Perché l'acciaio inossidabile è inossidabile?

Nel 1913, il metallurgista inglese Harry Brearley, lavorando a un progetto per migliorare le canne dei fucili, scoprì accidentalmente che l'aggiunta di cromo all'acciaio a basso tenore di carbonio gli conferiva resistenza alle macchie. Oltre a ferro, carbonio e cromo, il moderno acciaio inossidabile può contenere anche altri elementi, come nichel, niobio, molibdeno e titanio.

Nichel, molibdeno, niobio e cromo aumentano la resistenza alla corrosione dell'acciaio inossidabile. È l'aggiunta di un minimo del 12% di cromo all'acciaio che lo rende resistente alla ruggine o alle macchie "meno" rispetto ad altri tipi di acciaio. Il cromo nell'acciaio si combina con l'ossigeno nell'atmosfera per formare uno strato sottile e invisibile di ossido contenente cromo, chiamato film passivo. Le dimensioni degli atomi di cromo e dei loro ossidi sono simili, quindi si incastonano perfettamente sulla superficie del metallo, formando uno strato stabile spesso solo pochi atomi. Se il metallo viene tagliato o graffiato e il film passivo viene interrotto, più ossido formerà e recupererà rapidamente la superficie esposta, proteggendolo dalla corrosione ossidativa.

Il ferro, d'altra parte, arrugginisce rapidamente perché il ferro atomico è molto più piccolo del suo ossido, quindi l'ossido forma uno strato sciolto anziché stretto e si sfalda. Il film passivo richiede ossigeno per autoripararsi, quindi gli acciai inossidabili hanno una scarsa resistenza alla corrosione in ambienti a basso ossigeno e scarsa circolazione. Nell'acqua di mare, i cloruri del sale attaccheranno e distruggeranno il film passivo più rapidamente di quanto possa essere riparato in un ambiente a basso ossigeno.

Tipi di acciaio inossidabile

I tre principali tipi di acciai inossidabili sono austenitici, ferritici e martensitici. Questi tre tipi di acciai sono identificati dalla loro microstruttura o fase cristallina predominante.

• austenitico: Gli acciai austenitici hanno l'austenite come fase primaria (cristallo cubico centrato sulla faccia). Si tratta di leghe contenenti cromo e nichel (a volte manganese e azoto), strutturate attorno alla composizione di ferro di tipo 302, 18% di cromo e 8% di nichel. Gli acciai austenitici non sono induribili con il trattamento termico. L'acciaio inossidabile più familiare è probabilmente il tipo 304, a volte chiamato T304 o semplicemente 304. L'acciaio inossidabile chirurgico di tipo 304 è acciaio austenitico contenente 18-20% di cromo e 8-10% di nichel.
• ferritico: Gli acciai ferritici hanno la ferrite (cristallo cubico centrato sul corpo) come fase principale. Questi acciai contengono ferro e cromo, basati sulla composizione di tipo 430 al 17% di cromo. L'acciaio ferritico è meno duttile dell'acciaio austenitico e non è induribile con il trattamento termico.
• Martensitici: La caratteristica microstruttura ortorombica della martensite fu osservata per la prima volta dal microscopista tedesco Adolf Martens intorno al 1890. Gli acciai martensitici sono acciai a basso tenore di carbonio costruiti attorno alla composizione di ferro di tipo 410, 12% di cromo e 0,12% di carbonio. Possono essere temperati e induriti. La martensite conferisce all'acciaio una grande durezza, ma riduce anche la sua tenacità e la rende fragile, quindi pochi acciai sono completamente induriti.

Esistono anche altri tipi di acciai inossidabili, come acciai temprati a precipitazione, duplex e in acciaio inossidabile fuso. L'acciaio inossidabile può essere prodotto in una varietà di finiture e trame e può essere colorato su un ampio spettro di colori.

Passivazione

Vi è qualche disputa sul fatto che la resistenza alla corrosione dell'acciaio inossidabile possa essere migliorata dal processo di passivazione. In sostanza, la passivazione è la rimozione del ferro libero dalla superficie dell'acciaio. Questo viene eseguito immergendo l'acciaio in un ossidante, come acido nitrico o soluzione di acido citrico. Poiché lo strato superiore di ferro viene rimosso, la passivazione riduce lo scolorimento della superficie.

Sebbene la passivazione non influisca sullo spessore o sull'efficacia dello strato passivo, è utile nel produrre una superficie pulita per ulteriori trattamenti, come la placcatura o la verniciatura. D'altra parte, se l'ossidante viene rimosso in modo incompleto dall'acciaio, come talvolta accade in pezzi con giunti o angoli stretti, potrebbe verificarsi una corrosione interstiziale. La maggior parte delle ricerche indica che la riduzione della corrosione delle particelle superficiali non riduce la suscettibilità alla corrosione da corrosione.