Gli acciai austeno ferritici (di seguito duplex) sono una famiglia di tipologie che unisce alla buona resistenza alla corrosione l’elevata resistenza meccanica e la semplicità nella lavorazione. Le loro proprietà fisiche sono intermedie rispetto agli acciai inossidabili austenici e quelli ferritici, ma tendono a essere più simili a quelle dei ferritici e degli acciai al carbonio.
Tutti gli acciai duplex hanno una resistenza alla criccabilità da tensocorrosione significantemente superiore agli acciai inossidabili austenici della serie 300.
Essi presentano inoltre una resistenza meccanica significativamente superiore rispetto ai gradi austenici, mantenendo allo stesso tempo una buona duttilità e tenacità.
Gli acciai duplex vengono usati sempre di più in campo strutturale, per esempio nella costruzione di ponti e grandi coperture, in particolare dove la necessità di sopportare carichi elevati sposa quella di preservare la struttura dalla corrosione per la presenza di un ambiente salino.
Ponte «Arco Malizia» realizzato in acciaio inossidabile duplex Arco a Siena.
© Andrea Raffin – Industeel
La normativa italiana, Ntc 2008, consente l’utilizzo degli acciai inossidabili come materiali per uso strutturale. In particolare al capitolo 11, alla sezione 11.3.4.8 Acciai inossidabili: «Nell’ambito delle indicazioni generali di cui al secondo comma del § 11.3.4.1. (Generalità), è consentito l’impiego di acciaio inossidabile per la realizzazione di strutture metalliche…….omissis……permanendo tutte le altre regole relative alla qualificazione (§ 11.3.1) e al controllo (§11.3.4.10)…omissis».
Esempi di realizzazioni in duplex. La più grande copertura al mondo, quella dell’International Airport New Doha in Qatar è realizzata in acciaio duplex standard al molibdeno (Uns S32003).
L’aspetto che più di ogni altro contraddistingue il terminal è proprio il suo tetto ondulato di circa 195.000 mq per un totale di 1.600 t di acciaio.
Molti fattori sono stati presi in considerazione nella scelta del tipo di acciaio da impiegare. Il principale fu la vicinanza dell’aeroporto al mare, inoltre la copertura doveva resistere non solo al calore e all’umidità tipica del Medio Oriente, ma anche alla corrosione marina. Altri fattori determinanti nella scelta includono i costi e un adeguato rapporto resistenza / peso.
Ponte «Arco Malizia» realizzato in acciaio inossidabile duplex Arco a Siena.
© Andrea Raffin – Industeel
Il ponte Stonecutters Bridge è costruito con acciaio duplex tipo En 1.4462 (2205), sono state impiegate per la sua realizzazione 200 t di lamiere e tubi.
Le lamiere furono decapate e pallinate per garantire il livello ideale di riflettività sia di giorno che di notte.
The Helix, il ponte pedonale di Marina Bay, Singapore, utilizza 570 t di acciaio duplex.
Lo stupefacente stile del ponte comprende due membrature tubolari a spirale di acciaio inossidabile che simboleggiano la struttura del Dna. La doppia elica e le strutture di supporto usano rispettivamente tubi e lamiere EN 1.4462 (2205).
Conoscere gli acciai duplex. Gli acciai inossidabili duplex hanno una microstruttura bifasica (uguali proporzioni di austenite e di ferrite). Il primo acciaio duplex fu prodotto in Svezia nel 1930. La prima generazione di acciai duplex fu molto usata nell’industria del processo (recipienti, scambiatori di calore, pompe, ecc), ma presentava alcune limitazioni in condizioni saldate.
Nel 1968 avvenne il processo di affinamento dell’acciaio inossidabile che diede luogo all’introduzione sul mercato di nuovi acciai inossidabili. Tra questi si trova la nuova generazione di acciai inossidabili duplex, nati dall’uso dell’azoto come elemento lega, con un diffuso impiego nelle pipeline e nelle applicazioni di processo in piattaforme offshore: l’elevata resistenza di questi acciai consente infatti la riduzione degli spessori di parete e quindi del peso delle piattaforme.
