L’acciaio duplex è un materiale innovativo che ha rivoluzionato l’industria moderna grazie alle sue eccezionali proprietà meccaniche e alla sua resistenza alla corrosione. Questo acciaio inossidabile bifasico, caratterizzato da una struttura cristallina composta da ferrite e austenite, trova applicazione in numerosi settori, dalla produzione di piattaforme offshore all’industria chimica e alimentare.

La storia dell’acciaio duplex risale agli anni ’30 del XX secolo, quando i primi esemplari furono sviluppati in Svezia. Tuttavia, è stato solo negli ultimi decenni che questo materiale ha conosciuto una crescente popolarità, grazie ai continui progressi nella metallurgia e nelle tecniche di produzione.

Oggi, l’acciaio duplex rappresenta una scelta sempre più diffusa per le applicazioni che richiedono elevate prestazioni meccaniche e resistenza alla corrosione, offrendo una combinazione unica di proprietà che lo rendono superiore ad altri tipi di acciaio inossidabile in termini di durabilità, efficienza e versatilità.

Caratteristiche e proprietà dell’acciaio duplex

La peculiarità dell’acciaio duplex risiede nella sua struttura bifasica, composta da una matrice ferritica e da isole di austenite. Il rapporto tra le due fasi è solitamente di circa 50:50, ma può variare a seconda della specifica lega. Questa combinazione conferisce all’acciaio duplex una serie di proprietà meccaniche e di resistenza alla corrosione superiori rispetto agli acciai inossidabili monofasici.

La resistenza alla corrosione dell’acciaio duplex è eccezionale, grazie all’elevato contenuto di cromo (20-30%) e all’aggiunta di altri elementi come molibdeno (1-4%), nichel (5-8%) e azoto (0,1-0,3%). Questa composizione chimica conferisce all’acciaio duplex una superiore resistenza alla corrosione localizzata, come la vaiolatura e la corrosione interstiziale, nonché una maggiore resistenza alla corrosione sotto tensione e alla corrosione atmosferica rispetto agli acciai inossidabili convenzionali.

Confronto con altri tipi di acciaio inossidabile

Rispetto agli acciai inossidabili austenitici, come l’AISI 304 e il 316, l’acciaio duplex offre:

• Una maggiore resistenza meccanica, con valori di snervamento e resistenza alla trazione fino al 50% superiori
• Una migliore resistenza alla corrosione localizzata e sotto tensione
• Una minore espansione termica e una maggiore conducibilità termica

Rispetto agli acciai inossidabili ferritici, l’acciaio duplex presenta:

• Una maggiore tenacità e duttilità, grazie alla presenza della fase austenitica
• Una migliore saldabilità e lavorabilità
• Una superiore resistenza alla corrosione in ambienti aggressivi

Produzione e lavorazione dell’acciaio duplex

La produzione dell’acciaio duplex avviene attraverso un processo di fusione in forno ad arco elettrico o in forno a induzione, seguito da una fase di colata continua per ottenere billette o bramme. Successivamente, il materiale viene sottoposto a laminazione a caldo per produrre lamiere, barre o tubi.

Per ottenere le proprietà ottimali dell’acciaio duplex, è fondamentale il controllo della composizione chimica e della temperatura durante il processo di produzione. La solubilizzazione a temperature comprese tra 1020 e 1100 °C, seguita da un rapido raffreddamento, consente di ottenere la desiderata struttura bifasica e di dissolvereMolti acciai duplex presentano una buona saldabilità, ma richiedono alcune precauzioni per evitare problemi come la precipitazione di fasi intermetalliche fragili o la perdita di resistenza alla corrosione nella zona termicamente alterata. È importante utilizzare materiali di apporto compatibili, controllare l’apporto termico durante la saldatura e, se necessario, eseguire un trattamento termico post-saldatura per ripristinare le proprietà ottimali del materiale.

La lavorabilità dell’acciaio duplex è generalmente buona, ma richiede forze maggiori rispetto agli acciai inossidabili austenitici a causa della sua maggiore resistenza meccanica. La formabilità a freddo può essere limitata dalla presenza della fase ferritica, ma può essere migliorata attraverso l’ottimizzazione della composizione chimica e dei trattamenti termici.

Tipologie di acciaio duplex

Esistono diverse tipologie di acciaio duplex, classificate in base alla loro composizione chimica e alle proprietà risultanti:

Acciai Duplex standard

• SAF 2205 (UNS S31803): è l’acciaio duplex più comune, con una composizione chimica di 22% Cr, 5% Ni, 3% Mo e 0,15% N. Offre un’eccellente combinazione di resistenza meccanica e alla corrosione.
• SAF 2304 (UNS S32304): ha un minor contenuto di molibdeno rispetto al 2205, il che lo rende meno resistente alla corrosione localizzata ma più economico.

Super Duplex

• SAF 2507 (UNS S32750): contiene il 25% di cromo, il 7% di nichel, il 4% di molibdeno e lo 0,27% di azoto. Offre una resistenza alla corrosione superiore rispetto al SAF 2205, soprattutto in ambienti contenenti cloruri.
• Zeron 100 (UNS S32760): ha una composizione simile al SAF 2507, ma con l’aggiunta di tungsteno per migliorare ulteriormente la resistenza alla corrosione.

Hyper Duplex

• SAF 2707 HD (UNS S32707): contiene il 27% di cromo, il 7% di nichel, il 5% di molibdeno e lo 0,4% di azoto. Offre la massima resistenza alla corrosione tra gli acciai duplex, ma ha una lavorabilità limitata.

La scelta della tipologia di acciaio duplex dipende dalle specifiche esigenze dell’applicazione, considerando fattori come l’aggressività dell’ambiente, le sollecitazioni meccaniche e i costi.

