L'acciaio inossidabile offre un'eccellente resistenza alla corrosione, un elevato rapporto resistenza-peso e un notevole appeal estetico. Il cromo forma sulla superficie uno strato ossidico passivato autoriparante, che protegge efficacemente il metallo base dalla corrosione ambientale. Tuttavia, questa proprietà fondamentale introduce anche specifiche considerazioni di processo, distinguendo la lavorazione dell'acciaio inossidabile da quella dell'acciaio al carbonio o di altre leghe.
La scelta del materiale in acciaio inossidabile appropriato per la produzione di componenti è una decisione ingegneristica fondamentale che richiede una comprensione delle proprietà di ciascun materiale, al fine di selezionare il metodo di lavorazione più idoneo. Gli acciai inossidabili austenitici (in particolare le classi 304 e 316) dominano le applicazioni generali di produzione grazie alla loro eccezionale resistenza alla corrosione, formabilità e saldabilità. La classe 304L a basso tenore di carbonio è adatta per strutture saldate. Negli ambienti contenenti cloruri (ad esempio attrezzature per applicazioni marine o nel settore della lavorazione chimica), le classi 316L contenenti molibdeno offrono una resistenza superiore alla corrosione da pitting e da fessurazione. Gli acciai inossidabili duplex (tra cui le classi 2205 e 2507) mantengono un’eccellente resistenza alla corrosione pur offrendo una resistenza a snervamento circa doppia rispetto a quella delle classi austenitiche. Ciò li rende la scelta ideale per applicazioni impegnative, quali piattaforme offshore, recipienti a pressione e componenti strutturali con elevato rapporto resistenza/peso. Gli acciai inossidabili ferritici e martensitici trovano impiego in applicazioni specializzate, dove sono richieste proprietà magnetiche, conducibilità termica o specifiche caratteristiche meccaniche. Tuttavia, rispetto agli acciai inossidabili austenitici, presentano una saldabilità e una formabilità inferiori, rendendo necessaria una pianificazione accurata dei processi produttivi.
Il processo di formatura dei componenti in acciaio inossidabile richiede un controllo preciso degli stampi, della lubrificazione e dei parametri di processo per tenere conto della loro maggiore resistenza e delle caratteristiche di indurimento per deformazione rispetto all’acciaio al carbonio. Le tecniche di formatura a freddo includono la piegatura, la trafilatura profonda e la profilatura a rulli. Tra queste, le piegatrici idrauliche realizzano una piegatura precisa e ripetibile grazie ad algoritmi sofisticati di compensazione del ritorno elastico che tengono conto delle proprietà di recupero elastico del materiale. Per le leghe di acciaio austenitico, la trasformazione martensitica indotta da deformazione durante la formatura aumenta significativamente la resistenza, riducendo contemporaneamente la duttilità. Processi di formatura complessi a più stadi possono richiedere trattamenti termici di ricottura intermedi. La formatura a caldo a temperature elevate comprese tra 90 °C e 200 °C migliora notevolmente la formabilità sopprimendo la formazione di martensite. Ad esempio, il rapporto massimo di trafilatura dell’acciaio inossidabile 304 passa da 2,2 a temperatura ambiente a 2,7 a 120 °C, consentendo trafilature più profonde e geometrie più complesse senza ricorrere a ricotture intermedie. Per condizioni di formatura particolarmente gravose, può essere impiegata la ricottura di solubilizzazione per ricristallizzare le strutture indurite per deformazione e ripristinare la duttilità. Tuttavia, questo trattamento termico richiede un controllo rigoroso per evitare un’eccessiva ossidazione e mantenere la stabilità dimensionale.
La saldatura è il processo più critico e tecnicamente impegnativo nella lavorazione dell'acciaio inossidabile, con un impatto diretto sull'integrità strutturale e sulla resistenza alla corrosione dei componenti assemblati. Il processo GTAW/TIG è ampiamente preferito per il suo preciso controllo dell'apporto termico e per la capacità di produrre saldature esteticamente gradevoli e prive di schizzi, rendendolo particolarmente adatto a materiali sottili e applicazioni visibili, dove l'aspetto della saldatura è di fondamentale importanza. Il processo GMAW/MIG è invece indicato per strutture a parete spessa e per ambienti di produzione di massa, grazie ai suoi più elevati tassi di deposizione, mentre la saldatura ad arco sommerso viene impiegata per le giunzioni longitudinali in componenti e tubi a parete spessa. La scelta del metallo d'apporto è fondamentale: per gli acciai austenitici, l'utilizzo di materiali d'apporto con composizione lega equivalente o leggermente superiore a quella del materiale base (ad esempio filo ER308L per materiale base 304) garantisce che le caratteristiche del metallo saldato — in particolare la resistenza alla corrosione — soddisfino o superino quelle del materiale base.
Il trattamento superficiale e la lavorazione successiva sono fondamentali per ripristinare e migliorare la resistenza alla corrosione dei componenti in acciaio inossidabile dopo la lavorazione meccanica. I metodi meccanici, come la rettifica, la sabbiatura e la lucidatura, rimuovono efficacemente le impurità, ma è necessario prestare attenzione per evitare la contaminazione da ferro causata da utensili o abrasivi in acciaio al carbonio, che potrebbe innescare fenomeni di corrosione localizzata. I metodi chimici, come la decapaggio acido, dissolvono lo strato termicamente alterato e lo strato sottostante di deplezione di cromo, rigenerando contemporaneamente un film passivante uniforme di ossido. Il trattamento di passivazione viene spesso eseguito dopo la produzione mediante soluzioni di acido nitrico o acido citrico, al fine di aumentare lo spessore e l’uniformità del naturale strato ossidico, massimizzando così la resistenza alla corrosione. Per applicazioni che richiedono un’elevata qualità della finitura superficiale e un’elevata pulizia, l’elettrolucidatura rimuove uno strato superficiale controllato attraverso un processo elettrochimico, ottenendo una superficie liscia, brillante e altamente resistente alla corrosione. Questa tecnica è particolarmente adatta ai settori farmaceutico, alimentare e dei dispositivi semiconduttori. Tecnologie avanzate di trattamento superficiale, come la nitrurazione al plasma a bassa temperatura (circa 420 °C), possono incrementare la durezza superficiale dell’acciaio inossidabile 316L fino a 1200 HV mantenendo inalterata la resistenza alla corrosione. Ciò estende significativamente la durata dei componenti in applicazioni soggette ad elevata usura.