Ponte «Arco Malizia» realizzato in acciaio inossidabile duplex Arco a Siena.
© Andrea Raffin – Industeel
Oggi l’ulteriore sviluppo degli acciai duplex ha portato a cinque gruppi di prodotti: acciai lean duplex (denominazione europea En 1.4362 -1.4482-1.4162-1.4062-1.4655); acciai duplex standard (denominazione europea En 1.4462); acciai duplex al 25% Cr (denominazione europea En 1.4507); acciai superduplex 25-26% Cr con Mo e N (denominazione europea En 1.4410-1.4501-1.4477); acciai hyper duplex (acciai inossidabili duplex alto legati).
In aggiunta a questi gruppi esistono le fusioni in acciai inossidabili duplex (denominazione europea En 1.4463).
Gli acciai duplex hanno un’elevata resistenza alla corrosione, sia in ambienti fortemente acidi sia in ambienti caustici; questa è una caratteristica che viene subito intuita dai progettisti. Una proprietà invece molto meno conosciuta degli acciai duplex è l’eccellente comportamento meccanico, ovvero l’elevata resistenza meccanica del materiale.
La somma delle citate proprietà: elevata resistenza alla corrosione e ottime proprietà meccaniche, fa degli acciai duplex un ottimo materiale per ponti e strutture marine.
Progettare con gli acciai duplex. La normativa italiana (Ntc 2008) consente l’uso degli acciai inossidabili come materiali per uso strutturale. In particolare il capitolo 11, come si evince dello stralcio al capitolo 11.3.4 sotto riportato, identifica al §11.3.4.8 l’acciaio inossidabile come acciaio per uso strutturale: 11.3.4.8 Acciai inossidabili: «Nell’ambito delle indicazioni generali di cui al secondo comma del § 11.3.4.1. (Generalità), è consentito l’impiego di acciaio inossidabile per la realizzazione di strutture metalliche… omissis… permanendo tutte le altre regole relative alla qualificazione (§ 11.3.1) e al controllo (§11.3.4.10)…omissis».
Da sottolineare che i valori minimi di riferimento, delle proprietà meccaniche di lamiere in acciaio inossidabile duplex, partono di un carico di snervamento di 400 MPa.
Monumento «To those brave men», Omaha Beach.
© Industeel
La normativa italiana con la pubblicazione delle Ntc 2008, ha aperto dunque le porte alla progettazione con acciai altoresistenziali; infatti al capitolo 4 della Normativa si danno indicazioni relative alla qualità degli acciai, introducendo acciai con un carico di snervamento oltre i 400 MPa: 4.2.1.1 Acciaio laminato «Gli acciai di uso generale laminati a caldo in profilati, barre, larghi piatti, lamiere e profilati cavi (anche tubi saldati provenienti da nastri laminati a caldo) devono appartenere ai gradi da S235 ad S460 compresi e le loro caratteristiche devono essere conformi ai requisiti di cui al § 11.3.4 delle presenti norme… omissis ».
La normativa non approfondisce la progettazione con gli acciai duplex e inossidabili in genere, ma al capitolo 12, fornisce delle indicazioni per i casi non specificati dalla normativa stessa: 12 Riferimenti Tecnici: «Per quanto non diversamente specificato nella presente norma, si intendono coerenti con i principi alla base della stessa, le indicazioni riportate nei seguenti documenti: Eurocodici strutturali pubblicati dal Cen, con le precisazioni riportate nelle Appendici Nazionali o, in mancanza di esse, nella forma internazionale En; norme Uni En armonizzate i cui riferimenti siano pubblicati su Gazzetta Ufficiale dell’Unione Europea; norme per prove, materiali e prodotti pubblicate da Uni …omissis».
Da cui si evince che per progettare con gli acciai duplex è necessario far riferimento agli Eurodcodici: Eurocode 3: Design of steel structures (Part 1-4: General rules – Supplementary rules for stainless steels); Uni En 1993-1-4: Progettazione delle strutture di acciaio – Parte 1-4: Regole generali – Regole supplementari per acciai inossidabili.
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