ACCIAIO

Il termine acciaio indica in maniera generica una lega tra 2 elementi principali: ferro e carbonio. Altri elementi presenti nell’acciaio sono: manganese, fosforo, zolfo, silicio ed in quantità minore azoto, alluminio ed ossigeno.

Il ferro è un elemento metallico ed il suo simbolo chimico è Fe.

Il carbonio è un elemento non metallico, C è il suo simbolo chimico; è l’elemento legante principale nelle leghe di acciaio ed il suo contenuto percentuale oscilla tra lo 0,002% ed il 2,1%, in termini di peso (nella maggior parte degli acciai difficilmente supera l’1%).

Trattandosi di una lega metallica, l’acciaio non ha simbolo chimico, pertanto non è elencato nella tavola periodica. Esistono molte nomenclature stabilite da varie organizzazioni che regolano norme tecniche, composizione di ogni lega, proprietà, etc.

CARATTERISTICHE

Le caratteristiche basilari vengono conferite alla lega di acciaio dal carbonio. L’aggiunta intenzionale di ulteriori elementi come nichel, cromo, molibdeno, manganese, titanio, boro, niobio e vanadio, modifica le caratteristiche dell’acciaio.

Il carbonio ed altri elementi agiscono come agenti indurenti. Cambiando la quantità degli elementi nella lega, si controllano le proprietà dell’acciaio:

• temprabilità
• durezza
• tenacità
• duttilità
• fragilità

Inoltre l’acciaio è rinomato per essere un metallo resistente:

• alla corrosione
• alla trazione
• all’usura
• al calore

Ad esempio, un acciaio con un’alta presenza di carbonio nella lega, risulterà più duro, ma nel contempo meno duttile di un acciaio con una bassa percentuale di carbonio.

Se la percentuale di carbonio presente supera il 2,1%, la lega prende il nome di ghisa.

PRODUZIONE

Il ciclo di produzione dell’acciaio varia a seconda delle tecnologie utilizzate e della tipologia di acciaio che si vuole ottenere. Possiamo suddividere i cicli produttivi dell’acciaio in due categorie:

• acciaio prodotto con altoforno
• acciaio prodotto con forno elettrico

Nel primo caso le materie prime utilizzate sono: minerale ferroso, coke e fondente.

Mescolando e fondendo questi elementi si ottengono separatamente ghisa ed altri elementi secondari. Successivamente vengono aggiunti rottame ferroso ed altri elementi per modificare la miscela, in modo da ottenere una colata di acciaio con le caratteristiche desiderate.

L’acciaio colato viene tagliato, ridotto in grossi “blocchi” (detti blumi o bramme) che poi vengono laminati (cioè deformati) per essere trasformati in lamiere, nastri, tubi, barre, profili, etc.

Attualmente in Italia sono rimasti in funzione soltanto 3 altiforni: Taranto, Piombino e Trieste.

Nel forno elettrico invece si fonde il rottame ferroso insieme ad altri elementi e si ottengono vari semilavorati (billette, vergella, etc.) che possono essere successivamente laminati a caldo o a freddo. 1.

L’acciaio corten, abbreviazione dei termini inglesi che definiscono le caratteristiche principali, CORrosion restistance (resistenza alla corrosione) e TENsile strength (resistenza a trazione),  è un materiale a basso contenuto di lega (in origine 0.2-0,5% di rame, 0,5-1,5% di cromo e 0,1-0,2% di fosforo) brevettato nel 1933 dall’azienda americana United States Steel Corporation (U.S.S.).

L’acciaio Cor-Ten venne inizialmente impiegato nel campo della meccanica, come rivestimento protettivo per carrozze-merci, vagoni-cisterna e containers in particolare per il trasporto di carbone, mostrando durate sino a 4 volte superiori rispetto a quelli realizzati con normale acciaio al carbonio.

La prima importante applicazione come acciaio strutturale nell’edilizia risale al 1964 con la realizzazione del Centro Direzionale della John Deere and Co, in Illinois, su progetto dell’architetto Eero Saarinen.

