Negli impianti industriali come quelli petrolchimici, petroliferi, chimici ed in generale in luoghi con atmosfera potenzialmente esplosiva...
Negli impianti industriali come quelli petrolchimici, petroliferi, chimici ed in generale in luoghi con atmosfera potenzialmente esplosiva e con possibile presenza di gas o polveri esplosive e aggressive, vengono utilizzati differenti materiali, in funzione delle specifiche caratteristiche di installazione, di esplosività e di aggressività in termini di corrosione.
I materiali che oggi vengono utilizzati in questi ambiti, per la realizzazione di apparecchiature elettriche, corpi illuminanti, raccorderia e componenti, sono principalmente suddivisi in due categorie:
In questo articolo parliamo dell’impiego dell’acciaio inossidabile come materiale primario per la realizzazione di apparecchiature elettriche e materiali, adatti per essere installati in ambienti con pericolo di esplosione e delle loro capacità di resistere alla corrosione da agenti atmosferici ed alla presenza di sostanze aggressive.
Gli acciai inossidabili più comunemente usati, tipicamente definiti come “austenitici standard”, sono il 1.4301 (noto come AISI 304), che contiene dal 17 al 19,5% di cromo e dal 8 al 10,5% di nichel e un contenuto di carbonio ≤ 0,07% e il 1.4401 (noto come AISI 316), che contiene dal 16,5 al 18,5% di cromo e dal 8 al 10,5% di nichel e un contenuto di carbonio ≤ 0,07%. Questi tipi di acciai erano, in passato, fabbricati con un contenuto in carbonio notevolmente più elevato con implicazioni sul comportamento alla corrosione. Il carbonio, infatti, presente nell’acciaio, reagisce con il cromo provocando la precipitazione di carburi di cromo ai bordi dei grani, in dati cicli termici quali ad esempio nelle zone termicamente alterate da saldature. Tale migrazione locale del cromo dalla regione di confine delle particelle di carburi genera un attacco corrosivo preferenziale inter cristallino, definendo queste tipologie di acciaio “sensibilizzato o affetto da degradazione da saldatura”.
I tipi a basso tenore di carbonio di queste classi sono il 1.4306 (AISI 304L) ed il 1.4404 (AISI 316L), hanno un contenuto di carbonio inferiore, ≤ 0,03% che, per evitare problemi riguardanti la resistenza a corrosione in presenza di saldature sopraccitata, si preferiscono rispetto agli acciai sopra descritti.
La normativa di riferimento è la EN 10088, composta da tre parti:
Il sistema di designazione della EN 10088 si basa sul numero Europeo dell’acciaio e sul nome dell’acciaio.
Ad esempio, il tipo AISI 316L ha il numero di acciaio 1.4404, in cui:
1 indica il materiale (acciaio)
44 indica il gruppo dell’acciaio inossidabile
04 indica la sua qualità
Il nome dell’acciaio 1.4404 ( AISI 316L) è X2CrNiMo17-12-2 in cui la sua composizione chimica, è:
X indica un acciaio molto legato
2 basso tenore di carbonio (≤ 0,03%)
CrNiMo indica i simboli chimici degli elementi principali presenti nella lega (Cr=Cromo; Ni=Nichel; Mo=Molibdeno)
17-12-2 indica il valore percentuale dei principali elementi presenti nella lega, nella identica sequenza della designazione dei simboli.
Tabella 1. – Designazione degli acciai inossidabili adottata nelle differenti nazioni, rispetto alla norma Comunitaria EN 10088.
Tabella 2 (valori estratti dalla norma EN 10088-1:2005 - tabella 4 - Chemical composition, cast analysis of austenitic corrosion resisting steels)
dove: C= Carbonio; Si= Silicio; Mn= Manganese; P= Fosforo; S= Zolfo; N= Azoto; Cr= Cromo; Cu= Rame; Mo= Molibdeno; Nb= Niobio; Ni= nichel; Altro= non definiti
Gli acciai austenitici che usualmente vengono impiegati per la costruzione di apparecchiature elettriche, adatti per ambienti con pericolo di esplosione ed in presenza di sostanze aggressive sono principalmente:
La presenza, a volte combinata, di acidi, la cui azione aggressiva risulta aggravata laddove l’aria comburente è contaminata dalla presenza di altre sostanze corrosive, può determinare gravissime lesioni della superficie delle apparecchiature a contatto di tali sostanze. Nello specifico in ambienti aggressivi quali impianti chimici, petrolchimici, petroliferi e in genere in ambienti sia industriali che terziari, gli acidi usati, se dissolti nell'aria sono da considerarsi altamente corrosivi. L’impiego dell’acciaio inossidabile austenitico AISI 316L, garantisce la resistenza agli attacchi da parte dei componenti più corrosivi.
Sono definiti acciai inossidabili per il fatto che, in presenza di un ambiente ossidante (quindi anche a contatto con l'aria che contiene ossigeno), si forma sulla loro superficie uno strato protettivo costituito da Ossigeno adsorbito, è il cosiddetto fenomeno della passivazione.
Tale fenomeno negli acciai inox, nelle condizioni ideali, avviene naturalmente ed immediatamente. Appena questo metallo viene scalfito o tagliato, asportandone una parte, lo strato protettivo si rigenera immediatamente.
