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title: "Acciai inossidabili duplex: microstruttura, gradi e applicazioni"
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Famiglie di acciai

# Acciai inossidabili duplex: microstruttura, gradi e applicazioni

Esplora i gradi degli acciai inossidabili duplex, la microstruttura, la saldatura, le prestazioni e le applicazioni, dal 2205 ai superduplex.

![Ritratto di Anders Bergström, giornalista del settore siderurgico](/images/uploads/a7d8e5bc-7cdf-409b-913b-211e63e8c441/anders-bergstr-m-1920x1920.jpg)

 **[Anders Bergström](/it/notizie/autore/anders-bergstrom "Anders Bergström")** Famiglie di acciai 60+ min di lettura Aggiornato 16 ago 2026 Verificato scientificamente

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## Cosa si intende per acciaio inossidabile duplex

### La definizione ferritico–austenitica

#### Termini fondamentali degli elementi di lega

Cromo

Promuove la resistenza alla corrosione e la formazione di ferrite.

Nichel

Promuove l’austenite e migliora la tenacità alle basse temperature.

Molibdeno

Migliora la resistenza alla corrosione localizzata e promuove la ferrite.

Azoto

Rinforza l’austenite, aumenta la resistenza alla vaiolatura e favorisce il ripristino dell’austenite dopo la lavorazione termica.

Gli acciai inossidabili duplex sono leghe a base di ferro, cromo, nichel e molibdeno progettate per contenere ferrite e austenite in frazioni volumetriche approssimativamente uguali. Un obiettivo comunemente adottato è costituito da circa il 50% di ferrite e il 50% di austenite, come riportato da World Stainless e dall’International Stainless Steel Forum nel 2024. Il termine *duplex* descrive quindi sia una costituzione di fase sia una famiglia chimica. Il cromo favorisce la resistenza alla corrosione e la formazione di ferrite; il nichel favorisce l’austenite; il molibdeno migliora la resistenza alla corrosione localizzata, influenzando al contempo la stabilità delle fasi. L’azoto viene frequentemente aggiunto perché rafforza l’austenite, aumenta la resistenza alla vaiolatura e contribuisce a ripristinare l’austenite dopo i processi ad alta temperatura.

Le due fasi non si presentano come una miscela casuale. Nelle sezioni lucidate e sottoposte ad attacco metallografico, ferrite e austenite formano comunemente regioni allungate, a bande o lamellari, prodotte dalla laminazione a caldo e dalla successiva trasformazione. L’austenite può presentarsi sotto forma di isole o di grani allungati all’interno di una matrice ferritica, mentre la morfologia esatta dipende dalla composizione, dallo spessore della sezione, dalla riduzione di laminazione, dalla ricottura di solubilizzazione e dalla velocità di raffreddamento. La struttura visibile non è un semplice elemento decorativo metallografico. La forma dei grani, la continuità delle fasi e la frazione locale delle fasi influenzano la propagazione delle cricche, i percorsi della corrosione, il comportamento delle saldature e l’anisotropia meccanica.

Il grado 2205 è comunemente denominato duplex 22Cr, poiché il suo contenuto nominale di cromo è prossimo al 22%. UNS S32205 è la designazione familiare associata a questo grado. ASTM A928/A928M tratta i tubi in acciaio inossidabile austenitico e ferritico/austenitico saldati per fusione elettrica con metallo d’apporto e identifica UNS S32205 nelle specifiche di prodotto citate. Tuttavia, il solo nome del grado non garantisce che ogni componente contenga l’equilibrio ferrite–austenite desiderato. La forma del prodotto, il trattamento termico, la procedura di saldatura e i requisiti di ispezione rimangono elementi determinanti.

Le frazioni delle fasi vengono previste mediante diagrammi di costituzione, strumenti di calcolo dell’equilibrio di fase e metodi di valutazione del metallo di saldatura. I diagrammi di Schaeffler e DeLong sono strumenti storici utili per stimare la ferrite a partire dalla composizione della lega, mentre il diagramma WRC-1992 viene spesso applicato alla previsione della ferrite nel metallo di saldatura. Il calcolo termodinamico può esaminare la stabilità delle fasi in funzione della temperatura e identificare le condizioni che possono produrre fase sigma, fase chi, nitruri, carburi o austenite secondaria. Questi metodi guidano la produzione, ma non sostituiscono l’esame metallografico o le prove di corrosione.

### Perché le due fasi sono deliberatamente bilanciate

La ragione per cui si mira a ottenere entrambe le fasi è pratica. La ferrite contribuisce a una maggiore resistenza allo snervamento, a un’utile resistenza alla tensocorrosione da cloruri e a una minore dipendenza dal nichel rispetto a una lega completamente austenitica. L’austenite contribuisce alla duttilità, alla tenacità, alla saldabilità e alla resistenza ad alcuni fenomeni di danneggiamento correlati all’idrogeno. Una miscela controllata può quindi offrire un insieme di proprietà che né un acciaio inossidabile ferritico ordinario né uno austenitico ordinario forniscono nello stesso modo.

#### Avvertenza sul trattamento

Un rapporto tra le fasi del 50–50% è un obiettivo di progettazione, non una misurazione universale in ogni punto. Un eccesso di ferrite può ridurre la tenacità e la resistenza alla corrosione localizzata, mentre un eccesso di austenite può diminuire il carico di snervamento e modificare la resistenza alla corrosione sotto sforzo indotta dai cloruri.

L’equilibrio è un compromesso, non uno slogan. Un eccesso di ferrite può ridurre la tenacità, soprattutto a bassa temperatura, e può aumentare la suscettibilità alla corrosione localizzata o alla criccatura assistita dall’idrogeno in determinati ambienti. Un eccesso di austenite può ridurre la resistenza allo snervamento e modificare la resistenza alla tensocorrosione da cloruri. L’intervallo accettabile dipende dalla norma di prodotto e dalle condizioni di esercizio; “50–50” è un obiettivo progettuale, non una misura universale che ogni zona di un componente saldato debba riprodurre esattamente.

La storia termica può allontanare la lega da tale obiettivo. Durante la ricottura di solubilizzazione, la ferrite è generalmente la fase ad alta temperatura, mentre l’austenite si forma durante il raffreddamento del materiale. Un raffreddamento rapido può lasciare una quantità eccessiva di ferrite, poiché non vi è tempo sufficiente per la formazione dell’austenite. Un raffreddamento lento attraverso temperature intermedie può produrre fasi intermetalliche, in particolare la fase sigma, che consuma cromo e molibdeno dalla matrice circostante. In condizioni termiche inadatte possono formarsi anche la fase chi, nitruri di cromo e carburi. Questi costituenti possono ridurre drasticamente la tenacità all’urto e la resistenza critica alla vaiolatura o alla corrosione in fessura, anche quando i contenuti complessivi di cromo, nichel e molibdeno rispettano i limiti nominali del grado.

La norma ISO 17781 specifica i metodi di prova per il controllo qualità della microstruttura degli acciai inossidabili duplex nelle applicazioni petrolifere e del gas naturale. Strong evidence

La saldatura rende il controllo più difficile. La zona fusa e la zona termicamente alterata subiscono cicli termici, diluizioni e velocità di raffreddamento differenti. Un metallo di saldatura con un eccesso di ferrite può essere resistente, ma presentare una minore tenacità e una minore resistenza all’attacco localizzato; un eccesso di austenite secondaria può avere un contenuto di elementi di lega inferiore rispetto all’austenite originaria e può diventare un sito preferenziale di corrosione. La scelta del metallo d’apporto, la temperatura tra le passate, l’apporto termico, la protezione e il raffreddamento post-saldatura devono essere considerati parte integrante della progettazione della lega. Per questo motivo, la norma ISO 17781, emanata dal Comitato Tecnico ISO 67, specifica i metodi di prova per il controllo di qualità della microstruttura degli acciai inossidabili duplex nelle applicazioni petrolifere e del gas naturale.

Limite inferiore del PREN

Limiti inferiori del PREN per la classificazione della famiglia degli acciai inossidabili duplex; l’iperduplex è classificato al di sopra di PREN 45.

PREN **PREN** Numero equivalente di resistenza alla vaiolatura: indice basato sulla composizione, utilizzato per confrontare la tendenza approssimativa delle leghe di acciaio inossidabile a resistere alla corrosione localizzata indotta dai cloruri.

Limite superiore del PREN rappresentato

Limiti superiori e rappresentazione della soglia per gli intervalli della famiglia PREN indicati; l’iperduplex inizia al di sopra di 45.

Anche l’indicizzazione della corrosione richiede cautela. Il numero equivalente di resistenza alla vaiolatura, comunemente indicato come PREN, è un indice basato sulla composizione della lega, principalmente su cromo, molibdeno e azoto. La classificazione 2024 di World Stainless colloca i gradi lean duplex nell’intervallo PREN 22–27, i gradi duplex standard nell’intervallo PREN 28–38, i gradi super duplex nell’intervallo PREN 39–45 e i gradi hyper duplex oltre PREN 45. Questi intervalli aiutano a confrontare le famiglie di leghe, ma PREN non costituisce una garanzia completa delle prestazioni. Lo stato superficiale, la saldatura, l’equilibrio delle fasi, le inclusioni, la temperatura, la concentrazione di cloruri, l’acidità, la geometria delle fessure e l’accoppiamento galvanico possono determinare il comportamento effettivo rispetto alla corrosione critica per vaiolatura e alla corrosione in fessura.

### Acciaio inossidabile duplex a confronto con le normali famiglie ferritiche e austenitiche

Confronto tra le famiglie degli acciai inossidabili ferritici, austenitici e duplex.
| Famiglia | Fase o struttura dominante | Contributo tipico | Limitazione importante |
|---|---|---|---|
| Acciaio inossidabile ferritico | Ferrite cubica a corpo centrato | Resistenza alla corrosione sotto sforzo indotta dai cloruri | Minore tenacità alle basse temperature in alcuni gradi |
| Acciaio inossidabile austenitico | Austenite cubica a facce centrate | Duttilità, saldabilità e tenacità | Minore carico di snervamento in molti gradi ricotti in soluzione |
| Acciaio inossidabile duplex | Ferrite e austenite | Resistenza meccanica, tenacità e resistenza ai cloruri | Richiede il controllo dell’equilibrio delle fasi e della storia termica |

Gli acciai inossidabili ferritici ordinari sono costituiti prevalentemente da ferrite cubica a corpo centrato alla temperatura di esercizio. Generalmente contengono poco nichel o ne sono privi, presentano una buona resistenza alla tensocorrosione da cloruri e offrono un’utile resistenza all’ossidazione e alla corrosione atmosferica. Tra i loro limiti possono rientrare una ridotta tenacità a bassa temperatura, vincoli di formatura in alcuni gradi e una sensibilità all’ingrossamento dei grani durante la saldatura. Le leghe duplex conservano una componente ferritica, ma aggiungono una quantità sufficiente di nichel e azoto per sviluppare una frazione austenitica significativa, modificando sia la resistenza sia il comportamento a frattura.

