capitolo 5 SERBATOI METALLICI Acciai inossidabili: costituenti e finiture Marco Frigo tempra, laminazione, skinpassaggio, lucidatura, fiorettatura KEYWORDS L’acciaio inox per uso alimentare : rappresenta l’elemento base della lega e varia (dal 68% al 72%) in funzione della quantità degli altri costituenti, secondo i rapporti definiti dalla “curva” di Tamman. Ferro : è presente in percentuali molto basse (0,08%) e risulta ulteriormente ridotto (0,03%) nei tipi “L” (low carbon) e Duplex. Le leghe “L” consentono di limitare, durante la saldatura (nella fase “sigma”), la formazione dei carburi di cromo, cui conseguirebbe un impoverimento localizzato di metallo nobile, con aumento della fragilità e successivi rischi di minore resistenza alla corrosione. Nell’impossibilità di effettuare sulle saldature un trattamento termico di solubilizzazione , tenuto conto della limitata incidenza dei costi, conviene spesso impiegare acciai “low carbon” oppure acciai stabilizzati con titanio e niobio che limitano le possibilità di legami tra carbonio e cromo. Carbonio (A) : in percentuale di almeno l’11% caratterizza gli acciai inossidabili in quanto consente la formazione di un sottilissimo strato superficiale di ossido (spessori molecolari) dotato di una notevole inerzia chimica e di aspetto gradevole. Negli acciai austenitici di impiego enologico la percentuale di cromo varia dal 16 al 20%. Cromo : oltre a risultare indispensabile per stabilizzare la forma austenitica, aumenta l’inerzia chimica della lega. Esso incide molto sul costo della lega, per questo motivo il tipo Duplex con bassa percentuale di Nichel risulta più economico, oltre i già citati aspetti positivi legati al minor impiego di materiale ed alla riduzione del peso. Nichel : presente nei tipi 316 e Duplex, aumenta considerevolmente la resistenza alla spassivazione (rimozione dello strato di ossido protettivo) ed in particolare la resistenza all’acido solforoso ed altri sali. Sarà quindi opportuno ricorrere agli acciai cromo-nichel-molibdeno, quando si richiede una notevole resistenza all’anidride solforosa (fondi superiori dei serbatoi, recipienti destinati alla conservazione e manipolazione dei mosti muti, piastre di pastorizzatori, parti a contatto delle linee di imbottigliamento, ecc.) . Molibdeno (C) : trattamento termico con successivo raffreddamento controllato, finalizzato ad un miglioramento delle caratteristiche meccaniche (possibile solo su acciai martensitici). : comprende un trattamento di tempra ed un successivo intervento termico a temperature inferiori atto ad assestare le cariche interne. : si ottiene a seguito delle deformazioni a freddo (stampaggio, assottigliamento delle lamiere con passaggio in rulli ecc.) e porta ad un netto miglioramento delle caratteristiche meccaniche (carico di rottura). Se non gradito per la perdita di duttilità, si procede alla solubilizzazione. : passaggio in una serie di rulli per ottenere lamine o nastri. : passaggio entro rulli in serie per deformare a freddo il materiale allo scopo di assottigliare le lamine (10-20% ad ogni passaggio). : passaggio in rulli lisci atti a compattare le asperità superficiali, ridurre i vuoti interni ed aumentare la resistenza sia chimica che meccanica. : si effettua solo su acciai austenitici con riscaldamento (successivo alla laminazione) ad oltre 1050 °C seguito da brusco raffreddamento, per ottenere un ammorbidimento del metallo (tempra negativa o ricottura). Ha lo scopo di eliminare le tensioni interne provocate dalle deformazioni ottenute sia a caldo che a freddo. : formazione dello strato protettivo di ossido di cromo. Normalmente si ottiene con la semplice esposizione all’aria. Il processo può essere accelerato immergendo la lega in un bagno di acido nitrico al 20% a 60 °C per 30 minuti, oppure di acido nitrico (1 volume), acido fosforico (2 volumi) ed acido acetico (2 volumi) a 50 °C per 30 minuti. : eliminazione dell’ossido protettivo di cromo per cause diverse (chimiche, fisiche, meccaniche, ecc.). Sono particolarmente dannose tutte le sostanze ad azione riducente. : pulizia della superficie con interventi di tipo meccanico (forte getto di sfere di vetro) o chimico (bagni di acido solforico o cloridrico). : riformazione dell’ossido protettivo. Si ottiene con un’accurata pulizia ed un eventuale successivo trattamento con soluzioni concentrate degli acidi solforico, nitrico, fosforico. Spesso il decapaggio e la ripassivazione vengono effettuati con un unico intervento. (A) - Terminologia tecnica Tempra Bonifica Incrudimento Laminazione a caldo Laminazione a freddo Skinpassagio Solubilizzazione Passivazione Spassivazione o depassivazione Decapaggio Ripassivazione (B) - Le differenti finiture superficiali sono spesso facilmente riconoscibili alla vista. Ad esempio da sinistra a destra avremo la finitura 2B, satinato e fiorettato (C) - La marchiatura delle lamiere di acciaio rappresenta una garanzia tecnica del rispetto delle caratteristiche dichiarate. Si ricorda che, come per tutte le materie atte al contatto con gli alimenti, anche gli acciai devono essere inseriti nel Decreto Ministeriale n°104 del 1973 e successivi aggiornamenti Finiture superficiali Una caratteristica di estremo interesse degli acciai inossidabili è quella di presentare superfici “finite” adatte al contatto con gli alimenti . Tali superfici sono tanto più idonee quanto è minore la rugosità superficiale (minore capacità di ritenzione), tenuto conto ovviamente dei costi per ottenere tali risultati, che sono proporzionali alla finezza degli abrasivi impiegati. Il livello massimo, nell’ambito