Secondo il Associazione mondiale dell'acciaio, nel 2020 il nostro mondo ha prodotto 1878 milioni di tonnellate di acciaio grezzo. Si tratta di cifre enormi e gli scienziati hanno scoperto molti tipi diversi di acciaio con composizioni fisiche e chimiche distinte.
Ogni tipo di acciaio ha caratteristiche diverse in termini di resistenza, durata e proprietà generali. Questa guida esplorerà i vari tipi di acciaio e il loro sistema di classificazione. Che siate studenti o ingegneri esperti, questo articolo sarà ugualmente importante per tutti.
Introduzione all'acciaio
In parole povere, l'acciaio si ottiene principalmente dalla combinazione di ferro e carbonio. Tuttavia, nell'acciaio sono presenti altre impurità ed elementi. Queste impurità ed elementi, tra cui il ferro e il carbonio, influenzano le proprietà dell'acciaio.
Come ho già detto, l'acciaio è uno degli elementi più prodotti nel nostro mondo. Il motivo è che è versatile, potente e durevole. L'acciaio è passato dai nostri utensili alle aziende manifatturiere più importanti. Grazie alla sua composizione versatile e alle sue proprietà.
Si può immaginare la versatilità della loro composizione dal fatto che esistono più di 3500 gradi di acciaio. Ognuno di questi gradi ha una composizione fisica e chimica diversa. Tutti questi tipi di acciaio sono utilizzati per vari scopi a livello industriale.
L'acciaio è così buono grazie alla presenza di carbonio che aggiunge durezza. Uno degli aspetti più interessanti è che l'acciaio non è molto costoso. È quindi un'opzione praticabile per gli ingegneri che lo utilizzano negli edifici e in altri settori come quello automobilistico e aerospaziale.
Tipi di acciaio
Come ho detto, esistono molti tipi e gradi di acciaio. Tuttavia, ci sono alcuni tipi che rappresentano la maggior parte dell'acciaio utilizzato nel mondo di oggi. Nella sezione che segue ne parlerò per aiutarvi a comprenderli.
1- Acciaio al carbonio
È noto anche come acciaio dolce ed è il tipo più comune. Molte industrie lo utilizzano per produrre una varietà di prodotti. Il motivo del suo ampio utilizzo in diversi settori è la sua durata e robustezza. Esistono vari tipi di acciaio al carbonio, e ogni tipo offre una diversa utilizzabilità grazie alla sua composizione chimica.
- Acciai a basso tenore di carbonio: Questo tipo di acciaio al carbonio è molto morbido e sensibile perché contiene meno carbonio (fino a 0,3%). È noto anche come acciaio dolce Gli ingegneri lo utilizzano per produrre lamiere e altri materiali. L'acciaio viene sottoposto a pressione e trasformato in lastre e altro.
- Acciaio al carbonio medio: È più robusto dell'acciaio a basso tenore di carbonio e contiene più carbonio (0,3 - 0,6%). L'aspetto positivo di questo tipo di acciaio è che offre un'eccellente durata. Grazie alla sua resistenza e durezza, viene utilizzato nell'industria automobilistica.
- Acciaio ad alto tenore di carbonio: È il tipo di acciaio al carbonio più importante per l'industria dei trasporti pesanti. Contiene cobaine che vanno da 0,6% a 2,1%. Il suo utilizzo è vario e gli ingegneri lo impiegano nei casi in cui è necessaria la resistenza, come ad esempio nell'edilizia.
Il distinzione tra acciaio dolce e acciaio al carbonio è il loro contenuto di carbonio. Le differenze nel contenuto di carbonio conferiscono loro proprietà meccaniche diverse. L'acciaio dolce è più morbido e duttile dell'acciaio al carbonio più robusto.
2- Acciaio legato
Come suggerisce il nome, questo tipo di acciaio è presente in lega. Si ottiene mescolando l'acciaio con altri elementi come il cromo e il nichel. Questi acciai legati sono noti per la loro resistenza alla ruggine e alla corrosione.
L'altro elemento aggiunto all'acciaio blocca l'ossido di ferro (ruggine) quando entra in contatto con l'ossigeno. Ad esempio, supponiamo che l'acciaio sia mescolato con cromo. In questo caso, il cromo reagisce con l'ossigeno formando ossido di cromo, invece di permettere all'acciaio di produrre ossido di ferro. Lo strato di ossido di cromo non arrugginisce e protegge l'acciaio dalla corrosione.
