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Domanda



Costruzioni metalliche in acciaio autoprotetto (corten):
- che tipo di lavorazione trasforma l'acciaio in acciaio corten?
- quale è la difettologia rintracciabile in acciai di questo tipo?
- esiste una normativa di riferimento?


Risposta


1. Non mi risulta si possano individuare difettologie specifiche negli acciai che chi pone la domanda chiama "autoprotetti" ma più propriamente sono detti acciai patinabili (in inglese weathering steels). I casi di cattivo comportamento che purtroppo in varie occasioni si sono manifestati non dipendono in genere da difetti  nel materiale ma da una non corretta progettazione, costruzione o manutenzione delle strutture che li impiegano. Infatti in particolari condizioni spesso determinate dalla forma, posizione, giacitura orientamento della struttura questi acciai non si "autoproteggono" ma si comportano come gli acciai al carbonio. Per questo motivo chi opera nel campo della progettazione, costruzione e manutenzione di strutture di acciai patinabili deve conoscerne il comportamento che abbiamo cercato di riassumere nell'appendice (prendendo spunti e dati da Uhlig's Corrosion Hanbook, W.Revie, John Wiley, 2000 e da altri testi).
2. Le normative che riguardano gli acciai patinabili della ASTM risalgono al 1968 e sono: ASTM Standard , A588, Philadelphia , PA, 1968
3. Tra le recenti linee guida circa i criteri di progetto, costruzione e manutenzione ricordiamo:
Guideline , Maintenance and Coating of Weathering Steels in Highways Bridges, FHWA-RD-91-087, US Governament Report , Washington, DC, 1992

Appendice Cenni storici
Già nei primi decenni del secolo scorso si era notato che l'aggiunta all'acciaio dello 0,2-0,3% di rame poteva portare ad un dimezzamento della velocità di corrosione atmosferica. Nel 1933 la U.S. Steel lanciò un acciaio basso legato con 0,2-0,5% di rame, 0,5-1,5% di cromo e 0,1-0,2% di fosforo che presentava a sua volta una resistenza a alla corrosione atmosferica almeno doppia di quella dell'acciaio al rame e una resistenza allo snervamento maggiore o uguale a 350 MPa. Proprio per sottolineare le notevoli prestazioni corrosionistiche (Corrosion) e a trazione (Tensile) il nuovo acciaio venne detto Cor-Ten.
La composizione negli anni successivi subì qualche aggiustamento. Venne introdotto lo 0,4% di nichel per minimizzare il danneggiamento che l'acciaio subiva durante la lavorazione a caldo e migliorare la resistenza ai cloruri. Il fosforo per gli acciai da utilizzare per strutture saldate venne ridotto a meno dello 0,04% così da evitare la formazione di cricche da saldatura. Vennero pure aggiunti piccoli tenori di altri elementi (V, Zr, Mo), soprattutto per migliorare la resistenza meccanica per cui lo snervamento a seconda dei tipi passò da 350 a 420 a 490 MPa. Intanto negli anni '60 l'industria giapponese sviluppò altri tipi di acciai praticamente basati su aggiunte di solo rame e fosforo; oppure di rame, cromo, fosforo e molibdeno; o rame, fosforo, titanio e consentire di portare le resistenze allo snervamento a fino a 580 MPa. Gli acciai più utilizzati rimasero comunque i primi e sono riportati nelle norme A588 A, B, C, D e K. Inizialmente gli acciai patinabili vennero impiegati con rivestimenti protettivi. Applicazioni diverse (quali carrozze-merci, autotreni, attrezzi agricoli, travi per ponti) mostrarono durate da 1,5 a 4 volte superiori rispetto a quelle che utilizzavano acciai al carbonio con gli stessi rivestimenti protettivi. La prima applicazione importante nell'edilizia è del 1964 (Centro Direzionale della John Deere in Molines, Illinois) e apre la strada a numerose altre applicazioni (fra queste il Chicago Civic Center nella piazza centrale della città con davanti l'importante statua di Picasso "la capra" parte in CorTen e parte in acciaio inossidabile e in Italia il Centro Sperimentale Metallurgico vicino a Roma anche questo in acciaio CorTen e inossidabile). L'applicazione più importante negli anni successivi degli acciai patinabili è certamente quella dell'impalcato per ponti autostradali.

