Effetto della Kolsterizzazione sulla resistenza all’usura e alla corrosione dell’acciaio AISI 316L

Gli acciai inossidabili austenitici sono materiali largamente utilizzati in quei settori dell’industria in cui la resistenza alla corrosione è un requisito fondamentale; tuttavia, la loro scarsa resistenza ad usura, dovuta all’elevata tendenza all’adesione e alla scarsa resistenza a deformazione plastica, ha impedito una diffusione ancora più ampia. Nel corso degli anni sono stati effettuati vari tentativi aventi lo scopo di aumentare la durezza superficiale e le proprietà tribologiche di tali acciai: trattamenti termochimici come la nitrurazione e la nitrocarburazione, ad esempio, portano ad un incremento molto significativo della durezza superficiale e della resistenza ad usura ma, essendo caratterizzati dalla precipitazione di composti a base cromo (le temperature in gioco sono generalmente superiori ai 550°C), comportano anche un impoverimento in cromo della matrice austenitica con la conseguente diminuzione della “inossidabilità” dell’acciaio.
Per questo motivo si è reso necessario sviluppare nuove tecnologie che possano effettivamente migliorare la resistenza ad usura degli acciai inossidabili austenitici senza alterare la resistenza alla corrosione: a questo scopo sono stati messi a punto alcuni trattamenti quali la nitrurazione e la carburazione al plasma a bassa temperatura, in cui la precipitazione dei composti a base di cromo viene notevolmente limitata favorendo la comparsa, in corrispondenza della superficie dell’acciaio trattato, di una fase particolare, denominata “fase S”, caratterizzata da elevata durezza e resistenza a corrosione confrontabile con quella del materiale non trattato.
Alla categoria dei trattamenti termochimici di carburazione a bassa temperatura appartiene la Kolsterizzazione. Tale trattamento, sviluppato negli anni ’80 da B. H. Kolster e condotto a temperature inferiori a 300°C in atmosfera gassosa, permette di indurire in modo uniforme anche luoghi geometricamente difficili quali spigoli vivi, cavità e fori di pochi micron e può essere applicato con successo, oltre che sugli acciai inossidabili austenitici, anche su leghe a base nichel (come Inconel e Hastelloy) e acciai inossidabili duplex. Un acciaio inossidabile austenitico Kolsterizzato mantiene praticamente inalterati la rugosità, le dimensioni, il colore e lo stato amagnetico.
Scopo del presente lavoro è quello di indagare sul comportamento tribologico e sulla resistenza alla corrosione di un acciaio del tipo AISI 316L sottoposto ad un trattamento di Kolsterizzazione 33 (profondità di indurimento pari a 33 μm). Nella prima parte, prettamente teorica (Capitoli 1, 2 e 3), vengono richiamate le caratteristiche fondamentali e i principali metodi di indurimento superficiale degli acciai inossidabili, si introducono i concetti di base riguardanti il comportamento tribologico dei materiali e vengono descritte le proprietà della Kolsterizzazione e dei più diffusi trattamenti termochimici a bassa temperatura. La seconda parte (Capitoli 4, 5, 6 e 7) è invece dedicata alle prove condotte in laboratorio: alla caratterizzazione microstrutturale della lega in esame (Capitolo 4) fa seguito una indagine piuttosto approfondita sulle caratteristiche tribologiche dell’acciaio AISI 316L Kolsterizzato (Capitoli 5 e 6), eseguita con l’ausilio di un tribometro pattino su cilindro e di un microscale abrasion wear tester; nell’ultima parte (Capitolo 7), infine, viene confrontato il comportamento a corrosione dell’acciaio AISI 316L Kolsterizzato con quello della stessa lega non trattata in quattro ambienti differenti (H2SO4 0,5M, NaCl 35 g/l, HCl 2,5%, Oxonia 2,5%).