I gradi di acciaio rappresentano il meccanismo formale attraverso il quale l’industria siderurgica globale comunica l’identità dei materiali. La designazione di un grado indica a un ingegnere, a un acquirente o a un produttore con quale materiale stanno lavorando: la sua composizione, l’intervallo delle proprietà previste e la norma in base alla quale è stato prodotto. Senza un sistema di classificazione funzionante, la tracciabilità dei materiali e la conformità alle specifiche sarebbero impossibili su qualsiasi scala significativa.
La classificazione dei gradi è stata sviluppata nel corso di molti decenni da organismi di normazione (SDO) operanti in modo indipendente in diverse regioni e settori industriali. Le principali sono ASTM e AISI negli Stati Uniti, EN in Europa, JIS in Giappone, GB in Cina e ISO a livello internazionale. Poiché questi sistemi si sono evoluti separatamente, lo stesso acciaio è spesso conosciuto con denominazioni diverse nei vari mercati, il che crea una sfida persistente in termini di riferimenti incrociati per gli ingegneri che operano all’interno di catene di approvvigionamento internazionali.
Non esiste un unico sistema di classificazione universale per i tipi di acciaio. I diversi sistemi attribuiscono importanza a caratteristiche diverse a seconda dell’uso previsto e della tradizione dell’ente di normazione che li ha elaborati. In pratica, i tipi di acciaio vengono classificati in base a uno o più dei seguenti criteri:
La composizione chimica è il criterio di classificazione più comune, che distingue gli acciai al carbonio, gli acciai bassolegati e gli acciai inossidabili in base al tipo e alla quantità degli elementi di lega presenti. In alcuni sistemi si ricorre anche al metodo di produzione, al processo di finitura e alla forma del prodotto, il che riflette il fatto che la stessa composizione, lavorata in modo diverso – ad esempio mediante laminazione a caldo o a freddo – dia origine a un prodotto sostanzialmente diverso. La microstruttura è un altro criterio, utilizzato in particolare quando la costituzione delle fasi dell’acciaio – ferritica, perlitica, martensitica o austenitica – costituisce la caratteristica determinante per l’applicazione. Il livello di resistenza viene utilizzato nei sistemi di acciai strutturali in cui la stessa designazione del grado indica il limite di snervamento minimo. Anche le condizioni di trattamento termico – a seconda che l’acciaio sia fornito normalizzato, tempra e rinvenimento, oppure trattato termomeccanicamente – vengono utilizzate come criterio di classificazione, in particolare nelle norme relative ai recipienti a pressione e alle lamiere ad alta resistenza.
In pratica, una specifica completa della classe di acciaio comprende contemporaneamente diverse di queste caratteristiche. Una designazione strutturale come S355J2 codifica in un'unica stringa il limite di snervamento minimo, la classe di energia d'urto e le condizioni di consegna. Una designazione AISI come 4140 codifica la famiglia di leghe e il tenore nominale di carbonio. Comprendere la logica del sistema di designazione in uso è un prerequisito per leggere correttamente una designazione di grado.
La classificazione primaria più diffusa per gli acciai al carbonio e legati suddivide i tipi in base al tenore di carbonio, poiché il carbonio è la variabile dominante che determina resistenza, durezza e saldabilità. Nella maggior parte dei sistemi normativi si distinguono tre grandi gruppi.
Gli acciai a basso tenore di carbonio, generalmente con un contenuto di carbonio inferiore allo 0,30% in peso, rappresentano la categoria più diffusa. Includono acciai strutturali dolci, acciai privi di impurità interstiziali (IF) per l’imbutitura profonda, acciai a bassa lega ad alta resistenza (HSLA) e famiglie di acciai avanzati ad alta resistenza come gli acciai TRIP e TWIP. Nel sistema AISI, questa gamma copre i gradi che vanno dall’AISI 1005 fino all’AISI 1026 circa. Questi acciai sono facilmente saldabili, formabili e disponibili nella più ampia gamma di forme di prodotto.
Gli acciai a medio tenore di carbonio, con un contenuto di carbonio compreso approssimativamente tra lo 0,30% e lo 0,60%, vengono utilizzati nei casi in cui sia richiesta una resistenza maggiore e in cui l’acciaio sia tipicamente sottoposto a trattamento termico. In questa categoria rientrano ingranaggi, assi, alberi e componenti ferroviari. Nella classificazione AISI degli acciai al carbonio, ciò corrisponde approssimativamente alle norme da AISI 1029 a AISI 1053.
Gli acciai ad alto tenore di carbonio, con contenuto di carbonio superiore allo 0,60%, vengono utilizzati quando la durezza e la resistenza all'usura dopo il trattamento termico sono i requisiti principali. Tra le applicazioni tipiche figurano molle, utensili da taglio, funi metalliche e componenti resistenti all'usura. All'interno di questo intervallo, la classificazione AISI va approssimativamente dall'AISI 1055 all'AISI 1095.
La classificazione europea prevista dal sistema di norme EN suddivide i tipi di acciaio in famiglie distinte che riflettono sia la composizione che l’applicazione prevista. I tipi di acciaio strutturale non legato, come l’S235 e l’S275, sono definiti principalmente in base al limite di snervamento minimo e costituiscono la colonna portante dell’edilizia e della lavorazione in generale. I tipi per formatura a freddo, come quelli dalla DC01 alla DC06, sono classificati in base alla formabilità piuttosto che alla resistenza. Gli acciai legati, come il 25CrMo4, sono designati in base alla composizione, con la denominazione del tipo che indica gli elementi di lega principali e le loro concentrazioni approssimative. Gli acciai inossidabili, gli acciai per utensili, gli acciai elettrici e gli acciai per lamiere e nastri formano ciascuno un proprio gruppo di classificazione con convenzioni di designazione distinte.
