L'acciaio, pilastro della moderna industria delle costruzioni, è disponibile in diverse forme per soddisfare le esigenze. L'acciaio al carbonio e l'acciaio dolce sono i tipi di acciaio più comuni, con caratteristiche e applicazioni distinte nel settore.
Il componente principale dell'acciaio al carbonio è il carbonio, con diversi componenti. L'acciaio dolce, invece, è uno dei tipi di acciaio al carbonio, ma ha un contenuto minore di carbonio. Preparatevi a entrare nel mondo dell'acciaio per esplorare e conoscere a fondo l'acciaio dolce e l'acciaio al carbonio.
Che cos'è l'acciaio dolce?
Essendo un acciaio a basso tenore di carbonio, è malleabile e spesso utilizzato per applicazioni strutturali e di costruzione.
- Composizione del carbonio: 04% - 0,3%.
- L'acciaio dolce è duttile.
Che cos'è l'acciaio a medio tenore di carbonio?
Essendo un acciaio a medio tenore di carbonio, viene spesso utilizzato in assali, ingranaggi e rotaie.
- Contiene una moderata quantità di carbonio, circa lo 0,3% - 0,6%.
- L'acciaio a medio tenore di carbonio indica un equilibrio tra resistenza e duttilità.
Che cos'è l'acciaio ad alto tenore di carbonio?
Contiene più carbonio rispetto ai due tipi precedenti, da 0,6% a 1,5%. L'acciaio ad alto tenore di carbonio è duro e adatto per utensili da taglio e molle.
Acciaio al carbonio dolce o medio o alto
La forza
L'acciaio dolce non è forte come l'acciaio a più alto tenore di carbonio, ma offre una buona resistenza per diverse applicazioni. Viene utilizzato nei casi in cui non è richiesta un'elevata resistenza, ma un equilibrio tra resistenza e proprietà come la formabilità. L'acciaio a più alto tenore di carbonio può mostrare una grande resistenza rispetto all'acciaio dolce, rendendolo adatto a migliorare le proprietà meccaniche.
Durata
L'acciaio dolce è durevole e resistente ai danni, ma è più resistente alla corrosione dell'acciaio ad alto tenore di carbonio. Il rivestimento o la zincatura di una superficie possono aumentarne la durata. Gli acciai a più alto tenore di carbonio con l'aggiunta di elementi di lega possono garantire una maggiore durata, resistenza all'usura e durezza. Tuttavia, a seconda della composizione specifica, alcuni possono essere più inclini alla corrosione.
Versatilità
Se l'economicità è la preoccupazione principale, l'acciaio dolce può essere preso in considerazione per diverse applicazioni. La facilità di fabbricazione e le sue applicazioni in molteplici settori, come l'edilizia e l'automobile, ne dimostrano la versatilità.
L'acciaio ad alto tenore di carbonio è meno versatile a causa della sua durezza e fragilità. Tuttavia, è ancora versatile in applicazioni specializzate come utensili da taglio e componenti ad alta resistenza.
L'acciaio al carbonio è più duro dell'acciaio dolce?
Nell'analisi della durezza dell'acciaio dolce rispetto all'acciaio al carbonio, è necessario tenere conto del contenuto di carbonio nell'acciaio e dei potenziali elementi di lega.
L'acciaio al carbonio presenta una durezza maggiore rispetto all'acciaio dolce, grazie al suo maggiore contenuto di carbonio.
Al contrario, l'acciaio dolce ha una minore percentuale di carbonio, che si traduce in una natura più morbida. Considerando le loro applicazioni, l'acciaio dolce viene utilizzato quando la durezza non è l'obiettivo. Al contrario, il maggior contenuto di carbonio nell'acciaio al carbonio lo rende essenziale quando è richiesta la durezza.
Confronto tra acciaio al carbonio e acciaio legato: entrambi sono resistenti, ma l'acciaio legato, con l'aggiunta di elementi, offre una maggiore resistenza alla corrosione.
Quanto è resistente l'acciaio al carbonio alla corrosione?
La resistenza alla corrosione di qualsiasi acciaio al carbonio è un aspetto critico che può influenzare le sue prestazioni.
L'acciaio dolce è suscettibile alla corrosione, soprattutto in presenza di umidità. Può arrugginire facilmente se esposto ad ambienti difficili.
Il basso contenuto di carbonio lo rende incline all'ossidazione, formando ruggine (ossido di ferro) sulla superficie. Misure preventive come il rivestimento, la verniciatura e la zincatura possono aumentare la resistenza alla corrosione.
