L'acciaio inossidabile è uno dei materiali più utili in ingegneria e produzione. Resiste bene alla ruggine, resiste alle sollecitazioni e può essere lavorato o rifinito in molti modi. Nella popolare famiglia degli austenitici della serie 300, i gradi 303, 304 e 316 sono molto diffusi. Servizi di lavorazione CNCContengono tutti cromo e nichel come principali elementi di lega, che conferiscono loro le classiche proprietà dell'acciaio inossidabile. Tuttavia, piccole ma importanti variazioni nella loro composizione creano grandi differenze nelle loro prestazioni. Queste differenze fanno sì che ogni grado abbia i suoi utilizzi migliori. Questo articolo li confronta da un punto di vista ingegneristico.
Cos'è l'acciaio inossidabile 303?
Il 303 è specificamente progettato per lavorazioni meccaniche rapide e di grandi volumi. I produttori aggiungono zolfo (solitamente almeno lo 0.15%) in modo che minuscole particelle di solfuro di manganese si formino all'interno del metallo. Queste particelle agiscono come lubrificanti integrati e facilitano il distacco dei trucioli durante il taglio. Questo riduce l'usura degli utensili, consente velocità più elevate e finiture più lisce.
Lo svantaggio è che le stesse particelle di solfuro rendono il 303 più soggetto a vaiolatura in ambienti corrosivi e possono causare problemi di cricche se si tenta di saldarlo. Per questo motivo, il 303 è raramente utilizzato nelle applicazioni di saldatura o in presenza di sostanze chimiche aggressive o acqua salata. È adatto a molti componenti torniti di precisione come viti, bulloni, alberi, boccole, componenti di valvole, ingranaggi e raccordi utilizzati in ambienti interni o in condizioni miti.
Cos'è l'acciaio inossidabile 304?
Il 304 è il grado di acciaio inossidabile più comune, ed è quello a cui si riferisce solitamente quando si parla di acciaio inossidabile. Contiene circa il 18% di cromo e l'8% di nichel, motivo per cui viene spesso chiamato acciaio inossidabile 18-8. Questa combinazione crea uno strato di ossido sottile, resistente e autorigenerante sulla superficie, che protegge molto bene il metallo dalla ruggine nelle condizioni quotidiane: aria normale, acqua dolce, molti alimenti, acidi delicati e prodotti chimici per la pulizia.
È disponibile ovunque e costa meno della maggior parte degli altri tipi. Il 304 si trova nei lavelli da cucina, nelle attrezzature da cucina, nei contenitori per alimenti, negli elettrodomestici per ristoranti, nei pannelli per edifici, nelle ringhiere, nei fusti per prodotti chimici, nei rivestimenti per auto e in migliaia di lamiere e componenti lavorati.
Cos'è l'acciaio inossidabile 316?
Il 316 parte da una ricetta simile al 304, ma aggiunge il 2-3% di molibdeno e un po' più di nichel. Contiene circa il 18% di cromo e il 10% di nichel, motivo per cui è spesso chiamato acciaio inossidabile 18-10. Il molibdeno è la differenza fondamentale: rende lo strato protettivo di ossido molto più stabile in presenza di cloruri come quelli presenti nell'acqua di mare, nella nebbia salina, nel sale antighiaccio o in alcuni detergenti. Questo riduce notevolmente la corrosione puntiforme e interstiziale che può corrodere piccoli fori o fessure strette nell'acciaio inossidabile comune.
Il 316 è spesso definito di grado marino. È la prima scelta per raccordi per imbarcazioni, attrezzature offshore, architettura costiera, serbatoi farmaceutici e biotecnologici, scambiatori di calore con fluidi aggressivi, strumenti chirurgici e componenti che devono durare a lungo in ambienti difficili e corrosivi.
Differenze tra 303, 304 e 316
Il testo seguente li confronterà in termini di composizione, proprietà meccaniche, fisiche, chimiche ed elettriche e resistenza alla corrosione. Concludiamo innanzitutto che il 303 può essere lavorato facilmente e rapidamente, ma ha la minore resistenza alla corrosione. Il 304 ha una buona resistenza alla corrosione generale, eccellenti saldabilità e formatura e il costo più basso per la maggior parte degli usi. Il 316 è il più resistente alla corrosione aggressiva a base di cloruri, come in acqua salata o sostanze chimiche, ma costa di più ed è più difficile da lavorare. Se avete bisogno di velocità di produzione e solo in condizioni miti, scegliete il 303. Per uso generale, il 304 vince per prezzo e lavorabilità. Per ambienti difficili e corrosivi, il 316 vale la spesa extra perché dura molto più a lungo.