Gli acciai inossidabili austenitici ordinari, come i gradi della serie 300, sono costituiti prevalentemente da austenite cubica a facce centrate. In genere offrono elevata duttilità, eccellente saldabilità e buona tenacità in un ampio intervallo di temperature. La loro resistenza allo snervamento è spesso inferiore a quella dei gradi duplex allo stato ricotto di solubilizzazione e le composizioni suscettibili possono essere soggette a tensocorrosione da cloruri. I gradi duplex non sono semplicemente acciai austenitici più resistenti: la ferrite introduce risposte differenti dal punto di vista magnetico, meccanico, della saldatura e della corrosione.

Famiglie dei gradi duplex e relativi ampi intervalli di classificazione.
| Famiglia | Chimica o indice distintivo tipico | Considerazione principale per la selezione |
|---|---|---|
| Duplex a basso tenore di lega | Nichel e/o molibdeno ridotti; PREN 22–27 | Ambienti con cloruri moderati e costo inferiore della lega |
| Duplex standard | PREN 28–38; comprende il 2205 | Equilibrio tra resistenza meccanica, tenacità e resistenza alla corrosione |
| Superduplex | Cromo, molibdeno e azoto più elevati; PREN 39–45 | Esposizione severa ai cloruri e all’acqua di mare |
| Iperduplex | PREN superiore a 45 | Impiego in presenza di cloruri molto impegnativi, con controllo più rigoroso del trattamento |

\[1\] \[1\] [**Stainless steel families and grades**](https://www.outokumpu.com/). Outokumpu. Outokumpu technical reference, 2020.La famiglia comprende i gradi duplex ordinari o standard, i gradi lean duplex con contenuti ridotti di nichel e/o molibdeno, i gradi super duplex con quantità maggiori di cromo, molibdeno e azoto e i gradi hyper duplex con indici di resistenza alla corrosione ancora più elevati. “25Cr” è un raggruppamento comune per le composizioni superduplex; nel 2020 Outokumpu ha identificato i gradi 2507 e 4501 come gradi superduplex 25Cr. I limiti di classificazione non sono identici per ogni produttore, norma o fonte tecnica; pertanto, la designazione del grado e la specifica applicabile devono essere lette insieme ai requisiti relativi alla composizione e alle prove.

Le applicazioni riflettono questo comportamento combinato. Gli acciai inossidabili duplex vengono utilizzati nelle tubazioni di processo, nelle apparecchiature a pressione, nei sistemi per acqua di mare e desalinizzazione, nei serbatoi per prodotti chimici, nelle apparecchiature per l’industria della cellulosa e della carta, nelle strutture offshore, negli scambiatori di calore e negli impianti petroliferi e del gas. La loro resistenza relativamente elevata può consentire di ridurre lo spessore delle sezioni in alcuni progetti, mentre la resistenza all’attacco dei cloruri può favorire l’impiego in ambienti acquosi gravosi. Le prestazioni a fatica dipendono comunque dalla geometria della saldatura, dallo stato superficiale, dalle tensioni residue, dalla stabilità delle fasi e dall’ambiente ciclico. Il trattamento termico, le pratiche di fabbricazione e l’ispezione rimangono determinanti. Il contenuto di cromo identifica soltanto una parte del materiale; la struttura ferrite–austenite determina se l’equilibrio previsto per la lega è stato effettivamente raggiunto.

## Microstruttura duplex su scala metallurgica

\[2\] \[2\] [**Duplex stainless steel: grades, properties and applications**](https://www.worldstainless.org/). World Stainless, International Stainless Steel Forum. World Stainless technical overview, 2024.

Gli acciai inossidabili duplex sono leghe di cromo–nichel–molibdeno–ferro progettate per contenere ferrite e austenite in frazioni volumetriche approssimativamente uguali. Le due fasi non sono semplicemente miscelate all’interno di una matrice di ferro. La loro morfologia, l’orientamento cristallografico, la connettività e la ripartizione chimica determinano il modo in cui l’acciaio risponde alle sollecitazioni, al calore, alla saldatura e agli ambienti contenenti cloruri. World Stainless e l’International Stainless Steel Forum hanno indicato nel 2024 circa il 50% di ferrite e il 50% di austenite come equilibrio caratteristico degli acciai duplex, ma questo valore descrive un obiettivo progettuale o una media misurata, non una perfetta uniformità in ogni punto.

La famiglia delle leghe comprende duplex ordinari, lean duplex, duplex standard, superduplex, hyperduplex e i raggruppamenti 25Cr. I limiti variano tra i diversi sistemi di classificazione; tuttavia, la convenzione PREN fornita da World Stainless colloca i gradi lean duplex a PREN 22–27, i gradi duplex standard a PREN 28–38, i gradi superduplex a PREN 39–45 e i gradi hyperduplex oltre PREN 45. PREN, generalmente calcolato in base al contenuto di cromo, molibdeno e azoto, è un indice di resistenza alla corrosione. Da solo non garantisce una determinata temperatura critica di vaiolatura, la resistenza alla corrosione interstiziale, le prestazioni della saldatura o la durata in servizio.

![Acciai inossidabili duplex: microstruttura, gradi e applicazioni](/images/uploads/d9f4b022-601d-4889-91b4-73d643d62e67/wiki-inline-cross-sectional-anatomy-of-duplex-stainless-steel-showing-ferrite-austenite-phas-1520x1920.jpg)[](/images/uploads/d9f4b022-601d-4889-91b4-73d643d62e67/wiki-inline-cross-sectional-anatomy-of-duplex-stainless-steel-showing-ferrite-austenite-phas-2027x2560.avif "Ingrandisci immagine — Acciai inossidabili duplex: microstruttura, gradi e applicazioni")Phase shape and continuity matter alongside the overall ferrite–austenite fraction.

### Morfologia della ferrite e dell’austenite

Ferrite e austenite **Ferrite e austenite** La ferrite è la fase cubica a corpo centrato dell’acciaio inossidabile duplex; l’austenite è la fase cubica a facce centrate. La loro proporzione, morfologia e connettività controllano molte proprietà meccaniche e di resistenza alla corrosione.

Fasi tipiche di lavorazione che influenzano la morfologia ferrite–austenite e l’equilibrio delle fasi.

La ferrite è la fase cubica a corpo centrato, comunemente indicata con α, mentre l’austenite è la fase cubica a facce centrate, comunemente indicata con γ. Durante la solidificazione e la successiva lavorazione a caldo, gli elementi di lega si ripartiscono tra le due fasi. Il cromo e il molibdeno favoriscono la ferrite; il nichel e l’azoto favoriscono l’austenite. Anche il manganese, il silicio, il carbonio, la velocità di raffreddamento e l’equilibrio preciso degli elementi stabilizzanti influenzano la formazione delle fasi. Di conseguenza, due colate con valori nominali simili di cromo e nichel possono sviluppare strutture locali diverse dopo la laminazione, la ricottura di solubilizzazione o la saldatura.

La descrizione di Outokumpu dell’acciaio inossidabile duplex attaccato metallograficamente riproduce l’aspetto osservato nell’esame metallografico: le regioni ferritiche appaiono più scure o attaccate, mentre quelle austenitiche rimangono più luminose. In una sezione laminata lucidata e attaccata, il contrasto rivela comunemente bande ferritiche e austenitiche allungate. Il grado 2205 è spesso denominato duplex 22Cr; i gradi 2507 e 4501 sono gradi superduplex 25Cr. Queste denominazioni identificano ampie famiglie di leghe, non una singola microstruttura universale.

Il contrasto riflette sia la composizione delle fasi sia la risposta all’attacco metallografico. L’austenite appare spesso sotto forma di isole, nastri o film interconnessi all’interno della ferrite, mentre la ferrite può formare la matrice continua in un orientamento e un costituente discontinuo in un altro. La matrice apparente può cambiare in funzione della direzione della sezione, del ciclo di riduzione, della dimensione dei grani e del reagente di attacco. Una sezione trasversale può mostrare isole di austenite arrotondate o appiattite; una sezione longitudinale può evidenziare lunghe bande allineate con la direzione di laminazione.

Questa architettura combina proprietà associate a ciascun costituente. La ferrite contribuisce a un’elevata resistenza allo snervamento, alla resistenza alla tensocorrosione da cloruri e, in alcuni ambienti, a una resistenza relativamente buona alla criccatura assistita dall’idrogeno. L’austenite migliora la tenacità, la duttilità, la resistenza alla criccatura del metallo saldato e la resistenza ad alcuni meccanismi di corrosione localizzata grazie al contenuto di nichel e azoto. Nessuna delle due fasi fornisce da sola tutte le proprietà desiderate. Un controllo inadeguato può lasciare una quantità eccessiva di ferrite, un eccesso di austenite o una regione interfacciale chimicamente impoverita.

### La struttura lamellare allungata

L’aspetto caratteristico allungato o lamellare si sviluppa perché la laminazione e la forgiatura a caldo stirano la struttura originaria di colata. Austenite e ferrite si deformano in modo diverso e le due fasi rimangono disposte in bande che seguono la direzione di lavorazione. Il risultato non è un laminato perfettamente periodico: lo spessore delle bande varia, i confini di fase sono ondulati e la ricristallizzazione può frammentare alcune porzioni della struttura. Tuttavia, il modello direzionale è importante.

Una rete di fasi allungate crea anisotropia. Le proprietà meccaniche misurate parallelamente alla direzione di laminazione possono differire da quelle misurate trasversalmente, soprattutto quando anche le inclusioni, la continuità delle bande o la dimensione dei grani presentano un orientamento preferenziale. Una cricca che incontra ferrite e austenite alternate può deviare, arrestarsi parzialmente o cambiare il proprio percorso di propagazione. Ciò può favorire la tenacità e la resistenza alla fatica, ma un percorso debole continuo, un confine di fase netto o un precipitado localmente fragile possono produrre l’effetto opposto.

Fase sigma **Fase sigma** Fase intermetallica dura e fragile, ricca di cromo e molibdeno, che può formarsi durante un’esposizione termica inadeguata e impoverire la matrice circostante degli elementi resistenti alla corrosione.

#### Sequenza di controllo termico

1. **Ricottura in soluzione** Riscaldare la lega per dissolvere le fasi intermetalliche dannose, i nitruri e gli altri precipitati.
2. **Mantenimento controllato** Fornire tempo sufficiente affinché la sezione specificata raggiunga la condizione di trattamento richiesta.
3. **Raffreddamento rapido** Raffreddare abbastanza rapidamente da limitare la riprecipitazione durante il passaggio attraverso le temperature intermedie.
4. **Verifica** Confermare l’equilibrio delle fasi e l’assenza o la limitazione delle fasi dannose mediante gli esami applicabili.

La struttura cambia sostanzialmente nelle zone termicamente alterate e nel metallo saldato. La saldatura fonde e risolidifica una regione ristretta, sottoponendo poi il materiale adiacente a un ciclo termico ripido. Un raffreddamento rapido può trattenere una quantità eccessiva di ferrite, poiché non vi è tempo sufficiente per la formazione dell’austenite. Un raffreddamento lento o un’esposizione prolungata nell’intervallo approssimativo di 600–1000 °C può consentire la formazione di nitruri di cromo, fase sigma, fase chi o altri costituenti intermetallici, a seconda della composizione e della storia termica. La fase sigma è particolarmente dannosa perché consuma cromo e molibdeno dalle regioni vicine, riducendo al contempo la tenacità e la resistenza alla corrosione localizzata.

