Resistenza all'ossidazione degli acciai inossidabili

L'ossidazione consiste nella formazione di incrostazioni ricche di ossidi. Le incrostazioni, una volta formate, rallentano l'ulteriore ossidazione, a meno che non vengano rimosse meccanicamente o incrinate, cosa che può accadere se l'acciaio si deforma sotto carico. Nell'acciaio inossidabile, utilizzato a temperature elevate temperatura fino a 1100°C per resistenza al calore Questo tipo di processo viene sfruttato in modo vantaggioso, in quanto le incrostazioni che si formano sono prevalentemente ricche di cromo. Lo strato di calcare riformato impedisce un'ulteriore ossidazione, ma il metallo perso nella formazione dell'ossido riduce la resistenza effettiva della sezione d'acciaio.

La resistenza all'ossidazione dipende principalmente dalla temperatura, dalla composizione dei gas e dal livello di umidità e dal grado di acciaio, soprattutto dal livello di cromo. Austenitico Gli acciai inossidabili austenitici sono la scelta migliore, in quanto presentano anche una migliore resistenza alle alte temperature rispetto alla famiglia dei ferritici. I tassi di espansione termica più elevati degli austenitici possono causare problemi come la distorsione e la perdita di calcare (spalling) durante i cicli termici.

Condizioni per la formazione di ossido stabile
L'ossidazione dipende principalmente dal livello di ossigeno disponibile nell'atmosfera. Le miscele di gas che coinvolgono aria, anidride carbonica e vapore "supportano" l'ossidazione. La resistenza all'ossidazione è dovuta alla formazione di ossidi ricchi di cromo (Cr2O3) sulla superficie dell'acciaio. Una volta formatisi, questi ossidi crescono lentamente, proteggendo così l'acciaio sottostante da un'ulteriore ossidazione. Le condizioni dell'atmosfera ossidante favoriscono la resistenza all'ulteriore ossidazione. Il vapore acqueo può influire negativamente sulla resistenza all'ossidazione dell'acciaio inossidabile. Questo è probabilmente il risultato di una diminuzione della plasticità delle scaglie di ossido protettivo. Come regola generale, le temperature massime di servizio in aria umida, rispetto all'aria secca, dovrebbero essere ridotte di circa 40-65℃. Il vapore ad alta temperatura deve essere considerato un caso particolare.

Se lo strato di ossido si rompe in condizioni di temperature cicliche, il tasso complessivo di ossidazione aumenta. Questo può essere un problema per la famiglia degli austenitici e si riflette in temperature massime di servizio più basse in condizioni di temperatura "intermittente", rispetto a quelle "continue". Al contrario, gli acciai inossidabili ferritici e martensitici hanno generalmente temperature di servizio intermittenti più elevate di quelle continue.Effetti del tipo di acciaio (composizione) sulla resistenza all'ossidazione

Il contenuto di cromo è fondamentale per garantire la resistenza all'ossidazione. Sebbene i livelli di cromo 18% del ferritico 430 1.4016 e austenitico 304 1.4301, 316 1.4401 e 3211.4541 Per garantire una "buona" resistenza all'ossidazione, gli acciai specificamente progettati per resistere all'ossidazione hanno in genere livelli di cromo più elevati, nell'intervallo 20-25%, come il grado 310 1.4845.

Il nichel contribuisce anche a migliorare la resistenza all'ossidazione. Ciò è probabilmente dovuto a una migliore adesione dello strato di ossido.

Il silicio e l'alluminio sono aggiunti per migliorare la resistenza all'ossidazione e sono presenti in alcuni gradi, in quantità limitate, in quanto possono influire negativamente sulla formabilità e sulle prestazioni di ossidazione del prodotto. acciaio inossidabile resistente al calore.

Anche il calcio aggiunto in piccole quantità può essere utile resistenza all'ossidazione.

Per la produzione di alcune qualità specializzate nella resistenza al calore vengono aggiunti anche elementi delle terre rare, tra cui cerio e ittrio. Queste aggiunte hanno probabilmente un effetto simile a quello del nichel, favorendo l'adesione dello strato di ossido ricco di cromo alla superficie del metallo.

Un esempio di grado di resistenza al calore che utilizza una combinazione di questi vantaggi compositivi è il seguente 253MA (1.4835). Questo acciaio non ha una specifica alluminio ma con l'aggiunta di azoto per una maggiore resistenza.

EN 10095, composizione 1.4835, peso %
C	Si	Cr	Ni	N	Ce
0.05-0.12	1.40-2.50	20.0-22.0	10.0-12.0	0.12-0.20	0.03-0.08

Infragilimento al servizio temperatura

Oltre alla minore resistenza a temperature elevate, gli acciai ferritici possono formare componenti fragili in determinati intervalli di temperatura.
È opportuno evitare gli intervalli di temperatura compresi tra 370 e 540°C. Nei tipi ferritici a più alto tenore di cromo può verificarsi infragilimento a temperature più elevate a causa della formazione della fase "sigma". Questo è un problema anche se il tipo 25% cromo 1.4845 (310) viene utilizzato a temperature inferiori a circa 900°C. Dopo un servizio a queste temperature, può verificarsi una cricca durante il raffreddamento a temperatura ambiente per la manutenzione.
Le austenitiche "standard" 1.4878 / 14541 (321), 1.4401 (316) o 1.4301 (304) possono essere scelte meglio per queste temperature "inferiori", fino a circa 870°C, che è la loro massima temperatura di servizio in aria.

Resistenza all'ossidazione degli acciai inossidabili

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