Introduzione

Gli acciai inossidabili sono leghe a base di ferro, cromo e carbonio che con l’aggiunta anche di altri elementi come nichel, molibdeno,manganese,silicio, titanio ecc. risultano particolarmente resistenti alla corrosione.

Questa capacità di resistere ad attacchi aggressivi, sotto il punto di vista chimico, è da attribuirsi principalmente alla percentuale di cromo presente nella lega che in ambiente sufficientemente ossidante favorisce la formazione di una pellicola superficiale di “ossigeno adsorbito” ossia di ossido che protegge il materiale sottostante da un eventuale attacco corrosivo.

La resistenza alla corrosione è anche legata alla struttura del materiale e al modo in cui i vari elementi aggiunti alla lega principale ferro-carbonio interagiscono: si parla di soluzione solida di sostituzione quando nel reticolo cristallino principale alcuni atomi vengono sostituiti da quelli degli elementi aggiunti senza alterare la struttura geometrica e si parla di soluzione solida interstiziale quando negli spazi vuoti geometrici del reticolo cristallino principale (interstizi) si insinuano atomi degli elementi aggiunti, che di norma hanno dimensioni inferiori, alterando in modo modesto la struttura geometrica principale. In entrambi i casi l’elemento aggiunto alla lega ha un limite di concentrazione detto limite di saturazione che se superato porta alla creazione di strutture cristalline fisicamente separate dal reticolo cristallino principale. Il limite di saturazione dipende da molti fattori e la temperatura gioca un ruolo fondamentale favorendo, durante le fasi di riscaldamento o raffreddamento, la formazione di particolari strutture in base al tipo e alla percentuale dei vari elementi aggiunti alla lega.

Le strutture cristalline di particolare interesse per gli acciai inossidabili sono:

Austenite è una soluzione solida interstiziale capace di mantenere elevate concentrazioni di cromo, nichel o manganese grazie alla particolare forma del reticolo principale denominato ferro γ. Ne derivano due famiglie di acciai: gli acciai inossidabili austenitici al cromo-nichel o cromo-nichel-molibdeno e gli acciai inossidabili austenitici al cromo-manganese-nichel.
Ferrite è una soluzione solida di sostituzione capace di mantenere minime concentrazioni di carbonio grazie alla particolare forma del reticolo principale denominato ferro α mentre può sciogliere notevoli quantità di cromo per sostituzione di atomi. Ne deriva la famiglia degli acciai inossidabili ferritici.
Martensite è una particolare struttura ottenuta da un brusco raffreddamento di una soluzione stabile di austenite in modo che il cromo rimanga imprigionato nel reticolo principale denominato ferro γ creando una struttura tensionata e di conseguenza dura e fragile. Ne deriva la famiglia degli acciai inossidabili martensitici.

Queste strutture cristalline, durante le fasi di transizioni termiche, possono coesistere come illustrato nel diagramma di Schaeffler ove vengono riportati i vari elementi alfageni e gammageni che concorrono alla formazione dei diversi tipi di acciai ponendo:

Sulle ascisse gli elementi alfageni espressi come "cromo equivalente" in base alla seguente formula:

cromo equivalente = %Cr+%Mo+1.5·%Si+0.5·%Nb

Sulle ordinate gli elementi gammageni espressi come "nichel equivalente" in base alla seguente formula:

nichel equivalente = %Ni+30·%C+0.5·%Mn.