fabbricazione degli acciai - itis galileo galilei conegliano

Classe 3^ - UdA n° 2: MATERIA E MATERIALI: PROPRIETÀ, PROCESSI PRODUTTIVI, IMPIEGHI – Fabbricazione degli acciai
FABBRICAZIONE DEGLI ACCIAI
La ghisa madre prodotta con l’Alto Forno è la materia base di partenza per la fabbricazione
dell’acciaio. Utilizzando particolari forni (detti “convertitori”) si determina di fatto una riduzione
della percentuale di carbonio nella ghisa (ricordiamo che gli acciai hanno un tenore di carbonio
compreso tra lo 0,008 ed il 2,06).
Fasi dell’elaborazione degli acciai
La fabbricazione degli acciai avviene secondo la successione delle seguenti fasi:
1) Carica
Vengono immessi nel forno:
-
ghisa madre (solida o liquida a seconda del forno utilizzato)
rottame di ferro
scarificante (calce)
2) Fusione
Mediante la reazione esotermica di un combustibile o per effetto Joule di una corrente elettrica,
si perviene a riscaldare i materiali di carica sino alla loro fusione.
3) Affinazione
Attraverso reazioni chimiche ad alta temperatura, inizialmente di ossidazione e successivamente
di riduzione, vengono eliminati tutti o parte degli elementi che accompagnano il ferro della carica
(silicio, manganese, zolfo, fosforo, carbonio …). In particolare
-
Desilicizzazione
Il silicio si elimina introducendo nella ghisa fluida elementi ossidanti (aria, ossigeno puro, ossidi
solidi). Dapprima si ha l’ossidazione del ferro attraverso la seguente reazione:
2 Fe + O2
2 Fe O
L’ossido ferroso si scioglie nel bagno e reagisce con il silicio:
2 Fe O + Si
2 Fe + Si O2
L’ossido di silicio è insolubile e più leggero per cui si separa dal bagno e si raccoglie nella
scoria. La reazione è esotermica: la temperatura cresce favorendo l’operazione successiva.
-
Decarburazione
Il carbonio si elimina ad opera dell’ossido ferroso:
Fe O + C
Fe + CO
Il monossido di carbonio si elimina per gorgogliamento attraverso la massa liquida.
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-
Defosforazione
Avviene in due fasi. Nella prima il fosforo si ossida formando pentossido di fosforo:
2 P2 + 5 O2
2 P2 O5
Nella seconda fase il pentossido di fosforo reagisce con l’ossido di calcio (calce viva), che può
essere immesso o appartiene al rivestimento o presente nella scoria: si ottiene fosfato tricalcico che
si separa e si raccoglie nella scoria:
P2 O5 + 3 Ca O
-
Ca3 (P O4 )2
Desolforazione
Si compie in ambiente riducente, in presenza di scoria basica, ad alta temperatura, ad opera
dell’ossido di calcio:
Fe S + Ca O
Fe O + Ca S
Il solfuro di calcio è insolubile e quindi si porta completamente nella scoria.
La desolforazione è anche favorita dal manganese:
Fe S + Mn
Fe + Mn S
Il solfuro di manganese passa nella scoria.
-
Degassificazione
I gas del bagno, formatisi a seguito di varie reazioni, devono essere eliminati in quanto,
permanendo nell’acciaio ne provocherebbero soffiature ed effervescenza.
4) Finitura
Con eventuali aggiunte di carbonio (in pratica aggiunte di ghisa) si perviene alla composizione
finale dell’acciaio, col tenore di carbonio richiesto dal committente.
5) Scorificazione
L’eliminazione delle scorie avviene per affioramento alla superficie del bagno.
6) Colata dell’acciaio
Può avvenire in apposite lingottiere oppure può essere “continua”.
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CONVERTITORI
La decarburazione della ghisa avviene in appositi forni detti “convertitori”, per mezzo di una
corrente d’aria compressa che ne attraversa la massa liquida. Tra i primi convertitori ricordiamo il
Bessemer ed il Thomas, che forniscono però un acciaio non di qualità a causa della presenza di
azoto (inserito con l’aria). Di maggior qualità è l’acciaio prodotto col convertitore L. D. (che
utilizza ossigeno puro) o col forno elettrico.
