Acciai martensitici, ferritici o austenitici. Qual è il più adatto alle alte o alle basse temperature ?
Acciaio. Tanti tipi ma qual è il più adatto per le alte o basse temperature?
La tipologia di acciaio inossidabile viene scelta soprattutto in funzione dell’utilizzo che se ne deve fare. Per impieghi a temperature elevate o, viceversa, a basse temperature, le varie tipologie di acciaio differiscono in molti elementi.
ACCIAI MARTENSITICI
I tipi martensitici contengono come elemento caratterizzante quasi esclusivamente il cromo, dal livello più basso atto a garantire l’inossidabilità del materiale (10%) fino ad un massimo del 18%. Come conseguenza hanno il pregio di essere gli acciai inossidabili meno costosi; sono però i meno resistenti alla corrosione.
Non sono adatti per essere impiegati a temperatura al di sotto di quella ambiente in quanto per la maggior parte di essi la temperatura di transizione è superiore a 0 °C. Pertanto già a questa temperatura diventano fragili e sotto zero perdono quasi tutta la loro tenacità e duttilità.
Per impieghi a temperatura superiore a quella ambiente questi acciai presentano in generale un carico di rottura e di snervamento superiore a quello dei tipi ferritici ed austenitici fino ad una temperatura di circa 500 °C.
ACCIAI FERRITICI
Mediamente gli acciai inossidabili ferritici hanno un contenuto di elementi leganti superiore ai martensitici; il loro costo è pertanto maggiore come migliore è la resistenza alla corrosione ed alla ossidazione a caldo.
Per quanto riguarda le basse temperature il comportamento dei tipi ferritici è analogo a quelle dei tipi martensitici e pertanto sono da sconsigliare impieghi al di sotto di 0 °C.
Per le temperature superiori a quella ambiente occorre evitare l’impiego nel campo 400 °C-550 °C a causa della fragilità a 475 °C di cui si è parlato. Oltre i 550 °C i tipi feritici, ed in modo particolare alcuni di essi, sono preferibili in genere ai tipi martensitici per una migliore prestazione sia nei riguardi dei fenomeni di scorrimento a caldo che all’ossidazione a caldo..
E ancora..
ACCIAI AUSTENITICI
Gli acciai inossidabili austenitici presentano due elementi caratterizzanti anziché uno: Cromo e Nickel (es. aisi 304 e aisi 316).
Gli acciai inossidabili austenitici sono insuperabili per l’impiego alle basse temperature, anche vicino allo zero assoluto. L’esposizione a basse temperature non modifica le caratteristiche meccaniche a temperatura ambiente.
Anche nelle prove di trazione rapida a caldo, a 600 °C ed oltre, quasi tutti i tipi austenitici presentano una resistenza meccanica superiore a quella dei tipi ferritici e martensitici.
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Buongiorno,
devo realizzare delle saldature TIG tra una flangia in Aisi 304 ed un tubo in Aisi 316.
temperatura di stoccaggio -50 +80C° temperatura di funzionamento +10 +90 C°.
c’è qualche accorgimento particolare o qualche materiale più idoneo da utilizzare?
Grazie
Marco Brugnetti
Buongiorno Marco,
questa è una domanda davvero interessante.
Saldare un elemento in AISI 304 con un elemento in AISI 316 non ha particolari controindicazioni.
Ma per non incorrere in errori operativi è bene tener conto delle loro note caratteristiche:
– L’alto coefficiente di dilatazione
Nel passare da 20° a 1000° C l’acciaio inox aumenta maggiormente di volume, ha un conseguente maggior ritiro ed aumenta il rischio di deformazione. E sempre bene adottare accorgimenti che apportino una minor quantità di calore ai pezzi.
– La bassa conducibilità termica.
La dispersione del calore apportato dalla saldatura e quindi un riscaldo più concentrato, necessitano l’utilizzo di diametri sottili (elettrodo o di filo), per evitare deformazioni ed ingrossamento del grano in Z.T.A.(La zona termicamente alterata).
– La bassa conducibilità elettrica.
Ne deriva un surriscaldamento dell’elettrodo di saldatura che se usato con corrente alta si arroventa e sfarfalla. Occorre quindi fare molta attenzione al diametro, in funzione dello spessore da saldare.
– Rischi di cricche a caldo
Per evitare il rischio di cricche in senso longitudinale al centro del cordone, è bene depositare cordoni ben dimensionati.
– Basso limite di snervamento.
Questo indica rotture da fatica che vanno evitate con la scelta dei giusti materiali da apporto. Ve ne sono alcuni di recente formulazione, che consentono di elevare questi limiti.
– La corrosione intercristallina.
