Estratto dalla RivistaLA MECCANICA ITALIANAn. 167 novembre 1982

GIAMPAOLO NEGRIComitato Lombardo IIS e Franco Tosi S.p.A.

Saldatura di alcuniacciai inossidabilinon austenitici(acciai martensitici,ferritici tradizionali edELI, austeno-ferritici)

1. ACCIAI INOSSIDABILI MARTENSITICI

PREMESSA

Come noto, gli acciai inossidabili si possono suddi-videre, a seconda della loro costituzione metallurgica,in 3 grandi categorie: Acciai martensitici Acciai ferritici Acciai austeniticicon possibilit di combinazioni intermedie.Gli acciai austenitici sono di gran lunga i pi usati(oltre il 70% del consumo globale in Italia) e sonoquindi anche i pi conosciuti sia per le loro caratteri-stiche applicative che per la loro sanabilit.Non formano per oggetto di questa relazione che in-tende invece trattare della saldatura degli altri acciaiinox che, pure di impiego meno comune e diffuso, co-stituiscono pur sempre materiali di grande interesseper notevoli e importanti applicazioni tecniche.La loro saldatura presenta spesso difficolt particolari,maggiori e diverse da quelle normalmente incontratecon gli acciai austenitici, e giustifica quindi una parti-colare attenzione. La sanabilit e la tecnica di salda-tura di tali acciai sono strettamente correlate alle lorocaratteristiche metallurgiche e perci la trattazione deiproblemi di saldatura verr preceduta da alcuni essen-ziali richiami di metallurgia.

1.1. Tipi e classificazioneGli acciai inossidabili martensitici sono acciai legatial Cr (11-M6%) con C < 1,2% e con l'eventuale ag-giunta minore di altri elementi di lega (Ni, V, W, Mo,Al). In funzione delle percentuali effettive degli ele-menti presenti (in primo luogo del C) la loro matricemetallurgica pu essere puramente martensitica omartensitico-ferritica.Gli acciai inox martensitici che interessano le costru-zioni saldate sono quelli a pi basso Carbonio(C < 0,25), dato che all'aumentare del tenore in Cdiminuisce fortemente la sanabilit. I tipi principalisono indicati nella tabella 1, con individuazione secon-do la Norma UNI 6900-71 ; vi pure indicata, in via ap-prossimata, la corrispondente Norma americana AISI,di internazionale notoriet.Dal novero degli acciai martensitici saldabili sonoesclusi, oltre quelli ad alto C, anche quelli allo S o

Relazione presentata in occasione della Giornata di studio Lasaldatura e gli acciai inossidabili deJ 24 novembre 1982, organiz-zata da Asmeccanica e MS, con il patrocinio del Centro INOX.

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Fig. 1 - Diagramma di stato Fe-Cr.

TABELLA 1 - Acciai inossidabili martensitici: classificazione e composizione chimica %

Gruppo

Acciaimartensitici

Acciaimartens.-ferritici

TipeUNI

X12Cr13X20CM3X16CrNi16

X6CM3X6CrAI13

)AISI

410

420

431

41 OS

405

C

0,09 -=-0,15

0,16 ~ 0,25

0,10 -=- 0,20

.eourburi

Ft S 10 ! 15 I 20~C r 25 Finurltmil ici I emifl trnlici

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I0XCr Ft % 10 My Kmirttntitici I Itdtbuntici

Fig. 2 - Sezioni del diagramma ternario Fe-Cr-C in corrispondenza dello 0,1-0,4-0,7% di carbonio.

ben noto che il forte autovincolo costituito dalle partifredde intorno al giunto saldato riduce drasticamentele possibilit di ritiro delle parti fuse e riscaldate dallasaldatura, sicch le possibilit di formazione del col-legamento metallico affidata alla capacit del metal-lo del giunto saldato di adeguarsi per deformazioneplastica alle esigenze dimensionali locali, sotto l'a-zione delle insorgenti tensioni di ritiro.Un materiale come l'acciaio inox martensitico (p. es.X12CM3), con elevato limite di snervamento a caldoe forte durezza e rigidit strutturale a freddo, intrin-secamente poco adatto alla saldatura. Ne risultanoalcuni fondamentali criteri di sanabilit: Dare la preferenza agli acciai con minore %C;per es. un acciaio X12CM3 preferibile allo X20Cr13;materiali come X30CM3 o ancor pi X40Cr14 si devonoconsiderare normalmente al di fuori del campo di sal-dabilit, anche se sul primo qualche applicazione possibile (specie per esigenze di riparazione) attuan-do tecniche di saldatura particolarmente accurate. Usare cicli termici di saldatura a raffreddamentolento, agendo soprattutto con un adeguato preriscaldo(mediamente