Convertitore L. D.
Il convertitore L. D. è un grosso recipiente a forma di doppio tronco di cono con il fondo chiuso.
Il procedimento utilizzato ha la sigla L. D. in quanto iniziali di “Linzer Dusenverfahren”, che vuol
dire “processo con lancia di Linz. In effetti una lunga “lancia” immette dall’alto ossigeno puro nel
convertitore che contiene:
-
Ghisa liquida per il 70 %
Rottame di ferro per il 30 %
Fondente e calce
L’azione decarburante dell’ossigeno è molto energica
e porterebbe la temperatura del forno a 2000 [°C] con
grande rischio per il materiale refrattario dolomitico che
riveste internamente il convertitore (esternamente vi è
una lamiera avente spessore superiore ai 5 [cm]). Per
questo viene introdotto rottame ferroso che, assorbendo
calore, abbassa la temperatura del forno a 1650 [°C].
L’ossigeno, alla pressione di 9 [daN/cm2] ed alla
velocità di 510 m/sec, viene soffiato tramite una “lancia”
costruita in materiale resistente alle alte temperature
avente un ugello convergente-divergente ed un diametro
di uscita di 60 mm. La lancia è distante 1,5 ÷ 2,5 [m] dal
bagno.
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L’affinazione della ghisa ha un andamento che segue le fasi precedentemente descritte, con
l’ossidazione prima del ferro, quindi del silicio e del manganese (che formano scorie galleggianti)
ed infine del carbonio. Il fosforo si combina con la calce e forma una scoria galleggiante.
Gli acciai ottenuti con questo procedimento sono di ottima qualità, presentando caratteristiche
meccaniche e tecnologiche eccellenti (soprattutto quando si parte con ghisa avente lo 0,6 % di
silicio, lo 0,9 % di manganese, tra il 4,3 ed il 4,5 % di carbonio, lo 0,03 % di zolfo e fosforo in
percentuale inferiore all’1 %).
Data l’ottima qualità dell’acciaio prodotto (privo di zolfo, con poco fosforo ed ossigeno), più del
75 % dell’acciaio è fabbricato con tale metodo.
Forno Elettrico Heroult
Il forno elettrico ha il
vantaggio di consentire un
riscaldamento rapidissimo e di
raggiungere temperature molto
elevate e facilmente regolabili.
Per la sua caratteristica
forma, il forno Heroult è anche
detto forno a “culla”. Si tratta
di un forno a suola non
conduttrice, provvisto di due o
tre elettrodi di grafite (aventi
diametro di 40 ÷ 60 [cm]), che
producono archi elettrici tra gli
elettrodi stessi ed il bagno
metallico e viceversa.
Il forno elettrico, oltre che
per trattare la ghisa, è
particolarmente adatto per la fabbricazione di acciai speciali partendo da un acciaio già raffinato.
Colata dell’acciaio
L’acciaio liquido fabbricato nel forno viene raccolto in un grosso
recipiente detto “secchione” o siviera. Da qui può essere colato in
“lingottiere” di ghisa, oppure effettuare la cosiddetta “colata
continua”.
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- La siviera
E’ un grosso recipiente costituito internamente da materiale refrattario rivestito all’esterno da
lamiera d’acciaio di grande spessore. La sua capacità è di 30 – 50 tonnellate. Sul fondo è provvisto
di un tappo che occlude il foro di colata vero e proprio.
La permanenza dell’acciaio nella siviera per un tempo di 5 – 10 minuti, permette all’acciaio di
“calmarsi” e di liberarsi dalle impurità. Infatti gas e scorie hanno il tempo di venire a galla.
- La lingottiera
E’ un contenitore di froma tronco-conica, ricavato per fusione in un sol pezzo. E’ fatta con ghisa
di qualità (avente fosforo meno dello 0,2 %) ed ha tale forma per facilitare lo sfilamento del lingotto
una volta solido (strippaggio). Lo spessore della parete è di 60 ÷ 200 mm a seconda delle
dimensioni della lingottiera.
