16Mo3, 13CrMo4-5 o 10CrMo9-10? Acciai resistenti al calore a confronto

La scelta della giusta qualità resistente al calore decide la sicurezza d'esercizio, la durata di vita e l'economicità di recipienti a pressione, caldaie e tubazioni. 16Mo3, 13CrMo4-5 e 10CrMo9-10 costituiscono una collaudata scala graduata per esigenze di temperatura crescenti. Questo articolo inquadra i tre acciai in modo pratico e mostra cosa conta nella selezione e nella lavorazione.

Cosa significa davvero «resistente al calore»

Resistente al calore non significa semplicemente «resistente a temperature più elevate». Determinante è il comportamento a lungo termine sotto carico permanente: alle alte temperature l'acciaio si deforma lentamente e progressivamente anche al di sotto del carico di snervamento – questo scorrimento viscoso porta al cedimento nel corso degli anni. Determinanti sono perciò la resistenza allo scorrimento a rottura e allo scorrimento a deformazione, cioè valori caratteristici della tensione sopportabile su tipici periodi di dimensionamento di, ad esempio, 100.000 ore.

La resistenza al calore a breve termine, come il carico di snervamento a caldo, descrive solo una parte del quadro. Per il dimensionamento di componenti in servizio continuo sono determinanti i valori di scorrimento tratti dalle norme e dalle schede tecniche pertinenti.

Il ruolo di molibdeno e cromo

La differenza tra le tre qualità la fanno soprattutto gli elementi di lega:

• Il molibdeno aumenta nettamente la resistenza al calore e migliora la resistenza allo scorrimento, stabilizzando la resistenza della matrice alle alte temperature.
• Il cromo aumenta la resistenza alla scagliatura e all'ossidazione e contribuisce anch'esso alla resistenza al calore attraverso la formazione di carburi stabili.

Il 16Mo3 punta unicamente sul molibdeno. Il 13CrMo4-5 e il 10CrMo9-10 combinano cromo e molibdeno in misura crescente – con la tendenza che tenori di cromo più elevati innalzano sia il limite di temperatura sia la resistenza all'ossidazione superficiale.

Limiti d'impiego: una scala graduata

Qualitativamente ne risulta un ordine chiaro di idoneità alla temperatura:

• 16Mo3 – per temperature moderate, l'ingresso classico nel campo degli acciai resistenti al calore.
• 13CrMo4-5 – per temperature più elevate, quando il 16Mo3 raggiunge i suoi limiti.
• 10CrMo9-10 – per le esigenze più elevate di questo gruppo, con la migliore resistenza allo scorrimento e alla scagliatura.

Le temperature e le tensioni esatte ammissibili dipendono dal componente, dal tempo di dimensionamento e dalla norma e vanno desunte dalla rispettiva scheda tecnica nonché dalla norma di dimensionamento. Applicazioni tipiche sono caldaie e lamiere per caldaie, tubazioni del vapore e del vapore surriscaldato, collettori nonché apparecchi e componenti nella costruzione di impianti e centrali.

Norme e forme di fornitura

Per l'approvvigionamento sono centrali due norme:

• EN 10028-2 – prodotti piani in acciai per recipienti a pressione, cioè lamiere per applicazioni resistenti al calore.
• EN 10216-2 – tubi in acciaio senza saldatura per sollecitazioni a pressione con carichi di snervamento a caldo specificati.

Entrambe le norme coprono le qualità citate e stabiliscono la composizione chimica nonché le proprietà meccaniche e di scorrimento. Un certificato di collaudo 3.1 secondo EN 10204 con i valori concreti della colata è disponibile su richiesta.

Saldatura e trattamento termico

Gli acciai Cr-Mo resistenti al calore sono saldabili, ma richiedono attenzione. Con l'aumentare del tenore di lega – e quindi dal 16Mo3, passando per il 13CrMo4-5, fino al 10CrMo9-10 – cresce la tendenza all'indurimento nella zona termicamente alterata. Nella pratica ciò significa:

• preriscaldo prima della saldatura, in funzione della qualità, dello spessore di parete e del procedimento.
• controllo della temperatura di interpass.
• di norma un trattamento termico post-saldatura (ricottura di distensione ovvero rinvenimento), per ridurre le tensioni residue e regolare la struttura del cordone di saldatura.

I parametri concreti si conformano alla specifica di procedura di saldatura (WPS) e ai regolamenti applicabili.

Quando conviene passare alla qualità più legata

Il passaggio dal 16Mo3 al 13CrMo4-5 o più avanti al 10CrMo9-10 conviene non appena la temperatura di esercizio raggiunge il limite economico della qualità meno legata – ad esempio perché altrimenti gli spessori di parete crescerebbero in modo sproporzionato o la durata di vita richiesta nel campo dello scorrimento non è più raggiungibile in sicurezza. Anche requisiti maggiori di resistenza alla scagliatura depongono a favore della variante più ricca di cromo. Viceversa vale: dove la temperatura lo consente, la qualità meno legata è di solito la scelta più economica e più semplice dal punto di vista della saldatura.

In breve: 16Mo3, 13CrMo4-5 e 10CrMo9-10 costituiscono una scala graduata di crescente resistenza al calore e alla scagliatura, sostenuta da tenori crescenti di cromo e molibdeno. Determinanti per il dimensionamento sono i valori di scorrimento secondo scheda tecnica e norma – e in officina è la corretta sequenza di saldatura con preriscaldo e trattamento termico post-saldatura a decidere la qualità. Vi supportiamo volentieri nella scelta della qualità, nella forma di fornitura e nel certificato di collaudo 3.1.