;200-r250, e comunque crescente congli spessori di saldatura), da mantenere durante tuttoil corso della saldatura e prolungare per almeno 30

minuti dopo la stessa, alio scopo di addolcire la fasedi precipitazione martensitica. Usare procedimenti a basso idrogeno, (per es. elet-trodi a rivestito basico o procedimenti in gas inerte),per evitare la formazione di cricche da idrogeno, cui particolarmente sensibile lo Z.T.A. martensitica.

1082 x100Fig. 3 - Saldatura di un acciaio al 13% Cr. Zona fusa allo stato grezzo.

intervenire, se possibile immediatamente, senzalasciar raffreddare il pezzo saldato, specie per i pigrossi spessori, con un trattamento finale di rinveni-mento (650-H 750) che, oltre ai vantaggi di disten-sione, porta soprattutto ad un addolcimento struttu-rale sia in zona fusa che in Z.T.A. Impiegare saldature multipass, di preferenza conpassate sottili, in modo che ogni passata operi, colproprio flusso termico, un rinvenimento delle passatesottostanti. Usare metallo d'apporto a C pi basso (di solitoC = 0,06-H 0,012) in modo da ottenere una zona fusamartensitico-ferritica (con 10 + 20% di ferrite o co-munque a martensite meno dura (fig. 3). Attuare sequenze di saldatura che lascino la mag-giore possibile libert di ritiro, almeno in una direzio-ne, allo scopo di limitare la triassiabilit delle ten-sioni di ritiro, particolarmente pericolose su un mate-riale cos poco deformabile plasticamente. Praticare una tecnica esecutiva molto accurata, cheeviti difetti operativi (mancanze di penetrazione, in-clusioni di scoria, cricche di cratere, ecc), che po-trebbero innescare cricche per effetto d'intaglio sottole tensioni di ritiro.

1.3.2. Acciai martensitico-ferriticiPer gli acciai martensitico-ferritici le caratteristiche disaldabilit e quindi le precauzioni da assumere per lasaldatura si modificano gradualmente da quelle sopraviste per i martensitici a quelle proprie degli acciaiferritici (vedasi par. 2.3) all'aumentare del tenore diferrite. Per es. per il tipo X6Cr13, il preriscaldo ne-cessario, specie per i grossi spessori, ma pu esseremeno spinto che sugli analoghi acciai martensitici api alto C; si dovr per avere cura di non surriscal-dare il materiale con procedimenti a alto apporto ter-mico specifico per non ingrossare troppo il grano fer-ritico intranformabile. Alla fine della saldatura un t.T.a circa 700 pu essere molto utile per trasformare oaddolcire la martensite precipitata.

Nel caso invece dell'acciaio X6OAI13, l'aggiunta diAl, che un forte ferritizzante, rende la matrice moltopi ferritica. In saldatura la Z.T.A. subisce una preci-pitazione di martensite molto pi attenuata (l'induri-mento si riduce anche di oltre 100 HB rispetto alloX6CM3); viceversa la struttura ferritica prevalente ri-chiede un rapido passaggio attraverso le alte tempe-rature per non far ingrossare troppo il grano, ed unmantenimento al di sopra di circa 100 perch il ma-teriale diventa alquanto fragile al di sotto di taletemperatura.Ne consegue la necessit di cicli termici di saldaturaa punta stretta e a base larga, il che si pu conseguirecon procedimenti veloci a basso apporto termico spe-

cifico e con preriscaldo-a_100--M 50^;_un_trattamento-terrnicG finale a 7G0 + 75Go-pu-uteriormente-migiio-rare la duttilit del giunto saldato, addolcendo la partemartensitica.Analoghe considerazioni di saldabilit si possono fareper l'acciaio AISI 409, simile al 405, ma con Ti (Ti =6xC miri; 0,75 max) in luogo dell'Ai; come noto ilTi pure un forte ferritizzante e anche stabilizzatoredel C, attraverso la formazione di carburi di Ti. Perquesti motivi la saldabilit ne risulta migliorata e suglispessori sottili (come per es. per le marmitte di sca-rico di autovetture, per cui molto usato) la saldaturasi pu eseguire con ciclo rapido senza preriscaldo.