Gli strumenti di previsione delle fasi comprendono calcoli di equilibrio, dati di trasformazione tempo–temperatura, software termodinamici, misure del numero di ferrite, analisi delle immagini e metallografia diretta. Le previsioni di equilibrio sono utili, ma non riproducono ogni ciclo di saldatura o condizione di raffreddamento. È la cinetica a controllare ciò che si forma effettivamente. Il trattamento termico di solubilizzazione seguito da un raffreddamento sufficientemente rapido viene utilizzato per ripristinare la struttura ferrite–austenite e sopprimere i precipitati dannosi; tuttavia, un riscaldamento eccessivo, cicli termici ripetuti o un controllo inadeguato della temperatura tra le passate possono comunque produrre deviazioni locali.

### Frazione delle fasi, continuità ed eterogeneità locale

Un rapporto nominale tra le fasi di 1:1 non significa che ogni grano, cordone di saldatura, parete del tubo o zona termicamente alterata contenga il 50% di ferrite. Una lamiera lavorata può soddisfare un requisito relativo alla frazione media delle fasi pur contenendo bande ricche di ferrite vicino a una superficie o regioni ricche di austenite vicino all’altra. Contribuiscono a ciò la segregazione ereditata dalla colata, la variazione della composizione sulla linea centrale, la deformazione non uniforme e le differenze di raffreddamento attraverso lo spessore. Anche la posizione e il metodo di misurazione sono importanti: la conta dei punti, l’analisi delle immagini, i metodi magnetici e le tecniche cristallografiche possono produrre valori apparenti diversi se la morfologia è fortemente direzionale.

La connettività è importante quanto la percentuale. Una ferrite continua può fornire un percorso per la propagazione delle cricche o per la corrosione preferenziale, mentre un’austenite continua può modificare il trasporto dell’idrogeno e la distribuzione della deformazione. Ai confini di fase, l’impoverimento di cromo e molibdeno, la redistribuzione dell’azoto, le inclusioni e le tensioni residue possono creare siti in cui iniziano la corrosione per vaiolatura o la corrosione interstiziale. Nelle leghe superduplex e hyperduplex, gli elevati contenuti di cromo e molibdeno aumentano il potenziale di resistenza alla corrosione, ma accrescono anche la sensibilità alla precipitazione di fasi intermetalliche durante un’esposizione termica non idonea.

La stessa struttura locale controlla la resistenza, la duttilità, la tenacità all’urto, la fatica e l’integrità della saldatura. La ferrite generalmente aumenta la resistenza, mentre l’austenite favorisce la duttilità e la tenacità a bassa temperatura. Una quantità eccessiva di ferrite può ridurre la tenacità all’urto e aumentare la suscettibilità all’infragilimento dopo l’esposizione termica; un eccesso di austenite può ridurre la resistenza e modificare la resistenza alla tensocorrosione da cloruri. Le cricche di fatica possono iniziare in corrispondenza di inclusioni, confini di fase, cavità di corrosione o difetti di saldatura; pertanto, una percentuale complessiva delle fasi non può prevedere il comportamento a fatica senza considerare le condizioni superficiali e la sollecitazione ciclica.

Per questo motivo, le specifiche di prodotto e gli standard di controllo qualità sono importanti. ASTM A928/A928M identifica i tubi duplex saldati per fusione elettrica, realizzati con metallo d’apporto, e fa riferimento a UNS S32205 come grado duplex 2205 nelle proprie specifiche di prodotto. ISO 17781 specifica i metodi di prova per il controllo qualità della microstruttura degli acciai inossidabili ferritico/austenitici, o duplex, utilizzati nelle industrie petrolifere e del gas naturale. Questi controlli esaminano più della semplice designazione della lega: riguardano l’equilibrio delle fasi e l’assenza o la limitazione delle fasi dannose. La metallografia rimane quindi fondamentale per la valutazione di tubi saldati, apparecchiature a pressione, componenti per il trattamento chimico, sistemi di desalinizzazione, strutture offshore e altre applicazioni in cui la corrosione localizzata e il danneggiamento meccanico possono svilupparsi a partire da una regione piccola e non rappresentativa.

## Chimica della Lega e Stabilità delle Fasi

Gli acciai inossidabili duplex sono leghe di cromo–nichel–molibdeno–ferro progettate per contenere quantità approssimativamente uguali di ferrite e austenite. La descrizione del 2024 di World Stainless/International Stainless Steel Forum indica come obiettivo tipico circa il 50% di ferrite e il 50% di austenite. Tale obiettivo non è garantito dalla sola designazione del grado. La composizione, lo spessore della sezione, la temperatura di ricottura di solubilizzazione, la velocità di raffreddamento, la storia di deformazione e la saldatura possono modificare la costituzione finale.

Le due fasi contribuiscono a proprietà diverse. La ferrite conferisce elevata resistenza allo snervamento, resistenza alla tensocorrosione da cloruri e una resistenza relativamente buona ai danni assistiti dall’idrogeno. L’austenite migliora tenacità, duttilità, saldabilità e resistenza ad alcuni meccanismi di corrosione localizzata. Le loro interfacce e le loro diverse risposte elettrochimiche influenzano inoltre la corrosione per vaiolatura e la corrosione in fessura. Uno squilibrio non adeguatamente controllato può quindi ridurre contemporaneamente più di una proprietà: un eccesso di ferrite può diminuire la tenacità all’urto e la resistenza alla corrosione nelle zone termicamente alterate della saldatura, mentre un eccesso di austenite può ridurre la resistenza e la resistenza alla tensocorrosione da cloruri.

### Ruoli di cromo, nichel, molibdeno, azoto e ferro

Il cromo è il principale elemento ferritizzante. Per ottenere un comportamento inossidabile sono necessari almeno circa il 10,5% in massa di cromo, ma i gradi duplex ne contengono quantità sostanzialmente maggiori. Il cromo forma e mantiene il film passivo di ossido di cromo e aumenta la resistenza alla corrosione generale, alla vaiolatura e all’attacco in fessura. Aumenta inoltre la tendenza alla formazione di ferrite durante la solidificazione. Il compromesso è di natura metallurgica: un eccesso di cromo, soprattutto in presenza di molibdeno e silicio, può favorire la fase sigma e altri composti intermetallici ricchi di cromo durante esposizioni prolungate nell’intervallo approssimativo tra 600 e 1.000 °C.

Il nichel è un elemento austenitizzante. Contrasta l’effetto ferritizzante del cromo e favorisce la trasformazione di una parte della struttura di solidificazione ferritica in austenite durante il raffreddamento. Il nichel migliora inoltre la tenacità alle basse temperature e stabilizza l’austenite, sebbene i gradi duplex contengano generalmente meno nichel dei gradi completamente austenitici. Gli acciai duplex lean riducono il contenuto di nichel e spesso sostituiscono parte della sua funzione di stabilizzazione dell’austenite con azoto e manganese. Il contenuto ridotto di nichel non significa che l’equilibrio tra le fasi possa essere dedotto dal solo nichel; cromo, azoto, molibdeno, storia termica e diluizione della saldatura rimangono fattori determinanti.

Il molibdeno rafforza il film passivo e aumenta la resistenza alla vaiolatura da cloruri e alla corrosione in fessura. È inoltre un elemento ferritizzante e aumenta la tendenza alla formazione delle fasi sigma e chi se la lega permane troppo a lungo a temperature intermedie. Tali precipitati consumano cromo e molibdeno nelle regioni adiacenti, lasciando zone impoverite che possono dare inizio alla corrosione localizzata. Il trattamento termico e il raffreddamento devono quindi impedire la precipitazione, anziché limitarsi a massimizzare il contenuto di molibdeno.

L’azoto svolge un ruolo particolarmente importante nei gradi duplex di seconda generazione. È un potente elemento austenitizzante, aumenta la resistenza allo snervamento attraverso il rafforzamento interstiziale e migliora la resistenza alla vaiolatura quando viene mantenuto in soluzione solida. L’azoto consente contenuti inferiori di nichel mantenendo comunque la frazione di austenite richiesta. Durante la saldatura può inoltre contribuire a ripristinare l’austenite nel metallo saldato e nella zona termicamente alterata, purché siano controllati il gas di protezione, la composizione del materiale d’apporto, l’apporto termico e la velocità di raffreddamento. Una quantità di azoto eccessiva rispetto alla lega e al processo può tuttavia produrre porosità o nitruri, soprattutto nelle regioni raffreddate rapidamente o localmente ferritiche. Le aggiunte di azoto devono pertanto essere adeguate alla pratica di fusione e alle condizioni di fabbricazione.

Il ferro è l’elemento di bilanciamento e la matrice continua dalla quale si sviluppano entrambe le fasi. Non è chimicamente passivo nel senso progettuale del termine; la sua proporzione costituisce la base per le aggiunte di cromo, nichel, molibdeno e azoto. Elementi minori come manganese, silicio, rame, carbonio e tungsteno modificano poi la disossidazione, la solidificazione, l’equilibrio tra le fasi, la resistenza e il comportamento alla corrosione. Il carbonio è normalmente limitato perché i carburi di cromo possono sensibilizzare i bordi di grano, sebbene i moderni gradi duplex raggiungano generalmente bassi contenuti di carbonio mediante processi siderurgici controllati.

Nomi comuni dei gradi duplex e relative designazioni.
| Designazione | Descrizione comune | Famiglia |
|---|---|---|
| 2205 | Duplex al 22% di Cr | Duplex standard |
| UNS S32205 | Designazione formale associata al 2205 | Duplex standard |
| 2507 | Superduplex al 25% di Cr | Superduplex |
| 4501 | Superduplex al 25% di Cr | Superduplex |

La composizione viene spesso classificata mediante indici di resistenza alla corrosione. La classificazione del 2024 di World Stainless/International Stainless Steel Forum colloca i gradi duplex lean a PREN 22–27, i gradi duplex standard a PREN 28–38, i gradi superduplex a PREN 39–45 e i gradi hyperduplex oltre PREN 45. PREN è una convenzione di indicizzazione basata principalmente su cromo, molibdeno e azoto; non costituisce una garanzia completa della temperatura critica di vaiolatura, della resistenza alla corrosione in fessura, delle prestazioni della saldatura o della vita utile. La chimica locale, le condizioni superficiali, le inclusioni, l’equilibrio tra le fasi e le condizioni di esposizione possono produrre risultati diversi a parità di indice nominale.

Il grado 2205 è comunemente denominato duplex 22Cr, mentre 2507 e 4501 sono gradi superduplex 25Cr, secondo il riferimento del 2020 sulla famiglia degli acciai inossidabili di Outokumpu. I raggruppamenti dei prodotti comprendono inoltre le famiglie duplex ordinarie, duplex lean, duplex standard, superduplex, hyperduplex e 25Cr, ma i limiti pubblicati non sono identici in ogni sistema di classificazione.