Ne può essere responsabile, il calore dell’arco elettrico che provoca una precipitazione di carburi di Cromo nella zona adiacente la saldatura. Per non aumentare le possibilità che si verifichi questo fenomeno occorre prestare moltissima attenzione alla pulizia dei giunti. La causa di questo fenomeno è il carbonio che, nell’intervallo di temperatura da 450°C a 850°C, tende a combinarsi con il Cromo formando dei carburi di Cromo.
Se questi carburi, si posizionano nel contorno del grano, daranno luogo a una corrosione localizzata nelle zone che hanno subito la suddetta trasformazione.
Per questo motivo il consiglio, quando si salda, è sempre quello di usare Acciai L (304L-316L) ovvero “Low carbon”, a basso contenuto di Carbonio.
Le temperature di stoccaggio indicate non presentano generalmente problemi per questo tipo di acciai.
Restiamo a disposizione per eventuali chiarimenti.
Un saluto,
Alessandro – Staff Inoxmare
buongiorno, qual è la temperatura massima di esercizio del acciaio aisi 304?
Buongiorno Alice,
le temperature massime di servizio in aria dell’acciaio Inox AISI 304 sono:
925° C in continuo e 870° C Intermittente.
A disposizione per qualsiasi chiarimento.
Le auguro una buona giornata.
Alessandro – Staff Inoxmare
Buongiorno ,
con syngas da legno, dovendolo raffreddare con uno scambiatore a fascio tubiero da 700° C a 100° C , con 20% di CO, 21% di H2 , 8% di CO2 e il resto di N2 , va bene il 316L o può essere sufficiente il 304L ?
La mia preoccupazione è che in ambiente così ricco di C ( CO e CO2) e con temperature così alte si formino carburi.
Grazie
Roberto
Salve Roberto,
indipendentemente dall’ambiente ricco di carbonio, la permanenza dell’acciaio Inox alle alte temperature può sempre portare alla precipitazione di carburi.
Il pericolo, quindi, è quello di incorrere in corrosione Intergranulare o Intercristallina.
Cioè quel tipo di corrosione che deriva dal fenomeno della sensibilizzazione dell’acciaio inox.
Questo fenomeno porta alla precipitazione di carburi di cromo ai bordi dei grani, in conseguenza di un’esposizione a temperature che vanno dai 450 agli 800 °C.
Quindi, il materiale non riuscirà più a garantire la formazione spontanea del film di passività.
In questo caso, oltre al basso contenuto di carbonio (L), è bene che l’acciaio scelto contenga anche altri elementi stabilizzanti (Molibdeno-Titanio-Niobio), che legandosi con il carbonio, evitano la precipitazione dei carburi di cromo.
Per cui un AISI 316L o AISI 316Ti sono preferibili all’AISI 304L.
Resto a disposizione per qualsiasi dubbio.
Le auguro una buona serata.
Alessandro – Staff Inoxmare
Salve, vorrei sapere quanti gradi riesce a sopportare l’acciaio Aisi 316. Devo metterlo all’interno di una stufa a legna in sostituzione dei pannelli in ghisa. Grazie mille
Salve Demis,
le temperature massimo di servizio in aria, dell’acciaio inox AISI 316, sono di 925°C ad esercizio continuo e 870°C. a d esercizio intermittente.
Come già scritto, se dobbiamo lavorare con alte temperature meglio il 316L, per limitare il pericolo di corrosione intercristallina.
La temperatura massima di servizio resta invariata.
Attenzione nella sostituzione della ghisa con l’acciaio inox, perché aumenta la dilatazione termica.
Quindi è bene calcolare bene gli spessori, per non incorrere in incurvamenti della lamiera a seguito di sovraccarichi di calore.
Alessandro – Staff Inoxmare
Grazie mille, molto gentile. La mia paura era legata principalmente al grado di sopportazione del calore perché tra le lamiere ho lasciato uno spazio di circa mezzo centimetro, credo che sia sufficiente o sbaglio?Le lamiere misurano 400x330x8.
Salve Demis,
per una risposta certa, si dovrebbe calcolare la dilatazione termica lineare delle due piastre, questo per sapere se la distanza di mezzo centimetro sia sufficiente.
Mi spiace ma non sono in grado di effettuare questo calcolo.
In ogni caso, le consiglio di sottoporre la stufa a un periodo di “rodaggio” per gradi di potenza, prima di arrivare alla potenza nominale massima, in modo da permettere ai pannelli di adattarsi alle dilatazioni e agli sbalzi termici.
Ci dica come è andata.