La resistenza alla corrosione
Gli acciai patinabili si autoproteggono perché riescono in molte condizioni di esposizione a ricoprirsi nel periodo di 1-4 anni di una pellicola composta da ruggine di colore marrone scuro e di piacevole aspetto. Questa pellicola è caratterizzata da uno strato esterno poroso e grossolano e da un sottile strato interno amorfo e impermeabile che è quello che conferisce resistenza alla corrosione ricco di rame, cromo e fosforo (gli elementi che più contribuiscono alla formazione dello strato protettivo). La formazione dello strato amorfo è facilitata dalla presenza nell'ambiente di specie come i solfati e i cloruri purché in tenori non superiori a un limite critico. Nel periodo di formazione dello strato protettivo importanti sono l'alternanza bagnato-asciutto, le condizioni di esposizione alla luce solare (che probabilmente esercitano  un'azione fotocatalitica sulla formazione dello strato), il grado e il tipo di inquinamento. A causa di tutte queste variabili il comportamento di questi acciai può variare con la posizione geografica, la distanza dal mare, l'orientamento, la giacitura, l'esposizione rispetto ai raggi solari, la posizione della struttura, la forma di quest'ultima e altro ancora. Particolarmente importante è la presenza di fattori geometrici (ma non solo) che favoriscono la permanenza di condizioni di bagnato perché sulle parti che rimangono a lungo "bagnate" la patina protettiva non si forma e la corrosione procede come negli acciai al carbonio. Condizioni critiche di questo tipo si possono formare preferibilmente sulla superficie rivolta verso terra, nella parte bassa delle strutture, nelle zone in cui l'acciaio opera a contatto con foglie o erba, o nelle parti che favoriscono il ristagno d'acqua.
In presenza di cloruri in tenori elevati come può succedere in ambiente marino o in zone dove si impiegano sali antigelo la patina protettiva non si forma. Ad esempio secondo le linee guida per la progettazione e la costruzione di ponti pubblicate in Giappone, la massima velocità di deposito di cloruri per avere penetrazione della corrosione inferiore a 0,3 mm in 50 anni è di 0,05 mdd (mg / dm2 giorno).
Anche inquinamenti da SO2 elevati associati a umidità elevate, condizioni come quelle che si potevano incontrare negli anni '60-'70 in molte zone industriali, o peggio marino-industriali, ostacolano la formazione della patina e probabilmente è stata questa una concausa di diversi insuccessi che si sono avuti negli anni '70. In Giappone in quegli anni nelle zone industriali dove il tenore di SO2 poteva raggiungere fino a 0,07 ppm, il comportamento degli acciai patinabili, soprattutto quelli con basso tenore di fosforo, risultò inadeguato e questo portò a sperimentare nuovi tipi di acciai patinabili e allo sviluppo di rivestimenti protettivi da utilizzare nelle zone più critiche. Probabilmente anche molti insuccessi avvenuti in Italia in quel periodo, ad esempio a Milano, hanno le stessa spiegazione. Oggi il problema non esiste più perché l'inquinamento da SO2 è stato ovunque drasticamente ridotto. Tornando agli insuccessi milanesi degli anni '70 ne ricordo due. Il primo relativo alle piastre frangisole di un garage posto all'ultimo piano di un palazzo nel centro di Milano. La corrosione riguardava la parte rivolta in basso delle piastre (montate nel mese di settembre1) dove l'azione congiunta di periodi di bagnamento prolungati, mancanza di esposizione diretta ai raggi solari e
inquinamento da SO2 eccessivo non hanno consentito la formazione della patina protettiva e portato in alcuni anni a vistosi fenomeni di  attacco. La  parte della lastra   rivolta in   alto   era
invece perfettamente passiva. Il secondo caso riguarda il recinto del Campus Giuriati e della mensa del Politecnico di Milano. La corrosione ha riguardato soltanto la parte bassa dei profilati ad H che sostenevano l'inferiata (pure in CorTen). Questi profilati erano fissati nel terreno attraverso un cubo in calcestruzzo che non favoriva l'allontanamento dell'acqua. La corrosione in pochi anni ha portato alla distruzione dell'anima di quasi tutti i profilati per circa 10 cm, ma la restante superficie era perfettamente protetta. Quando l'attacco stava ormai per compromettere la struttura anche dal punto di vista statico, si è bloccato con un getto di calcestruzzo sovrapposto a quello esistente tale da ripassivare la parte corrosa. A circa 25 anni dall'intervento il recinto non ha presentato problemi.


Prof. Pietro Pedeferri
 


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1 È importante notare che le probabilità più elevate di insuccesso si aveva quando la messa in opera degli acciai patinabili aveva luogo dopo l'estate, cioè nella stagione con maggiore umidità e inquinamento mentre il comportamento migliore si aveva per gli acciai messi in opera in primavera.
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