La sezione trasversale della lingottiera può essere circolare, quadrata o stellare a seconda delle
dimensioni dei lingotti. Le parti interne sono comunque esenti da spigoli vivi (per eliminare
pericolose tensioni) ed hanno pareti atte a facilitare lo strippaggio.
Le operazioni preliminari svolte sulla lingottiera prima dlla colata sono le seguenti:
-
riscaldamento a circa 200 °C
immersione in acqua
verniciatura interna
riscaldamento a circa 120 ÷ 180 °C prima della colata dell’acciaio
SISTEMI DI COLATA
La colata dell’acciaio può
essere diretta o indiretta.
1) Colata diretta o in cascata
E’ soprattutto utilizzata nel
caso dei grossi lingotti. E’
rapida ma provoca turbolenze
che possono determinare
soffiature all’interno del
lingotto.
2) Colata indiretta o a sifone
Viene utilizzata soprattutto per gli acciai speciali e quando si vogliono lingotti sani. Il
riempimento dal basso è infatti più graduale e diminuisce la possibilità di formazione di sacche di
gas.
In un caso e nell’altro, le lingottiere sono provviste nella parte superiore di un tratto cilindrico
detto “materozza” che ha due funzioni:
-
richiama e raccoglie in superficie le scorie ed i gas disciolti nel metallo fuso;
alimenta il lingotto durante la solidificazione, compensando il ritiro.
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3) Colata continua
E’ utilizzato negli stabilimenti a ciclo integrale e
permette di ottenere i semilavorati (blumi, bramme,
billette) direttamente dall’acciaio liquido.
L’acciaio è colato a circa 1600 °C, dalla siviera
proveniente dal convertitore, in un distributore
intermedio che, a sua volta, lo scarica in una
particolare lingottiera di rame a doppia parete
raffreddata ad acqua e con sezione interna pari a
quella del semilavorato da produrre.
Nella lingottiera l’acciaio comincia a divenire
solido, almeno nella sua parte esterna, ed inizia a
scendere raffreddato ulteriormente da potenti getti
d’acqua che lo investono all’interno di una camera
metallica.
Una serie di rulli conduttori, anch’essi raffreddati
ad acqua, “seguono” il semilavorato e ne determinano
un’ampia piegatura (da verticale ad orizzontale), fino
a che l’acciaio, ormai solidificato (anche se
incandescente), non perviene alla stazione di
ossitaglio dove viene tagliato in parti di lunghezza
definita.
DEGASSIFICAZIONE DELL’ACCIAIO
La fabbricazione dell’acciaio per mezzo dei convertitori comporta l’immissione in tali recipienti
di aria o di ossigeno necessari per avere l’ossidazione del ferro e, quindi, la decarburazione.
- L’acciaio effervescente
Quando nell’acciaio è presente una notevole quantità di ossido di ferro, questo reagisce col
carbonio formando ossido di carbonio secondo la relazione:
Fe O + C
Fe + CO
L’ossido di carbonio, durante la solidificazione del lingotto,
tende a risalire in superficie provocando nel contempo il
rimescolamento dell’acciaio. Non tutto l’ossido di carbonio
riesce a raggiungere la materozza prima che l’acciaio sia
completamente solidificato, per cui una parte di ossido rimane
imprigionato nella massa metallica provocando “effervescenza”.
Solamente le successive operazione di laminazione a caldo
provocano lo schiacciamento e la saldatura delle bolle di gas.
Il problema è più evidente quando l’acciaio è stato fabbricato
utilizzando non ossigeno puro bensì aria. In questo caso, infatti,
all’ossigeno si aggiungono anche altri gas come l’azoto.
Col passare del tempo, l’acciaio così fabbricato diventa
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fragile (invecchiamento). Ciò è dovuto al fatto che l’azoto, molto mobile anche a temperatura
ordinaria, si dispone lungo i bordi dei grani cristallini, provocando un aumento di durezza e di
fragilità.