### Equilibrio tra ferrite e austenite durante la solidificazione

La maggior parte delle leghe duplex solidifica principalmente come ferrite, poiché cromo, molibdeno e ferro favoriscono la fase cubica a corpo centrato. Quando la temperatura diminuisce attraverso l’intervallo di trasformazione allo stato solido, nichel e azoto favoriscono la nucleazione e la crescita dell’austenite, la fase cubica a facce centrate, all’interno o lungo la struttura ferritica. La microstruttura finale è comunemente costituita da una disposizione allungata e lamellare di regioni ferritiche e austenitiche evidenziate mediante attacco metallografico, soprattutto dopo laminazione o forgiatura.

La trasformazione dipende dal tempo e dalla temperatura. Una sezione spessa si raffredda più lentamente di una sottile, concedendo all’austenite più tempo per formarsi; una tempra rapida può trattenere una quantità eccessiva di ferrite. La ricottura di solubilizzazione seguita da un raffreddamento rapido viene utilizzata per evitare la fase sigma, la fase chi, i nitruri di cromo e i carburi di cromo, ma il raffreddamento deve comunque consentire la formazione di una quantità sufficiente di austenite. La condizione richiesta è un compromesso controllato, non la tempra più rapida possibile in ogni circostanza.

La saldatura rende più difficile il controllo dell’equilibrio. Il metallo saldato per fusione solidifica dapprima come ferrite e successivamente si trasforma parzialmente in austenite durante il raffreddamento. Le saldature autogene o i materiali d’apporto a basso contenuto di nichel possono lasciare una quantità eccessiva di ferrite, mentre i materiali d’apporto austenitici possono produrre un eccesso di austenite e una costituzione diversa da quella del metallo base. Le zone termicamente alterate subiscono cicli termici rapidi e le passate di saldatura ripetute possono esporre le regioni precedenti a temperature di precipitazione. Per i tubi duplex saldati elettricamente per fusione con materiale d’apporto, ASTM A928/A928M identifica UNS S32205 nelle specifiche di prodotto di riferimento; la qualificazione richiede comunque il controllo della composizione del materiale d’apporto, della temperatura interpass, dell’apporto termico, della protezione gassosa e dell’esame post-saldatura.

L’equilibrio tra le fasi influisce sulla fatica e sulla frattura oltre che sulla resistenza statica. La ferrite aumenta comunemente la resistenza, mentre l’austenite favorisce duttilità e tenacità all’urto. Grani grossolani, zone saldate ricche di ferrite o precipitati intermetallici possono ridurre la resistenza a fatica creando siti di innesco delle cricche. Le applicazioni in tubazioni offshore, nella lavorazione chimica, nella desalinizzazione, nelle apparecchiature per l’industria della pasta di cellulosa e della carta e nei sistemi per il petrolio e il gas naturale dipendono quindi sia dal grado nominale sia dalla microstruttura risultante dal processo.

### Metodi di previsione delle fasi e controllo della composizione

I metallurgisti stimano l’equilibrio tra le fasi prima della fusione o della saldatura mediante i concetti di equivalente di cromo e equivalente di nichel. Gli equivalenti di cromo raggruppano gli elementi ferritizzanti, come cromo, molibdeno e talvolta silicio o niobio; gli equivalenti di nichel raggruppano gli elementi austenitizzanti, come nichel, azoto, carbonio e manganese. I diagrammi di Schaeffler, DeLong, WRC e quelli correlati applicano coefficienti diversi e sono stati sviluppati per specifici intervalli di leghe e condizioni di saldatura. Nessuna singola equazione universale è in grado di prevedere con accuratezza ogni lega duplex, livello di diluizione della saldatura, velocità di raffreddamento o attività dell’azoto.

Il moderno controllo della composizione combina calcoli termodinamici, valutazione dei diagrammi di fase e metallografia empirica. I software basati su banche dati di tipo CALPHAD possono stimare la stabilità di ferrite, austenite, sigma, chi, nitruri e carburi al variare della temperatura, ma la qualità della banca dati e le ipotesi relative al processo sono determinanti. Le previsioni devono essere verificate mediante misurazioni della frazione di ferrite, analisi chimiche, registrazioni dei trattamenti termici e prove di corrosione o di tenacità.

ISO 17781 fornisce metodi di prova per il controllo della qualità della microstruttura duplex nelle applicazioni petrolifere e del gas naturale. La microscopia ottica, le misurazioni della ferrite, le prove di durezza, le prove d’urto e gli esami per individuare le fasi intermetalliche possono rivelare se una colata o una saldatura soddisfa la condizione specificata. Le norme di prodotto di ASTM International definiscono i requisiti di composizione e di processo per prodotti specifici, mentre ASM International, i riferimenti di Outokumpu e Wiley, i dati EurekaSelect e gli studi sottoposti a revisione paritaria indicizzati tramite ScienceDirect forniscono indicazioni complementari. La regola pratica è diretta: controllare innanzitutto la composizione, quindi convalidare la struttura delle fasi dopo la fabbricazione.

Coefficiente nell’espressione del PREN

Coefficienti relativi nell’espressione del PREN comunemente utilizzata.

## Famiglie degli Acciai Duplex e Classificazione PREN

L’acciaio inossidabile duplex è una famiglia di leghe di cromo–nichel–molibdeno–ferro la cui struttura prevista contiene frazioni volumiche approssimativamente uguali di ferrite e austenite. La classificazione 2024 di World Stainless/International Stainless Steel Forum suddivide i gradi in famiglie utilizzando il Pitting Resistance Equivalent Number (PREN): duplex lean con PREN 22–27, duplex standard con PREN 28–38, superduplex con PREN 39–45 e hyperduplex con PREN superiore a 45. Questi intervalli sono convenzioni comparative di indicizzazione, non leggi metallurgiche universali. Altri riferimenti possono collocare un grado vicino a un limite in modo diverso, soprattutto quando il tenore di azoto, tungsteno o rame, oppure l’equazione PREN scelta, modifica il valore calcolato.

Il PREN viene comunemente stimato in base al contenuto di cromo, molibdeno e azoto, spesso utilizzando una relazione della forma PREN = %Cr + 3,3(%Mo) + 16(%N). Alcune specifiche e alcuni riferimenti tecnici includono il tungsteno o utilizzano un coefficiente diverso. Il numero aiuta quindi a confrontare la resistenza nominale alla vaiolatura e alla corrosione interstiziale indotte dai cloruri, ma non sostituisce le prove di corrosione, l’analisi dell’ambiente di esercizio o i requisiti di una specifica di prodotto. La temperatura, la concentrazione di cloruri, l’acidità, i depositi, l’accesso dell’ossigeno, lo stato superficiale, lo stato della saldatura e il contatto galvanico possono tutti modificare le prestazioni in servizio.

La metallurgia duplex dipende anche dall’equilibrio tra le fasi. La composizione della lega stabilisce la tendenza alla formazione di ferrite e austenite, mentre la ricottura di solubilizzazione, la saldatura e il raffreddamento determinano la quantità residua di ciascuna fase e l’eventuale formazione di composti indesiderati. ASM International e gli studi sottoposti a revisione paritaria indicizzati tramite ScienceDirect descrivono le microstrutture duplex come regioni di ferrite e austenite, allungate o lamellari, messe in evidenza mediante attacco metallografico. Questo aspetto non è meramente descrittivo: la morfologia, la continuità, la spaziatura e la chimica locale delle fasi influenzano la propagazione delle cricche, l’innesco della corrosione, la fatica e le prestazioni delle saldature.

### Duplex lean: PREN 22–27

I gradi duplex lean rientrano nell’intervallo PREN 22–27 indicato da World Stainless. Rispetto alle composizioni duplex standard, riducono una parte del nichel e del molibdeno, o entrambi, mantenendo tuttavia cromo e azoto sufficienti a sostenere una struttura bifasica. Il risultato può offrire un carico di snervamento superiore a quello di molti acciai inossidabili austenitici e una migliore resistenza alla tensocorrosione da cloruri rispetto ai comuni gradi della serie 300, sebbene il risultato preciso dipenda dalla forma del prodotto e dal processo di fabbricazione.

Il termine “lean” descrive la posizione all’interno della famiglia di leghe, non una singola designazione di grado. Un grado duplex lean può contenere poco o niente molibdeno, oppure può utilizzare regolazioni dei tenori di azoto e manganese per controllare i costi e la stabilità delle fasi; la norma applicabile rimane l’autorità per quanto riguarda la composizione chimica e le proprietà. Il relativo intervallo PREN non deve essere interpretato come un limite diretto della temperatura di esercizio né come una prova di immunità all’attacco interstiziale. Interstizi stretti, acqua di mare stagnante, colorazione termica e superfici contaminate possono provocare corrosione localizzata anche quando il PREN calcolato appare adeguato.

“Duplex ordinario” è un’espressione utilizzata in modo non uniforme. In alcuni testi tecnici indica genericamente l’acciaio inossidabile duplex, compresi i gradi lean e standard. In altri si riferisce al gruppo convenzionale dei duplex non superduplex. È quindi meno preciso di una designazione di grado, di un numero UNS, di una norma di prodotto e di limiti chimici dichiarati. Una specifica non dovrebbe identificare il materiale soltanto come “duplex ordinario”.

### Duplex standard: PREN 28–38

I gradi duplex standard rientrano nell’intervallo PREN 28–38 secondo lo schema 2024 di World Stainless/International Stainless Steel Forum. Il grado 2205 è comunemente denominato duplex 22Cr; UNS S32205 è la designazione ampiamente utilizzata associata a questo grado. ASTM A928/A928M riguarda i tubi in acciaio inossidabile duplex saldati per fusione elettrica con metallo d’apporto e identifica UNS S32205 nelle specifiche di prodotto richiamate. L’edizione esatta, la forma del prodotto, i requisiti supplementari e i requisiti dell’acquirente rimangono comunque determinanti ai fini dell’accettazione.

Il grado 2205 illustra perché un’etichetta di famiglia non può sostituire il controllo del processo. La sua composizione, contenente circa il 22% di cromo, favorisce una struttura ferritico–austenitica, ma l’equilibrio finale può cambiare quando una saldatura si raffredda troppo rapidamente, quando il trattamento di ricottura di solubilizzazione è inadeguato o quando una zona termicamente alterata è sottoposta a un ciclo termico non idoneo. Un eccesso di ferrite può ridurre la tenacità e compromettere la resistenza alla corrosione localizzata; un eccesso di austenite può modificare la resistenza meccanica e indicare che l’equilibrio tra le fasi previsto non è stato raggiunto. Le procedure di saldatura controllano pertanto l’apporto termico, la temperatura tra le passate, la scelta del metallo d’apporto, la protezione gassosa e l’esame post-saldatura, invece di basarsi esclusivamente sulla composizione nominale.

Le prestazioni meccaniche sono una delle ragioni per cui i gradi duplex standard sono ampiamente specificati. La ferrite contribuisce all’elevato carico di snervamento, mentre l’austenite favorisce duttilità e tenacità. Le due fasi possono inoltre fornire un comportamento utile a fatica, ma la resistenza a fatica dipende fortemente dalla geometria della saldatura, dalla finitura superficiale, dalle tensioni residue, dai difetti e dall’esposizione corrosiva. I valori di progetto devono provenire dal codice pertinente o dai dati di prova, non dal PREN.