1.4. Procedimenti di saldaturaI procedimenti di saldatura consiglibili sugli acciaiinox martensitici sono i seguenti.

1.4.1. Saldatura ad arco con elettrodi rivestiti il procedimento pi usato, sia su piccoli che sugrossi spessori; si .consigliano elettrodi di composi-zione analoga al materiale base, ma a C pi bassoper quanto detto al paragrafo precedente; il rivesti-mento deve essere di tipo basico (a basso idrogeno),ovviamente ben secco o essiccato.Quando si deve saldare un metallo base a C piuttostoalto (C > 0,20) si consiglia una preventiva imburra-tura di 2 + 3 mm di spessore sui lembi da saldare;questa precauzione particolarmente opportuna quan-do si deve saldare su getti fusi di grosso spessore,data la inevitabile maggiore disomogeneit chimica,fisica e strutturale di questi materiali.

1.4.2. Saldatura automatica ad arco sommerso specialmente adatta per medi e grossi spessori,soprattutto nella forma multipass.Si usa filo 0 2,5 + 4 mm, normalmente al 13% Cr e abasso C (C = 0,06 + 0,08), in unione con flusso di soli-to di tipo agglomerato o sintetizzato, a carattere ba-sico o semibasico, studiato anche per sopperire alleperdite di Cr nell'arco elettrico.Per evitare grosso dentritismo e pericoli di criccaturesi agisce a passare piuttosto sottili, con corrente a300 + 450 A, a seconda del 0 di filo impiegato e delledimensioni del pezzo da saldare.La saldatura ad arco sommerso con acciaio al 13% Cr pure molto adatta per la placcatura superficiale diacciai al carbonio, per es, a scopo antiusura. La tec-nica pi moderna quella di fare la placcatura a na-stro (con nastri di spessore 0,5 mm e larghezza 30 + 60mm); usando flusso compensatore in Cr si possonoottenere gi in prima passata corrette caratteristiche

di inossidabilit del deposito (Cr = 12%), di durezza(454-55 HRD) e di limitata uniforme diluizione del me-tallo base (104-15%), con spessore grezzo di placca-tura di 24-3 mm. Le condizioni di esercizio, o di ne-cessaria lavorazione meccanica, possono ovviamenterichiedere spessori maggiori, realizzabili in pi pas-sate sovrapposte sempre con lo stesso procedimento.Si nota per in 2 e 3a passata una leggera caduta didurezza (40H-50 HRD) per il formarsi di una matriceparzialmente ferritica, a meno che non si impieghi unflusso speciale compensatore di C.

1.4.3. Saldatura ad arco in gas inerte (Argon) un procedimento impiegabile sia nella forma in filocontinuo (MIG), semiautomatica o automatica, che inquella con elettrodo di tungsteno non fusibile (TIG).Quest'ultimo particolarmente adatto per spessorisottili e lavori delicati. Il filo da usare di composi-zione analoga al materiale base, a basso C e di ele-vata purezza, data l'atmosfera puramente protettrice(inerte) e non scorificante del gas (Argon).Nel caso della saldatura MIG si consiglia l'uso di cor-rente pulsata a valori di corrente di base medio basse(1804-250 A).1.4.4. Brasatura forteSugli acciai inox martensitici (sia i tipi prima in-dicati come saldabili, sia quelli di assai pi scarsasanabilit come quelli ad alto C o con presenza dialtri elementi di lega come Ni, W, V), realizzabile labrasatura] forte con leghe brasanti a basso punto difusione (di solito leghe al Cu, Ag, Zn, Cd).Precauzioni fondamentali sono la scorificazione del-l'ossido di superficie mediante un flusso decapante ela corretta gestione della temperatura di brasatura,in modo che essaVrimanga al di sotto del punto di tra-sformazione AC1 del materiale base (di solito si cer-ca di non superare^ 7004-720 C). Si possono usaresia procedimenti manuali a fiamma che automatici adinduzione ad alta frequenza.