Ecco un elenco di altri elementi che possono essere utilizzati in lega con l'acciaio.
| Elemento | Proprietà |
| Rame | Conduzione elettrica |
| Nichel | Forza, tenacità, resistenza alla corrosione |
| Silicio | Proprietà magnetiche, disossidante |
| Cobalto | Resistenza al calore, capacità di taglio |
| Alluminio | Leggero, resistente alle alte temperature |
| Molibdeno | Resistenza alle alte temperature, resistenza alla corrosione |
Ciascuno degli elementi offre proprietà diverse. La lega di acciaio al cobalto offre un'eccellente resistenza al calore. Allo stesso modo, la lega di acciaio al molibdeno offre un'eccellente capacità di sopportare la temperatura. Quindi, ogni lega realizzata con questo elemento avrà una specialità diversa.
3- Acciaio inox
L'acciaio inossidabile contiene almeno 10,5% di cromo. Come già detto, il cromo ha la caratteristica unica di produrre ossido di cromo quando reagisce con l'ossigeno. Pertanto, quando si realizza un prodotto con acciaio inox, non si arrugginisce grazie a questo strato di ossido di cromo.
Gli strati di ossido di cromo non appaiono sulla superficie dell'acciaio inossidabile e rimangono invisibili. Tuttavia, non permettono al ferro presente nell'acciaio di reagire con l'ossigeno per formare uno strato di ossido di ferro (ruggine o corrosione). Questo tipo di acciaio viene utilizzato per realizzare prodotti antiruggine.
Nota rapida: Tenete presente che l'acciaio legato e l'acciaio inossidabile sono diversi. Anche le loro proprietà e applicazioni variano. È possibile leggere un'analisi dettagliata confronto nella nostra guida lega vs. acciaio inox.
Acciaio 4- Rivestito
In questo tipo, gli ingegneri applicano uno strato sull'acciaio, che lo mantiene solido e al riparo dalla ruggine. Ad esempio, se il produttore realizza qualcosa che verrà utilizzato in condizioni di umidità, applica uno strato sottile.
Il rivestimento non permette la formazione dello strato di ossido di ferro e mantiene l'acciaio in buono stato per gli anni a venire. L'esempio più semplice di acciaio rivestito è l'applicazione di un sottile strato di vernice per renderlo più bello e proteggerlo dalla ruggine e dai raggi UV.
5- Acciaio per utensili
L'acciaio per utensili è noto per la sua capacità di sopportare il calore. Ciò indica che questo tipo di acciaio è anche solido. Di solito, viene utilizzato per produrre utensili e attrezzature come trapani e lame di sega. Queste attrezzature sono in grado di resistere a temperature elevate e di consumare rapidamente l'abrasivo.
Per la produzione di acciaio per utensili si possono utilizzare diversi elementi insieme all'acciaio. Tuttavia, il tungsteno, il cromo e il vanadio sono alcuni degli elementi più utilizzati nell'acciaio per utensili. Tenete presente che esistono innumerevoli tipi di acciaio. Tenete presente che esistono una miriade di tipi di acciaio.
Altri tipi sono quelli a molla, galvanizzati, ad alta velocità, resistenti agli agenti atmosferici e acciaio elettrico, ma parlarne tutti è impossibile. Inoltre, questi tipi non sono famosi e rappresentano una quantità minima di acciaio.
Sistemi di classificazione in acciaio
Come già detto, migliaia di tipi diversi di acciai variano per composizione chimica e proprietà. Con un sistema ben organizzato per la loro classificazione, lo studio e l'analisi diventano possibili.
Gli scienziati hanno quindi creato un sistema di classificazione completo. Questo sistema offre a ogni tipo un grado specifico in base alla sua composizione chimica e alle sue proprietà. Grazie a questa classificazione, è più facile per gli scienziati e le agenzie governative riconoscere facilmente il tipo.
Ogni tipo ha il suo grado e la sua usabilità. Quindi, se uno scienziato crea qualcosa che richiede uno stile specifico, utilizzerà il grado assegnato. Questo sistema di classificazione universale ha facilitato la comprensione e l'analisi dei diversi tipi di acciaio.
Attualmente vengono utilizzati due sistemi di classificazione in tutto il mondo. Nella sezione che segue illustrerò le differenze tra questi due sistemi di classificazione.
1- Sistema di classificazione SAE
L'American Iron & Steel Institute (AISI) e la Society of Automotive Engineers (SAE) hanno introdotto il sistema di classificazione SAE. Esso classifica gli acciai in base alla loro composizione chimica. È noto anche come sistema di numerazione a quattro cifre. Il motivo è che questo sistema assegna quattro numeri a ciascun tipo di acciaio.
