono i metodi di fabbricazione

La discussione sull’acciaio, le sue qualità e proprietà e tutto ciò che gli è associato potrebbe continuare all’infinito, soprattutto perché, con lo sviluppo della tecnologia, il numero di nuovi tipi di leghe continuerà certamente a crescere. Per fortuna, ora hai una comprensione di base dei diversi tipi di acciaio, quindi le nuove informazioni dovrebbero essere più facili da assimilare.