La preoccupazione principale non riguarda semplicemente il rapporto ferrite–austenite. A temperature non idonee, gli acciai duplex possono formare nitruro di cromo, fase sigma, fase chi, austenite secondaria o altri precipitati. Le fasi sigma e chi consumano cromo e molibdeno dalle regioni adiacenti, creando zone impoverite che possono ridurre la tenacità all’impatto e la resistenza alla vaiolatura. Il trattamento termico mira normalmente a dissolvere tali fasi e a ripristinare la struttura prevista, seguito da un raffreddamento sufficientemente rapido. La norma ISO 17781, identificata dal Comitato Tecnico ISO 67, specifica i metodi di prova per il controllo della qualità della microstruttura duplex nelle applicazioni petrolifere e del gas naturale. È un riferimento per il controllo qualità e non sostituisce una specifica di progetto del materiale.

#### Un PREN elevato non garantisce l’immunità

Rimuovere la colorazione termica e le contaminazioni, controllare la microstruttura della saldatura e qualificare le effettive condizioni della superficie e della saldatura. Il PREN nominale non garantisce la resistenza alla vaiolatura o alla corrosione interstiziale dopo la fabbricazione.

### Superduplex e hyperduplex: PREN 39–45 e oltre 45

I gradi superduplex sono classificati nell’intervallo PREN 39–45 secondo gli intervalli di World Stainless indicati. In genere contengono più cromo, molibdeno e azoto rispetto ai gradi duplex standard, offrendo una maggiore resistenza alla vaiolatura e alla corrosione interstiziale da cloruri quando la superficie e la microstruttura sono adeguatamente controllate. Outokumpu identifica i gradi 2507 e 4501 come gradi superduplex 25Cr. Il raggruppamento “25Cr” si riferisce principalmente al tenore di cromo; non significa che ogni lega 25Cr abbia tenori identici di nichel, molibdeno, azoto, rame e tungsteno, né lo stesso comportamento in termini di stabilità delle fasi.

I gradi hyperduplex sono classificati con PREN superiore a 45. Questa categoria comprende composizioni duplex altamente legate, sviluppate per ambienti con cloruri severi e per combinazioni impegnative di resistenza meccanica e resistenza alla corrosione. Il maggiore contenuto di elementi di lega può restringere la finestra di processo. Saldatura, formatura a caldo, ricottura di solubilizzazione e raffreddamento devono impedire la precipitazione dannosa di composti intermetallici e mantenere un equilibrio ferrite–austenite accettabile. Un PREN elevato può coesistere con prestazioni locali scadenti se la fabbricazione lascia colorazione termica, contaminazione, ossido non rimosso o una zona termicamente alterata ricca di precipitati.

Le denominazioni 25Cr, superduplex e hyperduplex sono abbreviazioni utili, ma non costituiscono una qualificazione completa. Possono essere pertinenti la temperatura critica di vaiolatura, la temperatura critica di corrosione interstiziale, i risultati delle prove elettrochimiche, la tenacità all’impatto, le proprietà a trazione, la durezza, la misurazione della ferrite e l’esame per individuare fasi intermetalliche. Il PREN prevede una tendenza legata alla composizione; non tiene conto di ogni variabile ambientale o produttiva.

Per questo motivo, la selezione del grado dovrebbe collegare la classificazione della famiglia alle effettive condizioni di esercizio: ossigenazione dell’acqua di mare, livello dei cloruri, temperatura, pressione, acidità, flusso, geometria degli interstizi, protezione catodica, erosione e carico ciclico. Strumenti di previsione delle fasi, come i diagrammi di tipo Schaeffler, DeLong o WRC, possono agevolare la valutazione del metallo di saldatura, ma non sostituiscono la qualificazione della procedura e la verifica metallografica. L’acciaio inossidabile duplex è un materiale bifasico controllato, non un singolo grado resistente alla corrosione con un comportamento fisso.

## Gradi e designazioni riconosciuti

I nomi degli acciai inossidabili duplex descrivono famiglie di leghe, non un’unica specifica universale. La designazione può indicare un tenore approssimativo di cromo, l’identità di un grado commerciale oppure un sistema numerico come l’Unified Numbering System (UNS). Di per sé, non definisce se il materiale sia una lamiera, un tubo, una barra, un tubolare, un forgiato o un manufatto saldato. Non stabilisce neppure la procedura di saldatura, la frequenza delle ispezioni, il trattamento termico, l’intervallo di accettazione della ferrite o il requisito relativo alle prove di corrosione. Questi dettagli derivano dalla norma di prodotto applicabile, dalla specifica d’acquisto, dal disegno e dai documenti di controllo qualità.

I materiali di base sono leghe di cromo–nichel–molibdeno–ferro sviluppate per formare frazioni volumiche approssimativamente uguali di ferrite e austenite. World Stainless e l’International Stainless Steel Forum hanno indicato, per gli acciai inossidabili duplex nel 2024, circa il 50% di ferrite e il 50% di austenite. Questa proporzione è una condizione metallurgica, non un significato automaticamente associato al nome di un grado. La composizione della lega, la temperatura di ricottura di solubilizzazione, la velocità di raffreddamento, la formatura, l’apporto termico di saldatura e il trattamento post-saldatura possono modificare l’equilibrio delle fasi. Possono inoltre favorire precipitati indesiderati quali nitruri di cromo, fase sigma, fase chi o altri composti intermetallici.

Il materiale duplex attaccato metallograficamente mostra comunemente regioni ferritiche e austenitiche allungate e lamellari. La morfologia riflette la storia della lavorazione a caldo e della solidificazione o ricristallizzazione. Un’analisi chimica nominalmente corretta non può dimostrare che il prodotto finito possieda la microstruttura richiesta. Per questo motivo, le specifiche dei duplex richiedono spesso un esame metallografico, la misurazione della ferrite, prove meccaniche, prove di corrosione oppure controlli sulla ricottura di solubilizzazione e sul raffreddamento.

### 2205, duplex 22Cr e UNS S32205

Il grado 2205 è la designazione standard duplex più ampiamente riconosciuta. La descrizione della famiglia degli acciai inossidabili pubblicata da Outokumpu nel 2020 identifica il 2205 come comunemente denominato **duplex 22Cr**. “22Cr” è un’abbreviazione per una famiglia di leghe contenenti circa il 22% di cromo; non costituisce una specifica chimica completa. Anche nichel, molibdeno, azoto, carbonio, manganese, silicio e i limiti relativi agli elementi minori influenzano la stabilità delle fasi, la resistenza alla vaiolatura, la saldabilità e le proprietà meccaniche.

**UNS S32205** è una designazione numerica formale associata alla composizione duplex 2205. ASTM A928/A928M, che riguarda tubi in acciaio inossidabile austenitico e ferritico/austenitico saldati per fusione elettrica con metallo d’apporto, identifica UNS S32205 nelle specifiche di prodotto citate come corrispondente al grado duplex 2205. Questa relazione è importante perché “tubo 2205” è un’indicazione incompleta se non viene specificata la norma di prodotto. ASTM A928/A928M aggiunge requisiti relativi a una determinata forma di prodotto e a uno specifico processo di fabbricazione; il numero UNS identifica la composizione della lega, ma non sostituisce tali requisiti.

Il 2205 è generalmente incluso nel gruppo dei duplex standard. La classificazione 2024 di World Stainless/International Stainless Steel Forum assegna ai gradi duplex standard un intervallo PREN di 28–38. PREN, calcolato comunemente a partire dal contenuto di cromo, molibdeno e azoto, è una convenzione di indicizzazione della resistenza alla corrosione utilizzata per confrontare la resistenza agli attacchi localizzati. Non costituisce una garanzia completa delle prestazioni. Lo stato superficiale, la saldatura, le inclusioni, la temperatura, la concentrazione di cloruri, le fessure, le tensioni residue e il tempo di esposizione possono modificare il comportamento rispetto alla vaiolatura critica e alla corrosione per interstizi.

La struttura ferrite–austenite approssimativamente equilibrata conferisce al 2205 una combinazione di resistenza meccanica, resistenza alla corrosione da cloruri e comportamento alla frattura diversa da quella sia dei gradi ferritici convenzionali sia dei gradi austenitici. Ciò rende inoltre la fabbricazione meno tollerante. Un tempo eccessivo negli intervalli di temperatura intermedi può formare fasi intermetalliche, mentre un raffreddamento rapido o non adeguatamente controllato dopo la saldatura può lasciare un eccesso di ferrite o difetti ricchi di azoto. Le procedure di saldatura controllano pertanto l’apporto termico, la temperatura tra le passate, la scelta del metallo d’apporto, la protezione gassosa e le condizioni di raffreddamento, invece di basarsi unicamente sul nome “2205”.

### 2507 e 4501 come gradi superduplex 25Cr

Outokumpu identifica i gradi **2507** e **4501** come gradi superduplex 25Cr. L’etichetta “25Cr” segnala una famiglia di leghe contenenti circa il 25% di cromo, mentre “superduplex” indica un livello di lega e una resistenza alla corrosione localizzata superiori rispetto ai gradi duplex standard. La designazione non specifica comunque la forma del prodotto né i criteri completi di accettazione.

Nel 2024, World Stainless e l’International Stainless Steel Forum hanno classificato i gradi superduplex nell’intervallo PREN 39–45. L’indice più elevato riflette generalmente aggiunte di molibdeno e azoto insieme al cromo, sebbene la formula effettiva e i relativi limiti debbano essere ricavati dalla norma pertinente. L’azoto favorisce la formazione dell’austenite e contribuisce alla resistenza alla vaiolatura; il molibdeno migliora la resistenza agli attacchi localizzati da cloruri; il cromo contribuisce alla stabilità del film passivo. Questi elementi influenzano anche la solidificazione, l’equilibrio delle fasi nel metallo saldato e il rischio di formazione di nitruri o composti intermetallici.

I nomi 2507 e 4501 devono quindi essere interpretati come identificativi di una famiglia o di un grado, non come certificati intercambiabili. Un prodotto specificato può richiedere ricottura di solubilizzazione, raffreddamento rapido, limiti sull’equilibrio delle fasi, prove d’urto, limiti di durezza oppure prove di corrosione. Tali requisiti possono differire tra lamiere, tubi senza saldatura, tubi saldati, forgiati, raccordi e componenti fusi o fabbricati. Non si può presumere che una procedura di saldatura qualificata per una norma di prodotto e un determinato intervallo di spessori soddisfi anche un’altra norma semplicemente perché entrambi i materiali sono descritti come superduplex 25Cr.

#### Come interpretare i nomi dei duplex

- **Nome comune o commerciale** Nome riconosciuto della famiglia del grado, come 2205 o 2507.
- **Abbreviazione della composizione** Descrizione approssimativa degli elementi di lega, come 22Cr o 25Cr.
- **Designazione formale** Identità normalizzata della composizione, come UNS S32205.
- **Norma di prodotto** Documento che definisce la forma del prodotto, il processo di fabbricazione, le prove e i requisiti di accettazione.