La resistenza alla corrosione dell'acciaio al carbonio può variare in base a fattori quali gli elementi di lega e il trattamento termico. In generale, l'aumento del contenuto di carbonio previene la corrosione.
Elementi di lega come il cromo possono migliorare notevolmente la resistenza alla corrosione. L'acciaio inossidabile contiene cromo, che offre un'eccellente resistenza alla corrosione.
Processo di produzione dell'acciaio al carbonio e dell'acciaio dolce
Il processo di produzione varia leggermente a seconda del tipo di acciaio richiesto e del prodotto finale. Tre fasi principali:
Processo primario
L'acciaio può essere creato da materiali riciclati o combinato con acciaio nuovo attraverso il forno a ossigeno di base.
L'ossigeno è fondamentale nel processo di produzione dell'acciaio. Il minerale di ferro e il coke, che fungono da materie prime, subiscono una conversione. L'acciaio fuso viene poi colato in stampi. È così che si formano bramme e lingotti. Di conseguenza, il prodotto finale ha un elevato contenuto di carbonio (0,5%).
Processo secondario
Si tratta di creare acciaio con un contenuto di carbonio che soddisfi le esigenze del mercato. Qui avvengono tutte le modifiche necessarie a seconda dell'acciaio desiderato (ad alto, basso o medio tenore di carbonio).
Forno ad arco elettrico (EAF)
In questo caso, la composizione dell'acciaio viene modificata mediante l'aggiunta o la rimozione selettiva di componenti o, in alternativa, mediante la regolazione della temperatura.
- Agitazione
Questa tecnica utilizza campi elettromagnetici per indurre correnti turbolente nella siviera, segregando efficacemente i materiali non metallici. L'obiettivo è ottenere una composizione uniforme e ben miscelata dell'acciaio.
- Forno a siviera
L'utilizzo di un forno a elettrodi secondari garantisce un controllo preciso della temperatura e l'introduzione accurata dei componenti della lega.
- Iniezione in mestolo
Per indurre il fenomeno dell'agitazione, il gas inerte viene introdotto dalla base dell'acciaio fuso, subendo un riscaldamento e risalendo attraverso il metallo liquido.
- Degassificazione
Riduzione del contenuto di zolfo nel prodotto e rimozione di idrogeno, ossigeno e azoto. Una combinazione di tecnologia del vuoto, iniezione di gas inerti e tecniche precise di controllo della temperatura viene impiegata per rimuovere i gas dall'acciaio liquido in un processo di degassificazione.
- Regolazione della composizione
Agitazione mediante l'iniezione di gas argon in un bagno d'acciaio sigillato con insufflazione di ossigeno.
Disossidazione dell'acciaio
La rimozione controllata dell'ossigeno può essere fondamentale per modificare le caratteristiche del prodotto finale.
- Acciai da rivestimento
Acciaio non o parzialmente disossidato
- Acciai rivestiti
I tappi di muffa impediscono la produzione di monossido di carbonio
- Acciai semidistrutti
0,15- 0,3% carbonio, parzialmente disossidato
- Acciai uccisi
Completamente disossidato con carbonio fino a 0,15-0,3%
Colata
Nella colata, l'acciaio liquido viene versato in stampi separati posti su vagoni ferroviari. Per facilitare la rimozione dai lingotti dopo la concrezione, le lingottiere sono rastremate. Le macchine di colata aiutano a colare l'acciaio liquido in forme adatte alla lavorazione a valle. I lingotti vengono spostati per essere riscaldati per la laminazione a caldo e nella macchina di colata l'acciaio viene trasformato in bramme, billette e blumi.
Processi di finitura
Il processo di finitura può influire sull'aspetto e sulle prestazioni del prodotto finale.
Rotolamento
- Prodotto Rolling
Per trasformare i lingotti fusi solidi in una forma utilizzabile, vengono sottoposti a laminazione, dove un rullo rotante si muove più velocemente dell'acciaio, spingendolo in avanti e comprimendolo.
- Formatura a caldo
L'acciaio viene riscaldato oltre la temperatura di ricristallizzazione per ottenere una dimensione dei grani costante e una distribuzione uniforme del carbonio.
- Formatura a freddo
Eseguito a una temperatura inferiore a quella di ricristallizzazione, l'indurimento da deformazione aumenta la resistenza di 20%.
Trattamento termico
Il trattamento termico viene utilizzato per alterare la distribuzione del carbonio e modificare le proprietà meccaniche.