Ecco la ripartizione dei quattro numeri assegnati da questo sistema di valutazione:
1- Primo numero
Il primo numero rappresenta l'elemento della lega presente in quantità maggiore. In altre parole, indica l'elemento primario della lega. Ad esempio, uno significa che nelle leghe di acciaio è presente il carbonio. Allo stesso modo, due significa che il nichel è presente come elemento primario della lega con l'acciaio. L'elenco continua. Ecco i numeri degli altri elementi di lega.
| Primo numero | Elemento/i di lega |
| 2 | Acciai al nichel |
| 3 | Acciai al nichel-cromo |
| 4 | Acciai al molibdeno |
| 5 | Acciai al cromo |
| 6 | Acciai al cromo-vanadio |
2- Secondo numero
Il secondo numero del codice SAE voti indica la quantità o la concentrazione di elementi di lega presenti nell'acciaio. Vedendo il secondo numero di un qualsiasi acciaio, gli scienziati capiscono immediatamente la composizione chimica di quel tipo di acciaio.
3- Terzo e quarto numero
Il terzo e il quarto numero del tipo di acciaio indicano la concentrazione di carbonio in esso contenuta. Di solito è espressa in centesimi di percentuale. Ad esempio, nell'acciaio 1020, la concentrazione di carbonio sarà pari a 0,20%
2- Sistema di classificazione ASTM
Il sistema di classificazione ASTM è considerato più affidabile e completo. A differenza del sistema di classificazione SAE, si basa su diversi fattori come le proprietà chimiche, fisiche e meccaniche dell'acciaio. Questo sistema di classificazione è facile da capire.
Nella classificazione ASTM, al materiale viene assegnato un prefisso di lettere. Può essere qualsiasi cosa, dalla A alla Z. Dopo questa lettera viene un numero. Questo numero indica una serie specifica di regole che spiegano le proprietà, il comportamento, la produzione e l'utilizzabilità del materiale.
Ad esempio, la lettera A rappresenta i metalli ferrosi. L'analoga lettera B indica i metalli non ferrosi. L'elenco continua. Il numero indica l'insieme di regole che lo scienziato ha già stabilito nel sistema di classificazione ASTM.
L'acciaio è ecologico e sostenibile?
La produzione di acciaio con mezzi tradizionali produce CO2 che viene emessa nell'ambiente. L'emissione di CO2 era pericolosa in quanto agiva come gas serra e influiva sul cambiamento climatico generale. Oggi, però, le cose sono cambiate.
Le moderne tecnologie di produzione dell'acciaio utilizzano forni elettrici ad arco (EAF) che non emettono molta CO2, rendendo l'intero processo di produzione dell'acciaio rispettoso dell'ambiente. Inoltre, l'acciaio è facilmente rinnovabile.
I forni ad arco non utilizzano il minerale di ferro per preparare l'acciaio. Utilizzano invece rottami metallici come materia prima. Non utilizzando il minerale di ferro, non emette gas di anidride carbonica che potrebbero causare inquinamento ambientale.
Per quanto riguarda la sostenibilità, l'acciaio è rinnovabile. Per quanto tempo si possa riciclare l'acciaio, la sua forma e il suo valore complessivo rimangono invariati. Soprattutto, il riciclo dell'acciaio è veloce: si può ottenere più rapidamente.
Un altro elemento essenziale che indica la sostenibilità è il fabbisogno energetico per la produzione di acciaio. L'aspetto entusiasmante è che la produzione richiede meno energia. Ad esempio, è necessario solo 40% dell'energia necessari nel 1960 per produrre una tonnellata di acciaio.
Questo dato dimostra che il fabbisogno energetico per la produzione di acciaio diminuisce nel tempo. È un segnale verde che indica che la produzione di acciaio è sostenibile. Grazie all'utilizzo di tecnologie moderne, anche l'emissione di gas pericolosi è stata controllata, il che rappresenta un ulteriore vantaggio.
Conclusione
L'acciaio è versatile ed è utile in quasi tutti i settori. Esiste un campo della vita in cui non si utilizza l'acciaio? Non credo. La cosa positiva è che viene prodotto su larga scala. Ne stanno nascendo di nuovi e diversi tipi, il che sarà positivo per il futuro.
Soprattutto, il processo di produzione non è dannoso per l'ambiente, il che è un grande vantaggio. In questa guida ho spiegato i tipi di acciaio e il sistema di classificazione che assegna gradi e classificazioni per i diversi tipi di acciaio. Speriamo che sia utile!