Alessandro – Staff Inoxmare
Buongiorno, sarebbe possibile avere una curva sforzo deformazione e le caratteristiche meccaniche dell’AISI 316 / AISI 316L a -30°C? Grazie
Salve Alice,
purtroppo non disponiamo di una curva sforzo/deformazione del’inox Aisi 316/ Aisi 316 L a -30°.
Gli acciai austenitici in genere, non risentono, per quanto riguarda lo snervamento e la resistenza a trazione, di alcuna variazione negativa a basse temperature. Le caratteristiche che solitamente vengono influenzate sono la resilienza e la resistenza alla corrosione.
Per quanto concerne il nostro settore specifico, la norma ISO 3506, per l’applicazione di bulloni, viti e prigionieri in acciaio inossidabile a basse temperature, stabilisce che i limiti inferiori della temperatura operativa a funzionamento continuo per gli acciai inox di grado A4 (aisi316-316L), sono per bulloni e viti -60° e per prigionieri -200°.
La presenza del Molibdeno (MO) nella lega fa si che la stabilità dell’austenite venga ridotta e la temperatura di transizione venga spostata su valori più alti. Questo, se viene applicato un alto grado di deformazione durante la fabbricazione del dispositivo di fissaggio.
Rimango a disposizione per ulteriori delucidazioni.
Alessandro – Staff InoxMare
Salve devo realizzare un bruciatore per un forno con temperatura di circa 500 gradi è possibile realizzarlo con tubo da 3/4 ” con spessore di 3 mm in aisi 316l .grazie
Salve Alfredo,
ci scusiamo per il ritardo della risposta, ma il sistema non ci aveva segnalato il suo post.
Rimediamo con lo scriverle che l’AISI 316 L va benissimo per lavorare a 500° , anche perché possiede temperature massime di servizio in aria ben maggiori (870°/925°). Per le dimensioni occorre considerare la pressione massima d’esercizio a cui sarà sottoposto il tubo.
Per un tubo da ¾” spessore 3 mm la pressione massima d’esercizio è indicativamente 191 Bar.
Buona giornata.
Alessandro – Staff Inox Mare
Salve,
per un tubo con un diametro esterno di 14 mm e spessore 2 mm, sottoposto ad una pressione interna di 200 bar, qual è la temperatura massima ammissibile?
Buongiorno Salvina,
la temperatura massima d’esercizio degli acciai inossidabili solitamente varia da circa 620°C a 1150°C, a seconda del tipo di inox impiegato.
Quella che va considerata in un tubo è la pressione massima d’esercizio. Per un tubo in inox di quelle dimensioni (14x2mm) quella raccomandata è, indicativamente, di 390 BAR. Calcolata su un tubo in acciaio inox 304 o 316 conforme alle norme ASTM A-269 e temperatura compresa tra -20°C e +100°C.
Spero di esserle stato d’aiuto.
Buona giornata.
Alessandro – Staff Inox Mare
Salve, dovrei creare una piastra da 500x500x60 mm, che vada inserita dentro in forno che lavaro a 550 gradi, quale acciao e’ consigliato? inoltre qualcuno mi sa indirIzzare un fornitore che spedisce .
Grazie
Salve Cristian,
l’acciaio AISI 304 ha temperature massime d’esercizio tra 870° e 925° e va benissimo per una piastra da forno.
Attenzione al coefficiente di dilatazione lineare dell’inox che è più elevato rispetto al comune acciaio al carbonio.
Spero di esserle stato d’aiuto.
Le auguro una buona giornata.
Alessandro – Staff Inox Mare
Salve, devo creare una tubazione per idrogeno liquido a -253°. Userei l’AISI316 per la tubazione, mentre per irrigidimenti vari (che non sono a contatto col prodotto ma saldati alla tubazione) posso usare del 304? Vi sono controindicazioni? Come si comportano a tali temperature? Al diminuire della temperatura ho letto che il 316 migliora l’Rm, ma diventa più fragile?
Grazie e buon lavoro.
Fabrizio
Salve Fabrizio,
gli acciai austenitici, come l’AISI 316 e il 304, sono immuni dalla transizione duttile-fragile, quindi, conservano la loro tenacità fino a temperature criogeniche.
Ma la limitazione è che, a bassa temperatura, la resistenza alla corrosione diminuisce drasticamente, gli acidi intaccano il film di ossido protettivo e ciò provoca corrosione generica in questi acciai.
Per questo motivo, non utilizzerei L’AISI 304, visto che i carburi di molibdeno che genera il 316, sono migliori rispetto a quelli di solo Cromo generati del 304.
Ma per gli “irrigidimenti vari”, occorre anche tenere conto di diversi fattori, oltre alla composizione del materiale, quali:
– la durata dell’esposizione a bassa temperatura
– l’incidenza sulle parti bloccate (o saldate) e l’ambiente corrosivo in cui operano.