- Normalizzazione
Per aumentarne la resistenza e la durezza, l'acciaio viene sottoposto a un processo di trattamento termico che prevede un riscaldamento superiore a 55°C e oltre il punto critico superiore. L'acciaio viene quindi riscaldato uniformemente e successivamente raffreddato ad aria.
- Ricottura
Durante il trattamento termico, l'acciaio viene esposto alla temperatura della soluzione solida per trenta minuti e quindi sottoposto a una fase di raffreddamento graduale. Questo trattamento porta allo sviluppo di una variante di acciaio flessibile e duttile.
- Tempra
Il processo prevede un rapido raffreddamento dell'acciaio in acqua, salamoia o olio, ottenendo un materiale resistente ma fragile, incline alla rottura.
Trattamento della superficie
Circa 33% della produzione mondiale di acciaio prevede un rivestimento superficiale come prevenzione della corrosione.
- Zincatura a caldo
Con questo metodo, l'acciaio viene sottoposto a un trattamento in cui viene immerso in un bagno di zinco riscaldato, con conseguente applicazione di uno strato di zinco. L'alluminio viene introdotto nella soluzione di zinco per migliorare l'integrità del rivestimento e prevenirne la rottura.
- Zincatura elettrolitica
La deposizione dello strato di zinco sull'acciaio tramite elettrolisi consente di ottenere uno spessore più preciso e controllato.
A valle Trattamento secondario
Le entità a valle raffinano i materiali siderurgici grezzi nel continuum produttivo, trasformandoli in prodotti finiti. In generale, comprende la lavorazione e la giunzione, la rimozione del metallo superficiale con macchine utensili e la saldatura.
Costo dell'acciaio al carbonio
L'acciaio dolce è una variante a basso tenore di carbonio, generalmente più conveniente di alcuni acciai ad alto tenore di carbonio. Il costo delle materie prime incide sul costo di produzione complessivo.
Si sceglie il processo di produzione e si utilizzano gli elementi di lega per creare diversi gradi di carbonio, lavorazione e fabbricazione. Ogni fase influisce e può aumentare il costo complessivo dell'acciaio al carbonio.
L'acciaio dolce è spesso reso più malleabile e più facile da lavorare, riducendo potenzialmente i costi di lavorazione rispetto all'acciaio al carbonio.
La scelta tra acciaio al carbonio e acciaio legato dipende dalle esigenze dell'applicazione, con l'acciaio legato che offre soluzioni su misura.
Applicazioni dell'acciaio dolce rispetto all'acciaio al carbonio
L'acciaio al carbonio e l'acciaio hanno diverse applicazioni in diversi settori. L'acciaio dolce, come travi, colonne e barre di rinforzo, è ampiamente utilizzato nel settore delle costruzioni. La sua economicità e la facilità di fabbricazione lo rendono preferibile.
Grazie alla sua formabilità, l'acciaio dolce è utilizzato nell'industria automobilistica come pannelli di carrozzeria, telai ed elementi strutturali. I tubi di acciaio a basso tenore di carbonio sono resistenti e utilizzati per i componenti strutturali.
L'acciaio al carbonio è utilizzato per utensili da taglio, trapani e lame, grazie alla sua durezza. Nelle ferrovie, l'acciaio al carbonio è utilizzato per costruire binari e componenti. I tubi in acciaio al carbonio trasportano i fluidi nell'industria petrolifera e del gas.
Domande frequenti sull'acciaio al carbonio e sull'acciaio dolce
D1: Quali sono le principali differenze tra acciaio dolce e acciaio al carbonio?
L'acciaio al carbonio ha un'ampia gamma di contenuti di carbonio, che conferiscono diversi livelli di durezza e resistenza, mentre l'acciaio dolce ha un contenuto di carbonio inferiore, diventando più morbido e malleabile.
D2: In che modo la quantità di carbonio influisce sulle proprietà dell'acciaio?
Un elevato contenuto di carbonio aumenta la durezza e la resistenza dell'acciaio, rendendolo un'opzione migliore per le proprietà meccaniche.
D3: Perché l'acciaio dolce è più versatile dell'acciaio ad alto tenore di carbonio?
La versatilità dell'acciaio dolce deriva dalla sua economicità e dall'idoneità a diverse applicazioni.
D4: Come si può aumentare la durata dell'acciaio dolce?
Il rivestimento e la zincatura possono aumentare la durata dell'acciaio dolce.
D5: Quali industrie utilizzano l'acciaio al carbonio medio?
L'acciaio dolce viene utilizzato in assi, ingranaggi e rotaie per garantire resistenza e duttilità.