Quali sono le differenze tra l'acciaio al carbonio e l'acciaio inossidabile e perché sono importanti? In questo articolo esploreremo le principali distinzioni tra questi due tipi di acciaio, concentrandoci sulla loro composizione, sulle proprietà e sugli usi. Imparerete come le loro caratteristiche uniche influiscono sulle prestazioni in varie applicazioni, dall'edilizia agli strumenti culinari. Immergetevi per capire quale tipo di acciaio è più adatto alle vostre esigenze specifiche e perché scegliere quello giusto è fondamentale.
Acciaio
Acciaio è un termine collettivo per le leghe di ferro con un contenuto di carbonio compreso tra 0,02% e 2,04% in massa. La composizione chimica dell'acciaio può variare in modo significativo. L'acciaio contenente solo carbonio è chiamato acciaio al carbonio o acciaio semplice.
Tuttavia, nella produzione reale, l'acciaio spesso incorpora diversi elementi di lega in base all'uso previsto, come manganese, nichel e vanadio.
In base alle prestazioni e all'utilizzo, si dividono ulteriormente in acciai strutturali, acciai per utensili e acciai per prestazioni speciali.
Carbonio
Presente in tutti gli acciai, il carbonio è l'elemento di tempra più importante. Contribuisce ad aumentare la resistenza dell'acciaio. Gli acciai per utensili sono in genere caratterizzati da un tenore di carbonio superiore a 0,6%, noto anche come acciaio ad alto tenore di carbonio.
Cromo
Il cromo aumenta la resistenza all'usura, la durezza e, soprattutto, la resistenza alla corrosione. Se un acciaio ha più di 13% di cromo, è considerato acciaio inossidabile. Tuttavia, tutti gli acciai possono arrugginire se non vengono sottoposti a una manutenzione adeguata.
Manganese
Il manganese è un elemento fondamentale che contribuisce alla formazione della struttura dei grani, migliorando la tenacità, la forza e la resistenza all'usura. Viene utilizzato per disossidare l'acciaio durante il trattamento termico e i processi di laminazione.
Il manganese è presente nella maggior parte tipi di acciaio utilizzati per coltelli e forbici, ad eccezione di A-2, L-6 e CPM 420V.
Molibdeno
Il molibdeno, in qualità di carburo, impedisce all'acciaio di diventare fragile e ne mantiene la resistenza alle alte temperature. È presente in molti acciai.
Gli acciai per indurimento in aria (come A-2, ATS-34) contengono sempre 1% o più di molibdeno, che consente loro di indurire in aria.
Nichel
Il nichel mantiene la forza, la resistenza alla corrosione e la tenacità. È presente in L-6, AUS-6 e AUS-8.
Silicio
Il silicio contribuisce ad aumentare la resistenza. Come il manganese, viene utilizzato nel processo di produzione dell'acciaio per mantenerne la resistenza.
Tungsteno
Il tungsteno aumenta la resistenza all'usura. Viene miscelato con un rapporto appropriato di cromo o manganese per produrre acciaio ad alta velocità. L'acciaio ad alta velocità M-2 contiene una quantità significativa di tungsteno.
Vanadio
Il vanadio aumenta la resistenza all'usura e la duttilità. Un carburo di vanadio viene utilizzato nella produzione di barre d'acciaio. Molti tipi di acciaio contengono vanadio, tra cui M-2, Vascowear, CPM T440V e 420VA, che hanno un elevato contenuto di vanadio.
La differenza principale tra BG-42 e ATS-34 è il contenuto di vanadio del primo.
a. Acciaio strutturale al carbonio:
(a) Q195;
(b) Q215 (A, B);
(c) Q235 (A, B, C);
(d) Q255 (A, B);
(e) Q275.
b. Acciaio strutturale a bassa lega
c. Acciaio strutturale comune per scopi specifici
a. Acciaio strutturale:
(a) Acciaio strutturale al carbonio di alta qualità;
(b) Acciaio strutturale legato;
(c) Acciaio per molle;
(d) Acciaio a taglio libero;
(f) Acciaio strutturale di alta qualità per scopi specifici.
b. Acciaio per utensili:
(a) Acciaio da utensili al carbonio;
(b) Acciaio da utensili legato;
(c) Acciaio per utensili ad alta velocità.
c. Acciaio a prestazioni speciali:
(a) Acciaio inossidabile resistente agli acidi;
(b) Acciaio resistente al calore;
(c) Riscaldamento elettrico acciaio legato;
(d) Acciaio elettrico;
(e) Acciaio ad alto tenore di manganese resistente all'usura.