Visto che questi irrigidimenti verranno saldati, il consiglio è di utilizzare leghe con basso contenuto di carbonio (316L) e, vista la temperatura d’esercizio, effettuare un’analisi ambientale dettagliata. Oltre a consultare un esperto metallurgista.
Spero di esserle stato d’aiuto.
Alessandro – Staff Inox Mare
Grazie Alessandro.
Mi hai dato spunti interessanti e soprattutto informazioni utili riguardo il materiale.
Buon lavoro!
Fabrizio
Salve,
Ho un camino a bioetanolo e la barra di spegnimento originale alle alte temperature ( inserita sul retro del bruciatore) si deforma e si imbarca non permettendo così lo slittamento in avanti per il soffocamento del fuoco e quindi lo spegnimento dello stesso.
Vorrei una barra che non si deformi durante l’utilizzo e che rimanga diritta per permettere la chiusura.
Punterei su Aisi 304 o Aisi 316 può andare bene ? Le misure sono 1500 x 45 x 3 mm.
E dove posso acquistarla.
Grazie e buon lavoro
Domenico
Salve Domenico,
in questo caso sconsiglierei gli acciai inossidabili AISI 304 e 316.
Sono acciai austenitici e, quindi, con un coefficiente di dilatazione lineare maggiore rispetto ad altri tipi di leghe:
– Acciaio al carbonio 0.000012
– Acciaio inox austenitico 0.000017
– Acciaio inox martensitico 0.000011
– Acciaio inox ferritico 0.000010
– Coefficiente ʎ (°C -1)
Tra i ferritici, un acciaio tra quelli di utilizzo più comune è l’AISI 430.
Non trattando lamiere e trafilati, non saprei indicarle dove acquistarlo ma, su un qualsiasi motore di ricerca, potrà trovare facilmente chi lo fornisce.
A presto,
Alessandro – Staff Inox Mare
Buongiorno sto realizzando un forno in acciaio inox e come acciaio alimentare mi hanno consigliato l’aisi 316 per la camera esterna e per la camera interna di cottura. Per quanto riguarda il 316 ad alte temperature per caso rilascia sostanze tossiche che si potrebbero depositare nella pizza? O c’è un inox migliore e meno “pericoloso” nel rilasciare sostante con le alte temperature? Il forno raggiunge circa 550 gradi
Buongiorno Salvatore, non esattamente.
In realtà, il rischio di precipitazioni nocive non c’è per nessuno dei due materiali, in assenza di lavorazioni (es. saldature) e in assenza di ruggine.
Il rischio con un AISI 316 (se il contenuto di Carbonio è superiore allo 0,030%) e, soprattutto, se si sono eseguite saldature per l’assemblaggio del forno, è che si possa andare incontro a fenomeni corrosivi.
In altre parole, si può arrugginire.
Per questo è consigliabile un AISI316L, dove “L” appunto sta per “Low Carbon”.
Le auguro una buona giornata!
Alessandro – Staff Inox Mare
Buongiorno,
Ho fatto fare una piastra in acciaio AISI 316 che uso come griglia, le dimensioni sono 80×40 cm spessore 0,5 cm, in uno dei lati da 80cm e in 2 da 40cm ha un bordo alto 4cm, la uso sopra a 3 bruciatori. Quando accendevo i fornelli questa si curvava nel lato senza bordo di circa 1,5 cm al centro. Quindi ho fatto saldare un profilo alto 3 cm, spessore 0,5 cm nel lato dove mancava il bordo, ora flette nella parte centrale sempre di 1,5 cm circa. Se faccio saldare altri 2 profili sempre alti sempre 3 cm e spessore 0.5 cm, questi verrebbero saldati perpendicolari al lato da 80 cm quindi avendo un rinforzo ogni 26 cm circa, risolvo il problema? Grazie
Cordiali saluti
Salve Emanuele,
ci scusiamo: ci siamo persi il suo commento.
Rispondiamo ora perché è comunque una situazione interessante.
5 mm dovrebbero esser sufficienti.
Evidentemente, la temperatura data dai 3 bruciatori è molto elevata.
Oppure i bordi “ingabbiano l’inox” e non gli consentono di dilatarsi verso l’esterno e causano la deformazione al centro.
Non credo che aggiungere altri 2 profili risolva il problema ma che lo sposti soltanto.
Attenzione alle saldature:
Se l’AISI316 utilizzato ha un contenuto di Carbonio troppo elevato, si rischia di incorrere in fenomeni di corrosione intergranulare.
Se possibile, ci faccia sapere come è andata a finire.
Grazie.
Alessandro – Staff Inox Mare