Gli acciai effervescenti, oltre ad avere elevato tenore di ossido di ferro, hanno bassa percentuale
di carbonio. Sono appositamente fabbricati nei casi in cui si desidera un acciaia da laminazione
particolarmente dolce, cioé facilmente stampabile (per imbutitura) e lavorabile a freddo. La
presenza di soffiature all’interno della massa metallica non porta inconvenienti relativamente alle
lavorazioni suddette.
Nella pratica l’acciaio effervescente é generalmente riservato alla fabbricazione di lamiere
sottili di acciaio molto dolce (lamiere per carrozzeria di automobile).
- L’acciaio non effervescente
L’effervescenza dell’acciaio può essere eliminata mediante aggiunte nel forno o nella siviera o
direttamente nella lingottiera di quantità variabili di taluni elementi come l’alluminio. Questi
reagiscono con l’ossido di ferro togliendo ad esso l’ossigeno ma formando altri ossidi che
rimangono all’interno della massa metallica riducendone così le proprietà meccaniche e
tecnologiche. Infatti l’aggiunta di elementi calmanti aumentano la durezza e arricchiscono l’acciaio
di inclusioni.
Non c’è fragilità col passare del tempo ma, nel caso dell’alluminio, si ha la formazione in
superficie di ossido di alluminio Al2 O3, che è molto duro.
Gli acciai ai quali sono stati aggiunti elementi in quantità notevole con lo scopo di eliminare
l’effervescenza dovuta alla presenza dell’ossido di ferro, sono detti “Acciai calmati”.
L’aggiunta di elementi quali l’alluminio per calmare gli acciai produce degli ossidi che non
sono vantaggiosi ai fini delle proprietà degli acciai. Per questo si preferisce ricorrere ad altri
procedimenti di rielaborazione degli acciai, che ne risultano migliorati qualitativamente. Tra questi
il degassaggio.
DEGASSAGGIO DEGLI ACCIAI
Consiste nell’asportare l’ossido di carbonio dall’acciaio liquido colato in un ambiente sotto
vuoto. Il trattamento avviene nella siviera ed è soprattutto
utilizzato, per motivi economici, nel caso degli acciai speciali.
Processo R. H.
L’impianto è costituito da una camera sotto vuoto disposta
al di sopra della siviera e comunicante con una pompa
aspirante. Nel fondo della camera sono due tubi aventi le
estremità immerse nella siviera contenente l’acciaio liquido.
Nel condotto di risalita, per mezzo di un eiettore, viene
immesso un getto di gas inerte (argon), che mescolandosi con
l’acciaio, ne fa diminuire la massa volumica. L’acciao liquido,
divenuto più leggero, sollevato dal getto di argon, entra nella
camera sotto vuoto dove le goccioline si liberano dai gas in
esse disciolte.
Le goccioline di acciaio degassate, divenute più pesanti
perché prive del gas, ricadono nella camera e, quindi,
attraverso il secondo tubo, nella siviera, mentre i gas sono
aspirati dalla pompa.
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Semilavorati in acciaio
L’acciaio prodotto viene commercializzato sotto forma di “semilavorati”, che si ottengono
mediante un processo detto di “laminazione”.
La laminazione viene effettuata direttamente al termine della “colata continua” dell’acciaio
proveniente dal forno oppure sui lingotti ottenuti con la “colata in lingottiera”, che vengono
riscaldati e, quindi, laminati. La tabella seguente mostra alcuni tipi di semilavorati.
Elementi aggiunti negli acciai e loro influenza
Sappiamo che il carbonio é l’elemento che ha l'influenza maggiore su tutte le proprietà degli acciai.
Anche altri elementi, però, sono aggiunti volontariamente in fase di preparazione (soprattutto al forno
elettrico), per conferire agli acciai particolari caratteristiche.
