Confronto degli acciai nell’ingegneria meccanica con altri standard come JIS e AISI

Esistono diversi sistemi di designazione per le proprietà dell’acciaio. Gli standard sottostanti costituiscono la base per la classificazione e la designazione dei gradi dell’acciaio utilizzando i numeri di materiale. In questo articolo confrontiamo i gradi dell’acciaio classificati secondo DIN/EN/ISO con le rispettive controparti in JIS (Japanese Industrial Standard).

Che cos’è l’acciaio?

Secondo DIN EN 10020 Parte 1 l’acciaio è definito come un materiale costituito prevalentemente da ferro e con un contenuto di carbonio massimo del 2%. I composti di ferro e carbonio con un contenuto di carbonio superiore al 2% sono ghise. La frazione di massa di ferro è più grande di quella di qualsiasi altro elemento. A causa del minerale di ferro utilizzato nella sua produzione l’acciaio contiene sempre una quantità corrispondente di silicio e manganese.

L’acciaio può essere suddiviso in tre gradi principali in base alla sua composizione chimica:

• Acciai non legati: sono costituiti da ferro e carbonio, nonché da piccole quantità di altri elementi al di sotto dei limiti definiti.
• Acciai inox (chiamati anche acciai antiruggine): frazione di massa di almeno il 10,5% di cromo e un massimo di 1,2% di carbonio
• Acciai legati: contengono almeno un elemento di lega oltre al ferro e al carbonio. Gli elementi di lega modificano le proprietà dell’acciaio. Gli acciai legati non sono acciai inox.

La classificazione dei tipi di acciaio è suddivisa ulteriormente in base alle classi di qualità.

Sono disponibili tabelle per le diverse classi di qualità dell’acciaio.

Diversi tipi di acciaio e proprietà dell’acciaio

La composizione dell’acciaio ne determina le proprietà. Il carbonio come componente principale influenza, ad esempio, durezza e resistenza. Un contenuto di carbonio più elevato porta generalmente a una durezza maggiore, ma anche a una duttilità ridotta (robustezza). Altri elementi di lega per le leghe di acciaio possono essere:

• Cromo (Cr): il cromo aumenta la resistenza alla corrosione dell’acciaio ed è presente spesso negli acciai inox. Aiuta anche ad aumentare la resistenza a temperature più elevate.
• Manganese (Mn): il manganese viene utilizzato per migliorare la resistenza e la durezza dell’acciaio, nonché per la desolforazione e la deossidazione durante la produzione dell’acciaio.
• Nichel (Ni): il nichel aumenta la robustezza, la resistenza agli impatti e la stabilità a basse temperature. È un elemento di lega utilizzato comunemente negli acciai inox e nelle leghe.
• Molibdeno (Mo): il molibdeno migliora la solidità e la resistenza all’incrinatura dovuta a tensocorrosione e le proprietà ad alta temperatura dell’acciaio. Si trova in molti acciai legati.
• Vanadio (V): il vanadio aumenta la resistenza, la durezza e la resistenza all’usura dell’acciaio. Viene utilizzato spesso negli acciai per utensili e negli acciai ad alta resistenza.
• Rame (Cu): il rame può aumentare la resistenza alla corrosione e la conduttanza elettrica dell’acciaio.
• Silicio (Si): il silicio contribuisce alla deossidazione e aumenta la resistenza dell’acciaio. È comune negli acciai strutturali.
• Titanio (Ti): il titanio aumenta la resistenza dell’acciaio.
• Alluminio (Al): l’alluminio può aumentare la resistenza alla corrosione e la solidità.

La tabella seguente mostra una panoramica dei gradi dell’acciaio comuni nelle varie annotazioni standardizzate. Il carattere □ è un segnaposto nella designazione.

Spiegazione della designazione dell’acciaio

La designazione degli acciai non è uniforme. In generale, tuttavia, si può presumere che le norme DIN come DIN EN 10027-1 (secondo il numero di materiale costituito dalle lettere e dai numeri del codice) e DIN EN 10027-2 (secondo la composizione chimica) detengano principi generali.

Nome abbreviato del materiale

La norma DIN elenca i requisiti per i nomi abbreviati dei materiali e li divide in due gruppi. Per il gruppo 1 la designazione dipende dall’utilizzo e dalle proprietà meccaniche dell’acciaio. Per il gruppo 2 la designazione dipende dalla composizione chimica dell’acciaio. Questa designazione ha senso quando i singoli elementi leganti forniscono informazioni su determinate proprietà come la resistenza alla corrosione o quando devono essere sottoposti a trattamento termico. Il nome abbreviato nel gruppo 1 è costituito da almeno un simbolo principale e dal carico minimo di snervamento in megapascal, ad esempio S235, dove S sta per acciai nella costruzione in acciaio. È possibile aggiungere simboli aggiuntivi a seconda della proprietà e dell’uso, ad esempio S235J2.

Un esempio di un nome secondo la composizione chimica nel Gruppo 2 sarebbe 42CrMo4. È indicato il contenuto percentuale dell’elemento nella composizione in acciaio. Ad esempio, C45 per un acciaio con un contenuto di carbonio di circa lo 0,45%.

La designazione dell’acciaio secondo gli standard JIS è composta in modo simile. La designazione di solito consiste in una lettera che indica il gruppo o il tipo di acciaio, seguita da un numero contenente informazioni specifiche sulla qualità dell’acciaio (proprietà chimiche o meccaniche). SS400, ad esempio, sta per acciaio dolce non legato (SS = acciaio dolce).

Numero di materiale dell’acciaio

I numeri di materiale sono assegnati dall’Istituto dell’acciaio VDEh. La designazione è costituita dai parametri seguenti: X.YYZZ(AA). Si applica quanto segue:

• X = gruppo principale
• Y = numero del grado (gruppo acciaio)
• Z = numero del conteggio
• A = numero del conteggio esteso

Secondo gli standard europei il numero di materiale per l’acciaio inizia sempre con 1., ad esempio 1.7033 per l’acciaio bonificato e temperato legato al cromo.

Selezione del numero del gruppo acciaio

Questo numero di materiale ha lo scopo di identificare in modo univoco i materiali e documentare le proprietà specifiche del materiale. Il numero di materiale per l’acciaio è riportato nelle tabelle.

Confronto della standardizzazione

Le qualità dell’acciaio sono soggette a standard diversi. Gli standard servono a garantire la qualità, le proprietà e l’utilizzo dell’acciaio in vari settori e applicazioni. L’elenco seguente contiene gli standard di vari istituti e comitati:

• JIS: Standard di settore giapponese del Comitato per gli standard industriali giapponese.
• ISO: Standard internazionale dell’Organizzazione internazionale per la standardizzazione.
• AISI: Standard americano dell’American Iron and Steel Institute (AISI).
• DIN: Standard industriale tedesco dell’Istituto tedesco per la standardizzazione (Deutsches Institut für Normung, DIN).
• EN: Standard europei di uno dei Comitati europei per la standardizzazione (CEN, CENELEC, ETSI)
• BS: Standard britannico del British Standards Institute (BSI).