Materiali a base di nichel

I materiali a base di nichel sono leghe multicomponenti con una matrice ricca di nichel. Gli elementi di lega più importanti sono il cromo e il molibdeno, spesso integrati da piccole quantità di ferro, tungsteno o niobio. Questa combinazione conferisce ai materiali un'elevata resistenza alla corrosione nei confronti di fluidi di processo aggressivi. Un materiale di questo tipo è la lega 59. Si tratta di un materiale a basso tenore di carbonio a base di nichel-cromo-molibdeno. Le sue percentuali tipiche sono comprese tra il 59 e il 63% di nichel, il 22-24% di cromo e il 15-16,5% di molibdeno, mentre il contenuto di ferro e carbonio è molto basso. Anche il materiale HC22 appartiene al gruppo delle leghe Ni-Cr-Mo. Contiene una quantità leggermente inferiore di molibdeno, ma una percentuale aggiuntiva di tungsteno, mentre il contenuto di nichel è superiore al 55% e la percentuale di ferro rimane bassa.

I materiali a base di nichel mostrano un'elevata resistenza nei fluidi contenenti cloruri e resistono ampiamente sia agli acidi ossidanti che a quelli riducenti. Il basso contenuto di carbonio riduce la formazione di carburi ai bordi dei grani e quindi la tendenza alla corrosione intercristallina dopo sollecitazioni termiche. Leghe a base di nichel simili sono la lega 625, la lega 686 e la lega C-276, dove la lega 625 contiene anche niobio. Ciò consente un indurimento per precipitazione e migliora la resistenza allo scorrimento e allo scorrimento a temperature elevate. La lega C-276 ha un contenuto molto elevato di molibdeno e spesso anche di tungsteno. Ciò aumenta ulteriormente la resistenza in ambienti fortemente riducenti e contaminati.

Le leghe a base di nichel hanno elevate caratteristiche meccaniche. I limiti di snervamento in condizioni di ricottura di solubilizzazione sono tipicamente compresi tra 300 e 500 N/mm². Anche a temperature elevate, gran parte della resistenza rimane inalterata, il che le differenzia notevolmente dagli acciai inossidabili austenitici.

Dal punto di vista della saldatura, questi materiali sono impegnativi. La composizione chimica del materiale di base e del materiale d'apporto deve essere accuratamente coordinata. I materiali d'apporto sono spesso leggermente sovrallegati per compensare le perdite di lega e garantire la resistenza alla corrosione del cordone di saldatura. Sono fondamentali un basso apporto di calore, temperature intermedie limitate e saldature multistrato controllate.

Gli acciai ferritici inossidabili costituiscono un gruppo di materiali a sé stante. La loro matrice è ferritica, il contenuto di nichel è basso o completamente assente, mentre il contenuto di cromo è solitamente compreso tra il 12 e il 30%. Rispetto agli acciai austenitici, hanno una minore dilatazione termica e una maggiore conducibilità termica. Ciò li rende più dimensionalmente stabili in caso di sbalzi di temperatura. Dal punto di vista della corrosione, tuttavia, gli acciai inossidabili ferritici hanno prestazioni limitate. In ambienti contenenti cloruri, la corrosione puntiforme e interstiziale si manifesta relativamente presto, mentre la corrosione sotto tensione è molto più rara. I moderni acciai inossidabili ferritici sono molto poveri di carbonio e azoto. Sono spesso stabilizzati con titanio o niobio per controllare la precipitazione di carburi e nitruri.

I materiali ferritici come 1.4509 o 1.4521 sono considerati alternative economiche per ambienti moderatamente corrosivi e temperature elevate. Dal punto di vista della saldatura, gli acciai inossidabili ferritici sono sensibili, poiché nella zona termicamente alterata possono verificarsi crescita dei grani e infragilimento. Sono quindi necessari un apporto di calore controllato, sequenze di saldatura adeguate e, se necessario, trattamenti termici. Per i fluidi chimici altamente aggressivi si preferisce utilizzare materiali a base di nichel, grazie alla loro combinazione superiore di resistenza chimica e sicurezza meccanica.

Il coefficiente di dilatazione termica α dipende dalla temperatura e, nel caso degli acciai “austenitici” e “ferritici”, dipende anche in larga misura dalla qualità specifica. I valori riportati di seguito sono valori comparativi comunemente utilizzati per l'intervallo di temperatura indicato da 20 a 100 °C in 10⁻⁶ per Kelvin.

• Acciaio inossidabile austenitico (ad es. 316L / 1.4404): circa 16,0
• Acciaio inossidabile ferritico (ad es. 1.4509 / 441): circa 10,0-11,0
• Lega 59 (UNS N06059 / 2.4605): circa 11,9