Elenchiamo di seguito, per ogni elemento, le proprietà che esso influenza nell'acciaio in cui viene
aggiunto. Qui indichiamo l'influsso di un singolo elemento aggiunto, mentre, quasi sempre, negli acciai
vengono aggiunti più elementi, ottenendo una variazione di proprietà che, comunque, non è la somma delle
variazioni che si possono ottenere separatamente con i singoli elementi.
•
Il Nichel
Il nichel é introdotto spesso negli acciai insieme al cromo e al molibdeno.
Negli acciai inossidabili, nei quali è presente in percentuale variabile da 1 a 22 %, esso migliora
moltissimo la resistenza alla corrosione e all'ossidazione a caldo.
Negli acciai da costruzione il nichel è in quantità variabili da 0,6 a 5 % e migliora le proprietà
meccaniche e
tecnologiche in misura maggiore rispetto a quella di tutti gli altri elementi normalmente aggiunti. In
particolare:
— aumenta la resilienza
— aumenta l'allungamento percentuale e la duttilità
— aumenta il carico di rottura a trazione e la durezza
— facilita il trattamento termico di tempra.
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La presenza del nichel negli acciai è invece negativa per quanto riguarda:
— la lavorabilità alle macchine utensili
— la conducibilità termica.
Tra le leghe aventi una percentuale elevata di nichel si ricordano i due seguenti per le loro particolari
caratteristiche:
— Invar: lega formata da 36 % di nichel, 0,2 % di carbonio, il resto ferro. Ha un coefficiente di dilatazione
quasi nullo. La lega Invar viene impiegata per la fabbricazione di strumenti di precisione, pezzi-campione
ecc.
— Platinite: lega formata da 46 % di nichel, 0,15 % di carbonio, il resto ferro. Ha un coefficiente di
dilatazione uguale a quello del vetro.
•
Il Cromo
Il cromo, spesso aggiunto negli acciai da solo o assieme a nichel e molibdeno, ha un vastissimo impiego
nel campo degli acciai; esso costituisce l'elemento di lega più importante e di più vasta applicazione. In
particolare é presente:
— negli acciai resistenti alla corrosione e all'ossidazione (Cr > 11,5 %)
— negli acciai da utensili (Cr = 4 – 15 %)
— negli acciai da nitrurazione
— negli acciai da costruzione (Cr = 0,5 – 1 %)
— negli acciai per resistenze elettriche e per magneti permanenti.
Gli acciai al cromo, a seconda della percentuale di cromo e carbonio, sono classificati nel modo
seguente:
— acciai al cromo ferritici; contengono cromo ≥ 14 % e carbonio 0,05 - 0,15 %
— acciai al cromo martensitici; contengono cromo 11 – 15 % ecarbonio 0,15 - 0,45 %
— acciai al cromo perlitici; contengono cromo: 1 - 5 % e carbonio: 0,4 - 0,8 %.
La presenza del cromo negli acciai produce i seguenti effetti:
— aumenta la resistenza alla corrosione e all'ossidazione a caldo (quando é presente con una percentuale >
11,5 %)
— facilita il trattamento termico di tempra
— aumenta la durezza, la resilienza, il carico di rottura
— aumenta la resistenza all'usura
— diminuisce la conducibilità termica
— diminuisce la lavorabilità.
•
Il Manganese
Il manganese è considerato un elemento di lega quando si trova negli acciai in quantità superiore a 1 %.
In quantità inferiore si trova solo perché nella fase di fabbricazione è stato aggiunto con la funzione di
disossidante e desolforante.
Il manganese si trova negli acciai da solo o con cromo, molibdeno, nichel, silicio.
La presenza del manganese negli acciai ha i seguenti effetti:
— aumenta la durezza (senza variare la resilienza)
— aumenta il carico di snervamento e di rottura a trazione (con Mn = 1 – 2 %)
— aumenta la resistenza a fatica (con Mn = 1 – 3 %)
— aumenta la resistenza all'usura (con Mn > 5 %)
— aumenta la resistenza alla corrosione e all'ossidazione (con Mn = 1 - 2 % e con la presenza di cromo e
nichel)
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— aumenta la saldabilità.