Questa protezione può essere anche indotta artificialmente ed in modo ottimale procedendo ad un trattamento chimico particolare immergendo in sequenza i prodotti prima in acido decapante e, successivamente, in un acido passivante. Questo trattamento esalta in maniera molto significativa la resistenza alla corrosione, facendo sì che questo strato invisibile, che ha lo spessore di pochi atomi (circa 0,002 micron) e che si riforma spontaneamente, costituisca un’ottima barriera al proseguimento dell'ossidazione e, quindi, della corrosione. Condizione indispensabile perché tale strato protettivo si formi è la presenza di una quantità sufficiente di Cromo.
Perché allora chiamarli acciai inossidabili se si ossidano?
Questo termine non corrisponde alla vera natura di questi metalli, infatti sono ossidabilissimi, vale a dire che hanno la possibilità, grazie al contenuto degli elementi di lega, in particolar modo legata alla percentuale di Cromo (Cr) di “auto passivarsi”, ovvero di ricoprirsi di uno strato di ossidi invisibile, di dimensioni molecolari che proteggono il metallo sottostante dagli attacchi corrosivi di agenti esterni.
La natura di questo strato è tale da garantire la copertura del metallo, anche se localmente si verificano abrasioni o asportazioni della pellicola protettiva, a patto di essere sempre in condizioni sufficientemente ossidanti. Quindi è necessario consentire al materiale, sia in fase di lavorazione che in messa in opera, di poter scambiare con l’ambiente che lo circonda una quantità di ossigeno, in modo da poter essere considerato nelle migliori condizioni di passivazione.
Questo concetto è molto importante ai fini di una buona resistenza nel tempo e per contrastare in maniera adeguata i diversi casi di corrosione.
Naturalmente, questo film passivo può essere più o meno resistente e più o meno ancorato al materiale a seconda della concentrazione di cromo presente nella lega ed anche all’eventuale presenza di altri elementi quali nichel (Ni), molibdeno (Mo), titanio (Ti), ecc.
Fig. 1 Schema del processo di formazione del film di passività
Fig. 2 Dettaglio sulla formazione di danneggiamento film passivo (da Lamiera, Aprile 2008)
L’aspetto della finitura superficiale è fondamentale per evitare di dover utilizzare leghe troppo nobili. Risulta, infatti, intuitivo che quanto più una superficie è liscia, tanto più la possibilità di ancorarsi di un elemento aggressivo diminuisce. Gli acciai inossidabili devono al film di passività che li ricopre la propria capacità di resistenza intrinseca alla corrosione del materiale. Infatti, tale film si formerà tanto più facilmente e sarà tanto più stabile quanto migliore sarà la finitura del substrato.
La resistenza alla corrosione, in linea di massima, sarà tanto più elevata quanto maggiore risulterà la levigatura della superficie, ossia quanto minore sarà la rugosità superficiale dell'elemento di acciaio inossidabile. Oltre a questi fattori, ne vanno considerati anche altri, quali ad esempio: il legame che esiste tra la pulibilità e la maggiore o minore levigatezza di una superficie.
I principali tipi di finitura sono:
Una delle caratteristiche peculiari degli acciai inossidabili e una delle ragioni del continuo diffondersi del loro impiego è certamente la loro resistenza alla corrosione. Tuttavia sarebbe errato pensare che tali materiali possano reggere dovunque e comunque a quell'insieme di fenomeni di decadimento che va sotto il nome di corrosione.
La loro resistenza dipende, infatti, da molti fattori quali ad esempio:
In linea del tutto generale si può dire che sono i cloruri (CI-) i principali nemici dell’inox, in quanto in grado di rompere il film di passività e di ostacolarne la riformazione. La concentrazione degli ioni cloruro e l’acidità (pH) sono, insieme con la temperatura, i fattori determinanti al momento della scelta del tipo di acciaio inox.
Il fenomeno della corrosione, se osservato più attentamente, si può presentare in maniera molto differente e, quindi, risulta importante conoscere il meccanismo e le cause che lo generano, al fine di prendere gli opportuni provvedimenti nella scelta dei materiali da utilizzare.
I tipi di corrosione più pericolosi sono solitamente quelli localizzati che possono dar luogo al formarsi di cricche, fori, fessurazioni. Al contrario, i fenomeni generalizzati sono i meno pericolosi, in quanto si manifestano sotto forma di aggressione progressiva e abbastanza costante nel tempo. Questo permette di stabilire, con sufficiente approssimazione, la durata del materiale interessato dalla corrosione.
Determinare comunque in maniera abbastanza precisa la durata di un manufatto collocato in un ambiente aggressivo è compito assai arduo perché i parametri che lo determinano sono estremamente complessi e diversificati tra loro.
Le principali tipologie di corrosione sono:
Gli acciai inossidabili sono materiali che vengono impiegati per molte applicazioni in diversi settori in cui sia richiesto di resistere all’aggressione dei più svariati ambienti. La conoscenza dei principali fattori che ne determinano la resistenza alla corrosione e degli altri aspetti che possono determinarne l’innesco è fondamentale per una corretta scelta della giusta lega. Per contro, riconoscere il tipo di fenomeno corrosivo verificatosi è sicuramente basilare per poter selezionare correttamente il tipo di acciaio da utilizzare.
In considerazione delle argomentazioni sopra esposte, si è optato, per tutte le apparecchiature e prodotti che necessitano di essere protetti da tali agenti aggressivi, di adottare l’impiego di acciaio inossidabile di tipo austenitico, della serie AISI 304 e/o AISI 316L, in funzione dell’applicabilità allo specifico prodotto e, oltre che per rispettare le specifiche richieste della nostra clientela, anche dopo la verifica di rispondenza chimico/fisica a tali richieste, operando con una serie di analisi sperimentali presso il nostro laboratorio di prove interno o attraverso laboratori esterni accreditati.