Il principale proprietà meccaniche dell'acciaio dipendono dal contenuto di carbonio. L'acciaio che non contiene una grande quantità di elementi di lega viene talvolta definito acciaio al carbonio semplice o acciaio al carbonio.
L'acciaio al carbonio, noto anche come acciaio al carbonio semplice, si riferisce a leghe ferro-carbonio con un contenuto di carbonio (WC) inferiore a 2%.
Oltre al carbonio, l'acciaio al carbonio contiene generalmente piccole quantità di silicio, manganese, zolfo e fosforo.
L'acciaio al carbonio può essere classificato in tre tipi in base alla sua applicazione: acciaio strutturale al carbonio, acciaio per utensili al carbonio e acciaio strutturale a taglio libero. L'acciaio strutturale al carbonio può essere ulteriormente suddiviso in acciaio strutturale per edifici e acciaio strutturale per macchinari.
In base al metodo di fusione, l'acciaio al carbonio può essere suddiviso in acciaio a cielo aperto, acciaio da convertitore e acciaio da forno elettrico.
In base al metodo di disossidazione, l'acciaio al carbonio può essere classificato come acciaio bollente (F), acciaio ucciso (Z), acciaio semi-ucciso (b) e acciaio speciale ucciso (TZ).
Basato su contenuto di carbonioL'acciaio al carbonio può essere classificato in acciaio a basso tenore di carbonio (WC ≤ 0,25%), acciaio a medio tenore di carbonio (WC 0,25%-0,6%) e acciaio ad alto tenore di carbonio (WC > 0,6%).
In base al contenuto di fosforo e zolfo, l'acciaio al carbonio può essere suddiviso in acciaio al carbonio ordinario (contenuto di fosforo e zolfo più elevato), acciaio al carbonio di alta qualità (contenuto di fosforo e zolfo più basso), acciaio di qualità superiore (contenuto di fosforo e zolfo ancora più basso) e acciaio speciale di alta qualità.
In genere, all'aumentare del contenuto di carbonio nell'acciaio al carbonio, aumentano anche la durezza e la resistenza, ma diminuisce la duttilità.
L'acciaio inossidabile, noto anche come acciaio resistente agli acidi, è composto da due componenti principali: l'acciaio inossidabile e l'acciaio resistente agli acidi. In parole povere, l'acciaio che resiste alla corrosione atmosferica è chiamato acciaio inossidabile, mentre l'acciaio che resiste alla corrosione dei mezzi chimici è chiamato acciaio resistente agli acidi. L'acciaio inossidabile è un acciaio ad alta lega con una base di ferro superiore a 60%, che incorpora elementi di lega come cromo, nichel e molibdeno.
Quando l'acciaio contiene più di 12% di cromo, è resistente alla corrosione e alla ruggine nell'atmosfera e nell'acido nitrico diluito. Questo perché il cromo può formare una pellicola di ossido di cromo strettamente aderente alla superficie dell'acciaio, proteggendolo efficacemente dalla corrosione. Il contenuto di cromo nell'acciaio inossidabile è generalmente superiore a 14%, ma l'acciaio inossidabile non è del tutto immune dalla ruggine.
Nelle zone costiere o in luoghi con un forte inquinamento atmosferico, quando l'aria contiene una grande quantità di ioni cloruro, la superficie esposta dell'acciaio inossidabile può sviluppare alcune macchie di ruggine. Tuttavia, queste macchie di ruggine sono limitate alla superficie e non corrodono la matrice interna dell'acciaio inossidabile.