Le leghe superduplex sono utilizzate quando la corrosione localizzata e i carichi meccanici impongono condizioni gravose, tra cui apparecchiature offshore, sistemi per acqua di mare, processi chimici, impianti di dissalazione e componenti per il settore petrolifero e del gas. La resistenza a fatica dipende ancora fortemente dalla geometria della saldatura, dallo stato superficiale, dai difetti, dalle tensioni residue e dall’ambiente ciclico. Un PREN più elevato non elimina la necessità di esaminare i raccordi dei cordoni di saldatura, gli interstizi, le inclusioni o le zone termicamente alterate.

### Relazione tra nomi delle leghe, numeri UNS e norme di prodotto

Spesso vengono mescolati tre tipi di designazione: \[3\] \[3\] [**Petroleum and natural gas industries — Test methods for quality control of microstructure of ferritic/austenitic stainless steels**](https://www.iso.org/standard/). ISO Technical Committee 67. ISO 17781, 2024.

- Un nome comune o commerciale, come 2205 o 2507.
- Un’abbreviazione della composizione, come 22Cr o 25Cr.
- Una designazione formale, come UNS S32205.

Essi rispondono a domande diverse. Il nome comune identifica una famiglia di gradi riconosciuta. L’abbreviazione relativa al cromo comunica un livello approssimativo di lega. La designazione UNS fornisce un’identità compositiva standardizzata. Nessuna di queste indicazioni, da sola, specifica come il materiale sia stato prodotto, testato, marcato, ispezionato o accettato.

Una norma di prodotto fornisce il contesto mancante. Le norme ASTM, EN, ISO e altre possono specificare limiti chimici, dimensioni, tolleranze, metodo di fabbricazione, ricottura di solubilizzazione, proprietà a trazione, requisiti di resilienza, esami non distruttivi, prove idrostatiche e prove supplementari di corrosione o di microstruttura. ASTM A928/A928M ne è un esempio: riguarda tubi duplex saldati per fusione elettrica e realizzati con metallo d’apporto, anziché limitarsi a denominare una lega. ISO 17781, identificata dal Comitato Tecnico 67 dell’ISO nel 2024, specifica i metodi di prova per il controllo qualità della microstruttura duplex nelle applicazioni petrolifere e del gas naturale. È un riferimento per il controllo qualità, non un sostituto del grado del materiale o della norma di prodotto.

Lo stesso problema di nomenclatura si applica alle categorie più ampie. World Stainless/International Stainless Steel Forum indica un PREN di 22–27 per i duplex lean, di 28–38 per i duplex standard, di 39–45 per i superduplex e superiore a 45 per gli hyperduplex. Questi limiti sono convenzioni di classificazione utili, ma non tutte le organizzazioni applicano intervalli identici. Nell’uso commerciale possono esserci sovrapposizioni tra le denominazioni duplex ordinario, duplex lean, duplex standard, superduplex, hyperduplex e le famiglie 25Cr. Il documento di riferimento resta la specifica del grado citato e le prove in essa indicate, non la sola etichetta della categoria.

## Proprietà meccaniche e fisiche

Gli acciai inossidabili duplex sono leghe di cromo–nichel–molibdeno–ferro la cui risposta meccanica deriva da una struttura ferritico–austenitica, anziché da una matrice uniforme. La condizione prevista consiste in proporzioni approssimativamente uguali di ferrite e austenite in volume, come riportato da World Stainless e dall’International Stainless Steel Forum nel 2024. Tale proporzione è un obiettivo metallurgico, non un risultato garantito dalla designazione nominale del grado. La composizione chimica della lega, la temperatura di ricottura di solubilizzazione, il tempo di mantenimento, la velocità di raffreddamento, la formatura e la saldatura possono modificare l’equilibrio o alterare la morfologia delle fasi.

L’ASM Handbook e il capitolo Wiley sugli acciai inossidabili duplex forniscono un quadro utile: le proprietà devono essere considerate come il risultato della costituzione delle fasi, della loro morfologia, dei difetti e della storia di processo. Un certificato di colata o il nome del grado non possono quindi sostituire i dati meccanici specifici del prodotto, i requisiti del trattamento termico e i documenti relativi alle ispezioni.

### Resistenza e duttilità derivanti dalla struttura bifasica

La ferrite, una fase cubica a corpo centrato, contribuisce a un’elevata resistenza allo snervamento e alla resistenza alla deformazione plastica. L’austenite, una fase cubica a facce centrate, fornisce una maggiore capacità di incrudimento e, in genere, una duttilità più elevata. Quando le due fasi formano una struttura continua e ben coesa, l’acciaio duplex può combinare un livello di resistenza superiore a quello dei comuni acciai inossidabili austenitici con un utile allungamento e una buona capacità di formatura. Il risultato non è una semplice media delle due costituenti. La ferrite vincola l’austenite, l’austenite interrompe i percorsi di deformazione della ferrite e i confini di fase influenzano lo scorrimento, la ripartizione della deformazione e l’innesco delle cricche.

La microstruttura sottoposta comunemente ad attacco metallografico appare costituita da regioni ferritiche e austenitiche allungate e lamellari, soprattutto nelle lamiere laminate. Questa morfologia produce un comportamento dipendente dalla direzione. Le proprietà a trazione misurate trasversalmente alla direzione di laminazione possono differire da quelle misurate longitudinalmente, mentre la duttilità attraverso lo spessore può essere influenzata da inclusioni, bandeggiatura, segregazione e saldatura. Un componente progettato basandosi esclusivamente su dati di trazione longitudinale può quindi essere rappresentato in modo inadeguato se i carichi principali agiscono trasversalmente alla lamiera o attraverso un giunto saldato.

La condizione di fasi approssimativamente equiva-lenti supporta inoltre un utile equilibrio tra resistenza e duttilità. Un eccesso di ferrite può aumentare la resistenza, ma ridurre la duttilità e la tenacità all’urto, soprattutto quando la ferrite diventa continua o grossolana. Un eccesso di austenite può migliorare la duttilità, riducendo al contempo la resistenza prevista da una struttura duplex correttamente bilanciata. Nessuna delle due deviazioni può essere valutata soltanto dall’aspetto visivo. Sono necessari la metallografia quantitativa, metodi di previsione delle fasi e l’ispezione secondo la specifica di prodotto applicabile.

Le famiglie di gradi forniscono un quadro relativo alla composizione chimica e alla resistenza alla corrosione, non una garanzia diretta delle proprietà meccaniche. La classificazione World Stainless del 2024 colloca i gradi lean duplex a PREN 22–27, i gradi duplex standard a PREN 28–38, i gradi super duplex a PREN 39–45 e i gradi hyper duplex oltre PREN 45. PREN è una convenzione per indicizzare la resistenza alla corrosione, comunemente basata su cromo, molibdeno e azoto; da solo non prevede la resistenza, la tenacità, la qualità della saldatura o la vita utile. Anche le classificazioni ordinary duplex, lean duplex, duplex standard, superduplex, hyperduplex e del gruppo 25Cr presentano alcune differenze tra i vari sistemi di classificazione.

Outokumpu identifica il grado 2205 come duplex 22Cr e i gradi 2507 e 4501 come gradi superduplex 25Cr. Per la progettazione del prodotto, la designazione UNS e la norma di riferimento restano più precise di un’etichetta di famiglia. ASTM A928/A928M, per esempio, riguarda i tubi duplex saldati per fusione elettrica con metallo d’apporto e identifica UNS S32205 come corrispondente al grado duplex 2205 nelle specifiche di prodotto citate. I valori richiesti di resistenza a trazione, carico di snervamento, allungamento, durezza e qualità della saldatura devono essere ricavati da tale norma e dalla specifica forma del prodotto.

### Tenacità ed effetti della temperatura

L’austenite conserva i meccanismi di deformazione cubica a facce centrate in un ampio intervallo di temperature e contribuisce a mantenere la duttilità e l’arrotondamento della punta della cricca. La ferrite è più sensibile alla temperatura perché la sua struttura cubica a corpo centrato può subire una transizione duttile-fragile. Di conseguenza, la tenacità dell’acciaio duplex dipende fortemente dal contenuto di ferrite, dalla dimensione dei grani ferritici, dalla morfologia delle fasi, dalle inclusioni, dai cicli termici di saldatura e dall’orientamento della prova. La presenza di austenite migliora la risposta complessiva, ma non elimina il rischio associato alla ferrite alle basse temperature.

Il comportamento all’urto a bassa temperatura è particolarmente sensibile alla ferrite grossolana, a frazioni di fase non equilibrate e a precipitati intermetallici. La fase sigma, la fase chi, i nitruri di cromo e altre fasi secondarie possono consumare localmente cromo o molibdeno, ridurre la duttilità e fornire siti di innesco delle cricche. Un’esposizione eccessiva a intervalli di temperatura che consentono la precipitazione è quindi dannosa, anche quando la superficie finale appare accettabile. La ricottura di solubilizzazione e il raffreddamento rapido vengono impiegati, ove specificato, per ripristinare una struttura di fasi adeguata e dissolvere o limitare le fasi indesiderate; il trattamento consentito dipende dal grado e dalla norma di prodotto.

La temperatura elevata crea un problema diverso. Durante un’esposizione prolungata, la ferrite può trasformarsi o precipitare fasi secondarie, mentre l’equilibrio austenite–ferrite può modificarsi durante la saldatura o il trattamento termico. Cicli di fabbricazione brevi e un raffreddamento controllato possono produrre una struttura accettabile, ma il riscaldamento, le saldature di riparazione e le ripetute escursioni termiche richiedono procedure specifiche. Le zone termicamente alterate possono contenere una quantità eccessiva di ferrite subito dopo un raffreddamento rapido oppure sviluppare nitruri e fasi intermetalliche dopo un’esposizione termica inadeguata.

Questi effetti influenzano anche la fatica. Gli acciai duplex possono mostrare una favorevole resistenza a fatica grazie alla loro resistenza meccanica e alla resistenza alla corrosione; tuttavia, le prestazioni a fatica sono controllate dalle condizioni superficiali, dalla geometria della saldatura, dalle tensioni residue, dalle inclusioni, dai crateri di corrosione e dai difetti sensibili alla costituzione delle fasi. Un grado resistente alla corrosione non possiede automaticamente una vita a fatica saldata superiore. Le curve di progetto e le classificazioni delle saldature devono corrispondere al prodotto, alla categoria del giunto, all’ambiente e al codice applicabile.

ISO 17781 è un riferimento pertinente per il controllo qualità nelle applicazioni petrolifere e del gas naturale. Il Comitato Tecnico ISO 67 la descrive come una norma che specifica i metodi di prova per il controllo qualità della microstruttura degli acciai inossidabili ferritico/austenitici, o duplex. Tale esame può individuare un eccesso di ferrite, una morfologia anomala delle fasi e precipitati dannosi che una prova di trazione da sola potrebbe non rilevare.

### Proprietà fisiche e implicazioni per la progettazione

Le proprietà fisiche dell’acciaio duplex si collocano tra quelle degli acciai inossidabili ferritici e austenitici, ma non coincidono semplicemente con esse. La ferrite contribuisce alla risposta magnetica e, in genere, a una dilatazione termica inferiore rispetto all’austenite. L’austenite contribuisce al comportamento non magnetico e a una maggiore dilatazione termica. Un componente bifasico può quindi presentare una permeabilità magnetica misurabile e una risposta alla dilatazione termica diversa da quella di un acciaio inossidabile completamente austenitico. Ciò è importante in prossimità di sensori magnetici, nei calcoli di controllo dimensionale e nei casi in cui i cicli termici generino tensioni di vincolo.

