L'acciaio inossidabile duplex (DSS) è un tipo di acciaio inossidabile che contiene parti approssimativamente uguali di ferrite e austenite, con la fase minore che generalmente costituisce almeno il 30%. Il DSS ha in genere un contenuto di cromo compreso tra il 18% e il 28% e un contenuto di nichel compreso tra il 3% e il 10%. Alcuni acciai inossidabili duplex contengono anche elementi di lega come molibdeno (Mo), rame (Cu), niobio (Nb), titanio (Ti) e azoto (N).
Questa categoria di acciaio combina le caratteristiche degli acciai inossidabili austenitici e ferritici. Rispetto agli acciai inossidabili ferritici, il DSS presenta maggiore plasticità e tenacità, non presenta fragilità a temperatura ambiente e presenta una migliore resistenza alla corrosione intergranulare e saldabilità. Allo stesso tempo, mantiene la fragilità a 475 °C e l'elevata conduttività termica degli acciai inossidabili ferritici, oltre a presentare superplasticità. Rispetto agli acciai inossidabili austenitici, il DSS presenta una maggiore resistenza e una resistenza significativamente migliore alla corrosione intergranulare e alla tensocorrosione da cloruri. Il DSS possiede inoltre un'eccellente resistenza alla corrosione per vaiolatura ed è considerato un acciaio inossidabile a risparmio di nichel.
Struttura e tipi
Grazie alla sua struttura bifasica di austenite e ferrite, ciascuna delle quali rappresenta circa la metà, il DSS presenta le caratteristiche sia degli acciai inossidabili austenitici che di quelli ferritici. Il limite di snervamento del DSS varia da 400 MPa a 550 MPa, ovvero il doppio di quello degli acciai inossidabili austenitici ordinari. Il DSS presenta una maggiore tenacità, una temperatura di transizione fragile inferiore e una resistenza alla corrosione intergranulare e una saldabilità significativamente migliorate rispetto agli acciai inossidabili ferritici. Mantiene inoltre alcune proprietà degli acciai inossidabili ferritici, come la fragilità a 475 °C, l'elevata conduttività termica, il basso coefficiente di dilatazione termica, la superplasticità e il magnetismo. Rispetto agli acciai inossidabili austenitici, il DSS presenta una maggiore resistenza, in particolare il limite di snervamento, e una migliore resistenza alla vaiolatura, alla corrosione sotto sforzo e alla corrosione-fatica.
Gli acciai inossidabili DSS possono essere classificati in quattro tipologie in base alla loro composizione chimica: Cr18, Cr23 (senza Mo), Cr22 e Cr25. Gli acciai inossidabili Cr25 possono essere ulteriormente suddivisi in acciai inossidabili standard e superduplex. Tra questi, i tipi Cr22 e Cr25 sono i più comunemente utilizzati. In Cina, la maggior parte dei gradi DSS adottati sono prodotti in Svezia, tra cui 3RE60 (tipo Cr18), SAF2304 (tipo Cr23), SAF2205 (tipo Cr22) e SAF2507 (tipo Cr25).
Tipi di acciaio inossidabile duplex
1. Tipo bassolegato:Rappresentato da UNS S32304 (23Cr-4Ni-0,1N), questo acciaio non contiene molibdeno e ha un indice di resistenza alla corrosione per vaiolatura (PREN) di 24-25. Può sostituire AISI 304 o 316 nelle applicazioni di resistenza alla corrosione sotto sforzo.
2. Tipo di lega media:Rappresentato da UNS S31803 (22Cr-5Ni-3Mo-0,15N), con un PREN di 32-33. La sua resistenza alla corrosione è compresa tra l'AISI 316L e gli acciai inossidabili austenitici al 6% Mo+N.
3. Tipo ad alta lega:Contiene tipicamente il 25% di Cr insieme a molibdeno e azoto, a volte rame e tungsteno. Rappresentato dall'UNS S32550 (25Cr-6Ni-3Mo-2Cu-0,2N), con un PREN di 38-39, questo acciaio ha una migliore resistenza alla corrosione rispetto al DSS al 22% di Cr.
4. Acciaio inossidabile Super Duplex:Contiene elevati livelli di molibdeno e azoto, rappresentati da UNS S32750 (25Cr-7Ni-3,7Mo-0,3N), a volte contenente anche tungsteno e rame, con un PREN superiore a 40. È adatto a condizioni ambientali difficili, offrendo eccellenti proprietà meccaniche e di resistenza alla corrosione, paragonabili agli acciai inossidabili super austenitici.