1.5. Saldature eterogeneeUn'attenzione particolare meritano le saldature etero-genee di acciai martensitici con altri acciai, di solitoacciai al C o al Cr-Mo a bassa lega. In questi casi particolarmente delicata la scelta del metallo d'appor-to perch si possono ottenere leghe al 64-10% Cr,molto criccabili. In linea di principio, si possono se-guire quattro vie: apporto di acciaio al C o al C-Mo apporto di acciaio al 13 Cr apporto di acciaio austenitico

apporto di leghe di Ni (inconel).

L'uso di metallo d'apporto di acciaio al C (0 meglio an-cora di acciaio al C-Mo) si mostrato in pratica il piadatto, purch si prenda la precauzione di corretto pre-riscaldo e limitata diluizione dell'acciaio al 13% Cr.Si possono ottenere in zona fusa leghe fino al 24-3%Cr, di saldabilit non certo facile, ma ben nota e do-minabile, perfettamente compatibili con i due mate-riali base, sia durante la saldatura e i successivi trat-tamenti termici che, almeno per quanto attiene alledilatazioni termiche, in servizio.L'uso di apporto al 13% Cr invece pi difficile e dalimitarsi a casi di assoluta necessit: sia per l'intrin-seca maggiore difficolt di saldatura di questo mate-riale, sia per il possibile ottenimento in zona fusadelle suddette sensibili leghe al 64-10% Cr per effet-to della diluizione dell'accaio al C o a basso Cr. Quan-do proprio occorra, bene far precedere la saldaturada una imburratura del lembo da saldare dell'ac-ciaio al C 0 a basso Cr con l'elettrodo al 13% Cr,controllando la diluizione con passate a basso apportotermico.L'uso di apporto austenitico in s stesso praticabile,purch fatto con elettrodi 0 filo ad alto Cr ( > 20%) eNi ( > 10%) in modo da compensare la diluizione deimateriali base in zona fusa e mantenere a questa unastruttura essenzialmente austenitica. Pu anche esse-re consigliabile quando non si possa 0 non si debbasottoporre il pezzo saldato a T.T. dopo saldatura e nonpreoccupi in servizio la diversa dilatazione termicadell'acciaio austenitico, assai superiore a quelle, quasiuguali, degli acciai ferritico e martensitico. In casocontrario del tutto sconsigliabile.Si pu, in quest'ultima circostanza ricorrere ad unalega di Ni (inconel) il cui coefficiente di espansionetermica vicino a quello degli acciai martensitici;bisogna per tenere presente le maggiori difficoltesecutive (specie per la sensibile criccabilit a caldo)e l'alto costo economico di questa lega.

1.6. Esempi e applicazioniCitiamo alcuni significativi esempi di applicazione del-la saldatura su acciai inox martensitici.

1.6.1. Turbine e pompe idraulicheGli acciai inox martensitici trovano frequente impiegonella costruzione di turbine idrauliche, non solo perla loro resistenza all'ossidazione, ma soprattutto perla loro elevata resistenza all'usura. Si usano sottoforma di getti fusi per le giranti PELTON, FRANCIS eKAPLAN, per le pompe e per organi meccanici mino-ri; in costruzione saldata partendo da lamiere 0 fuci-nati per le parti statoriche (fodere, coperchi, anellidistributori) e per cilindri servomotori, ugelli ecc.

aFig. 4 - Riparazione con saldatura di una pala per girante KAPLAN In acciaio al13% Cr.a) La frattura della pala.b) La pala riparata.

Spesso, nelle grandi costruzioni le strutture sono mi-ste in acciaio inox martensitico per la parte di usuraa contatto con l'acqua e in comune acciaio al C per lealtre parti di sostegno; si pongono in questo caso iproblemi di giunzione eterogenea o di riporto.Per queste 'macchine si incontrano spesso anche pro-blemi di riparazione: sui getti fusi, per eliminare giin sede costruttiva gli inevitabili difetti di fusione egarantire i livelli di qualit imposti dal progetto e ac-certati dai controlli non distruttivi (radiografico, ultra-sonoro, magnetoscopico); sugli organi meccanici aseguito di usure o di incidenti di servizio.In fig. 4 mostrato il caso della riparazione di unagrossa pala KAPLAN, rottasi per un incidente di servi-zio. In fig. 4a si vede la frattura della pala in corrispon-denza all'attacco col perno, con uno spessore max dioltre 100 mm. Il caso era particolarmente difficile inquanto l'acciaio fuso del tipo 13 Cr-1 Ni, aveva tenorein C = 0,24%, cio ai limiti della sanabilit.La riparazione ha potuto avere successo grazie ad unatecnica molto accurata: smussature a X dei lembifratturati; preriscaldo globale in forno a 250; imbu-titura dei lembi con elettrodi 13 Cr-0,08 C; controllomagnetoscopico dell'imburratura; saldatura delle dueparti sempre con gli stessi elettrodi e con preriscaldoin forno a 250, con passate a blocchi e in sequenza al-ternata sui due lati, per mantenere la forma, contro-bilanciando le deformazioni angolari; opportune mo-lature di ripresa e avviamento delle passate per evi-tare ogni innesco di rottura; ricottura intermedia a700 dopo aver gettato un ponte di circa 20 mm di

