L'acciaio inossidabile duplex (DSS) è un tipo di acciaio inossidabile che contiene approssimativamente parti uguali di ferrite e austenite, con la fase minore che generalmente costituisce almeno il 30%. Il DSS ha tipicamente 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 è fragile a temperatura ambiente e mostra una migliore resistenza alla corrosione intergranulare e saldabilità. Allo stesso tempo, conserva la fragilità a 475 °C e l'elevata conduttività termica degli acciai inossidabili ferritici e mostra superplasticità. Rispetto agli acciai inossidabili austenitici, il DSS ha una maggiore resistenza e una resistenza significativamente migliore alla corrosione intergranulare e alla tensocorrosione da cloruri. Il DSS possiede anche un'eccellente resistenza alla corrosione per vaiolatura ed è considerato un acciaio inossidabile a risparmio di nichel.
Struttura e tipologie
Grazie alla sua struttura bifasica di austenite e ferrite, con ciascuna fase che rappresenta circa la metà del materiale, l'acciaio inossidabile duplex (DSS) presenta le caratteristiche sia degli acciai inossidabili austenitici che di quelli ferritici. La resistenza allo snervamento del DSS varia da 400 MPa a 550 MPa, il doppio rispetto a quella dei comuni acciai inossidabili austenitici. Rispetto agli acciai inossidabili ferritici, il DSS possiede una maggiore tenacità, una minore temperatura di transizione fragile e una resistenza alla corrosione intergranulare e alla saldabilità significativamente migliorate. Conserva inoltre alcune proprietà degli acciai inossidabili ferritici, come la fragilità a 475 °C, l'elevata conducibilità termica, il basso coefficiente di dilatazione termica, la superplasticità e il magnetismo. Rispetto agli acciai inossidabili austenitici, il DSS ha una maggiore resistenza, in particolare una maggiore resistenza allo snervamento, e una migliore resistenza alla corrosione per vaiolatura, alla tensocorrosione e alla fatica da corrosione.
In base alla composizione chimica, gli acciai inossidabili duplex (DSS) possono essere classificati in quattro tipologie: Cr18, Cr23 (privo di molibdeno), Cr22 e Cr25. La tipologia Cr25 può essere ulteriormente suddivisa in acciai inossidabili duplex standard e super duplex. Tra questi, le tipologie Cr22 e Cr25 sono le più comunemente utilizzate. In Cina, la maggior parte degli acciai inossidabili duplex impiegati proviene dalla Svezia, tra cui 3RE60 (tipo Cr18), SAF2304 (tipo Cr23), SAF2205 (tipo Cr22) e SAF2507 (tipo Cr25).
Tipi di acciaio inossidabile duplex
1. Tipo a bassa lega:Rappresentato dalla norma 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 gli acciai AISI 304 o 316 nelle applicazioni che richiedono resistenza alla tensocorrosione.
2. Tipo di lega media:Rappresentato dall'acciaio inossidabile UNS S31803 (22Cr-5Ni-3Mo-0.15N), con un PREN di 32-33. La sua resistenza alla corrosione è intermedia tra quella dell'acciaio inossidabile AISI 316L e quella degli acciai inossidabili austenitici al 6% di Mo+N.
3. Tipo ad alta lega:Tipicamente contiene il 25% di Cr insieme a molibdeno e azoto, a volte rame e tungsteno. Rappresentato dalla norma 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 elevate concentrazioni di molibdeno e azoto, rappresentate dalla norma UNS S32750 (25Cr-7Ni-3.7Mo-0.3N), talvolta anche tungsteno e rame, con un PREN superiore a 40. È adatto ad ambienti aggressivi, offrendo eccellenti proprietà meccaniche e di resistenza alla corrosione, paragonabili a quelle degli acciai inossidabili super austenitici.