In generale, gli acciai con un contenuto di cromo (Wcr) superiore a 12% presentano la caratteristiche dell'acciaio inossidabile. Gli acciai inossidabili possono essere ulteriormente classificati in cinque categorie in base alla loro microstruttura dopo il trattamento termico: acciai inossidabili ferritici, acciaio inossidabile martensiticoacciaio inossidabile austenitico, acciaio inossidabile austenitico-ferritico (duplex) e acciaio inossidabile resistente alla precipitazione.
Acciaio inossidabile ferritico: Contiene cromo da 12% a 30%. La sua resistenza alla corrosione, la tenacità e la saldabilità migliorano con l'aumentare del contenuto di cromo. Presenta una migliore resistenza alla cricca da tensocorrosione da cloruri rispetto ad altri tipi di acciaio inossidabile.
Acciaio inossidabile austenitico: Contiene oltre 18% di cromo, circa 8% di nichel e piccole quantità di molibdeno, titanio, azoto e altri elementi. Ha eccellenti proprietà globali e può resistere alla corrosione in vari mezzi.
Acciaio inossidabile austenitico-ferritico (duplex): Combina i vantaggi dell'austenitico e del acciaio inossidabile ferriticoe presenta una superplasticità.
Acciaio inossidabile martensitico: Ha un'elevata resistenza ma scarsa duttilità e saldabilità.
Colore: L'acciaio inossidabile contiene una maggiore quantità di cromo e nichel, che conferiscono un aspetto argentato. L'acciaio al carbonio è composto principalmente da carbonio e ferro, con un minor numero di altri elementi. elementi metallici, conferendogli un colore prevalentemente ferroso e più scuro.
Struttura della superficie: L'acciaio inossidabile, con un contenuto più elevato di altri elementi metallici, ha una superficie liscia. L'acciaio al carbonio, che contiene più ferro e carbonio, ha una superficie più ruvida e non ha la levigatezza dell'acciaio inossidabile.
Magnetismo: L'acciaio al carbonio presenta proprietà magnetiche sulla sua superficie e può essere attratto da un magnete. L'acciaio inossidabile è generalmente amagnetico in condizioni normali e non è attratto dai magneti.
Contenuto di carbonio: Le proprietà meccaniche dell'acciaio al carbonio dipendono dal suo contenuto di carbonio: l'acciaio contiene meno di 2% di carbonio e generalmente non aggiunge una quantità significativa di elementi di lega. Al contrario, l'acciaio inossidabile, per mantenere la sua resistenza alla corrosione, ha un contenuto di carbonio relativamente basso, in genere non superiore a 1,2%.
Contenuto della lega: L'acciaio al carbonio contiene una piccola quantità di elementi di lega, come silicio, manganese, zolfo e fosforo. L'acciaio inossidabile ha un contenuto più elevato di elementi di lega, principalmente cromo e nichel, superiore a 12%.
Resistenza alla corrosione: L'acciaio al carbonio, con il suo basso contenuto di leghe, presenta una resistenza alla corrosione più debole. L'acciaio inossidabile, con il suo elevato contenuto di cromo e nichel, presenta una maggiore resistenza alla corrosione.
La distinzione tra l'acciaio al carbonio e l'acciaio inossidabile risiede principalmente nella loro resistenza alla corrosione. Tuttavia, l'acciaio inossidabile, grazie alle sue proprietà superiori, svolge funzioni che altri tipi di acciaio non possono sostituire nelle applicazioni pratiche.
Ad esempio, alcuni acciai inossidabili resistenti al calore e con eccellenti caratteristiche superficiali sono ampiamente utilizzati come materiali decorativi.
Inoltre, le eccezionali proprietà meccaniche dell'acciaio inossidabile lo rendono indispensabile in diversi settori produttivi.
L'acciaio ordinario, noto anche come acciaio al carbonio, è una lega di ferro e carbonio. In base al contenuto di carbonio, si distingue in acciaio a basso tenore di carbonio, acciaio a medio tenore di carbonio e ghisa.