Gradi di acciaio inossidabile duplex in Cina
Il nuovo standard cinese GB/T 20878-2007 "Gradi di acciaio inossidabile e resistente al calore e composizione chimica" include molti gradi DSS, come 14Cr18Ni11Si4AlTi, 022Cr19Ni5Mo3Si2N e 12Cr21Ni5Ti. Inoltre, il noto acciaio duplex 2205 corrisponde al grado cinese 022Cr23Ni5Mo3N.
Caratteristiche dell'acciaio inossidabile duplex
Grazie alla sua struttura bifasica, controllando opportunamente la composizione chimica e il processo di trattamento termico, il DSS combina i vantaggi degli acciai inossidabili ferritici e austenitici. Eredita l'eccellente tenacità e saldabilità degli acciai inossidabili austenitici e l'elevata resistenza alla tensocorrosione da cloruri degli acciai inossidabili ferritici. Queste proprietà superiori hanno permesso al DSS di svilupparsi rapidamente come materiale strutturale saldabile a partire dagli anni '80, diventando paragonabile agli acciai inossidabili martensitici, austenitici e ferritici. Il DSS presenta le seguenti caratteristiche:
1. Resistenza alla corrosione sotto sforzo da cloruro:Il DSS contenente molibdeno mostra un'eccellente resistenza alla corrosione sotto sforzo da cloruri a bassi livelli di sollecitazione. Mentre gli acciai inossidabili austenitici 18-8 tendono a subire cricche da corrosione sotto sforzo in soluzioni di cloruri neutri a temperature superiori a 60 °C, il DSS offre buone prestazioni in ambienti contenenti tracce di cloruri e idrogeno solforato, rendendolo adatto per scambiatori di calore ed evaporatori.
2. Resistenza alla corrosione per vaiolatura:Il DSS ha un'eccellente resistenza alla corrosione per vaiolatura. A parità di Resistenza Equivalente alla Vaiolatura (PRE=Cr%+3,3Mo%+16N%), il DSS e gli acciai inossidabili austenitici mostrano potenziali critici di vaiolatura simili. La resistenza del DSS alla vaiolatura e alla corrosione interstiziale, in particolare nei tipi ad alto contenuto di cromo e azoto, supera quella dell'AISI 316L.
3. Resistenza alla corrosione, alla fatica e all'usura:Il DSS offre buone prestazioni in determinati ambienti corrosivi, il che lo rende adatto per pompe, valvole e altre apparecchiature elettriche.
4. Proprietà meccaniche:Il DSS presenta elevata resistenza meccanica e a fatica, con un limite di snervamento doppio rispetto a quello degli acciai inossidabili austenitici 18-8. Allo stato ricotto in soluzione, il suo allungamento raggiunge il 25% e il suo valore di tenacità AK (intaglio a V) supera i 100 J.
5. Saldabilità:Il DSS ha una buona saldabilità con bassa tendenza alla criccatura a caldo. Generalmente non è necessario il preriscaldamento prima della saldatura e il trattamento termico post-saldatura non è necessario, consentendo la saldatura con acciai inossidabili austenitici 18-8 o acciai al carbonio.
6. Lavorazione a caldo:Il DSS a basso tenore di cromo (18% Cr) presenta un intervallo di temperatura di lavorazione a caldo più ampio e una resistenza inferiore rispetto agli acciai inossidabili austenitici 18-8, consentendo la laminazione diretta in piastre senza forgiatura. Il DSS ad alto tenore di cromo (25% Cr) è leggermente più difficile da lavorare a caldo, ma può essere trasformato in piastre, tubi e fili.
7. Lavorazione a freddo:L'acciaio DSS presenta un maggiore incrudimento durante la lavorazione a freddo rispetto agli acciai inossidabili austenitici 18-8, richiedendo uno stress iniziale maggiore per la deformazione durante la formatura di tubi e piastre.
8. Conduttività termica ed espansione:Il DSS presenta una conduttività termica più elevata e coefficienti di dilatazione termica più bassi rispetto agli acciai inossidabili austenitici, il che lo rende adatto al rivestimento di apparecchiature e alla produzione di piastre composite. È ideale anche per i nuclei dei tubi degli scambiatori di calore, con un'efficienza di scambio termico superiore rispetto agli acciai inossidabili austenitici.
9. Fragilità:Il DSS mantiene la tendenza alla fragilità degli acciai inossidabili ferritici ad alto tenore di cromo e non è adatto all'uso a temperature superiori a 300 °C. Minore è il contenuto di cromo nel DSS, minore è la sua predisposizione a fasi fragili come la fase sigma.
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Data di pubblicazione: 29-lug-2024