Tipi di acciaio inossidabile duplex in Cina
La nuova norma cinese GB/T 20878-2007 "Gradi e composizione chimica degli acciai inossidabili e resistenti al calore" include molti gradi di acciaio inossidabile duplex, 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, ottenuta controllando opportunamente la composizione chimica e il processo di trattamento termico, l'acciaio inossidabile duplex (DSS) combina i vantaggi degli acciai inossidabili ferritici e austenitici. Eredita l'eccellente tenacità e saldabilità degli acciai inossidabili austenitici e l'elevata resistenza meccanica e la resistenza alla corrosione sotto sforzo da cloruri degli acciai inossidabili ferritici. Queste proprietà superiori hanno permesso al DSS di affermarsi 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 da stress da cloruri:L'acciaio inossidabile duplex contenente molibdeno presenta un'eccellente resistenza alla tensocorrosione da cloruri a bassi livelli di stress. Mentre gli acciai inossidabili austenitici 18-8 tendono a soffrire di tensocorrosione in soluzioni neutre di cloruri al di sopra dei 60 °C, l'acciaio inossidabile duplex si comporta bene in ambienti contenenti tracce di cloruri e acido solfidrico, risultando quindi adatto per scambiatori di calore ed evaporatori.
2. Resistenza alla corrosione per vaiolatura:L'acciaio inossidabile duplex (DSS) presenta un'eccellente resistenza alla corrosione per vaiolatura. Con lo stesso equivalente di resistenza alla vaiolatura (PRE=Cr%+3,3Mo%+16N%), il DSS e gli acciai inossidabili austenitici mostrano potenziali di vaiolatura critici simili. La resistenza alla vaiolatura e alla corrosione interstiziale del DSS, in particolare nelle tipologie ad alto contenuto di cromo e azoto, supera quella dell'AISI 316L.
3. Resistenza alla corrosione, alla fatica e all'usura:L'acciaio inossidabile duplex (DSS) offre prestazioni ottimali in determinati ambienti corrosivi, risultando quindi adatto per pompe, valvole e altre apparecchiature elettriche.
4. Proprietà meccaniche:L'acciaio inossidabile duplex (DSS) presenta elevata resistenza meccanica e resistenza alla fatica, con un carico di snervamento doppio rispetto agli 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:L'acciaio inossidabile duplex (DSS) presenta una buona saldabilità con bassa tendenza alla fessurazione a caldo. Generalmente non è necessario il preriscaldamento prima della saldatura e il trattamento termico post-saldatura non è richiesto, consentendo la saldatura con acciai inossidabili austenitici 18-8 o acciai al carbonio.
6. Lavorazione a caldo:L'acciaio inossidabile duplex a basso contenuto di cromo (18% Cr) presenta un intervallo di temperatura di lavorazione a caldo più ampio e una minore resistenza rispetto agli acciai inossidabili austenitici 18-8, consentendo la laminazione diretta in lamiere senza forgiatura. L'acciaio inossidabile duplex ad alto contenuto di cromo (25% Cr) è leggermente più difficile da lavorare a caldo, ma può essere prodotto in lamiere, tubi e fili.
7. Lavorazione a freddo:L'acciaio inossidabile duplex (DSS) presenta un maggiore incrudimento durante la lavorazione a freddo rispetto all'acciaio inossidabile austenitico 18-8, richiedendo una maggiore sollecitazione iniziale per la deformazione durante la formatura di tubi e lamiere.
8. Conducibilità termica ed espansione:Rispetto agli acciai inossidabili austenitici, l'acciaio inossidabile duplex (DSS) presenta una conduttività termica superiore e coefficienti di dilatazione termica inferiori, il che lo rende adatto al rivestimento di apparecchiature e alla produzione di lamiere composite. È inoltre ideale per i nuclei dei tubi degli scambiatori di calore, grazie alla maggiore efficienza di scambio termico rispetto agli acciai inossidabili austenitici.
9. Fragilità:L'acciaio inossidabile duplex (DSS) conserva la tendenza alla fragilità tipica degli acciai inossidabili ferritici ad alto contenuto 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 propensione alla formazione di fasi fragili come la fase sigma.
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Data di pubblicazione: 29 luglio 2024