Quale qualità d'acciaio per le tubazioni del vapore in centrale?

Le tubazioni del vapore sono tra i componenti più sollecitati di una centrale. Convogliano fluidi ad alta temperatura e alta pressione per lunghe durate d'esercizio – spesso per decenni. La scelta della qualità d'acciaio non è quindi una questione di gusto, bensì una decisione di dimensionamento direttamente legata ai parametri di esercizio. Questo articolo fornisce un orientamento tecnico sullo spettro dei materiali e sui criteri essenziali. Il dimensionamento concreto resta di competenza della progettazione specialistica responsabile.

Cosa impongono i parametri di esercizio

Tre grandezze determinano in modo decisivo la scelta del materiale: la temperatura di esercizio, la pressione interna e la durata di vita richiesta. Alle temperature più elevate l'acciaio perde resistenza e si verifica un cedimento sotto carico dipendente dal tempo – lo scorrimento viscoso (creep). Determinante non è più quindi il carico di snervamento a temperatura ambiente, bensì la resistenza allo scorrimento a rottura: quella tensione che un materiale, a una data temperatura, sopporta senza rompersi per un intervallo di tempo definito (tipicamente calcolato su 100.000 ore e oltre). A ciò si aggiunge la resistenza alla scagliatura, cioè la resistenza all'ossidazione superficiale a caldo. Dove si convoglia vapore saturo in condizioni moderate valgono requisiti diversi rispetto al vapore surriscaldato.

Panoramica dello spettro dei materiali

In forma semplificata si può descrivere una scala che, all'aumentare della sollecitazione di temperatura e pressione, va dagli acciai resistenti al calore non legati a quelli legati:

• P235GH, P265GH – acciai resistenti al calore non legati ovvero basso-legati per vapore saturo e condizioni di esercizio moderate.
• 16Mo3 – legato al molibdeno; il Mo migliora la resistenza al calore e sposta il campo d'impiego verso temperature più elevate.
• 13CrMo4-5 – legato al cromo-molibdeno; grazie al cromo aumentano ulteriormente la resistenza al calore e alla scagliatura.
• 10CrMo9-10 – a più alto tenore di cromo-molibdeno per vapore surriscaldato a temperature e pressioni più elevate.

I limiti d'impiego esatti di ogni qualità derivano dalle schede tecniche dei materiali e dalle norme pertinenti – non da valori di temperatura generici. Un'attribuzione seria avviene sempre sulla base dei parametri di dimensionamento effettivi.

La norma giusta per tubo e lamiera

Per i tubi senza saldatura per impieghi a pressione in acciai resistenti al calore la norma di riferimento è la EN 10216-2. Essa disciplina materiali, condizioni tecniche di fornitura e prove per esattamente questo caso applicativo. Per lamiere e prodotti piani in acciai per recipienti a pressione con proprietà specificate a temperatura elevata vale corrispondentemente la EN 10028-2. Chi attribuisce correttamente materiale e norma evita la fonte d'errore più frequente – ovvero un materiale che porta sì la designazione giusta, ma non è stato fornito nell'esecuzione richiesta per gli impieghi a pressione.

Cordoni di saldatura e tracciabilità

Negli acciai resistenti al calore è la lavorazione a decidere la sicurezza d'esercizio dell'intera tubazione. Il cordone di saldatura è regolarmente il punto critico. Rilevanti nella pratica sono tra l'altro:

• una passata di radice TIG eseguita in modo pulito per il profilo interno del giunto;
• preriscaldo in funzione del materiale e dello spessore di parete, per evitare indurimenti e formazione di cricche;
• per le qualità Cr-Mo, secondo prescrizione, un trattamento termico post-saldatura per ridurre le tensioni residue e regolare la struttura.

Altrettanto importante è la tracciabilità completa. Per i componenti in pressione un certificato di collaudo 3.1 secondo EN 10204 fa parte dello standard – attesta le proprietà verificate della colata specifica ed è la base di ogni documentazione nei confronti del gestore e dell'organismo di controllo.

In breve: la qualità d'acciaio per le tubazioni del vapore segue i parametri di esercizio – da P235GH/P265GH per il vapore saturo, passando per il 16Mo3, fino alle qualità Cr-Mo 13CrMo4-5 e 10CrMo9-10 per il vapore surriscaldato, dimensionate secondo resistenza allo scorrimento e resistenza alla scagliatura. I tubi si conformano alla EN 10216-2, le lamiere alla EN 10028-2, e il cordone di saldatura nonché il certificato di collaudo 3.1 decidono la sicurezza d'esercizio. Il dimensionamento vincolante spetta in ogni caso alla progettazione specialistica.