Composizione chimica
| elemento | 303 | 304 | 316 |
| Ferro (Fe) | Promemoria | Promemoria | Promemoria |
| Carbonio (C) | ≤ 0.15 | ≤ 0.08 | ≤ 0.08 |
| Cromo (Cr) | 17.0-19.0 | 18.0-20.0 | 16.0-18.0 |
| Nichel (Ni) | 8.0-10.0 | 8.0-10.5 | 10.0-14.0 |
| Molibdeno (Mo) | - | - | 2.0-3.0 |
| Zolfo (S) | ≥ 0.15 | ≤ 0.030 | ≤ 0.030 |
| Manganese (Mn) | ≤ 2.00 | ≤ 2.00 | ≤ 2.00 |
| Silicone (Si) | ≤ 1.00 | ≤ 0.75 | ≤ 1.00 |
Proprietà meccaniche
Confrontiamo resistenza a trazione, limite di snervamento, allungamento e durezza allo stato ricotto. Il 303 è il più resistente e duro dei tre gradi, ed è migliore per sopportare carichi in ambienti non corrosivi. Il 304 e il 316 sono più morbidi e duttili, e migliori per formatura e piegatura. Il 303 mostra una maggiore resistenza a trazione (690 MPa) e un maggiore limite di snervamento (415 MPa), e una maggiore durezza (160-228 HB) perché le inclusioni di solfuro forniscono un rinforzo per dispersione. Il 304 e il 316 sono molto simili, hanno tutti una minore resistenza a trazione e un minore limite di snervamento (515-620 MPa per il 304 e 690 MPa per il 316) e una minore durezza (123-170 HB per il 304 e 149-217 HB per il 316), ma comunque un buon allungamento.
| Proprietà a Confronto | 303 | 304 | 316 |
| Resistenza alla trazione (MPa) | 690 | 505 | 580 |
| Resa di rendimento (MPa) | 415 | 215 | 290 |
| Allungamento (%) | 40 | 70 | 50 |
| Durezza (Brinell HB) | 228 | 123 | 147 |
Fonte dati: MatWeb
Proprietà fisiche, termiche ed elettriche
Queste proprietà sono pressoché identiche per tutti e tre i gradi perché condividono la stessa struttura austenitica di base. Analizziamo l'espansione termica e la resistività elettrica. Il 316 offre le migliori prestazioni in termini di stabilità dimensionale durante le variazioni di temperatura grazie alla sua minima espansione termica. Il 303 e il 304 sono molto simili. Tutti e tre i gradi sono cattivi conduttori di elettricità. Il 316 ha una resistività leggermente superiore al 304, sebbene la differenza sia trascurabile per la maggior parte delle applicazioni strutturali.
| Proprietà a Confronto | 303 | 304 | 316 |
| Densità (g / cm³) | 7.93 | 8.00 | 8.00 |
| Intervallo di fusione (°C) | 1400-1420 | 1400-1455 | 1370-1400 |
| Conduttività termica (100°C, W/m·K) | 16.2 | 16.2 | 16.3 |
| Resistività elettrica (μΩ·cm) | 72 | 72 | 74 |
Fonte dati: MatWeb
Resistenza alla Corrosione
Confrontiamo la resistenza atmosferica generale, la resistenza alla corrosione puntiforme/fessurale dovuta ai cloruri e il PREN (più alto è, meglio è). Il 316 è chiaramente il migliore in ambienti corrosivi, soprattutto in presenza di cloruri. Il 304 è adatto alla maggior parte delle condizioni normali. Il 303 è il più debole tra i tre gradi a causa della presenza di zolfo.
| Proprietà / Ambiente | 303 | 304 | 316 |
| Resistenza atmosferica generale | Buone | Ottimo | Ottimo |
| Resistenza alla corrosione da cloruri/fessure | povero | Moderato | Ottimo |
| PREN (Resistenza alla corrosione equivalente) | ≈18 | ≈19 | circa 24–26 |
| Ambienti tipici difficili | Solo per interni miti | Cibo, sostanze chimiche delicate | Acqua di mare, acidi, farmaceutici, marini |
lavorabilità
La lavorabilità è valutata come percentuale di un acciaio di riferimento B1112.
- 303: La lavorabilità è pari a circa il 78%. Produce trucioli corti e nitidi che non intasano le macchine CNC.
- 304: La lavorabilità è pari a circa il 45%. È "gommoso" e tende a incrudirsi se l'utensile rimane fermo, causandone una rapida usura.
- 316: La lavorabilità è pari a circa il 36%. È ancora più difficile da lavorare del 304, richiedendo macchine ad alta coppia e basse velocità.
Come scegliere i voti giusti
Scegli il Grado 303 se:
- Requisiti complessi e di alta precisione: il tuo progetto prevede la produzione in grandi volumi di parti complesse.
- Utilizzabile in ambienti interni asciutti: l'applicazione non è esposta a umidità o sostanze chimiche corrosive.
- Non è richiesta la saldatura: le parti saranno unite meccanicamente anziché saldate.
- Efficienza di lavorazione: è necessario massimizzare la durata dell'utensile e ridurre al minimo i tempi di ciclo in un ambiente di lavorazione CNC.
Scegli il Grado 304 se:
- Uso generale: hai bisogno di un materiale affidabile e conveniente per le tue applicazioni.
- È richiesta una fabbricazione pesante: il progetto richiede saldature significative, imbutiture profonde o piegature complesse.
- Resistenza alla corrosione standard: l'ambiente è moderato, come la lavorazione degli alimenti in ambienti chiusi o la tipica esposizione all'aperto in aree urbane.
- Conformità alimentare: è necessario un materiale facile da pulire e che non reagisca con gli acidi organici.
Scegli il Grado 316 se:
- Estrema resistenza alla corrosione: l'applicazione è prevista in ambienti marini, regioni costiere o immerse in acqua salata.
- Esposto a sostanze chimiche aggressive: le parti entreranno in contatto con solventi industriali, cloruri o acidi solforici.
- Applicazione medica o farmaceutica: è richiesta una purezza di grado chirurgico per impianti o apparecchiature di lavorazione sterili.
- Resistenza alle alte temperature: è necessaria una resistenza leggermente migliore allo “scorrimento” (deformazione sotto stress) a temperature elevate.
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