L'acciaio al carbonio è una lega ferro-carbonio, che contiene fino al 2,1% in peso di carbonio.Manganese massimo, il contenuto di silicio e di rame dovrebbe essere inferiore rispettivamente all'1,65% in peso, allo 0,6% in peso e allo 0,6% in peso.
Tipi di acciaio al carbonio e loro proprietà
L'acciaio al carbonio può essere classificato in tre categorie in base al suo contenuto di carbonio: acciaio a basso tenore di carbonio (o acciaio a carbonio mite), acciaio a medio tenore di carbonio e acciaio ad alto tenore di carbonio [1].Microstruttura e proprietà confrontare come segue:
Acciaio a basse emissioni di carbonio
L'acciaio a basso tenore di carbonio è la forma più diffusa di acciaio al carbonio.Non possono essere induriti con trattamento termico (per formare martensite) quindi questo viene generalmente ottenuto con il lavoro a freddo.
Gli acciai al carbonio sono generalmente relativamente morbidi e hanno una bassa resistenza.
Anche gli acciai ad alta resistenza e a bassa lega (HSLA) sono spesso classificati come acciai a basso tenore di carbonio, tuttavia contengono anche altri elementi come rame, nichel, vanadio e molibdeno.comprendono fino a 10 wtGli acciai di alta resistenza e di bassa lega, come suggerisce il nome, hanno resistenza più elevata, ottenuta mediante trattamento termico.rendendoli facilmente modellabili e lavorabiliGli acciai HSLA sono più resistenti alla corrosione degli acciai semplici a basso tenore di carbonio.
Acciaio a carbonio medio
L'acciaio a carbonio medio ha un tenore di carbonio dello 0,25 ± 0,60 p.c. e di manganese dello 0,60 ± 1,65 p.c.Le proprietà meccaniche di questo acciaio sono migliorate mediante un trattamento termico che prevede l'autenitizzazione seguita da caldazione e temperatura, dando loro una microstruttura martensitica.
Il trattamento termico può essere eseguito solo su sezioni molto sottili, tuttavia, elementi di lega aggiuntivi, quali cromo, molibdeno e nichel,può essere aggiunto per migliorare la capacità degli acciai di essere trattati termicamente e, quindi, indurito.
Gli acciai a carbonio medio induriti hanno una maggiore resistenza rispetto agli acciai a basso tenore di carbonio, tuttavia, ciò avviene a scapito della duttilità e della robustezza.
Acciaio ad alto tenore di carbonio
L'acciaio ad alto tenore di carbonio ha un contenuto di carbonio dello 0,60 ∼ 1,25% e di manganese dello 0,30 ∼ 0,90%.Gli acciai ad alto tenore di carbonio sono molto resistenti all'usura a causa del fatto che sono quasi sempre induriti e temperati.
Gli acciai per utensili e gli acciai a stampo sono tipi di acciai ad alto tenore di carbonio, che contengono elementi di lega aggiuntivi tra cui cromo, vanadio, molibdeno e tungsteno.L'aggiunta di questi elementi produce l'acciaio molto resistente all'usura, che è il risultato della formazione di composti di carburo come il carburo di tungsteno ((WC).
L'acciaio al carbonio può essere prodotto da acciaio riciclato, acciaio vergine o da una combinazione di entrambi.
L'acciaio vergine è prodotto combinando il minerale di ferro, il coke (prodotto riscaldando il carbone in assenza di aria) e la calce in un altoforno a circa 1650 °C.Il ferro fuso estratto dal minerale di ferro viene arricchito con carbonio proveniente dal coke bruciatoLe impurità rimanenti si combinano con la calce per formare scorie, che galleggiano sopra il metallo fuso dove possono essere estratte.
L'acciaio fuso risultante contiene circa il 4% di carbonio, che viene poi ridotto alla quantità desiderata in un processo chiamato decarborazione.Questo viene ottenuto passando l'ossigeno attraverso la fusione, che ossida il carbonio nell'acciaio, producendo monossido di carbonio e anidride carbonica.
Esempi e applicazioni
Gli acciai a basso tenore di carbonio sono spesso utilizzati nei componenti della carrozzeria dell'automobile, nelle forme strutturali (ramme I, canale e ferro angolare), nei tubi, nei componenti di costruzione e di ponte e nelle scatole alimentari.
A causa della loro elevata resistenza, resistenza all'usura e robustezza, gli acciai a carbonio medio sono spesso utilizzati per binari ferroviari, ruote di treni, alberi a curvatura,e ingranaggi e parti di macchine che richiedono questa combinazione di proprietà.
A causa della loro elevata resistenza all'usura e della loro durezza, gli acciai ad alto tenore di carbonio sono utilizzati per tagliare utensili, molle, fili ad alta resistenza e stampi.
Nella tabella seguente vengono confrontati esempi, proprietà e applicazioni dei vari acciai al carbonio.
