L’acciaio è diventato una merce di prima scelta con migliaia di varianti diverse in base al suo utilizzo, quindi esploriamo i diversi tipi di acciaio più frequentemente usati, le loro proprietà distintive e i loro usi.

Il ferro è il minerale più abbondantemente disponibile diffuso nel nucleo e nel mantello della terra, sebbene sia estremamente morbido nella sua forma pura e debba essere ossidato in ossido di ferro. La scarsa resistenza e durabilità di questa forma ostacola notevolmente l’uso del ferro. Per migliorare queste proprietà, fino al 2% di carbonio viene aggiunto al ferro puro, producendo una sostanza altamente resistente e dura chiamata acciaio.

Grazie alla sua alta resistenza alla trazione e solidità, l’acciaio è usato per fabbricare tutto, dagli aghi da cucito alle petroliere, così come gli strumenti necessari per produrli. Tuttavia, altri tipi di metallo sono spesso aggiunti all’acciaio per incorporare diverse qualità a seconda dell’uso previsto.

Queste aggiunte metalliche hanno prodotto 3.500 diverse varianti di acciaio fino ad oggi, ognuna con caratteristiche e proprietà strutturali, chimiche e fisiche diverse. Ancora più sorprendente è il fatto che più del 75% di queste variazioni sono state introdotte negli ultimi due decenni per soddisfare le richieste industriali in rapido sviluppo.

Esploriamo i tipi di acciaio più frequentemente usati, le loro proprietà distintive e gli usi:

Acciaio al carbonio

La maggior parte dell’acciaio nel mondo è una forma di acciaio al carbonio. Esso comprende ferro, carbonio e quantità specifiche variabili di altri elementi di lega. Come principale elemento di lega degli acciai al carbonio, il carbonio rappresenta circa il 90% di tutta la produzione di acciaio.

Aiuta a creare un metallo più forte e molto più rigido. Questo perché gli atomi presenti nel carbonio gli permettono di attraversare il reticolo cristallino del ferro, distorcendo leggermente il reticolo e riempiendo gli spazi vuoti tra gli atomi metallici.

Data questa caratteristica, i prodotti di acciaio al carbonio risultanti sono estremamente duri. Ciò che determina questa forza è la quantità di carbonio presente, classificandolo ulteriormente in tre categorie:

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Acciaio ad alto tenore di carbonio

L’acciaio ad alto tenore di carbonio contiene tipicamente dallo 0,61% all’1,5% di carbonio, risultando un acciaio forte, fragile e duro. Per migliorare la sua resistenza all’usura, viene preso attraverso un appropriato trattamento termico. Oltre ad essere usato per fili e molle ad alta resistenza, è un materiale utile per la produzione di macchinari che assorbono gli urti.

Acciaio al carbonio medio

Questa variante incorpora un contenuto di carbonio dallo 0,31% allo 0,6%, risultando in un acciaio leggermente duttile con più resistenza alla trazione rispetto all’acciaio a basso tenore di carbonio. Per indurirlo, viene spesso trattato con tempra, una forma di trattamento termico. Poiché è altamente malleabile e può essere modellato in una varietà di forme e dimensioni, questo tipo è il più comunemente usato tra i tre. Dai grattacieli alle recinzioni, ai ponti e alle case, lo vedrete usato ovunque.

Acciaio a basso tenore di carbonio

L’acciaio a basso tenore di carbonio contiene fino allo 0,3% di carbonio. Mentre offre alta malleabilità e duttilità, l’acciaio a basso tenore di carbonio è caratterizzato da una bassa resistenza alla trazione, che può certamente essere migliorata attraverso il processo di laminazione a freddo. Questo comporta la laminazione dell’acciaio tra due rulli lucidi in condizioni di alta pressione. Tra i suoi usi più comuni vi è la produzione di lamiere, scatole, tubi, catene, fili, casse, rivetti, telai di veicoli, ecc.

Fonte: Techpedia

Acciaio legato

L’acciaio legato è composto da quantità variabili di diversi metalli oltre al ferro. Queste aggiunte aiutano a manipolare le proprietà dell’acciaio per servire applicazioni specifiche. Metalli come alluminio, nichel, silicio, cromo, manganese, titanio e rame sono usati in qualche capacità. L’uso di questi metalli porta a caratteristiche che non si trovano nell’acciaio al carbonio. I cambiamenti desiderati si verificano nella forza dell’acciaio, nella formabilità, nella resistenza alla corrosione, nella duttilità e nella temprabilità.

