La determinazione delle fasi intermetalliche dannose negli acciai inossidabili duplex e superduplex è un passaggio fondamentale per garantire che questi materiali mantengano le prestazioni attese in ambienti corrosivi e applicazioni critiche.
Gli acciai duplex sono scelti proprio per la loro combinazione di:
- elevata resistenza meccanica,
- ottima resistenza alla corrosione localizzata,
- buona tenacità,
- affidabilità in condizioni severe.
Tuttavia, la presenza di fasi intermetalliche, in particolare della fase sigma, può compromettere drasticamente queste proprietà.
Per questo motivo, la norma ASTM A923 definisce metodi di prova specifici per individuare e valutare la presenza di tali fasi.
Nel Laboratorio Prove Materiali SMT, la determinazione delle fasi intermetalliche viene eseguita anche secondo ASTM A923, utilizzando i Metodi A, B e C, che forniscono una valutazione completa dal punto di vista microstrutturale, meccanico e corrosivo.
Acciai duplex e superduplex: caratteristiche e applicazioni
Gli acciai inossidabili duplex e superduplex presentano una microstruttura bilanciata costituita da circa:
- 50% ferrite,
- 50% austenite.
Questa struttura consente di ottenere:
- resistenza superiore alla corrosione localizzata (pitting e crevice),
- buona resistenza alla corrosione intercristallina,
- proprietà meccaniche elevate, superiori a quelle degli acciai austenitici tradizionali.
Per queste ragioni, gli acciai duplex e superduplex sono ampiamente utilizzati in:
- industria chimica e petrolchimica,
- Oil&Gas,
- impianti offshore,
- desalazione,
- piping e scambiatori di calore.
Il problema delle fasi intermetalliche
Le fasi intermetalliche dannose possono formarsi quando il materiale viene esposto a temperature comprese tra 300 e 1000°C, ad esempio durante:
- trattamenti termici non corretti,
- saldature,
- raffreddamenti non controllati,
- esposizioni prolungate a temperature intermedie.
Tra queste fasi, la più critica è la fase sigma (σ), che:
- si forma principalmente sulla ferrite,
- precipita tipicamente tra 600 e 1000°C,
- si localizza ai bordi tra ferrite e austenite.
La presenza di fase sigma comporta:
- riduzione significativa della resistenza alla corrosione,
- drastica diminuzione della resilienza,
- aumento della fragilità,
- maggiore rischio di cedimenti improvvisi in esercizio.
Per questo motivo, la sua individuazione è essenziale per verificare che l’acciaio duplex o superduplex sia stato prodotto e trattato correttamente.
ASTM A923: norma di riferimento per la determinazione delle fasi intermetalliche
La ASTM A923 è la norma di riferimento internazionale per la valutazione della presenza di fasi intermetalliche dannose negli acciai duplex e superduplex.
La norma prevede tre metodi di prova distinti ma complementari:
- Metodo A – Valutazione metallografica,
- Metodo B – Prova di resilienza,
- Metodo C – Prova di corrosione.
L’utilizzo combinato di questi metodi consente una valutazione completa e affidabile dello stato metallurgico del materiale.
Metodo A – Valutazione metallografica con attacco all’idrossido di sodio
Il Metodo A prevede una valutazione metallografica del materiale dopo un attacco elettrolitico con idrossido di sodio (NaOH).
Principio della prova
L’attacco chimico consente di:
- evidenziare selettivamente la fase sigma,
- osservare la sua presenza ai bordi tra ferrite e austenite,
- classificare la microstruttura del materiale.
Tecnica di prova
- preparazione metallografica del campione,
- attacco con idrossido di sodio,
- osservazione in microscopia ottica.
Questo metodo rappresenta un primo screening rapido ed efficace per individuare alterazioni microstrutturali.
Metodo B – Prova di resilienza (Charpy Impact Test)
Il Metodo B consente di valutare se la presenza della fase sigma influisce sulle proprietà meccaniche, in particolare sulla resilienza.
Principio della prova
La presenza di fasi intermetalliche provoca:
- una riduzione dell’energia assorbita all’impatto,
- un comportamento più fragile del materiale.
Valutazione
L’energia assorbita varia in funzione della percentuale di fase sigma presente, permettendo di verificare:
- il rispetto dei limiti imposti dalla norma,
- l’idoneità del materiale all’applicazione prevista.
La prova viene eseguita con pendolo di Charpy, secondo i parametri previsti dalla ASTM A923.
Metodo C – Prova di corrosione in cloruro ferrico
Il Metodo C valuta la presenza di fasi intermetalliche attraverso una prova di corrosione accelerata in cloruro ferrico, analoga a quanto descritto nella ASTM G48 Metodo A.
Principio della prova
Le fasi intermetalliche impoveriscono localmente il materiale in elementi come cromo e molibdeno, rendendolo:
- più suscettibile alla corrosione localizzata,
- meno resistente in ambienti contenenti cloruri.
Valutazione
Il test misura la velocità di corrosione, espressa in:
- milligrammi per decimetro quadrato al giorno (mdd).
Un’elevata velocità di corrosione è indicativa della presenza di fasi intermetalliche dannose.
Perché utilizzare più metodi
Ogni metodo fornisce un’informazione diversa:
- Metodo A → evidenza microstrutturale diretta,
- Metodo B → effetto sulle proprietà meccaniche,
- Metodo C → effetto sulla resistenza alla corrosione.
Insieme, permettono di:
- individuare la presenza della fase sigma,
- valutare il reale impatto sul comportamento del materiale,
- ridurre il rischio di problemi in esercizio.
Il valore del laboratorio SMT
Nel Laboratorio Prove Materiali SMT, le prove secondo ASTM A923 vengono eseguite con:
- procedure consolidate e conformi alla norma,
- strumentazione dedicata per microscopia ottica, prove meccaniche e corrosione,
- personale tecnico specializzato
- report chiari
Su richiesta, le prove possono essere integrate con:
- analisi chimiche,
- esami metallografici avanzati,
- prove meccaniche complementari,
- failure analysis complete.
Conclusioni
La determinazione delle fasi intermetalliche secondo ASTM A923 è un passaggio essenziale per garantire che gli acciai duplex e superduplex mantengano le loro prestazioni in ambienti corrosivi e applicazioni critiche.
Grazie a competenze specifiche e a un reparto prove materiali strutturato, SMT srl supporta le aziende nella verifica della qualità dei materiali