Oggi il metallo è impiegato in vari campi come quello dell’edilizia, delle infrastrutture ma anche nel design e nella comunicazione.

John Deere World Headquarters – progetto di Eero Saarinen

La straordinaria proprietà dell’acciaio corten è la capacità di autoproteggersi dalla corrosione elettrochimica. Il metallo, infatti, durante il naturale processo di ossidazione rilascia una polvere di ossidi degli elementi in lega che patinano la superficie composta da uno strato esterno poroso e uno strato interno molto sottile e impermeabile, ricco di rame, cromo e fosforo.

Nelle normali condizioni ambientali, questo rivestimento si forma in circa 18-36 mesi e il suo colore varia da un arancio iniziale fino ad una tonalità bruno-rossastra, la tipica colorazione ruggine che conferisce al materiale un effetto non solo estetico ma protettivo. La superficie del materiale è opaca e piuttosto uniforme; generalmente le lastre vengono installate preossidate ma vi sono casi in cui gli elementi vengono montati quando lo stato di ossidazione è nella fase iniziale.

Il corten è definito un metallo vivo perché se la patina superficiale viene intaccata o scalfita, il processo di ossidazione riparte fino a costruire una nuova protezione. Tuttavia, la formazione passiva del film protettivo avviene in presenza delle seguenti condizioni:

• cicli alternati asciutto/bagnato: il film di ossido protettivo del corten si forma con l’alternanza di bagnarsi ed asciugarsi continuamente
• contatto con l’atmosfera: per questo motivo si presta per costruzioni urbane esterne
• azione della luce solare
• assenza di ristagni permanenti con l’acqua
• non devono essere applicate sostanze (pitture, cere e vernici) prima della formazione e crescita del film di ossido protettivo passivante
• il corten non deve essere posto in vicinanza di cloruri (l’acqua del mare per esempio) perché impediscono la formazione della pellicola o possono favorire la corrosione

Esistono tre tipi di Corten che presentano differenti caratteristiche ed è quindi necessario scegliere il tipo di acciaio più idoneo alle esigenze progettuali:

• Acciaio Corten di Tipo A o Corten al fosforo, adatto per applicazioni architettoniche
• Acciaio Corten di Tipo B o Corten al vanadio, adatto per applicazioni di tipo strutturale sottoposte a sollecitazioni
• Acciaio Corten di Tipo C, ha caratteristiche simili al Corten al vanadio, adatto per strutture fortemente sollecitate

Vantaggi

L’acciaio cor-ten presenta molteplici vantaggi:

• ha un costo minore rispetto ai normali acciai perché, a parità di resistenza meccanica, è possibile realizzare apprezzabili riduzioni di spessore e conseguenti diminuizioni di peso
• ha un’ottima resistenza strutturale e alla corrosione atmosferica che permette di utilizzare il corten anche allo stato originale. Il metallo non si rovina con il passare del tempo, ma al contrario ottiene quell’aspetto vissuto che attira architetti e designers
• manutenzione e pulizia minima perché il Corten non si spezza e non deperisce (tenendo in considerazione le condizioni necessarie per la formazione dell’ossidazione elencate sopra)
• si presta a differenti lavorazioni come forgiatura, curvatura, trafilatura, taglio laser, saldatura rendendolo così straordinariamente versatile
• assoluta indeformabilità nel tempo
• lunga durata
• riciclabile al 100% perché è un materiale naturale 

Architettura

Il Corten è molto amato dagli architetti contemporanei per la particolare variazione cromatica e perché si combina bene con gli altri materiali: calcestruzzo, marmo, legno…Oltre al sofisticato effetto estetico, i progettisti prediligono questa tipologia di acciaio anche per gli aspetti più tecnici: oltre alla resistenza agli agenti atmosferici, con il Corten è possibile ottenere notevoli riduzioni di spessore e conseguenti diminuizioni di peso, conferendo alla superficie degli edifici isolamento e durabilità. Inoltre, se verniciato, il corten riduce le periodiche operazioni di manutenzione. Sono molto numerosi gli esempi di impiego del Corten in facciata, firmati dai più noti studi di architettura del mondo. 2.