Generalmente più reattivo a diversi tipi di trattamenti, l’acciaio legato è usato in industrie più specializzate come gli elettrodomestici, la costruzione navale e l’industria automobilistica. Può essere disponibile in forme più forti o più tattili, quelle con alta resistenza alla ruggine o quelle che sono più adatte alla saldatura.

L’acciaio legato è spesso usato per produrre tubazioni, parti di automobili, generatori di potenza, trasformatori e motori elettrici.

A seconda della combinazione di elementi di lega, gli acciai legati comprendono numerose varianti diverse. Abbiamo messo insieme i tipi più utilizzati:

Acciaio al tungsteno

Il tungsteno, noto anche come wolframio, è fondamentalmente un metallo argentato opaco che vanta il più alto punto di fusione tra tutti i tipi di metallo nella loro forma più pura. Ciò che lo distingue dagli altri tipi di metallo è la sua forza e la capacità di resistere alle alte temperature. A causa di queste caratteristiche, diverse leghe di acciaio fanno uso di questo metallo per migliorare la resistenza alla corrosione e all’usura.

Oltre a questo, gli ugelli dei motori a razzo fanno uso di acciaio al tungsteno per ottenere un’elevata resistenza al calore. Se combinato con cobalto, nichel e ferro, l’acciaio al tungsteno può essere utilizzato per produrre pale di turbina per molti tipi di aerei. Inoltre, molte altre macchine e strumenti richiedono alta resistenza al calore, e quindi, fare uso di acciaio di tungsteno.

Fonte: The balance

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Acciaio al nichel

La lega di acciaio al nichel è tra le leghe di acciaio più comunemente usate in tutto il mondo. Oltre a un alto contenuto di nichel di circa il 3,5%, comprende circa lo 0,35% di carbonio. La sua particolarità è che l’aggiunta di nichel rafforza l’acciaio strutturale senza una diminuzione proporzionale della duttilità. Questo aumento della tenacità aiuta a resistere alle fratture che possono essere causate da impatti, urti e carichi elevati.

Inoltre, al momento della tempra, il nichel diminuisce il valore della distorsione nell’acciaio. L’acciaio al nichel offre un’incredibile reattività al trattamento termico poiché l’aggiunta di nichel abbassa la temperatura dell’acciaio, rendendolo ideale per il trattamento termico.

Fonte: Bright hub engineering

Acciaio al manganese

L’acciaio al manganese è un acciaio che indurisce il lavoro ed è composto dall’11 al 14% di manganese. Grazie alle sue eccellenti caratteristiche di incrudimento e resistenza all’usura, l’acciaio al manganese è utilizzato nella produzione di complessi binari ferroviari. Altre applicazioni contemporanee includono benne da pala, armadi di granigliatura, raschietti, piastre di sicurezza antiperforazione, ecc.

Fonte: West Yorkshire Steel

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Acciaio al vanadio

L’acciaio al vanadio è noto per le sue proprietà resistenti alla corrosione e per la capacità di assorbire gli urti. Oltre ad essere usato per tubi che trasportano sostanze chimiche, l’acciaio al vanadio è usato sotto forma di uno strato sottile per legare il titanio all’acciaio per applicazioni aerospaziali. Appena l’1% di vanadio e cromo sono sufficienti per ottenere resistenza agli urti e alle vibrazioni, rendendolo ideale per le applicazioni automobilistiche.

Fonte: mining.com

Acciaio al cromo

L’aggiunta di cromo abbassa la velocità critica di raffreddamento e aumenta la resistenza allo scaling, la resistenza all’usura e la resistenza alle alte temperature dell’acciaio. Viene usato principalmente per aumentare la resistenza alla corrosione. Caratterizzato da elevata elasticità e resistenza alla trazione, l’acciaio al cromo è spesso utilizzato per la fabbricazione di parti di macchine e auto, frantoi e casseforti.

Fonte: Borinox

Acciaio al cromo-vanadio

L’acciaio al cromo-vanadio utilizza sia il cromo che il vanadio, combinando le caratteristiche di ciascuno. Caratterizzato da una resistenza alla trazione estremamente elevata, l’acciaio può essere facilmente tagliato ma non è fragile. Gli usi comuni includono ingranaggi, assi, bielle, telai di veicoli e così via.

