classificazione degli acciai

Composizione degli acciai

 

Gli acciai sono leghe Ferro – Carbonio che contengono carbonio dallo 0. 008% al 2.06%.

Il ferro, per le sue scarse caratteristiche fisiche, meccaniche e tecnologiche, non trova utilizzi allo stato puro; In effetti anche quello che comunemente viene chiamato ferro è un acciaio con bassissimo tenore di carbonio.

Ferro

Si chiama ferro la lega ferro – carbonio in cui il tenore di carbonio è minore dello 0.008%.

Nella consuetudine, viene chiamato ferro anche l’ acciaio dolce, che ha un tenore di carbonio inferiore allo 0.1%.

Il ferro che si ottiene con il processo siderurgico non è chimicamente puro, perché contiene impurità quali carbonio, zolfo, silicio, fosforo, ecc., dovute al processo di lavorazione .

Per ottenere il ferro puro, bisogna ricorrere ad altri procedimenti (elettronici e chimici) che lo rendono puro, ma assai più  costoso, senza migliorarne la qualità in proporzione al costo della purificazione.

Per la sua facile deformabilità e saldabilità a caldo, il ferro viene usato nelle lavorazioni di fucinatura

( ferro battuto) per oggetti ornamentali o per pezzi  poco sollecitati (cancelli, lampadari di ferro battuto, ecc.).

Il ferro puro trova applicazioni soltanto in elettrotecnica.

Il ferro è duttile, melleabille e ha una buona deformabilità che lo rende resistente agli urti.

Fonde a 1535°C, ma già sui 900°C comincia a rammollire, e a 1300°C è talmente pastoso che due pezzi di ferro a tale temperatura possono essere riuniti o staccati per semplice pressione.

Sia la colabilità sia la fusibilità risultano scarse,

Perché il ferro fuso diventi scorrevoli, infatti, bisogna salire a 1600°C, perciò il susseguente ritiro è notevole.

Di conseguenza, i getti prodotti dopo la solidificazione, presentano soffiature  di gas, spugnosità, lacune di materiale, rotture da ritiro eccessivo.

Il ferro è magnetico, ma non magnetizzabile, e la sua resistenza all’ ossidazione (corrosione) è scarsa.

Acciaio.

L’ acciaio ordinario è una lega di ferro e carbonio, con percentuali di carbonio varianti da 0.06% e 2.06%.

Gli accciai possono essere:

<!–[if !supportLists]–>·     <!–[endif]–>Semplici

<!–[if !supportLists]–>·     <!–[endif]–>Speciali

Sono semplici gli acciai che contengono solo ferro e carbonio (Fe e C) e non contengono altri elementi, se non come impurità.

Sono speciali gli acciai che, oltre al ferro e al carbonio, contengono altri elementi in lega, talvolta in percentuali anche elevate.

L’ acciaio si trova in commercio sotto forma di lastre, lamiere, tubi, fili, profilati, barre, lamierini, nastri, ecc.

I numerosissimi tipi di acciai in commercio sono classificati e unificati dall’ UNI, mediante sigle e simboli che ne mettono in evidenza le proprietà chimiche, meccaniche e tecnologiche ( che variano notevolmente da un tipo all’ altro). In genere, gli acciai sono più resistenti, duri e tenaci del ferro dolce, ma meno plastici, anche se sono sempre laminabili, trafilabili, e saldati al caldo.

Produzione dell’ acciaio.

L’  acciaio si ricava dalla ghisa riducendo, innanzi tutto, il tenore di carbonio e, inoltre, i tenori di silicio, di fosforo, di manganese e di eventuali altri componenti presenti nella ghisa sotto forma di impurezze non accettabili negli acciai.

Altri elementi vengono invece aggiunti durante il processo per conferire all’acciaio determinate proprietà.

Il processo siderurgico utilizzato per ottenere l’acciaio prende il nome di affinazione della ghisa.

Esso consiste nell’immettere in un forno, detto convertitore, una certa quantità di rottami di ferro (R) e successivamente dalla ghisa di prima fusine ( ricavata direttamente dall’ alto forno), ancora allo stato liquido (G), il tutto in quantità ben definite.

Il rottame di ferro ha il duplice scopo di abbassare la temperatura della ghisa e, contemporaneamente, di ridurre parzialmente la concentrazione di carbonio; successivamente, attraverso una lancia che viene immessa nella lega fusa, viene soffiato ossigeno (O) che, combinandosi chimicamente con il carbonio, genera combustione riducendo in tal modo la percentuale di carbonio presente in lega. Di seguito, vengono descritte le successive fasi dell’ affinazione.