La conducibilità termica è influenzata dal rapporto ferrite–austenite, dagli elementi di lega, dalla temperatura e dalle condizioni del prodotto. Gli acciai duplex trasferiscono generalmente il calore in modo diverso dai comuni gradi austenitici, mentre la loro minore dilatazione termica può ridurre la distorsione durante alcune operazioni termiche. Tale vantaggio è condizionato: la saldatura produce comunque localmente dilatazione, contrazione, tensioni residue e trasformazioni di fase. Il vincolo del giunto e l’apporto termico possono dominare la distorsione finale.

Anche il comportamento elastico riflette l’aggregato bifasico. Ferrite e austenite presentano risposte elastiche cristallografiche diverse e la laminazione genera tessitura; pertanto, il modulo misurato e la risposta di Poisson possono variare in funzione dell’orientamento e del metodo di prova. Per i normali calcoli strutturali, le norme forniscono spesso un valore di progetto, senza richiedere un modello elastico fase per fase. Le analisi agli elementi finiti che coinvolgono gradienti termici, carichi ciclici o strutture saldate possono richiedere dati dipendenti dalla temperatura e dalla direzione, relativi alle effettive condizioni del prodotto.

La storia di processo rimane fondamentale. La laminazione a caldo, la riduzione a freddo, la ricottura di solubilizzazione, il raffreddamento in acqua, la lavorazione meccanica e la saldatura modificano le tensioni residue e la tessitura, oltre all’equilibrio delle fasi. I diagrammi di previsione delle fasi e gli strumenti computazionali possono stimare la formazione di ferrite e la precipitazione, ma non sostituiscono la metallografia e le prove di qualificazione. I dati di progetto devono quindi essere ricavati dal grado specificato, dalla forma del prodotto, dallo spessore, dal trattamento termico, dall’orientamento e dalla norma applicabile, non da un’affermazione generica secondo cui l’acciaio inossidabile duplex è resistente, tenace o dimensionalmente stabile.

## Meccanismi e resistenza alla corrosione

L’acciaio inossidabile duplex non è un’unica qualità resistente alla corrosione. Le sue prestazioni derivano da una miscela controllata di ferrite e austenite, normalmente prossima al 50% in volume per ciascuna fase. World Stainless e l’International Stainless Steel Forum hanno riportato questo equilibrio approssimativo nel 2024. Le due fasi forniscono risposte elettrochimiche e meccaniche differenti: la ferrite ricca di cromo contribuisce alla resistenza all’attacco localizzato indotto dai cloruri e all’elevata resistenza meccanica, mentre l’austenite stabilizzata dal nichel migliora tenacità, duttilità e resistenza ad alcune forme di corrosione generale e di corrosione assistita da tensione.

Tale equilibrio è il risultato del processo produttivo, non una garanzia fornita dalla designazione nominale della qualità. La composizione della lega, la temperatura di ricottura in soluzione, l’apporto termico di saldatura, il tempo di mantenimento e la velocità di raffreddamento influenzano tutti il rapporto finale ferrite–austenite. Un eccesso di ferrite può ridurre la tenacità e modificare il comportamento nei confronti della corrosione localizzata; un eccesso di austenite può ridurre la resistenza meccanica e lasciare nella lega una quantità di ferrite inferiore a quella necessaria per la struttura duplex specificata. Il materiale attaccato metallograficamente mostra comunemente regioni ferritiche e austenitiche allungate e lamellari, soprattutto dopo la laminazione. Strumenti di previsione delle fasi come Schaeffler, DeLong, WRC-1992 e i diagrammi di costituzione possono guidare le stime relative alla saldatura e alla solidificazione, ma l’esame metallografico e le prove di corrosione restano controlli necessari.

Il cromo forma il film passivo di ossido di cromo. Il molibdeno rafforza tale film nelle soluzioni contenenti cloruri e aumenta la resistenza all’innesco e alla propagazione dei fenomeni di vaiolatura. L’azoto è un potente formatore di austenite e aumenta la resistenza alla corrosione localizzata; incrementa inoltre il carico di snervamento mediante il rafforzamento per soluzione solida. Il nichel stabilizza principalmente l’austenite e favorisce l’equilibrio delle fasi, ma nei calcoli della resistenza alla vaiolatura non è intercambiabile con il molibdeno o l’azoto. Una cattiva condizione superficiale, particelle di ferro inglobate, inneschi d’arco, colorazione termica, danni da molatura o ossidi di saldatura possono compromettere localmente il film passivo anche quando la lega nel suo complesso presenta una composizione chimica adeguata.

![Acciai inossidabili duplex: microstruttura, gradi e applicazioni](/images/uploads/f72139cd-6cea-4b1a-968e-ee664191062f/wiki-inline-duplex-stainless-steel-seawater-pipe-assembly-with-a-flange-crevice-and-localize-1920x1288.jpg)[](/images/uploads/f72139cd-6cea-4b1a-968e-ee664191062f/wiki-inline-duplex-stainless-steel-seawater-pipe-assembly-with-a-flange-crevice-and-localize-1920x1288.avif "Ingrandisci immagine — Acciai inossidabili duplex: microstruttura, gradi e applicazioni")Crevices can create local chemistry more severe than the surrounding chloride solution.

### Vaiolatura e corrosione interstiziale

Temperatura critica di vaiolatura **Temperatura critica di vaiolatura** Temperatura alla quale la vaiolatura stabile diventa probabile in una soluzione e secondo una procedura di prova specificate; è un risultato comparativo di prova, non un limite operativo universale.

La vaiolatura inizia quando una superficie passiva si rompe in un’area di piccole dimensioni, spesso nei punti in cui gli ioni cloruro si concentrano presso inclusioni, picchi di rugosità, residui di ossido o zone danneggiate meccanicamente. Il pit diventa anodico rispetto alla superficie circostante. L’idrolisi abbassa il pH locale, il cloruro migra all’interno della cavità e il pit può continuare a crescere anche dopo la scomparsa dell’innesco originario. Questo processo autocatalitico spiega perché una piccola imperfezione superficiale possa produrre una penetrazione profonda.

La corrosione interstiziale segue una sequenza correlata, ma è controllata dal trasporto di massa limitato. Guarnizioni, giunti sovrapposti, connessioni filettate, depositi, facce delle flange e geometrie di saldatura schermate possono consumare l’ossigeno all’interno dell’interstizio. La conseguente cella a aerazione differenziale acidifica la regione occlusa e concentra i cloruri. Una qualità duplex può resistere alla vaiolatura su una superficie aperta e tuttavia subire un attacco in un interstizio stretto, poiché la chimica locale all’interno dell’interstizio è molto più aggressiva rispetto all’acqua circostante.

La temperatura critica di vaiolatura (CPT) e la temperatura critica di corrosione interstiziale (CCT) sono pertanto misurazioni comparative utili. La CPT identifica la temperatura alla quale diventa probabile una vaiolatura stabile in una soluzione e secondo una procedura di prova specificate; la CCT misura la tendenza corrispondente in presenza di un interstizio artificiale. Nessuno dei due valori costituisce un limite operativo universale. La finitura superficiale, il metodo di prova, il contenuto di ossigeno, la concentrazione di cloruri, i depositi, il flusso e la presenza di colorazione termica da saldatura possono modificare il risultato.

Anche la ferrite e l’austenite devono presentare una resistenza compatibile. Se una fase ha una resistenza alla corrosione localizzata inferiore rispetto all’altra, i pit possono innescarsi preferenzialmente ai bordi di fase o all’interno della fase più debole. La ripartizione di cromo e molibdeno, il contenuto di azoto e la storia termica di raffreddamento influenzano tale differenza. I precipitati intermetallici rendono il problema più grave. La fase sigma, la fase chi, i nitruri di cromo e altri costituenti secondari possono consumare cromo o molibdeno dal metallo circostante e creare zone impoverite. L’esposizione nell’intervallo approssimativo tra 600 e 1000 °C, a seconda della composizione e del tempo, può produrre tali fasi. La ricottura in soluzione seguita da un raffreddamento rapido viene utilizzata per ripristinare la struttura prevista, ma un trattamento termico eccessivo può causare deformazioni o altri problemi di fabbricazione.

Le superfici saldate richiedono particolare attenzione. La colorazione termica contiene, sotto la discolorazione visibile, ossido impoverito di cromo, e l’ossidazione della radice di saldatura può ridurre notevolmente la CPT e la CCT. Il decapaggio, un’adeguata pulizia meccanica e il controllo dei gas di protezione e di spurgo eliminano o limitano questi punti deboli. Anche la scelta del metallo d’apporto deve favorire l’equilibrio di fase desiderato, anziché limitarsi a riprodurre la composizione nominale del metallo base.

### Ambienti contenenti cloruri e interpretazione del PREN

L’esposizione ai cloruri è fondamentale nella scelta degli acciai duplex, poiché i cloruri destabilizzano i film passivi e rendono più probabile la formazione di pit e interstizi corrosivi. L’acqua di mare, le salamoie, i sistemi di acqua di raffreddamento, i liquidi di processo, i depositi evaporativi e l’acqua di lavaggio contaminata possono tutti creare condizioni localizzate diverse dalla concentrazione misurata nella massa del fluido. Temperatura, acidità, disponibilità di ossigeno, flusso, depositi e geometria degli interstizi sono importanti quanto il valore nominale dei cloruri.

Il numero equivalente di resistenza alla vaiolatura è comunemente espresso come:

Il PREN può aiutare a confrontare famiglie di leghe correlate, ma non costituisce una previsione del comportamento nell’ambiente di servizio. Limited evidence

**PREN = %Cr + 3.3(%Mo) + 16(%N)**

I coefficienti mostrano perché il molibdeno e l’azoto abbiano un effetto sproporzionatamente elevato nell’indice. World Stainless e l’International Stainless Steel Forum classificano in termini generali le qualità lean duplex nell’intervallo PREN 22–27, le qualità duplex standard nell’intervallo PREN 28–38, le qualità super duplex nell’intervallo PREN 39–45 e le qualità hyper duplex oltre PREN 45. Questi limiti sono convenzioni di classificazione e non valori identici utilizzati da ogni organizzazione. Descrivono inoltre un intervallo di famiglia, non una composizione fissa unica.

La qualità 2205 è comunemente denominata duplex 22Cr. ASTM A928/A928M identifica UNS S32205 come corrispondente alla qualità duplex 2205 nelle specifiche citate per tubi saldati per fusione elettrica, nei quali viene utilizzato metallo d’apporto. Le qualità 2507 e 4501 sono comunemente raggruppate tra le qualità superduplex 25Cr. Le denominazioni duplex ordinario, lean duplex, duplex standard, superduplex, hyperduplex e le suddivisioni nel gruppo 25Cr devono pertanto essere intese come descrizioni di famiglie di leghe legate alla composizione e alle convenzioni PREN, non come classificazioni di servizio intercambiabili.