In generale, l'acciaio con un tenore di carbonio inferiore a 0,2% è chiamato acciaio a basso tenore di carbonio, noto anche come ferro dolce o ferro puro; l'acciaio con un tenore di carbonio compreso tra 0,2-1,7% è chiamato acciaio; l'acciaio con un tenore di carbonio superiore a 1,7% è chiamato ghisa.
1. L'acciaio con un contenuto di cromo superiore a 12,5% possiede un'elevata resistenza alla corrosione da parte di agenti esterni (acidi, sali alcalini) e viene pertanto definito acciaio inossidabile.
A seconda della struttura interna dell'acciaio, gli acciai inossidabili possono essere suddivisi in martensitici, ferritici, austenitici, ferritici-austenitici e induriti per precipitazione, per un totale di 55 tipi specificati dalla norma nazionale GB3280-92.
Nella vita di tutti i giorni, incontriamo spesso l'acciaio inossidabile austenitico (alcuni lo chiamano acciaio inossidabile al nichel) e l'acciaio inossidabile martensitico (alcuni lo chiamano "ferro inossidabile", un termine scientificamente errato e soggetto a fraintendimenti).
I gradi tipici di acciaio inossidabile austenitico includono 0Cr18Ni9, o "304", e 1Cr18Ni9Ti. L'acciaio inossidabile martensitico, utilizzato per la produzione di forbici e coltelli, comprende principalmente i gradi 2Cr13, 3Cr13, 6Cr13, 7Cr17, ecc.
2. Le differenze nella composizione di questi due tipi di acciaio inossidabile si traducono in microstrutture metalliche interne diverse.
3. L'acciaio inossidabile austenitico, grazie all'elevato contenuto di cromo e nichel (circa 18% di cromo e più di 4% di nichel), presenta una struttura interna austenitica.
Questa struttura non è magnetica e non può essere attratta da un magnete. È comunemente utilizzata per materiali decorativi, come tubi in acciaio inox, portasciugamani, posate, stufe, ecc.
4. L'acciaio inossidabile martensitico è utilizzato per produrre coltelli e forbici. Poiché gli utensili da taglio devono essere affilati, devono possedere una certa durezza.
Questo tipo di acciaio inossidabile deve essere sottoposto a un trattamento termico per modificarne la struttura interna e aumentarne la durezza per poter essere utilizzato come acciaio da costruzione. utensile da taglio.
Ma questo tipo di acciaio inossidabile ha una struttura interna martensitica temperata ed è magnetico, cioè può essere attratto da un magnete.
Pertanto, non si può semplicemente stabilire se un materiale è acciaio inossidabile in base al suo magnetismo.
La distinzione tra tubi senza saldatura in acciaio inox e tubi senza saldatura in acciaio al carbonio risiede principalmente nelle diverse regole di progettazione di questi due tipi di acciaio, il che significa che le loro regole di progettazione non sono intercambiabili. Le differenze possono essere riassunte come segue:
In primo luogo, l'acciaio inossidabile si indurisce durante la lavorazione a freddo per un fenomeno chiamato incrudimento. Ad esempio, durante la piegatura, presenta un'anisotropia, con proprietà diverse in direzione trasversale e longitudinale.
L'aumento di resistenza dovuto alla lavorazione a freddo può essere utilizzato per aumentare il fattore di sicurezza, soprattutto quando l'area piegata è piccola rispetto all'area totale, rendendo l'aumento trascurabile.
In secondo luogo, la curva sforzo-deformazione dell'acciaio inossidabile è diversa da quella dell'acciaio al carbonio. Il limite elastico dell'acciaio inossidabile è pari a circa 50% della sua tensione di snervamento, che, secondo le norme standard, è inferiore alla tensione di snervamento dell'acciaio al carbonio medio.
Infine, l'acciaio inossidabile non ha un punto di snervamento definito. Invece, la tensione di snervamento è generalmente rappresentata da σ0,2 ed è considerata un valore equivalente.
Trattamento termico è un processo che manipola le proprietà fisiche di un metallo utilizzando il riscaldamento e il raffreddamento. Attraverso il trattamento termico, la microstruttura dell'acciaio può essere migliorata per soddisfare specifici requisiti fisici.