6

spessore fra i due lembi del cianfrino, seguita da con-trollo magnetoscopico e radiografico. Completamentodella saldatura sempre con preriscaldo, seguito daricottura finale a 720 e ripetizione dei controlli dopomolatura della superficie.

1.6.2. Turbine a vapore \L'acciaio inox martensitico usato per le palette deirotori, negli ugelli e diaframmi di distribuzione, in sedidi valvole e negli anelli palettati statorici di bassapressione.La saldatura trova in tutte queste parti applicazionidifficili e delicate.Sulle palette si interviene con saldatura TIG per colle-gare i pioli antivibratori delle palette di maggiore lun-ghezza: data l'impossibilit di un successivo tratta-mento termico, si preferisce l'impiego di filo d'appor-to in acciaio austenitico tipo 309L.Per la protezione antierosiva delle ultime palette B.P.si pu provvedere mediante l'applicazione di un tegolodi stellite con brasatura all'Ag (fig. 5).Molto importante in questo caso il controllo dellatemperatura di brasatura per non indurre nell'acciaiopericolose alterazioni strutturali e di durezza.In fig. 6 mostrata la saldatura su posizionatore di unsemia/ello statorico di B.P.; le palette, in acciaio fusoal 13% Cr, sono saldate ad anelli, interno ed esterno,in acciaio al C; la saldatura eseguita, con speciale"-iquenza esecutiva e preriscaldo a 150 mediani-

TABELLA 3 - Acciai inossidabili ferritici: classificazione e composizione chimica %

Gruppo

ferritici(tradiz.)

ferriticiELI

TipoUNI

X8Cr17X16O26,

XCrMoTi182

AISI

430

446

444

C

elettrodi basici allo 0,5 Mo, ricotta a 650 e controllataal magnetoscopio.

2. ACCIAI INOSSIDABILI FERRITICI

2.1. Tipi e classificazioneEsistono 2 gruppi fondamentali di acciai inox ferritici: ferritici tradizionali, a medio o alto Cr (16-^27%)e basso o medio C (0,06-f-0,20%); ferritici ELI (EXTRA LOW INTERSTITIAL) a bassocontenuto di interstiziali (C e N).Per quanto riguarda i ferritici tradizionali la tabella 3ne riporta i tipi principali secondo la Tabella UNI6900-71, con indicazione della corrispondenza AISI;per i tipi ELI, di recente introduzione, resa possibiledai moderni procedimenti produttivi dell'acciaio (AOD,CLU), non esiste ancora una classificazione ufficialeitaliana e quindi il riferimento fatto a classificazionistraniere o in forma convenzionale.Le caratteristiche meccaniche dei principali tipi diacciai inox ferritici sono indicati in tabella 4.Si ricorda che gli acciai ferritici mostrano una fortecaduta di tenacit a temperatura inferiore a quella am-biente e quindi non sono adatti per impieghi a bassatemperatura; hanno invece buone caratteristiche discorrimento a caldo e di resistenza all'ossidazione adalta temperatura, tanto maggiore quanto pi elevato ii tenore in Cr.I nuovi acciai ferritici ELI a bassissimo contenuto di

'jj interstiziali (C e N), presentano rispetto ai ferritici^ tradizionali una pi elevata resistenza alla corrosione

generale e localizzata. Hanno anche caratteristichemeccaniche competitive con gli acciai austenitici emigliore resistenza di questi ultimi alla tenso-corro-sione, pure restando praticamente esclusi dalle appli-cazioni in campo criogenico (per minore tenacit) e

Fig. 6 - Saldatura di un semlanello palettate BP per turbina a vapore.

a temperature superiori ai 350, per infragilimento eabbassamento della resistenza alla corrosione.