Acciaio al silicio

Quando si tratta di forza magnetica, l’acciaio al silicio è il materiale più significativo usato oggi. Mentre piccole quantità di acciaio al silicio sono usate in trasformatori di impulsi e piccoli relè, applicazioni come grandi motori e generatori utilizzano tonnellate di acciaio al silicio. Tra le sue proprietà, la riduzione della saturazione, la resistività, la magnetostrizione e l’anisotropia magnetocristallina sono molto ricercate. Con un’aggiunta di silicio che va dall’1 al 2%, l’acciaio è il più usato per produrre magneti permanenti.

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Acciaio al molibdeno

Come prezioso agente legante per gli acciai, il molibdeno aiuta a migliorare la tenacità dell’acciaio, la saldabilità e la sua resistenza alla corrosione. Questo lo rende ideale per l’uso in acciai strutturali, e quindi, sono ampiamente utilizzati in applicazioni in ambiente marino. Anche gli oleodotti e i gasdotti e i cuscinetti a sfera fanno uso di acciaio al molibdeno.

Fonte: Metalpedia

Acciaio al cobalto

Le leghe di cobalto offrono un’enorme resistenza alla corrosione, all’usura, alle alte temperature e proprietà magnetiche. Alcune applicazioni più dure del cobalto includono le palette e le benne delle turbine a gas. Tuttavia, questo tipo di acciaio è più comunemente usato per fare utensili da taglio.

Fonte: Science direct

Alluminio acciaio

L’aggiunta di alluminio aiuta a incorporare la capacità di riflettere il calore. Avendo una densità di circa un terzo di quella dell’acciaio, viene utilizzato in applicazioni in cui il peso ridotto e l’alta resistenza sono essenziali. Gli acciai di alluminio sono quindi ampiamente utilizzati per la fabbricazione di sistemi di scarico di moto e automobili. Oltre all’industria automobilistica, l’acciaio all’alluminio è utilizzato in modo diversificato nella generazione di energia, nell’architettura, nella preparazione degli alimenti, nell’imballaggio, nelle applicazioni di trasmissione elettrica, ecc.

Fonte: Aalco

Acciaio per utensili

Gli acciai per utensili sono il tipo di acciai utilizzati per la produzione di diversi tipi di utensili utilizzati per una vasta gamma di scopi, compresi gli utensili a percussione, gli utensili da taglio come quelli per la produzione di coltelli e altri. Sono composti da leghe metalliche come tungsteno, cobalto, molibdeno e vanadio in quantità variabili. Non solo sono duri e durevoli, ma anche altamente resistenti al calore.

A seconda del tipo di strumento da produrre, la qualità dell’acciaio per utensili differisce, risultando in numerose varianti all’interno della categoria di acciaio per utensili:

Acciaio per utensili resistente agli urti

Come suggerisce il nome, questa variante di acciaio per utensili è progettata per offrire alta resistenza agli urti a vari livelli di temperatura. Composto da un basso contenuto di carbonio, silicio e molibdeno, è abrasivo e moderatamente duro. Questo acciaio è principalmente usato per produrre strumenti come cacciaviti, punzoni, scalpelli e strumenti utilizzati nella rivettatura.

Acciaio per utensili speciali

Questo acciaio per utensili è specificamente progettato per ottenere una moderata durezza e malleabilità, utilizzando una classe di acciaio a bassa lega. Sono spesso utilizzati per la produzione di chiavi, perni e rubinetti.

Hot-Work Tool Steel

Hot-work tool steel è utilizzato per produrre strumenti che richiedono alta resistenza al calore per periodi di tempo prolungati, come quelli utilizzati nella forgiatura, estrusione, punzonatura, fusione e lame di taglio a caldo.

Acciaio per utensili da tempra ad acqua

Come il tipo più economico, l’acciaio per utensili da tempra ad acqua è l’acciaio per utensili più usato nella produzione di utensili. Per incorporare la durezza negli oggetti o negli utensili, questo acciaio è temprato in acqua. Caratterizzato da un’alta resistenza all’usura superficiale, questo acciaio è spesso usato per fare file, frese, martelli, lame e oggetti simili.

Acciaio per utensili ad alta velocità

L’acciaio per utensili ad alta velocità è composto da leghe di tungsteno, molibdeno e vanadio. Questi componenti sono duri e mantengono la loro durezza quando sono esposti ad alte temperature, aiutando a produrre un acciaio perfetto per macchinari ad alta velocità come trapani, alesatori, seghe, punzoni, rubinetti, ecc.