•
L’Alluminio
L'alluminio è un elemento aggiunto agli acciai in percentuale compresa tra 0,8 e 1,5 insieme a vanadio,
cromo e molibdeno soprattutto negli acciai destinati al trattamento termico di nitrurazione, data la sua elevata
affinità con l'azoto.
L'alluminio viene aggiunto fino al 5 % (e anche più) negli acciai inossidabili a elevata percentuale di
cromo aumentando fortemente la resistività elettrica e la resistenza all'ossidazione a caldo; questi acciai
vengono usati per la costruzione di resistenze elettriche per forni.
L'alluminio viene aggiunto anche negli acciai per la fabbricazione dei magneti permanenti.
•
Il Molibdeno
Il molibdeno è spesso introdotto negli acciai da solo oppure insieme a cromo, nichel, manganese e
niobio. Di solito il molibdeno è presente negli acciai in percentuale da 1 a 3 %. I principali acciai in cui lo si
trova sono:
— acciai rapidi e superrapidi per utensili
— acciai da bonifica
— acciai da cementazione
— acciai inossidabili.
Gli effetti positivi dovuti alla presenza di questo elemento negli acciai sono:
— miglioramento della lavorabilità alle macchine utensili
— aumento del carico di rottura a trazione e della durezza
— aumento della resistenza all'usura
— aumento della resistenza alla corrosione e all'ossidazione.
•
Il Tungsteno
Il tungsteno è usato soprattutto per la fabbricazione di acciai per utensili in percentuale da 10 a 25 %
(acciai rapidi e superrapidi) dato che esso conferisce elevata durezza che viene mantenuta anche a caldo.
Il tungsteno, che costituisce il principale elemento di lega in alcuni acciai per magneti permanenti,
conferisce agli acciai i seguenti effetti:
— elevata durezza (che viene mantenuta anche a caldo)
— grande resistenza all'usura (sia a bassa che ad alta temperatura)
— aumento del carico di rottura a trazione (sino a 10 % di tungsteno)
— diminuzione della resilienza
— diminuzione dell'allungamento percentuale a rottura.
•
Il Cobalto
Il cobalto è spesso introdotto negli acciai insieme a cromo, nichel, molibdeno e vanadio.
Negli acciai per utensili (acciai superrapidi) il cobalto è presente in percentuale da 3 a 10 %.
Il cobalto conferisce agli acciai i seguenti effetti:
— aumenta il carico al limite di elasticità
— aumenta il carico di rottura a trazione
— aumenta la durezza (che mantiene anche a caldo)
— migliora la resistenza alla corrosione
— diminuisce l'allungamento percentuale a rottura.
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•
Il Silicio
Il silicio è presente negli acciai come elemento di lega in percentuale maggiore del 2 %; in quantità
minore esercita un'energica azione disossidante. La presenza del silicio come elemento di lega produce negli
acciai i seguenti effetti:
— scomparsa della deformabilità a freddo (con Si = 3 %) e riduzione della deformabilità a caldo (gli acciai
con il 6 di silicio non sono fucinabili)
— aumento della resistenza all'usura
— aumento del carico al limite dell'elasticità
— aumento del carico di rottura a trazione
— resistenza all'ossidazione a caldo
— aumento della resistenza elettrica e diminuzione delle perdite per isteresi (con gli acciai al silicio si
costruiscono resistenze elettriche, dinamo e lamierini per trasformatori)
— diminuzione della lavorabilità alle macchine utensili.
•
Il Titanio
Il titanio viene aggiunto in piccole percentuali (0,03 %) per disossidare ed eliminare l'azoto che rende
fragile l'acciaio. In percentuali maggiori ( ~ 1 %) si accompagna a nichel e cromo in alcuni tipi
di acciai inossidabili austenitici.
Il titanio negli acciai aumenta:
— la fucinabilità
— la saldabilità
— la resistenza alla corrosione a caldo
— il carico di snervamento e quello di rottura a trazione.
