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Utilizzo dell'acciaio inossidabile

- Che cosa sono gli acciai inossidabili
- La resistenza alla corrosione
- La duttilità
- La tenacità
- Il comportamento alle alte e alle basse temperature
- La resistenza alla fatica
- La saldabilità
- Le caratteristiche magnetiche
- Alcune considerazioni economiche
- I campi di applicazione
- La normativa
- La bibliografia tecnica

I prodotti disponibili

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LA RESISTENZA ALLA CORROSIONE

L’acciaio al carbonio impiegato nelle barre di rinforzo è normalmente protetto dalla corrosione in quanto il calcestruzzo è un ambiente ad elevata basicità (pH 12-13); in tali condizioni il ferro, elemento base negli acciai al carbonio è in condizioni di passività.
Tuttavia per effetto delle condizioni di esercizio non sempre è possibile garantire l’integrità fisica e strutturale del calcestruzzo. In presenza di fenomeni di carbonatazione (aggressione chimica dell’anidride carbonica dell’atmosfera verso il calcestruzzo ed in particolare la calce del conglomerato), si assiste ad una diminuzione del livello di pH a seguito della nota reazione

Ca(OH)₂ + CO₂ --> CaCO₃ + H₂O

La diminuzione di alcalinità del calcestruzzo permette l’innesco e la propagazione di estesi fenomeni corrosivi sulle barre di rinforzo in acciaio al carbonio, con formazione di ossidi e/o idrossidi di ferro (la tipica ruggine).

Se a questo, poi, si aggiunge il fatto che, in alcune applicazioni il calcestruzzo subisce contaminazioni più o meno rilevanti da parte di soluzioni saline (ovvero si assiste ad una penetrazioni di cloruri nel calcestruzzo) il problema lamentato può diventare assai rilevante nei confronti della resistenza della struttura.

In alcuni esempi mostrati in fig. 1 è evidente come i fenomeni corrosivi siano spesso associati alla formazione di ruggine che, avendo un volume specifico fino a 6-8 volte maggiore rispetto al ferro delle barre, provoca la fessurazione, la disgregazione ed in taluni casi il distacco del copriferro dal calcestruzzo (fenomeno detto “spalling”).

Fig. 1

Negli acciai inossidabili la presenza di cromo in quantità rilevanti conferisce loro la capacità di “autopassivarsi” in modo spontaneo quando la superficie pulita entra in contatto con un ambiente esterno, corrosivo o ossidante (Fig.2).

Fig. 2 - Schema esemplificativo del meccanismo di passivazione dell’acciaio inossidabile.

Oltre al cromo, gli elementi che contribuiscono ad aumentare la resistenza alla corrosione sono:

Molibdeno
Nichel
Azoto

Il carbonio agisce in funzione inversamente proporzionale: minore è il suo contenuto, maggiore è la resistenza alla corrosione .
In calcestruzzi con pH alcalino o anche neutro (dopo il processo di carbonatazione) gli acciai inossidabili non subiscono corrosione (Fig. 3).
Fenomeni di corrosione nelle barre di rinforzo in acciaio inossidabile si osservano solo in presenza di una concentrazione rilevante di cloruri penetrati attraverso il calcestruzzo reso poroso dalla carbonatazione stessa. Una volta che tale contrazione supera una soglia critica allora si osserva una riduzione ed annullamento localizzato dello strato di ossido passivo e la corrosione, in quel punto, può iniziare, a patto che sia presente un’opportuna quantità di ossigeno. Il fenomeno è meglio conosciuto come pitting (o vaiolatura).

Fig. 3 - Condizioni di impiego in sicurezza dei diversi acciai in funzione della concentrazione dei cloruri e del pH

Un modo semplice per valutare la resistenza alla corrosione da pitting per gli acciai inossidabili è il cosiddetto coefficiente o indice PREN (Pitting Resistance Equivalence Number) dato dalle formule

PREN = %Cr + 3,3%Mo + 16%N (per gli acciai austenitici)
PREN = %Cr + 3 ,3%Mo + 30%N (per gli acciai duplex)

Sulla base delle sopracitate formule possiamo fare un classifica per gli acciai inossidabili di comune impiego come barre di rinforzo per calcestruzzo:

AISI	EN 10088-1	Marca Cogne	Indice PREN
304L - austenitico	1.4301	304HT	18
316L - austenitico	1.4436	316HT	25
329 - duplex	1.4462	329HT	35
---- superaustenitico	1.4529	354/1	45
Tab. 2 - Classifica degli acciai inossidabili impiegati nel calcestruzzo in funzione della loro resistenza al pitting

Classe	Tipo di calcestruzzo e condizioni ambientali	Livello di aggressività	Tipo di acciaio inossidabile raccomandato
			Applicazioni comuni	Strutture ad elevata sicurezza
1	Calcestruzzo normalmente carbonatato Ambiente leggermente alcalino Assenza di cloruri	Modesto	1.4301 (AISI 304L)	1.4301 (AISI 304L)
2	Calcestruzzo con normale livello di alcalinità e Cl^- <1% Calcestruzzo leggermente carbonatato	Discretamente aggressivo	1.4301 (AISI 304L) 1.4436 (AISI 316L)	1.4436 (AISI 316L)
3	Calcestruzzo carbonatato con Cl^- >1% Calcestruzzo leggermente carbonatato in presenza di cloruri	Molto aggressivo	1.4436 (AISI 316L)	1.4462 (AISI 329)
4	Calcestruzzo carbonatato in ambiente ad alta concentrazione di cloruri Strutture in c.a. senza possibilità di accesso per controlli Cerniere tra parti in c.a. esposte ad elevati Cl^- o ad ambienti molto aggressivi	Estremamente aggressivo	1.4462 (AISI 329) 1.4529 (354/1)	1.4529 (354/1)
Tab.3 Indicazioni di impiego dell’acciaio inossidabile in relazione alle diverse condizioni ambientali (Euroinox)