2.2. Richiami di metallurgiaDal diagramma di stato Fe-Cr (fig. 1) appare che quan-do il tenore in Cr supera il 13% (o valori pi elevati,fino a circa il 16%, per presenza crescente di C) l'ac-ciaio esce dalla zona sottesa alla sacca y e percinon pi suscettibile alla trasformazione allotropicaa-y; 'a fase ferritica a si mantiene stabile a tuttele temperature.Ne consegue che il materiale non pu subire induri-menti strutturali, qualunque sia la velocit di raffred-damento, n pu essere assoggettabile ad affinamentodi grano mediante trattamento termico. Anzi quandoviene portato ad alta temperatura, per coalescenza igrani tendono a ingrossare.L'unico trattamento termico cui possono venire sot-toposti gli acciai inox ferritici quello di ricottura diricristallizzazione per omogeneizzare la struttura delmateriale dopo lavorazioni di deformazione plastica.

1227 x 2Fig. 5 Brasatura di un tegolo di stellite su paletta di turbina a vapore.

2.3. SanabilitLa sanabilit degli acciai inox ferritici alquantomodesta; presenta tuttavia caratteristiche sensibil-

Il tipo pi usato e conosciuto, anche per la sua salda-bilit quello XCrMoTi182, sotto forma di lamiere otubi di piccolo spessore ( < 4 miri).Il procedimento di saldatura preferibile quello TIGe pu dare ottimi risultati sia dal punto di vista dellaassenza di difetti nella saldatura, che da quello deirisultati meccanici ed anticorrosivi, purch venganoprese accurate precauzioni: assicurare il mantenimento dell'elevata purezza delmateriale base, attraverso un'accurata pulizia dei lem-bi da saldare e una perfetta protezione con gas inertesia del diritto che dell'inverso della saldatura; usare il minimo apporto termico possibile, in mododa contenere l'ingrossamento del grano in Z.T.A.(fig. 7); per es. su spessore di 1 rrim si pu consigliarecirca 0,6 kJ/mm; nessun preriscaldo necessario oconsigliato; se il materiale correttamente stabilizzato (Ti +Nb > 0,20 + 4 (C + N)) non occorre alcun trattamentotermico dopo saldatura per ristabilire la resistenza allacorrosione integranulare; la tecnica esecutiva deve essere molto accurata,per evitare che si formino difetti capaci di innescarecricche (incisioni, mancanze di penetrazione), essendogli acciai ELI molto pi sensibili dei comuni acciaiaustenitici all'effetto di intaglio;

il gas di protezione deve essere argon puro; addi-zioni di CO2, O2 e H2 devono essere evitate perchinducono infragilimento nel giunto saldato; su piccoli spessori si pu saldare a lembi rettisenza metallo d'apporto (per es. saldatura automaticalongitudinale di tubi 0 25x1 mm (fig. 8); quando siusa il metallo d'apporto questo pu essere simile almetallo base, ma a pi alto Ti per compensare le per-dite nell'arco: si ottiene una zona fusa a grani alquan-to grossi e a limitata duttilit, di solito accettabile perpiccoli e medi spessori; per pi grossi spessori pre-feribile un apporto austenitico (per es. 316L, 309MoL):il basso tenore di C sempre essenziale; quando la saldatura deve essere impiegata in am-bienti molto corrosivi, consigliabile una pulizia dellasuperficie del giunto saldato per rimuovere l'ossido, leirregolarit, gli spruzzi, ecc, il che migliora la resi-stenza alla corrosione; la pulizia pu essere fatta conspazzole inox, con sabbiatura silicea 0 con decapaggioin soluzione nitrico-fluoridrica.Anche la saldatura MIG, con adeguate e analoghe pre-cauzioni, pu essere impiegata con successo.La saldatura a resistenza stata pure usata senzacomplicazioni.