delle finiture per abrasione, è la lucidatura a specchio, peraltro giustificabile solo in impieghi particolari (parti interne di centrifughe) o per motivi estetici (rubinetteria, parti a vista di limitate dimensioni o di macchine particolarmente costose). (B) La deviazione della superficie piana ideale è genericamente descritta da rugosità, direzione dei solchi e ondulazione, in riferimento ai quali esiste una specifica normativa internazionale ISO (Normativa europea EN 10088 parte 2). Essa codifica attraverso opportuni codici il livello di lucidatura . (F) scientificamente dimostrato come superfici più lisce offrano una maggior resistenza alla corrosione localizzata (pitting e corrosione interstiziale). Inoltre il miglior grado di lucidatura favorisce le operazioni di igienizzazione, ostacolando altresì l’adesione dei tartrati alle pareti. È Fra i metodi più diffusi per ottenere la lucidatura vi è l’azione meccanica sfruttando il potere abrasivo di particolari rulli di cotone. (D, E) La macchina per la lucidatura meccanica lavora asportando le asperità dalla superficie dell’acciaio mediante l’azione abrasiva di rulli di cotone che ruotano sulla superficie della lamiera mentre questa viene spostata con velocità costante mediante il movimento alternato di un piano di appoggio solidamente strutturato onde azzerare vibrazioni e oscillazioni. La regolarità dell’azione abrasiva è affidata ad una pasta di apposita granulometria che viene distribuita tra rulli e lamiera. Per grandi produzioni di serie vengono utilizzate stazioni robotizzate che lucidano direttamente i manufatti. Il buon esito della lucidatura dipende da più fattori di egual importanza, a partire dall’esperienza e professionalità del lucidatore, fino alla corretta scelta del materiale di partenza (AISI 304 o 316 in finitura 2B o BA). Quest’ultimo aspetto è vitale per ottenere esattamente ciò che il cliente finale desidera, permettendo di evitare costi inutili qualora non sia necessaria una lucidatura particolarmente severa, e spendere il giusto (in termini di tempo e denaro) quando specificatamente richiesto (Spolverato, 2003). (D) - Lucidatura meccanica (E) - Processo per ottenere la finitura fiorettata, che presenta come unico vantaggio un’estetica più apprezzabile (Zotti) : si trova su tutte le brame e le lamiere laminate a caldo. Come prima fase della lavorazione tutti i prodotti piani inossidabili vengono laminati a caldo e quindi ricotti per omogeneizzarne le caratteristiche. La ricottura produce uno strato di ossido superficiale sull’acciaio che è quindi rimosso mediante sabbiatura e decapaggio in bagni acidi. In seguito a queste operazioni l’acciaio acquisisce una superficie abbastanza grossolana di colore grigio opaco. : ricotta e decapata attraverso un’ulteriore laminazione dell’acciaio effettuata a freddo, vengono migliorate sia la finitura superficiale che la precisione dello spessore. La lamiera di acciaio così lavorata ha una finitura semi opaca di colore grigio argento. - Skinpassata: ai prodotti laminati a freddo sopra descritti può essere conferita una superficie più liscia mediante un’ulteriore leggera laminazione tra rulli accuratamente lucidati. Spesso usata da alcuni produttori di serbatoi per l’industria enologica, ma le prestazioni igieniche e di durata non sono buone come alcune finiture più lisce. : eseguita “a freddo” e descagliata meccanicamente. Si presenta come finitura ruvida ed opaca, può essere seguita da decapaggio. Spesso utilizzata per gli acciai di tipo Duplex. - Bright Annealed: se, dopo la laminazione a freddo, il nastro è ricotto in un’atmosfera protettiva che previene l’ossidazione della superficie (per esempio in idrogeno e azoto da ammoniaca dissociata), non occorre più effettuare il decapaggio poiché l’acciaio ha già una finitura superficiale brillante denominata BA (acronimo di Bright Annealed). è specificamente sviluppata per l’enologia ed impianti di processo che devono essere facili da pulire e da mantenere. Superficie lucidata: lucidando le lamiere di acciaio laminato a freddo con nastri di opportuna granulometria (misurata mediante la dimensione del grano) si può ottenere una superficie che ha una lucentezza argentea con migliore effetto estetico. Ad una più fine granulometria del nastro corrisponderà un aspetto più brillante e uniforme. : la spazzolatura su una superficie 2B fornisce una finitura liscia senza tracce di graffi. Uno dei vantaggi di questa finitura superficiale è quello di poter essere facilmente ricreata. : le lamiere vengono immerse in un elettrolita, dove diventano uno dei poli (l’anodo) di un circuito elettrico. Mediante la corrente elettrica i picchi delle irregolarità superficiali della lamiera sono dissolti selettivamente. Il risultato è una superficie liscia, brillante, con una finitura superficiale assai migliore rispetto al materiale di partenza. : le lamiere modellate sono prodotte per mezzo di una laminazione aggiuntiva tra speciali rulli lavorati di lamiere spazzolate laminate a freddo. In questo modo si può ottenere un motivo del tipo a cialda su entrambi i lati della lamiera. Sui prodotti laminati a freddo può anche essere realizzata una superficie decorata mediante l’uso di speciali rulli incisi chimicamente, installati su laminatoi convenzionali. In questo modo è possibile ottenere lamiere decorate su un lato con una gamma di motivi quali tessuti, quadretti, mosaico o effetto pelle. (F) - Tipi di finiture (codifica AISI) Finitura 1 Finitura 2D Finitura 2B Finitura 2E Finitura BA Finitura spazzolata Elettrolucidatura Finitura rigidizzata e decorata