301 303 304 309Coil trafilati a freddo in acciaio inossidabile S e 310S: guida alla qualità

Che effetti ha la trafilatura a freddo sull'acciaio inossidabile austenitico

I coils trafilati a freddo vengono prodotti trafilando nastri, fili o barre di acciaio inossidabile ricotto attraverso una filiera a temperatura ambiente. La deformazione aumenta la resistenza alla trazione e allo snervamento, migliora l'accuratezza dimensionale e fornisce una superficie brillante e uniforme, ma consuma anche duttilità e lascia stress residuo nel materiale. Ecco perché un prodotto trafilato a freddo viene normalmente fornito allo stato definito, oppure viene ricotto dopo la trafilatura quando è necessaria la massima formabilità.

I gradi 301, 303, 304, 309 e 310S sono i cinque gradi più spesso richiesti come coil e filo trafilati o laminati a freddo e ciascuno offre un diverso equilibrio tra formabilità, lavorabilità e resistenza al calore. Le specifiche rilevanti includono ASTM A666 per prodotti laminati piatti austenitici, ASTM A580 e ASTM A313 per filo e ASTM A582 per barra a lavorazione libera.

Tabella comparativa dei voti

La tabella seguente elenca gli intervalli di composizione tipici e le proprietà che guidano la scelta della qualità per coil e fili trafilati a freddo.

Grado	Cr%	Ni%	C % massimo	Proprietà chiave	Applicazioni tipiche
301	16.0-18.0	6.0-8.0	0.15	Forte incrudimento, elevata resistenza negli stati lavorati a freddo	Molle, clip, sezioni strutturali, parti automobilistiche
303	17.0-19.0	8.0-10.0	0.15	Facilmente lavorabile, contenente zolfo, ottima lavorabilità	Elementi di fissaggio, raccordi, pezzi meccanici di precisione
304	18.0-20.0	8.0-10.5	0.08	Resistenza alla corrosione per usi generali, eccellente saldabilità	Attrezzature alimentari, utensili da cucina, architettura, parti mediche
309S	22.0-24.0	12.0-15.0	0.08	Resistenza all'ossidazione ad alta temperatura, buona saldabilità	Parti di forni, scambiatori di calore, apparecchiature ad alta temperatura
310S	24.0-26.0	19.0-22.0	0.08	Resistenza alle alte temperature e resistenza all'ossidazione superiori	Componenti per caldaie, impianti per trattamenti termici, lavorazioni chimiche

Da notare la deliberata divisione tra il tipo 309 e 309S. La variante 309S a basso contenuto di carbonio è la qualità normalmente fornita per i componenti saldati, poiché il suo contenuto massimo di carbonio dello 0,08% riduce il rischio di precipitazione di carburo durante il servizio ad alta temperatura.

Proprietà meccaniche e stati d'animo

La bobina 304 ricotta mostra tipicamente una resistenza alla trazione intorno a 515-700 MPa e una resistenza allo snervamento vicino a 205 MPa, con un allungamento superiore al 40%. La trafilatura a freddo modifica drasticamente queste cifre. Il grado 301 è il grado che sviluppa la maggiore resistenza ed è fornito negli stati da un quarto duro a completamente duro:

301 ricotto: resistenza alla trazione circa 758 MPa minimo, buona duttilità.

Quarto duro 301: resistenza alla trazione circa 862 MPa, resistenza allo snervamento circa 517 MPa.

301 semiduro: resistenza alla trazione circa 1034 MPa.

301 completamente duro: resistenza alla trazione circa 1275 MPa, resistenza allo snervamento circa 965 MPa.

Il grado 303 viene normalmente fornito ricotto o trafilato a freddo per la lavorazione meccanica piuttosto che per le proprietà elastiche, poiché le sue aggiunte di zolfo riducono la duttilità e la resistenza alla corrosione. I gradi 309S e 310S vengono generalmente forniti ricotti, poiché il loro scopo è la resistenza al calore piuttosto che la resistenza alla lavorazione a freddo.

Corrosione e comportamento alle alte temperature

La lavorazione a freddo ha un effetto misurabile sulla resistenza alla corrosione. Una forte deformazione può rendere il materiale più suscettibile alla tensocorrosione e, in servizio con cloruro, il 304 lavorato a freddo si romperà prima del 304 ricotto. Laddove un componente combina la formatura a freddo con l'esposizione al cloruro, una ricottura post-formatura o la selezione di un grado contenente molibdeno è la strada più sicura.

I gradi 309S e 310S sono scelti per la loro resistenza all'ossidazione e alle incrostazioni ad alta temperatura piuttosto che per la robustezza. Il loro elevato contenuto di cromo e nichel mantiene stabile uno strato protettivo di ossido nei forni continui e nel servizio di trattamento termico, mentre i gradi meno legati si sfaldano e perdono sezione.

Controlli di qualità sui coils trafilati a freddo in entrata

Conferma la qualità e la tempra sul certificato della fabbrica, non solo la qualità.

Controllare i risultati dei test di durezza e trazione rispetto allo stato ordinato.

Verificare dimensioni e ovalità rispetto alla tolleranza concordata.

Cercare segni di disegno, pieghe o difetti superficiali sulla faccia della bobina.

Conferma l'assenza di ferro incorporato per proteggere le prestazioni dalla corrosione.

Selezionare il grado giusto

La decisione solitamente segue tre domande. Se il pezzo deve essere lavorato in volume, 303 è la risposta pratica. Se la parte deve formarsi e saldarsi in un assieme resistente alla corrosione, 304 è l'impostazione predefinita. Se la parte deve sopportare un carico come una molla o una clip nello stato lavorato a freddo, 301 fornisce la massima resistenza dalla stessa operazione di imbutitura. Quando la temperatura di servizio supera l'intervallo in cui può sopravvivere il 304, subentrano 309S e 310S.

Domande frequenti

D: Qual è la differenza tra coil trafilato a freddo e ricotto?
La bobina trafilata a freddo è stata deformata a temperatura ambiente per aumentare la resistenza e stringere la tolleranza, mentre la bobina ricotta è stata trattata termicamente per la massima morbidezza e duttilità.

D: Perché per le molle viene utilizzato 301 anziché 304?
Il grado 301 si indurisce più velocemente del 304, quindi un singolo passaggio di trafilatura offre una resistenza maggiore senza un trattamento termico separato.

D: È possibile saldare la bobina 304 trafilata a freddo dopo la formatura?
Sì, ma la saldatura ricottura parzialmente il materiale lavorato a freddo, quindi la resistenza diminuisce localmente e l'apporto di calore deve essere controllato.

D: Il grado 303 è adatto per assemblaggi saldati?
No. Il suo contenuto di zolfo migliora la lavorazione ma riduce la saldabilità e la resistenza alla corrosione, quindi il 303 viene normalmente utilizzato solo per le parti lavorate.

D: Quando il 309S dovrebbe essere sostituito dal 310S?
Il 310S viene selezionato quando la temperatura di servizio e la gravità dell'ossidazione sono superiori a quanto il 309S può tollerare e quando è necessaria una maggiore resistenza al creep.

D: La trafilatura a freddo modifica la resistenza alla corrosione?
Può. La lavorazione a freddo pesante riduce la resistenza alla tensocorrosione, quindi le parti fortemente imbutite in servizio con cloruro spesso necessitano di una ricottura.