3. ACCIAI INOSSIDABILI AUSTENO-FERRITICI

Fig. 7 - Acciaio ELI XCrMoTi 182. Ingrossamento del grano in Z.T.A. dicalrlotiini

3.1. Tipi e caratteristiche metallurgiche

Gli acciai inox austeno-ferritici comprendono una va-sta gamma di acciai a matrice duplex in cui il rap-porto fra ferrite ed austenite pu variare assai larga-mente: da 1H-2% di ferrite fino al 70%.Quando il tenore in ferrite molto basso ( < 15%) gliacciai vengono considerati austenitici, essendo la lorostruttura essenzialmente austenitica, con presenza avalori controllati di isole ferritiche per migliorarne lecaratteristiche di saldabiilt e resistenziali. Questi ac-ciai perci non rientrano nel campo degli acciai auste-no-ferritici veri e propri e non verranno perci nelseguito presi in considerazione.Per gli acciai austeno-ferritici non esiste a tutt'oggiuna classificazione nazionale italiana o straniera diriferimento (fatta eccezione per l'AISI 329); vi sonopiuttosto dei tipi commerciali pi o meno diversi, chetendono, con appropriate composizioni chimiche emetallurgiche, a migliorare alcune caratteristiche mec-caniche e anticorrosive degli acciai austenitici, invista specialmente di particolari applicazioni.Un elenco di alcuni fra i principali tipi oggi esistentisul mercato indicato in Tabella 5.

NON TRATTATO

; : , ; V *

TRATTATO B

TRATTATO A

Fig. 8 - Acciaio ELI XCrMoTi 182. Saldatura TIG automatica longitudinale di untubo 0 25 x 1 mm.

Fra questi acciai l'AISI 329 presenta una struttura duplex con circa il 20% di ferrite; negli altri casila ferrite pu raggiungere il 30-f-70%, a seconda siadella composizione chimica che delle modalit di pro-duzione dell'acciaio e dei trattamenti termici appli-cati (spesso ipertempra e rinvenimento). Per es.: neltipo 18-5-2 si tende a bilanciare equamente le 2 fasi(50% austenite e 50% ferrite) (fig. 9).La-ferrite di questi acciai di tipo 8, cio attenutadirettamente per solidificazione e non trasformata; la

sua presenza aumenta la resistenza~meccanica delmateriale, che pu raggiungere RP (0,2) anche 1,5-f-2volte maggiore dell'acciaio puramente austenitico. Laferrite 5 per piuttosto fragile e, se in grande quan-tit e distribuita con continuit nella matrice metal-lurgica, pu ridurre anche assai notevolmente la clas-sica duttilit degli acciai austenitici.Inoltre gli acciai duplex sono sensibili alla forma-zione della fase a, che pu precipitare fra 600 e 800durante raffreddamenti molto lenti o per prolungatapermanenza in tale intervallo di temperatura, confe-rendo alla struttura una notevole fragilit.Questo pericolo, che per es. molto forte nel tipoAISI 329, pu per essere ridotto negli acciai con mi-nore tenore in Cr, che ne diventano praticamente im-muni nelle applicazioni che richiedono un rapido pas-saggio attraverso l'intervallo critico, come nel casodella saldatura.La fondamentale caratteristica positiva degli acciaiausteno-ferritici la loro elevata resistenza alla ten-so-corrosione, molto superiore a quella degli acciaiaustenitici, anche allo stato saldato.

3.2. Saldabilit noto che la presenza di ferrite in piccole quantit(2H-10%) in un acciaio austenitico ne migliora la sal-dabilit, riducendone la criccabilit a caldo.L'aumento notevole delia struttura ferritica (di tipo S,intrasformabile) rende viceversa l'acciaio pi fragilee meno adatto a sopportare per deformazione plasti-ca le tensioni di ritiro della saldatura. \

XIn genere quindi gli acciai austeno-ferritici veri epropri hanno una saldabilit migliore di quelli pura-mente ferritici, ma inferiore a quella degli austenitici.Tuttavia il grado di saldabilit pu variare notevolmen-te da acciaio ad acciaio e le stesse variazioni di tipistudiate" e introdotte in commercio" dalle varie ditte

