Sviluppo di una nuova classe di acciai non inossidabili a bassa densità: studio di una lega Fe-Al-Mn-Ni-Cr-C

Low density steels represent a topic of great interest within the scientific world, because of the great demand from the steel market of increasingly lighter materials and with optimal mechanical properties or corrosion resistance. The research has therefore focused on the definition of a class of non-stainless steels, with low density, which possess corrosion resistance, resistance to high temperature oxidation and optimal mechanical properties. The Fe-Al-Mn-C system seemed to be the best candidate, but the experiments conducted showed that it was not possible to obtain competitive steels compared to alloys of titanium or stainless steels. The Fe-Al-Mn-C system was therefore expanded by the addition of Chromium and Nickel, added in lower weight percentage than those typical of stainless steels. Their addition is necessary to compensate for the low resistance to corrosion and high temperature oxidation of the Fe-Al-Mn-C system in comparison to the class of stainless steels. The purpose of this thesis was the systematic study, at the microstructural level, of this new class of low density steels (Fe-Al-Mn-Ni-Cr-C), so that it is possible to define the optimal heat treatment in order to obtain an increase of the mechanical properties. Great attention was also paid to the possibilities offered by the thermal treatment of aging, both in terms of phase involved and of hardness increase. Results showed that the best thermal treatment is an annealing at 1050° C followed by a 4 hours aging at 600° C. Finally, the resistance to high temperature oxidation and corrosion was studied, and it was demonstrated that performance in both cases are comparable to stainless steels.

Gli acciai a bassa densità rappresentano un tema di grande interesse nell’ambito della ricerca scientifica, a causa della richiesta crescente da parte del mercato siderurgico di materiali sempre più leggeri e con le migliori caratteristiche meccaniche o di resistenza alla corrosione. La ricerca si è focalizzata sulla definizione di una classe di acciai non inossidabili, a bassa densità, che possedessero caratteristiche di resistenza alla corrosione, resistenza alla ossidazione a caldo e proprietà meccaniche ottimali. Il sistema Fe-Al-Mn-C sembrò essere il candidato migliore, tuttavia le sperimentazioni condotte dimostrarono come non fosse possibile ottenere acciai competitivi rispetto alle leghe di titanio o agli acciai inossidabili. Il sistema Fe-Al-Mn-C è stato dunque ampliato mediante l’aggiunta di cromo e nichel, in quantità inferiori a quelle tipiche degli acciai inossidabili. La loro aggiunta si è resa necessaria per compensare la bassa resistenza a corrosione e ossidazione a caldo del sistema Fe-Al-Mn-C rispetto alla classe degli acciai inossidabili. Il proposito di questa tesi è stato lo studio sistematico, a livello microstrutturale, di questa nuova classe di acciai a bassa densità (Fe-Al-Mn-Ni-Cr-C), in maniera tale che sia possibile definirne univocamente il trattamento termico ottimale per ottenere un innalzamento delle proprietà meccaniche. Grande attenzione è stata anche posta alle possibilità offerte dal trattamento termico di invecchiamento, sia in termini di fasi coinvolte che di incremento della durezza. I valori più alti di durezza si ottengono in corrispondenza di una solubilizzazione a 1050° C con invecchiamento per 4 ore a 600° C. Infine, è stata studiata la resistenza alla ossidazione a caldo e alla corrosione, mostrando come in entrambi in casi le performance di questa nuova classe di acciai a bassa densità siano comparabili alla famiglia degli acciai inossidabili.