Applicazioni dell’acciaio duplex

Grazie alle sue eccezionali proprietà, l’acciaio duplex trova impiego in numerosi settori industriali:

Industria petrolifera e del gas

• Piattaforme offshore: l’acciaio duplex è ampiamente utilizzato per la costruzione di strutture offshore, grazie alla sua resistenza alla corrosione in ambienti marini e alla sua elevata resistenza meccanica.
• Tubi e tubazioni: l’acciaio duplex viene impiegato per la produzione di tubi per il trasporto di petrolio e gas, sia in applicazioni onshore che offshore.
• Valvole e raccordi: la resistenza alla corrosione e all’erosione dell’acciaio duplex lo rende ideale per la produzione di valvole e raccordi per l’industria petrolifera e del gas.

Industria chimica e petrolchimica

• Reattori chimici: l’acciaio duplex è utilizzato per la costruzione di reattori chimici grazie alla sua resistenza alla corrosione in ambienti aggressivi e alle alte temperature.
• Scambiatori di calore: gli scambiatori di calore in acciaio duplex offrono una maggiore efficienza e durata rispetto a quelli in acciaio inossidabile convenzionale.
• Serbatoi di stoccaggio: l’acciaio duplex viene impiegato per la costruzione di serbatoi di stoccaggio per prodotti chimici aggressivi, grazie alla sua eccellente resistenza alla corrosione.

Industria alimentare e farmaceutica

• Impianti di lavorazione: l’acciaio duplex è utilizzato per la costruzione di impianti di lavorazione alimentare e farmaceutica, grazie alla sua resistenza alla corrosione e alla facilità di pulizia.
• Serbatoi e reattori: i serbatoi e i reattori in acciaio duplex sono ideali per lo stoccaggio e la lavorazione di prodotti alimentari e farmaceutici, garantendo la massima igiene e sicurezza.
• Tubazioni e valvole: l’acciaio duplex viene impiegato per la produzione di tubazioni e valvole per il trasporto di fluidi alimentari e farmaceutici, grazie alla sua resistenza alla corrosione e alla contaminazione.

Ambienti marini e offshore

• Strutture offshore: l’acciaio duplex è ampiamente utilizzato per la costruzione di strutture offshore, come piattaforme petrolifere, grazie alla sua resistenza alla corrosione in ambienti marini e alla sua elevata resistenza meccanica.
• Componenti navali: l’acciaio duplex viene impiegato per la produzione di componenti navali, come eliche, alberi di trasmissione e sistemi di scarico, grazie alla sua resistenza alla corrosione e all’erosione.
• Sistemi di ancoraggio: gli acciai duplex sono utilizzati per la produzione di catene di ancoraggio e cavi per l’ormeggio di piattaforme offshore e navi, grazie alla loro elevata resistenza meccanica e alla resistenza alla corrosione.

Altre applicazioni dell’acciaio duplex includono il settore energetico (centrali elettriche, impianti geotermici), il settore dei trasporti (ponti, viadotti) e l’edilizia (strutture in ambienti corrosivi).

Norme, standard e sviluppi futuri

Gli acciai duplex sono classificati e designati secondo diverse norme internazionali, tra cui:

• UNS (Unified Numbering System): sistema di designazione americano utilizzato per identificare le diverse leghe di acciaio duplex (es. S31803 per il SAF 2205).
• EN (European Norm): norma europea che definisce le specifiche per gli acciai duplex (es. EN 1.4462 per il SAF 2205).
• ASTM (American Society for Testing and Materials): standard americani che definiscono i requisiti per la composizione chimica, le proprietà meccaniche e i metodi di prova degli acciai duplex.

Per garantire la qualità e la conformità degli acciai duplex, vengono eseguiti numerosi test e controlli, tra cui:

• Analisi della composizione chimica
• Prove di trazione e durezza
• Test di resistenza alla corrosione (es. prova di resistenza alla vaiolatura secondo ASTM G48)
• Esami non distruttivi (es. controllo ultrasonoro, radiografico)

La ricerca e lo sviluppo nel campo degli acciai duplex sono in continua evoluzione, con l’obiettivo di migliorare ulteriormente le prestazioni e ampliare le possibili applicazioni di questi materiali. Alcune delle aree di ricerca più promettenti includono:

• Sviluppo di nuove leghe duplex con proprietà ottimizzate per specifiche applicazioni
• Miglioramento della saldabilità e della lavorabilità degli acciai duplex
• Studio dei meccanismi di corrosione e sviluppo di strategie di protezione più efficaci
• Applicazione degli acciai duplex in nuovi settori, come l’industria aerospaziale e le energie rinnovabili

Conclusione

L’acciaio duplex rappresenta una soluzione innovativa e performante per le applicazioni che richiedono elevate prestazioni meccaniche e resistenza alla corrosione. Grazie alla sua struttura bifasica e alla sua composizione chimica ottimizzata, l’acciaio duplex offre una combinazione unica di proprietà che lo rendono superiore agli acciai inossidabili convenzionali in termini di durabilità, efficienza e versatilità.

Dalle piattaforme offshore all’industria chimica, alimentare e farmaceutica, l’acciaio duplex trova impiego in un’ampia gamma di settori, consentendo di affrontare le sfide ingegneristiche più complesse e di garantire la massima affidabilità e sicurezza delle strutture e dei componenti.

Con il continuo progresso della ricerca e dello sviluppo, si prevede che l’acciaio duplex conoscerà un’ulteriore diffusione nei prossimi anni, affermandosi come il materiale di scelta per le applicazioni più esigenti e contribuendo in modo significativo all’innovazione e alla sostenibilità dell’industria moderna.