TABELLA 5 - Acciai inossidabili austeno-ferritici

Denominazioneconvenzionale

1 8 - 5 - 2

2 0 - 8 - 2

25 - 5 - 2N

26 - 6Ti

AISI 329

COMPOSIZIONE NOMINALE

produttrici rispondono spesso al tentativo di ricercarele migliori condizioni di saldabiiit compatibili con leesigenze anticorrosive e resistenziali di servizio.L'acciaio AISI 329, che si presta assai bene allo statosolubilizzato per parti soggette a tenso-corrosione, su-bisce un grave decadimento di tale capacit e dellatenacit nella Z.T.A. della saldatura. Il ciclo termicodi saldatura induce infatti in Z.T.A. di tale acciaio, aridosso della zona fusa, un notevole accrescimento eprevalenza dei grani ferrtici (fig. 10), intrinsecamentefragili; inoltre essendo la solubilit del C e dell'N nellaferrite assai minore che nell'austenite, questi elemen-ti migrano ai bordi dei grani, precipitando sotto formadi carburi ed esponendo cos il materiale all'attaccodella corrosione intergranulare.La saldatura di questo acciaio perci sconsigliabile,a meno che non si possa sottoporre il pezzo dopo sal-datura a trattamento di solubilizzazione.

Fig. 9 - Acciaio austeno-ferritico 18-5-2: struttura metallografica dopo ipertemprada 1050 (x800).

Migliori caratteristiche di saldabiiit si riscontranoinvece negli altri acciai austeno-ferritici indicati in ta-bella 5.Il pi basso tenore in C, la eventuale presenza di sta-bilizzanti e un diverso dosaggio del rapporto fra ele-menti ferritizzanti ed austenitizzanti permette di con-servare, pur con qualche decadimento, anche nellezone saldate, le peculiari caratteristiche di questiacciai.Per es. neW'acciaio 18-5-2 la Z.T.A. a ridosso della zonafusa della saldatura presenta (fig. 11), pur con sen-sibile aumento della ferrite e con ingrossamentolocale dei grani, un reticolo austenitico ancora bendiffuso e ci, in combinazione con il basso tenore inC, minimizza i rischi di precipitazione dei carburi equindi di corrosione intergranulare.In questo, come in altri acciai analoghi, sono pure pres-soch inesistenti i rischi di precipitazione della fasefragile a e del cosiddetto infragilimento a 475, per-ch questi tipi di infragilimento richiedono tempi mol-to pi lunghi di quelli che avvengono in saldatura.Bench la saldabiiit di questi acciai sia abbastanzabuona, la saldatura va tuttavia eseguita con particolarecura e precauzione per ottenere risultati soddisfacenti.I procedimenti pi adatti sono quelli in gas inerte TIGe MIG, o anche quello con elettrodi rivestiti avendocura di: adottare il minimo apporto termico specifico (cor-rente bassa o modulata, elettrodi di piccolo diametro); assicurare una temperatura interpass non superio-re a 100; sui grossi spessori, allo scopo di ridurre l'impattodi un raffreddamento troppo rapido, fare un leggeropreriscaldo, comunque non oltre 100; il metallo d'apporto (filo o elettrodo) pu esseredel tipo 316L per piccoli e medi spessori (fino a circa10 mm); tale elettrodo, per diluizione con il metallobase, raggiunge una percentuale di ferrite > 15% eda una resistenza alla corrosione simile al metallobase; per spessori superiori si consigliano elettrodidella stessa composizione chimica del metallo base,capaci di raggiungere una percentuale di ferrite del-l'ordine del 40%;

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non si consiglia la saldatura dei piccoli spessoriper diretta fusione dei lembi senza metallo d'apporto,perch la zona fusa tende a diventare prevalentemen-te ferritica e quindi pi fragile e pi soggetta a corro-sione.Normalmente non necessario dopo saldatura un trat-tamento termico; quando per si vogliono ottenere lemigliori e pi uniformi garanzie di resistenza alla cor-rosione in ambienti particolarmente aggressivi, si puricorrere a un trattamento di solubilizzazione, in gene-re con raffreddamento rapido da temperature oltre1000 e comunque da definire caso per caso.L'eccellente resistenza alla corrosione, anche in pre-senza di severe sollecitazioni di fatica, e le elevatecaratteristiche meccaniche ottenibili anche nei giuntisaldati hanno portato all'utilizzo di manufatti in ac-ciaio austeno-ferritico in numerose applicazioni; peres. cilindri per l'industria della cellulosa, scambiatorie altri apparecchi dell'industria chimica soggetti asevera tenso-corrosione, sia sotto forma di laminatiche di tubi.

Flg. 11 - Acciio austeno-ferritico 18-5-2: Z.T.A. adiacente alla zona fusa di unasaldatura (x200).

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BIBLIOGRAFIA

Fig. 10 Acciaio austeno-ferritico AISI 329: Z.T.A. adiacente alla zona fusa diuna saldatura (x200).

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