Desilicizzazione.

L’eliminazione del silicio avviene introducendo ossidante.

L’ ossido di ferro, reagendo con il silicio, forma ossido di silicio insolubile, che si raccoglie nella scoria

Decarburazione

Avviene principalmente a opera dell’ ossido di ferro, che, reagendo con il carbonio, forma ossido di carbonio. Quest’ ultimo si elimina per gorgogliamento attraverso la massa liquida.

Defosforazione

Il fosforo si raccoglie nella scoria sotto forma di solfuro di calcio, ottenuto per reazione del solfuro di ferro con l’ ossido di calcio. Anche il manganese favorisce la desolforazione

Disossidazione

L’ ossido

ferroso,che danneggia le caratteristiche dell’ acciaio, in parte si raccoglie naturalmente nella scoria, in parte viene eliminato introducendo nel bagno elementi disossidanti (Mn, Si, Al, Ti), che presentano maggiori affinità con l’ ossigeno rispetto al ferro.

Degassificazione

I gas nel bagno di fusione vengono eliminati per reazione chimica con l’ ossido ferroso e aggiungendo al bagno elementi deazoturanti (ad esempio, titanio, che formano nitruri insolubili.

Oggi queste operazioni sono gorvenate da sistemi computerizzati, per cui la quantità di ossigeno soffiate riescono ad essere dosate in modo corretto; dopo aver eseguito le analisi di qualità su campioni prelevati dal forno, ed essersi accertati che la concentrazione dell’ acciaio sia quella voluta, la lega viene spillata dal forno e, per mezzo di siviere, trasportata alla lingotteria nella quale l’acciaio assumerà, attraverso particolari processi di laminazione, le forme con le quali viene commercializzato.

Prodotti siderurgici.

Questa denominazione si indica la produzione effettuata dalle aziende siderurgiche attraverso procedimenti di fusione, laminazione o simili, a caldo e a freddo.

I procedimenti attraverso i quali si otengono i prodotti siderurgici, partendo dall’ acciaio liquido proveniente dai forni,sono illustrati in figura 4.60 a pagina precedente.

Si tratta sostanzialmente di una serie di lavorazioni, attraverso le quali l’ acciaio-solidificato in forme appropriate mediante colaggio in lingottiera o colata continua – viene deformato plasticamente fino ad  assumere la forma e le dimensioni richieste dal prodotto finito.

Colaggio in lingottiera

Nella fossa di colata, avviene la colata diretta dell’ acciaio della siviera alle lingottiere, recipienti senza fondo con pareti molto spesse, che servono a contenere l’ acciaio per farlo solidificare in forma di lingotti.

La separazione del lingotto della lingottiera si chiama strippaggio.

I lingotti vengono quindi inviati ai reparti di laminazione per la sbozzatura.

Colata continua

Questa tecnica permettte di ottenere semiprodotti (bramme, blumi, e bilette.) direttamente dall’ acciaio liquido senza passare attraverso le fasi dello strippaggio e quelle successive del riscaldo e della sbozzatura. Il processo consiste nel colare l’ acciaio liquido della siviera in una lingotteria di rame a fondo mobile.

L’ acciaio non rimane nella lingotteria fino alla completa solidificazione ma, quando questa ha inizio, il fondo della lingotteria viene lentamente sfilato e l´acciaio (in forma di brammma, brumi o biletta ) discende guidato e contenuto da rulli mentre forti spruzzi d’ acqua lo raffreddano.

Caratteristiche degli acciai

Le caratteristiche fisiche, chimiche, meccaniche e tecnologiche degli acciai variano notevolmente a seconda del tenore di carbonio e della presenza di altri minerali che compongono la lega. E’ possibile costruire acciai in grado di soddisfare particolari proprietà meccaniche e tecnologiche mediante buone, tranne per l’ estrusione assai diverse tra loro.

Generalmente, gli acciai posseggono una buona resistenza alle sollecitazioni meccaniche e presentano proprietà tecnologiche mediante buone, tranne per l’ estrusione e la fusione, anche se esistono particolari acciai denominati da “getti” utilizzati nella produzione di fonderia.

Classificazione degli acciai

La classificazione degli acciai è materia complessa, in quanto molteplici sono le tipologie, gli elementi chimici presenti in lega, i particolari caratterizzanti alcune proprietà chimiche, fisiche, meccaniche o tecnologiche.

La norma UNI EN 10020 classifica gli acciai secondo il modo riportato nello schema della figura 4.61.

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