Acciaio per utensili da lavoro freddo

Questa variante di acciaio per utensili incorpora un alto contenuto di cromo per ottenere una bassa proprietà di distorsione durante la tempra, che può essere fatta attraverso aria o olio. Questa caratteristica significa che gli utensili prodotti non si incrinano facilmente. Essendo un acciaio molto robusto, l’acciaio per utensili per la lavorazione a freddo è ideale per la fabbricazione di lame di coltello, stampi di stampaggio, strumenti di coniatura, ecc.

Acciaio per stampi

L’acciaio per stampi fa uso di acciai al carbonio per fare stampi a iniezione e compressione per materie plastiche. Inoltre, un’altra applicazione comune è la pressofusione di zinco.

Fonte: Science struck

Acciaio inossidabile

Mentre l’acciaio inossidabile è fatto di diverse leghe metalliche, il cromo serve come elemento primario, costituendo dal 10 al 20% della composizione totale dell’acciaio. Conosciuto in precedenza come acciaio “Rustless”, l’acciaio inossidabile è molto popolare grazie al suo aspetto e alla sua alta resistenza alla ruggine. Precisamente, è circa 200 volte più resistente alla ruggine di altri tipi di acciaio, in particolare quando la quantità di cromo è superiore all’11%.

A causa della sua capacità di alta resistenza alla corrosione, l’acciaio inossidabile è il tipo di acciaio più costoso. Essendo un tipo altamente durevole, gli acciai inossidabili sono in grado di sopportare l’usura che è destinata ad accadere come risultato dell’uso quotidiano. Per aumentare ulteriormente la sua resistenza ai graffi e alla corrosione, lo strato invisibile di cromo serve a prevenire l’ossidazione. Altri componenti metallici che compongono l’acciaio inossidabile includono molibdeno e nichel.

In base all’applicazione, le dimensioni e i gradi dell’acciaio inossidabile possono essere diversi, e possono presentarsi sotto forma di fogli, barre, tubi, piastre e fili. In base alla struttura cristallina e alle proprietà meccaniche dell’acciaio inossidabile, può essere ulteriormente classificato in vari tipi:

acciaio inossidabile ferritico

L’acciaio inossidabile ferritico contiene circa il 12-17% di cromo, fino allo 0,1% di carbonio, tracce di nichel e altri metalli legati in piccole quantità come alluminio, molibdeno e titanio. Mentre gli acciai ferritici sono duri, forti e magnetici, possono essere ulteriormente rafforzati dalla lavorazione a freddo. Tuttavia, non sono sensibili al trattamento termico, il che significa che non possono essere induriti con questa tecnica.

Acciaio inossidabile austenitico

L’acciaio austenitico ha un contenuto di cromo molto più elevato rispetto alle sue controparti in acciaio inossidabile. Il contenuto di cromo in questo tipo di acciaio può raggiungere il 18%, mentre altri elementi includono il nichel, che costituisce l’8%, e il carbonio allo 0,8%. Anche se l’acciaio austenitico non reagisce ai trattamenti termici, è popolare per le sue proprietà non magnetiche, rendendo questo acciaio uno degli acciai più usati in tutto il mondo. Alcuni usi comuni includono la produzione di tubi, attrezzature per la lavorazione degli alimenti e utensili da cucina.

Acciaio inossidabile martensitico

Composto dall’11 al 17% di cromo, l’acciaio martensitico contiene circa l’1,2% di carbonio e meno dello 0,4% di nichel. Gli acciai martensitici non solo sono sensibili ai trattamenti termici, ma comprendono anche proprietà magnetiche. Strumenti dentali e chirurgici, coltelli, lame e altri strumenti da taglio fanno uso di acciaio inossidabile martensitico.

Acciaio inossidabile duplex

L’acciaio duplex è semplicemente una combinazione di acciai ferritici e austenitici, che risulta in un acciaio molto più forte di entrambi singolarmente. Non solo è saldabile, ma anche resistente alla corrosione. Tuttavia, non è forte magneticamente.

Acciaio inossidabile di indurimento per precipitazione

Questo acciaio è composto dal 17% di cromo e dal 4% di nichel, portando a una varietà di acciaio indurito. Inoltre, alcuni altri metalli sono aggiunti in quantità variabili, tra cui alluminio, rame e niobio. Questo tipo può essere modellato in diverse forme, il che lo rende ideale per l’uso in componenti di motori e contenitori di scorie nucleari. Offre anche una moderata resistenza alla corrosione.