Gli acciai inossidabili austenitici sono un gruppo di leghe che, grazie alla loro composizione chimica, continuano a mantenere la loro struttura austenitica anche a basse temperature.

Questo comportamento è dovuto principalmente agli stabilizzatori dell’austenite, un gruppo di elementi di lega che promuovono il reticolo cristallino a facce centrate (FCC) e abbassano la temperatura eutettica e soprattutto di azoto sono comunemente utilizzati per controllare il comportamento termodinamico degli acciai inossidabili austenitici.

Sebbene l’elemento di lega principale negli acciai inossidabili sia il cromo (di solito superiore al 16% per i gradi austenitici), l’aggiunta di circa l’8% di nichel e la conseguente modifica della microstruttura forniscono una protezione superiore a temperature elevate, mentre il basso contenuto di carbonio consente di aumentare ulteriormente i livelli di cromo.

La corrosione per vaiolatura è un tipo di corrosione galvanica localizzata – una forma di corrosione causata dall’accoppiamento elettrico di specie con potenziali diversi.

La differenza di nobiltà tra lo strato di ossido protettivo, di spessore nanometrico, e il materiale sottostante, in presenza di un elettrolita, porta a un processo autocatalitico in cui le reazioni catodiche e anodiche sono separate e si stabilisce un contatto elettrico attraverso la massa del materiale e uno scambio ionico nell’elettrolita.

Una dissoluzione locale o un’imperfezione nello strato passivo dà origine a un sito anodico, di solito di ordini di grandezza inferiore rispetto alla superficie metallica circostante protetta dallo strato passivo catodico, con conseguente accelerazione della dissoluzione del metallo che può ridurre la durata dei componenti e portare a guasti del materiale con conseguenti costosi tempi di fermo.

La famiglia di processi SuperExpanite (NC) consiste in due fasi principali. La prima è ExpaniteHigh-T, che ricuce il materiale del nucleo e fornisce una maggiore durezza fino a 1 mm di profondità. La durezza aumenta di circa 100HV rispetto al nucleo, grazie all’wt1% di azoto disciolto. La seconda fase, ExpaniteLow-T, crea uno strato di conversione di austenite espansa (soluzione solida di grandi quantità di atomi di azoto disciolti interstizialmente che occupano i fori ottaedrici del reticolo FCC) che fornisce una durezza superficiale di 1200HV.

In alcuni casi, la resistenza alla corrosione per vaiolatura può essere significativamente aumentata dal processo di indurimento superficiale di Expanite, anche oltre il livello del materiale di base non indurito. (Fig. 1). Questo effetto è causato principalmente dalla grande quantità di azoto disciolto nello strato superficiale. Una formula comune per calcolare il numero equivalente di resistenza al pitting (PREN) per le leghe che non contengono tungsteno è riportata di seguito (Eq. 1). È facile notare un modificatore 16x relativamente grande davanti al contenuto di azoto espresso in percentuale di peso (wt. %). Ciò significa che anche piccole quantità di azoto hanno un’influenza positiva significativa sulla resistenza alla vaiolatura.

Eq. 1: PREN = %Cr + (3.3 x %Mo) + (16 x %N)

Assumendo l’applicabilità dell’eq. 1 per grandi quantità di azoto disciolto [1], solitamente tra il 5 e il 13 % in peso [2], è possibile calcolare il numero PREN. Per la lega AISI 316L, i numeri PREN calcolati variano da circa 100 fino a 230. Un incremento minimo di 4 volte rispetto al materiale non trattato, che ha un numero PREN di circa 24. La zona ExpaniteHigh-T sottostante può essere caratterizzata con un numero PREN di circa 30, fornendo un ulteriore miglioramento anche se la cementazione è stata danneggiata o usurata.

La Figura 1 mostra una curva di polarizzazione potenziodinamica per il materiale AISI 316 trattato con SuperExpanite e quello di riferimento. Questo test è uno strumento comunemente utilizzato per valutare il potenziale di corrosione per vaiolatura e le caratteristiche di un metallo.

Dal grafico si possono ricavare diversi elementi che dimostrano l’innegabile influenza positiva del trattamento con SuperExpanite sulla resistenza alla corrosione per vaiolatura delle leghe austenitiche. In primo luogo, il potenziale a circuito aperto del campione trattato con SuperExpanite è di circa 100mV superiore a quello del riferimento, il che suggerisce una migliore resistenza alla corrosione in assenza di accoppiamento galvanico. La curva di polarizzazione del materiale di riferimento mostra inoltre una regione passiva molto più ristretta, caratterizzata da numerosi picchi intermittenti (linea irregolare).

Queste linee indicano un improvviso aumento della densità di corrente (aumento della velocità di corrosione) – formazione iniziale di buche e successiva ripassivazione. Il grafico ottenuto per il campione SuperExpanite è privo di queste irregolarità e il materiale rimane nella zona passiva per potenziali quasi doppi, con un declino molto più graduale verso il potenziale di breakdown.