La famiglia degli acciai per utensili illustra la complessità intersistemica che gli ingegneri si trovano spesso ad affrontare. Una qualità come l’AISI/SAE W110 compare sia nel sistema EN (come EN 1.1545) sia nel sistema AISI/SAE, e riferimenti incrociati simili si applicano a tutta la gamma degli acciai per utensili. Lo stesso schema di designazioni parallele si applica a tutte le famiglie di gradi, motivo per cui la capacità di effettuare riferimenti incrociati tra i sistemi è così importante nella pratica.
Un aspetto del sistema di classificazione spesso sottovalutato è che la stessa denominazione di qualità può comprendere una gamma significativa di valori delle proprietà a seconda dello standard e della sottospecifica applicati. La lega di acciaio 34CrMo4 ne è un esempio calzante. È specificato sia nel sistema DIN che in quello EN e, solo all’interno della famiglia EN, esistono numerose sottospecifiche che coprono diverse forme di prodotto e condizioni di trattamento termico, ciascuna delle quali indica requisiti di proprietà diversi. Nell’intera gamma di sottospecifiche, i valori delle proprietà di trazione possono variare di un fattore pari a tre o più, pur rientrando tutti nella stessa denominazione di grado.
Non si tratta di un’anomalia; riflette la realtà oggettiva secondo cui la stessa composizione, se lavorata e sottoposta a trattamento termico in modo diverso, produce prestazioni meccaniche effettivamente diverse. La conseguenza pratica per gli ingegneri è che specificare solo il nome di un grado non è sufficiente. È necessario definire la norma applicabile, la specifica secondaria e le condizioni di consegna richieste per garantire che il materiale fornito soddisfi le intenzioni progettuali.
Questo articolo spiega come i tipi di acciaio vengono classificati, designati e organizzati in famiglie. Le guide correlate della serie “Acciaio” forniscono i dettagli di supporto. “Composizione dell’acciaio” illustra gli elementi chimici alla base di ciascun tipo, mentre “Proprietà dell’acciaio” tratta il comportamento meccanico e fisico che ci si aspetta da un determinato tipo. "Specifiche dell’acciaio" illustra i documenti tecnici completi che definiscono i requisiti dei tipi, mentre "Norme sull’acciaio" tratta i quadri normativi in cui tali documenti si inseriscono. "Equivalenti dell’acciaio" spiega come vengono confrontati e incrociati i tipi provenienti da diversi sistemi nazionali. Insieme, questi documenti collegano la classificazione dei tipi alla composizione, alle proprietà, alle specifiche e alle norme che ne determinano il significato.
Una qualità dell’acciaio è una classificazione formale che definisce i limiti di composizione dell’acciaio, le proprietà meccaniche previste e la norma in base alla quale viene prodotto. La designazione stessa codifica informazioni diverse a seconda del sistema: nelle norme strutturali europee include tipicamente la resistenza allo snervamento minima e la classe di tenacità; nel sistema AISI per l’acciaio al carbonio codifica la famiglia di leghe e il tenore di carbonio; nelle designazioni EN per l’acciaio legato codifica i principali elementi di lega e le concentrazioni approssimative. Per interpretare correttamente la designazione di una qualità è necessario comprendere le convenzioni del sistema a cui appartiene.
I sistemi di classificazione dei gradi sono stati sviluppati in modo indipendente dagli organismi di normazione nazionali e regionali nel corso di molti decenni, riflettendo ciascuno le priorità industriali, le tradizioni relative ai materiali e i contesti normativi della propria regione. Poiché questi sistemi si sono evoluti separatamente anziché partire da un quadro comune, lo stesso acciaio viene spesso designato in modo diverso secondo i sistemi ASTM, EN, JIS e altri. L’armonizzazione a livello internazionale attraverso l’ISO risolve in parte questa complessità, ma non ha sostituito i sistemi nazionali consolidati.
Una qualità dell'acciaio identifica il materiale in base alla famiglia di composizione e alla denominazione. Una specifica è il documento tecnico completo che definisce i requisiti che il materiale deve soddisfare, inclusi i limiti di composizione, i valori minimi delle proprietà meccaniche, i requisiti di prova, le tolleranze dimensionali e i requisiti di marcatura. Una singola qualità può comparire in più specifiche, ciascuna delle quali impone requisiti diversi a seconda della forma del prodotto o dell'applicazione.
Sì, e questa è una fonte comune di confusione. Lo stesso nome di qualità può comparire in più norme o sottospecifiche, ciascuna delle quali definisce requisiti di proprietà meccaniche diversi in base alla forma del prodotto, allo spessore della sezione o alle condizioni di trattamento termico. Il grado 34CrMo4, ad esempio, comprende diverse sottospecifiche solo all’interno del sistema EN, con valori delle proprietà che variano notevolmente da una all’altra. Specificare il nome di un grado senza indicare la norma e le condizioni applicabili non è sufficiente per definire in modo completo i requisiti del materiale.
L'equivalenza tra i gradi pubblicati secondo standard diversi viene valutata confrontando direttamente i limiti di composizione e i requisiti relativi alle proprietà meccaniche. La somiglianza dei nomi non costituisce un indicatore affidabile.