Resistenza alla corrosione localizzata di forgiati ingombranti realizzati in acciaio inossidabile super duplex F55 - S32760 : studio di stelo e bussola di un sistema a valvole a sfera per l'industria oil and gas

Gli acciai inossidabili super duplex presentano, a temperatura ambiente, una struttura tipica bifasica composta da una matrice di ferrite (fase α) in cui si trovano i grani di austenite (fase γ). Questa famiglia di acciai unisce le migliori proprietà degli acciai inossidabili a singola fase; presentano un’ottima resistenza alla corrosione (paragonabile o superiore a quella degli acciai inossidabili solo austenitici) e buone resistenze meccaniche (confrontabili o poco inferiori a quelle degli acciai inossidabili martensitici o ferritici). Questo compromesso è ottenuto non solo attraverso tenori specifici degli alliganti disciolti in soluzione (che per questa famiglia di acciai sono presenti in grande varietà) ma anche attraverso un corretto bilanciamento delle fasi α/γ; è ormai noto, dalla ricca letteratura, come il miglior compromesso sia ottenuto per un rapporto equilibrato a circa 50% di austenite e 50% di ferrite. Nonostante le buone caratteristiche meccaniche, il grande punto di forza degli acciai duplex (e super duplex) è sicuramente legato all’elevata resistenza alla corrosione localizzata, soprattutto in ambienti clorurati. Il campo di applicazione ideale è il settore petrolchimico e oil & gas in ambiente marino. Lo scopo principale di questo lavoro è lo studio e l’osservazione della resistenza alla corrosione localizzata (pitting) di due componenti industriali forgiati e realizzati in acciaio super duplex F55 (UNS S32760). Questi componenti sono uno stelo (diametro di 205 mm per una lunghezza di 808 mm) e una bussola (diametro esterno pari a 560 mm, diametro interno di 225 mm e lunghezza pari a 630 mm) utilizzati per la realizzazione di un sistema a valvola a sfera nel settore oil & gas. Date le dimensioni elevate dei componenti, si vuole effettuare un confronto in termini di microstruttura, di caratteristiche meccaniche ma, soprattutto, di resistenza alla corrosione lungo i diversi spessori di stelo e bussola. Negli acciai inossidabili super duplex, infatti, i trattamenti termici rappresentano sicuramente un passaggio critico su cui bisogna prestare grande attenzione; le temperature e i tempi di permanenza devono essere ottimizzati per evitare la formazione di fasi secondarie (dannose per la caratteristiche meccaniche e per la resistenza alla corrosione) e per ottenere una struttura il più possibilmente equilibrata di α/γ. Siccome gli spessori di questi componenti industriali sono relativamente ingombranti, è possibile che il raffreddamento non avvenga con la stessa velocità. In altre parole la parte più esterna è soggetta a gradienti termici più elevati e marcati, mentre quella più interna, lungo lo spessore, è caratterizzata da una maggiore inerzia termica e quindi da una velocità di raffreddamento più lenta. Parallelamente all’effetto della velocità di raffreddamento, anche i diversi processi di lavorazione a caldo dei due componenti possono giocare un ruolo importante andando a modificare, sempre con continuità dalla superficie esterna alla zona più interna, sia la microstruttura che la composizione chimica. Possono infatti formarsi zone, estremamente localizzate all’interno delle fasi, che si impoveriscono o arricchiscono di elementi come cromo, nichel e molibdeno andando a modificare, localmente, la resistenza alla corrosione per pitting. Infatti gli elementi ferritizzanti, che stabilizzano la fase α, tendono a migrare verso la ferrite, al contrario, gli alliganti austenitizzanti, stabilizzanti per la fase γ, tendono a migrare verso l’austenite. Il movimento del materiale, può, durante le lavorazioni a caldo, contribuire ad una ripartizione degli alliganti nella microstruttura. I principali effetti di questa diffusione sono: una composizione chimica locale dissimile a quella nominale e una resistenza alla corrosione delle fase α diversa da quella della fase γ. L’analisi viene eseguita confrontando i valori di material loss espressi come variazione di peso, dei singoli campioni, normalizzata rispetto alla superficie totale esposta all’ambiente acido aggressivo. Parallelamente ad essa viene svolta un’analisi riguardante l’evoluzione della microstruttura e la sua influenza sulla resistenza a corrosione localizzata, evidenziando mano a mano le microcavità (pit) formatesi.