CARATTERISTICHE ED IMPIEGHI DEGLI ACCIAI
Gli acciai uniscono nello stesso materiale tre importanti caratteristiche:
-
buon carico di rottura
buona durezza
buona resistenza agli urti
Per questo gli acciai sono utilizzati per costruire organi di macchine soggetti a sollecitazioni.
- Lavorabilità alle macchine utensili
E’ buona.
- Lavorabilità per deformazione plastica
E’ buona.
- Fusibilità e colabilità
L’acciaio è scarsamente fusibile perché fonde a oltre 1300 °C
Anche la colabilità è generalmente scarsa.
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- Saldabilità
Gli acciai sono saldabili.
L’aumento della percentuale di carbonio diminuisce la saldabilità:
riscaldamento
rinvenimento
alterazione della struttura cristallina
discontinuità
fragilità
- Resistenza alla corrosione
E’ ottima per gli acciai inossidabile, che hanno più del 12 % di cromo.
- Resistenza alle basse temperature
L’acciao è fragile alle basse temperature. Le proprietà meccaniche sono pregiudicate già a – 15°
nel caso di sollecitazioni dinamiche e a – 150° nel caso di sollecitazioni statiche.
La fragilità alle basse temperature diminuisce con l’aggiunta di nichel, silicio e manganese.
Gli acciai resistenti alle basse temperature sono detti “acciai criogenici”.
- Resistenza alle alte temperature
Lo scorrimento viscoso dei piani atomici dei reticoli cristallini dell’acciaio compare per
temperature maggiori di 200 °C.
Il limite suddetto si può innalzare con l’aggiunta di molibdeno, titanio, cobalto e tungsteno.
- Conducibilità termica
L’acciaio ha un basso coefficiente di conducibilità termica: 57 [J/m * s * °C]
- Conducibilità elettrica
L’acciaio ha una resistività pari a 0,10 – 0,25 [Ω * mm2/m]
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- Dilatazione termica
L’acciaio ha un coefficiente di dilatazione termica pari a 12 * 10-6 [1/°C]
- Modulo di elasticità
Il modulo di elastica E = 210000 [N/mm2] risulta il più elevato dei materiali metallici. Quindi gli
acciai sono pochissimo deformabili sotto gli sforzi meccanici.
- Massa volumica
L’acciaio ha una massa volumica di 7,8 [kg/dm3]
Saldabilità degli acciai
Spesso gli acciai per usi generali vengono posti in opera in costruzioni saldate (ponti, serbatoi,
navi ...); devono pertanto essere saldabili, nel senso di poter essere sottoposti a questo procedimento
costruttivo con le normali tecniche di cantiere.
1
2
3
In una giunzione interessata da saldatura per fusione, possono essere individuate tre zone
metallurgicamente differenti: una zona di completa fusione dei lembi [1], una zona termicamente
alterata [2], il materiale base che rimane inalterato [3].
La zona [1], in caso di saldatura senza metallo d’apporto, é costituita da metallo fuso solidificato.
La zona [2], adiacente alla zona fusa, durante l’operazione di saldatura, ha subito un ciclo
termico di riscaldamento (con ingrossamento del grano austenitico) e successivo raffreddamento,
tale da modificarne notevolmente le proprietà metallurgiche e meccaniche. In questa zona é possibile
la formazione di microstrutture dure come la martensite e la bainite e di precipitati come i
carbonitruri, che sono sensibili alla criccatura a freddo.
Perché un materiale sia saldabile é necessario che non avvengano i fenomeni sopra citati e,
principalmente, quello della criccatura a freddo.
Per gli acciai di uso generale con tenore di carbonio superiore a 0,1 % un buon indice di
saldabilità é quello rappresentato dal cosiddetto carbonio equivalente:
CE = C +
Mn Cr + Mo + V
Ni + Cr
+
+
6
5
15
Se CE è basso, in genere minore di 0,45, l’acciaio si considera saldabile nelle normali condizioni
di cantiere e non dà luogo a cricche.
Classe 3^ - Tecnologie mecc. di proc. e prod. - Appunti dalle lezioni del prof. Di Cara Nicola – ITIS “Galilei” - Conegliano
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