Alcune delle caratteristiche ottenute attraverso questo processo sono la tenacità, la durezza e la resistenza all'usura. Queste proprietà si ottengono utilizzando tecniche di trattamento termico come la tempra e il rinvenimento, ricotturae l'indurimento superficiale.
IndurimentoIl processo di tempra consiste nel riscaldare uniformemente il metallo a una temperatura appropriata, quindi immergerlo rapidamente in acqua o olio per un brusco raffreddamento, oppure raffreddarlo in aria o in un'area di congelamento per ottenere la durezza desiderata.
Tempra è necessario dopo la tempra, poiché l'acciaio diventa fragile e suscettibile di frattura a causa delle sollecitazioni indotte dal rapido raffreddamento.
Per eliminare questa fragilità, la tempra viene eseguita riscaldando l'acciaio a una temperatura o a un colore appropriati, seguita da un rapido raffreddamento.
Sebbene questo processo riduca leggermente la durezza dell'acciaio, ne aumenta la tenacità e ne riduce la fragilità.
Ricottura è un metodo utilizzato per eliminare la stress interno nell'acciaio e per omogeneizzarlo. Il processo prevede che l'acciaio venga riscaldato al di sopra della sua temperatura critica e quindi posto in cenere secca, calce, amianto o sigillato all'interno di un forno per consentirne il lento raffreddamento.
Durezza si riferisce alla capacità di un materiale di resistere alla penetrazione di un oggetto esterno. Un metodo comune per testare durezza dell'acciaio è l'utilizzo di una lima sul bordo del pezzo, dove la profondità dei segni di limatura indica il grado di durezza.
Tuttavia, questo metodo non è molto accurato. Le moderne prove di durezza vengono generalmente eseguite con un durometro. La prova di durezza Rockwell è uno dei test più utilizzati.
Il tester di durezza Rockwell misura la profondità di penetrazione di un penetratore di diamante nel metallo; più profonda è la penetrazione, minore è la durezza. La profondità di penetrazione può essere letta con precisione da un quadrante e questa lettura viene indicata come numero di durezza Rockwell.
Forgiatura è un processo in cui il metallo viene modellato mediante martellamento. Quando l'acciaio è riscaldato alla temperatura di forgiatura, può essere forgiato, piegato, trafilato e modellato. La maggior parte dell'acciaio è facile da forgiare se riscaldato a un colore rosso ciliegia brillante. Un metodo comune per aumentare la durezza dell'acciaio è attraverso lo spegnimento.
Fragilità si riferisce alla tendenza di un metallo a rompersi facilmente. La ghisa, ad esempio, è molto fragile e può persino rompersi in caso di caduta. Esiste una stretta relazione tra fragilità e durezza; in genere, i materiali con elevata durezza hanno anche un'elevata fragilità.
Duttilità (nota anche come malleabilità) si riferisce alla capacità di un metallo di deformarsi in modo permanente senza fratturarsi quando viene sottoposto a forze esterne. I metalli duttili possono essere trafilati in fili sottili.
Elasticità si riferisce alla proprietà di un metallo di deformarsi sotto l'azione di forze esterne e di ritornare alla sua forma originale una volta rimosse le forze. L'acciaio per molle è un materiale altamente elastico.
Malleabilità conosciuto anche come falsificabilitàè un'altra descrizione della duttilità o della morbidezza di un metallo. La malleabilità è la proprietà di un metallo di deformarsi senza fratturarsi quando viene sottoposto a martellamento o laminazione.
La robustezza è la capacità di un metallo di resistere alle vibrazioni o agli urti. La tenacità è l'opposto della fragilità.
In qualità di fondatore di MachineMFG, ho dedicato oltre un decennio della mia carriera al settore della lavorazione dei metalli. La mia vasta esperienza mi ha permesso di diventare un esperto nei campi della fabbricazione di lamiere, della lavorazione, dell'ingegneria meccanica e delle macchine utensili per metalli. Penso, leggo e scrivo costantemente su questi argomenti, cercando di essere sempre all'avanguardia nel mio campo. Lasciate che le mie conoscenze e la mia esperienza siano una risorsa per la vostra azienda.
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