L'acciaio è una lega metallica di ferro e carbonio e altri elementi di lega. La proporzione di massa del ferro è superiore a quella di qualsiasi altro elemento e la proporzione di carbonio è al massimo del 2%. Le leghe di ferro con un contenuto di carbonio superiore al 2% sono chiamate ghisa. Gli elementi di lega sono elementi metallici o non metallici che vengono aggiunti all'acciaio durante il processo di produzione per modificarne le proprietà. Si tratta principalmente di elementi quali azoto, cromo, nichel, molibdeno, manganese, silicio, alluminio, fosforo e zolfo.
Come elemento di lega più importante, il carbonio ha un'influenza decisiva sulle proprietà meccaniche come la resistenza a trazione, il carico di snervamento e l'allungamento a rottura, che vengono determinate mediante prove di trazione. Inoltre, il carbonio influenza la durezza, la saldabilità, la formabilità e la resistenza all'usura.
Attualmente esistono circa 2.500 diversi tipi di acciaio in tutto il mondo, le cui proprietà possono essere specificamente influenzate dalla composizione chimica, dal trattamento termico e dalla lavorazione e adattate per un uso successivo. La ragione di questa diversità è molto legata al comportamento di trasformazione dell'elemento chimico ferro, la cosiddetta allotropia. Ciò significa che un elemento nello stesso stato di aggregazione ha diverse forme strutturali diverse che si differenziano per le loro proprietà. Inoltre, il carbonio può interagire in modo molto specifico con le diverse forme strutturali del ferro, il che porta ad ulteriori forme strutturali diverse. Questi sono chiamati stati di fase o modifiche strutturali.
I materiali in acciaio sono suddivisi in diversi gruppi secondo diversi criteri. Secondo la norma DIN EN 10020, essi sono suddivisi in acciai non legati, inossidabili e altri acciai legati in base alla loro composizione chimica. Spesso viene effettuata anche una classificazione in base ai settori di applicazione. In questo caso gli acciai sono denominati, ad esempio, acciaio per armatura, acciaio precompresso, acciaio da taglio libero, acciaio per molle, acciaio resistente al calore, acciaio per alte temperature, acciaio resistente al calore, ecc.
Uno svantaggio degli acciai è che in determinate condizioni possono essere soggetti a corrosione. Pertanto, gli acciai per applicazioni speciali devono essere protetti dalla corrosione. Ciò può essere fatto, ad esempio, utilizzando acciai inossidabili o applicando un adeguato rivestimento superficiale. Gli acciai inossidabili devono la loro elevata resistenza alla corrosione in particolare all'elemento legato cromo, il cui contenuto in questi acciai è almeno del 10,5%. Un maggiore contenuto di cromo e altri elementi di lega come nichel e molibdeno migliorano la resistenza alla corrosione, ma possono anche modificare le proprietà meccaniche.
L'acciaio è il materiale dominante nell'industria edile, nelle costruzioni in acciaio, nella cantieristica navale, nella costruzione di ferrovie e nell'ingegneria elettrica, nonché nella fabbricazione di veicoli e macchinari. La produzione dell'acciaio è un processo ad alta intensità energetica, ma rilascia anche molta energia. Per ridurre i costi energetici e quindi aumentare l'efficienza energetica, l'industria siderurgica si sta sforzando di utilizzare ulteriormente questa energia liberata. Questo può essere fatto, ad esempio, utilizzando il calore residuo. Inoltre, l'industria siderurgica si sforza di mantenere la quantità di rifiuti prodotti il più basso possibile al fine di ridurre i costi di discarica. A tal fine, i materiali residui che si formano durante la produzione dell'acciaio vengono riciclati in modo specifico anche all'esterno. Ad esempio, le scorie prodotte nell'altoforno vengono immesse nella produzione di cemento e quindi utilizzate come materiale da costruzione.
Attraverso un miglioramento mirato delle proprietà dell'acciaio, è anche possibile aumentare le prestazioni degli impianti o dei prodotti e quindi aumentare la loro efficienza energetica. Un altro importante vantaggio dell'acciaio è la sua elevata riciclabilità.
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