L’acciaio viene utilizzato in un’ampia varietà di settori ed è considerato la spina dorsale delle infrastrutture moderne. La possibilità di aggiungere altri elementi e così facendo manipolare le proprietà dell’acciaio è ciò che lo rende una risorsa così ampiamente utilizzata. Questo articolo esaminerà gli elementi più comuni che comprendono la vasta gamma di gradi di acciaio ed esplorerà il loro impatto sulle proprietà del materiale.

Il ferro da solo non è sufficiente

Nella sua forma più pura, il ferro non è né eccezionalmente forte né duro – infatti, un blocco di ferro puro potrebbe essere tagliato con un coltello. L’aggiunta di carbonio e la rimozione dell’ossigeno sono ciò che conferisce all’acciaio a base di ferro la sua incredibile forza.

Una lega è qualsiasi metallo realizzato combinando due o più elementi metallici. L’aggiunta di più elementi metallici e non metallici al ferro e al carbonio consente di manipolare le proprietà per soddisfare una specifica esigenza o applicazione.

Anche la modifica della quantità di carbonio combinata con il ferro può influire sulle proprietà del materiale. L’acciaio ad alto tenore di carbonio contiene tra lo 0,60% e lo 0,95% di carbonio (in percentuale del peso) ed è incredibilmente resistente e duro ma è meno duttile e più difficile da lavorare e saldare. Man mano che il contenuto di carbonio si riduce, il materiale diventa più simile al ferro puro e quindi più morbido e più duttile.

Il tenore massimo di carbonio nell’acciaio è del 2,1% in quanto qualcosa di più di questo non è veramente classificato come acciaio. Poiché il contenuto di carbonio è ridotto il materiale rientra in una delle quattro categorie:

Acciaio ad alto tenore di carbonio (0,96% -2,1% di carbonio)

L’acciaio ad alto tenore di carbonio è estremamente resistente e in grado di resistere alla deformazione localizzata ad alta tensione. È prodotto tramite un processo specializzato. Di conseguenza, la lavorazione, la saldatura o la piegatura di questo materiale è quasi impossibile.

Acciaio ad alto tenore di carbonio (0,55% -0,95% di carbonio)

L’acciaio ad alto tenore di carbonio è abbastanza resistente e offre una maggiore duttilità rispetto agli acciai ad alto tenore di carbonio e fino a poco tempo fa era utilizzato nelle applicazioni ferroviarie. Altre applicazioni includono cesellatura e utensili da taglio.

Acciaio al carbonio medio (0,30% -0.54% di carbonio)

L’acciaio al carbonio medio bilancia la resistenza e la durezza con la duttilità e viene utilizzato principalmente in parti di macchine, ad esempio ingranaggi, bulloni e assi.

Acciaio a basso tenore di carbonio (0,05% -0,25%)

L’acciaio a basso tenore di carbonio offre un’incredibile resistenza rispetto ad un peso inferiore rispetto ad altre categorie di acciaio. L’aggiunta di leghe può dare diverse proprietà in acciaio a basso tenore di carbonio senza impattare in modo massiccio il peso.

Sebbene tutte le categorie di acciaio possano utilizzare leghe e elementi non metallici per alterare le loro proprietà, questo articolo si concentrerà su come alcuni elementi alterano le proprietà dell’acciaio a basso tenore di carbonio.

Elementi che si induriscono

Prima di esaminare gli elementi che si induriscono, è importante notare la differenza tra indurimento e rafforzamento.

La durezza dell’acciaio si riferisce al livello di impatto che un materiale può assorbire prima che si ammaccature ed è tipicamente misurata da un test di impatto Charpy. La durezza può essere notevolmente influenzata dalla temperatura, perché il materiale può generalmente assorbire meno impatto a temperature più fredde.

D’altra parte, la resistenza dell’acciaio si concentra sul punto di snervamento e sulla resistenza alla trazione. Un punto di snervamento è il punto in cui un materiale viene sollecitato e deformato ma non si rompe. La resistenza alla trazione è la quantità di sforzo richiesta affinchè il materiale si guasti o si rompa.

Gli elementi che induriscono l’acciaio aumentano la quantità di impatto che un materiale può assorbire. Il più comune di indurimento elementi sono:

• Fosforo*
• Silicio*
• Manganese*
• Azoto
• Nichel
• Chromium
• Boro

Questi indurimento elementi sono comuni in bonificato e temprato gradi (ad esempio ASTM A514 o ASTM A710), e offshore gradi (ad esempio ASTM A633). Il nichel può essere aggiunto alle leghe di acciaio al carbonio, ma è più comune nei gradi di acciaio inossidabile.

*Fosforo, silicio e manganese sono gli elementi più comuni aggiunti all’acciaio. ASTM A752-50 (un acciaio ad alta resistenza e bassolegato) e ASTM A36 (un acciaio dolce) sono due dei gradi più utilizzati in Nord America e contengono questi tre elementi.

Elementi che rafforzano

Gli elementi che rafforzano l’acciaio aumentano il carico che il materiale può sopportare. Di conseguenza, è comune che questi elementi siano visti nelle infrastrutture, come strade, ponti ed edifici. Gli elementi di rinforzo più comuni sono:

• Silicio
• Chromium
• Vanadio
• Fosforo
• Titanio
• Azoto & Alluminio combo
• Niobio (Colombio)

Elementi che Aumentare la Duttilità

In progetti che richiedono materiale foratura, saldatura, macchine o bullonatura, la duttilità è un fattore importante. Elementi comuni aggiunti alle leghe di acciaio che migliorano la duttilità includono:

• Niobio (Columbio)
• Zolfo
• Fosforo
• Cromo

Questi elementi ammorbidenti sono comuni nei gradi temperati e temprati (ad es. ASTM A514) e sono utilizzati in decine di altri.

Elementi che resistono alla corrosione

Gli elementi che promuovono la resistenza alla corrosione sono fondamentali per le leghe di acciaio per l’uso in applicazioni che richiedono resistenza alle condizioni atmosferiche. Gli elementi comuni utilizzati includono:

• Zirconio
• Nichel
• Fosforo
• Rame
• Cromo

La resistenza alla corrosione è importante per l’acciaio strutturale utilizzato in applicazioni esterne, ad esempio ponti e applicazioni offshore o marine.

Il potere della chimica

Ferro e carbonio sono i semplici elementi costitutivi dell’acciaio. Tuttavia, una vasta gamma di elementi metallici e non metallici può alterare le proprietà e il comportamento dell’acciaio che lo rende una risorsa valida per numerose applicazioni.

Leeco Steel è specializzata nella fornitura di piastre in acciaio al carbonio negli Stati Uniti, in Canada e in Messico. Un’ampia varietà di gradi dell’acciaio legato è disponibile. Dopo aver determinato il grado di acciaio ideale per il tuo progetto, puoi ottenere la piastra di acciaio di cui hai bisogno, quando ne hai bisogno.