Phase stability in Duplex stainless steels

La presente tesi riassume il lavoro eseguito durante l’attività di ricerca svolta nel corso del triennio di formazione scientifica per il conseguimento del titolo di Dottore di Ricerca. L’obiettivo principale è stato lo studio della metallurgia fisica degli acciai inossidabili Duplex, una particolare categoria di acciai inossidabili a struttura bifasica austeno-ferritica, con lo scopo di caratterizzarne la stabilità microstrutturale a seguito di trattamenti termici e deformazione plastica a freddo. La scelta del tema di ricerca è stata dettata dal sempre più crescente utilizzo di questi acciai in ambito industriale, grazie alle loro elevate caratteristiche meccaniche e di resistenza agli attacchi corrosivi che li rendono particolarmente adatti e competitivi per applicazioni in ambienti aggressivi, anche come materiali ad uso strutturale. Tuttavia, esistono delle limitazioni all’impiego degli acciai Duplex, dovute a trasformazioni microstrutturali che possono insorgere durante l’esposizione del materiale a temperature elevate o che possono verificarsi a seguito di deformazioni a freddo, compromettendone le interessanti caratteristiche. La tesi è suddivisa in tre parti principali. Nel primo capitolo è riportata un’introduzione generale sugli acciai Duplex, focalizzata sulle loro proprietà, problematiche e applicazioni, in cui è stata data particolare enfasi alle variabili metallurgiche che ne influenzano il processo produttivo e la stabilità microstrutturale. Nei Capitoli 2 e 3, invece, sono presentate e discusse le attività oggetto di ricerca riguardanti lo studio degli effetti dei trattamenti termici (Capitolo 2) e della laminazione a freddo (Capitolo 3) sulle caratteristiche dei Duplex. Si è ritenuto opportuno esporre all’inizio del secondo capitolo un breve riassunto di lavori presenti in letteratura, con lo scopo di fornire al lettore lo “stato dell’arte” in merito alle conoscenze sugli effetti dei cicli termici sulle proprietà dei Duplex, mentre le restanti sezioni del capitolo sono parte costitutiva dell’attività di ricerca svolta dal candidato. Inoltre, la parte sperimentale discussa nei Capitoli 2 e 3 è stata integrata con una sezione dedicata allo studio dei Duplex in ambito industriale (Appendice A) e riguardante le applicazioni di questi materiali in ambiente marino. Infine, in Appendice B si riportano i risultati ottenuti da uno studio archeometrico di carattere metallurgico, sviluppato nel corso del periodo di Dottorato e che ha contribuito alla formazione scientifica del candidato, seppure il tema in oggetto non sia strettamente correlato all’attività di ricerca principale. Le attività di ricerca, sperimentali e di formazione, sono state principalmente svolte presso i locali e i laboratori del Dipartimento di Ingegneria Industriale (DII) dell’Università degli Studi di Padova, ed in particolare in quelli pertinenti al gruppo di metallurgia del DII, sotto la supervisione della Prof.ssa Irene Calliari e del Prof. Emilio Ramous. Tuttavia, alcune attività hanno richiesto il coinvolgimento di altre strutture esterne all’Università di Padova. Nella fattispecie, le misurazioni di diffrazione di neutroni sono state effettuate nella stazione diffrattometrica INES, situata presso la struttura ISIS nel Rutherford Appleton Laboratory (Didcot, UK) in collaborazione con la Dott.ssa Antonella Scherillo ed il Dott. Francesco Grazzi del CNR di Firenze, mentre le misure magnetiche sono state condotte presso i laboratori dell’Università di Budapest (BME), in collaborazione con il Prof. István Mészáros. Le analisi EBSD sui materiali deformati sono invece state realizzate dalla Dott.ssa Paola Bassani del CNR di Lecco, mentre le prove meccaniche di tenacità ad impatto sono state effettuate in collaborazione con la Dott.ssa Cinzia Menapace dell’Università di Trento, presso i laboratori universitari, e con l’Ing. Marco Pizzo (Unilab Laboratori Industriali srl), presso i laboratori Exova CTR srl. I risultati riportati nella presente tesi hanno contribuito ad ampliare la conoscenza degli effetti delle modificazioni microstrutturali sulle caratteristiche e proprietà degli acciai Duplex e, pertanto, presentano una rilevanza scientifica tale da averne permesso la presentazione in convegni internazionali e la pubblicazione in riviste scientifiche di settore.