Il PREN è uno strumento per il confronto tra leghe. Non costituisce una previsione del comportamento nell’ambiente di servizio. Due leghe con PREN simile possono reagire in modo diverso a causa dell’equilibrio di fase, delle inclusioni, della finitura superficiale, delle condizioni della saldatura, del trattamento termico o delle differenze nella distribuzione di molibdeno e azoto. Al contrario, un PREN elevato non garantisce una resistenza universale alla corrosione interstiziale, alla corrosione-erosione, all’attacco galvanico, alla corrosione influenzata microbiologicamente, agli effetti dell’idrogeno o agli ambienti acidi. L’indice è più utile quando si confrontano colate o qualità correlate in condizioni di prova simili.

### Considerazioni sulla tensocorrosione e sulla fatica-corrosione

Gli acciai inossidabili duplex presentano generalmente una maggiore resistenza alla criccatura da tensocorrosione in presenza di cloruri rispetto agli acciai inossidabili austenitici convenzionali, in particolare negli ambienti in cui agiscono congiuntamente tensione di trazione, temperatura elevata e concentrazione di cloruri. Questo vantaggio è legato alla struttura bifasica e al minore contenuto di nichel di molte qualità duplex, ma non è assoluto. Soluzioni calde contenenti cloruri, depositi evaporativi, soluzioni caustiche concentrate, ambienti contenenti idrogeno e forti tensioni residue possono comunque provocare criccature.

L’innesco delle cricche può verificarsi in corrispondenza di pit, interstizi, difetti di saldatura, bordi di fase o regioni alterate dalla fabbricazione. Le tensioni residue di trazione derivanti da formatura, saldatura, lavorazione meccanica o incrudimento possono essere sufficienti anche in assenza di un carico esterno. Austenite e ferrite possono inoltre reagire diversamente all’assorbimento di idrogeno e alla deformazione all’apice della cricca; di conseguenza, il rapporto ferrite–austenite e la morfologia locale delle fasi influenzano il comportamento alla criccatura. Le procedure di saldatura devono limitare i precipitati dannosi, evitare un eccessivo squilibrio tra ferrite e austenite e controllare la temperatura tra le passate e il raffreddamento.

La fatica-corrosione combina una sollecitazione ciclica con un ambiente corrosivo. Un pit agisce come un intaglio acuto; il carico ripetuto fa quindi avanzare una cricca a livelli di tensione inferiori a quelli previsti in aria. Gli acciai duplex offrono spesso una buona resistenza a fatica, ma la fatica-corrosione dipende fortemente dalle condizioni superficiali, dalla geometria della saldatura, dalle tensioni residue, dalle inclusioni, dalla protezione catodica e dalla frequenza dei cicli. I raccordi al piede delle saldature e gli interstizi richiedono un’ispezione particolare, poiché combinano una concentrazione geometrica delle tensioni con ambienti corrosivi a trasporto limitato.

Di conseguenza, la progettazione deve distinguere la resistenza alla corrosione localizzata dalla resistenza a ogni meccanismo di corrosione. I requisiti di prodotto ASTM definiscono composizione, dimensioni e prove per prodotti specifici, mentre ISO 17781 specifica i metodi per il controllo di qualità della microstruttura duplex nelle applicazioni petrolifere e del gas naturale. Tali controlli sono importanti perché una qualità nominale, un valore PREN e una reputazione di resistenza alla corrosione non possono sostituire la verifica dell’equilibrio di fase, una fabbricazione pulita, una qualificazione adeguata della procedura di saldatura e le prove nell’effettivo ambiente di servizio.

## Precipitazione, infragilimento ed esposizione termica

L’acciaio inossidabile duplex non è protetto dalla sola composizione chimica. Le sue prestazioni dipendono dal mantenimento di una struttura controllata ferrite–austenite e dalla prevenzione della formazione di fasi secondarie che consumino le regioni ricche di cromo, molibdeno o nichel. World Stainless e l’International Stainless Steel Forum descrivono i gradi duplex come costituiti approssimativamente per il 50% da ferrite e per il 50% da austenite, sebbene l’equilibrio consentito dipenda dal grado, dalla forma del prodotto, dalla specifica applicabile e dal metodo di prova. Il materiale sottoposto ad attacco metallografico mostra comunemente regioni ferritiche e austenitiche allungate e lamellari. Questa struttura conferisce all’acciaio duplex una combinazione di resistenza meccanica, resistenza alla corrosione da cloruri e tenacità, ma crea anche due diversi ambienti chimici nei quali possono svilupparsi precipitazione e infragilimento.

Il problema, pertanto, non è semplicemente rappresentato da “troppo calore”. Un ciclo termico può alterare l’equilibrio tra le fasi, produrre composti intermetallici fragili, impoverire la matrice adiacente a un precipitato oppure accelerare la decomposizione della ferrite senza modificare visibilmente la composizione chimica globale. Questi cambiamenti possono ridurre la tenacità all’urto e la resistenza a fatica, aumentando al contempo la suscettibilità alla corrosione per vaiolatura o alla corrosione per interstizi. La risposta deve essere valutata in relazione al grado, allo spessore della sezione, ai trattamenti precedenti, alla procedura di saldatura, alla temperatura di esercizio e alla norma applicabile per il prodotto o per il controllo qualità.

![Acciai inossidabili duplex: microstruttura, gradi e applicazioni](/images/uploads/23564c00-84b7-439f-99ec-42e2780d750f/wiki-inline-duplex-stainless-steel-microstructure-showing-sigma-phase-and-chromium-nitride-p-1920x1920.jpg)[](/images/uploads/23564c00-84b7-439f-99ec-42e2780d750f/wiki-inline-duplex-stainless-steel-microstructure-showing-sigma-phase-and-chromium-nitride-p-1920x1920.avif "Ingrandisci immagine — Acciai inossidabili duplex: microstruttura, gradi e applicazioni")Undesired precipitates can embrittle the steel and deplete nearby regions of corrosion-resisting elements.

### Fasi di precipitazione indesiderate

La principale preoccupazione dopo un’esposizione eccessiva degli acciai inossidabili duplex è la formazione di fasi intermetalliche ricche di cromo e molibdeno, in particolare sigma (σ) e chi (χ). La fase sigma è dura e fragile. Può formarsi preferenzialmente alle interfacce ferrite–austenite, dove le distanze di diffusione sono brevi e la chimica locale favorisce la precipitazione. La fase chi può comparire prima in alcune condizioni della lega e successivamente trasformarsi o contribuire alla formazione della fase sigma. Entrambe le fasi riducono il contenuto di cromo e molibdeno nella ferrite circostante; pertanto, il danneggiamento per corrosione può iniziare nella regione impoverita anche quando il precipitato occupa una piccola frazione volumica.

I nitruri di cromo, comunemente descritti come Cr₂N, costituiscono un’ulteriore causa di preoccupazione nella ferrite. L’azoto viene aggiunto a molti gradi duplex per stabilizzare l’austenite e migliorare la resistenza alla corrosione localizzata, ma un raffreddamento rapido o una solidificazione inadeguata del metallo di saldatura possono lasciare l’azoto in condizioni di sovrasaturazione nella ferrite. I nitruri possono quindi precipitare ai bordi della ferrite o all’interno dei grani ferritici. I carburi di cromo possono formarsi quando è disponibile carbonio, sebbene i moderni gradi a basso tenore di carbonio e i processi di fabbricazione controllati riducano tale rischio. L’effetto non è limitato alle particelle visibili: l’impoverimento locale di cromo e molibdeno può ridurre la resistenza critica alla vaiolatura e alla corrosione per interstizi.

La famiglia del grado modifica la tendenza alla precipitazione. La classificazione di World Stainless/International Stainless Steel Forum colloca i gradi lean duplex a PREN 22–27, i gradi duplex standard a PREN 28–38, i gradi super duplex a PREN 39–45 e i gradi hyper duplex oltre PREN 45. PREN è una convenzione per l’indicizzazione della resistenza alla corrosione, non una garanzia completa delle prestazioni. Molibdeno, azoto, cromo e distribuzione ferrite–austenite influenzano la risposta, mentre la precipitazione può invalidare le ipotesi basate sul PREN nominale. Il grado 2205 è comunemente denominato duplex 22Cr; i gradi 2507 e 4501 sono gradi superduplex 25Cr, come riportato da Outokumpu nel 2020. Le differenze nella composizione della lega influenzano sia la stabilità delle fasi sia le temperature alle quali possono formarsi fasi indesiderate.

Gli strumenti di previsione delle fasi, inclusi i calcoli di equilibrio e i modelli cinetici, aiutano a individuare i probabili campi di ferrite, austenite, sigma, chi, nitruri e carburi. Non sostituiscono l’esame metallografico né le prove di corrosione. Il materiale reale contiene segregazioni, inclusioni, diluizione del metallo di saldatura, tensioni residue e gradienti termici locali. Un calcolo basato sulla composizione nominale può pertanto prevedere un insieme di fasi stabile mentre una zona termicamente alterata dalla saldatura contiene una popolazione ridotta ma dannosa di precipitati. L’esame metallografico, la misurazione della ferrite, la durezza, le prove d’urto e le prove di corrosione localizzata devono essere selezionati in funzione della specifica e del rischio di esercizio.

ISO 17781 è un riferimento pertinente per il controllo qualità degli acciai inossidabili ferritici/austenitici, o duplex, utilizzati nelle industrie del petrolio e del gas naturale. Specifica i metodi di prova per la valutazione della microstruttura, invece di considerare la designazione del grado come prova di una condizione accettabile delle fasi. Anche le norme di prodotto sono importanti. ASTM A928/A928M identifica UNS S32205 come corrispondente al grado duplex 2205 nella specifica di riferimento per tubi saldati mediante fusione elettrica, quando viene utilizzato metallo d’apporto. Tale designazione disciplina i requisiti del prodotto; non elimina la necessità di esaminare la storia termica della saldatura o le condizioni successive alla fabbricazione.

### Infragilimento a 475 °C e instabilità delle fasi

La ferrite può infragilirsi durante l’esposizione nell’intervallo approssimativo di 300–500 °C, fenomeno comunemente denominato infragilimento a 475 °C. Il meccanismo è associato alla decomposizione della ferrite ricca di cromo in una fase arricchita di cromo e in una fase ricca di ferro e impoverita di cromo, spesso descritta come alpha prime (α′). Contemporaneamente, fenomeni di ordinamento e incrudimento su scala nanometrica possono aumentare la resistenza meccanica riducendo drasticamente la tenacità all’urto. Il materiale può apparire integro in una prova di trazione e tuttavia mostrare una grave perdita di tenacità all’intaglio.

Questo fenomeno differisce dalla precipitazione della fase sigma, sebbene entrambi derivino dall’esposizione termica e possano verificarsi nell’ambito di cicli di processo sovrapposti. La fase sigma è una fase intermetallica relativamente grossolana associata all’esposizione a temperature più elevate; la decomposizione in alpha-prime è un processo di instabilità della ferrite che comporta una separazione chimica molto più fine. La distinzione è importante perché microscopia, durezza, comportamento all’urto e risposta al trattamento termico possono non identificare allo stesso modo lo stesso danneggiamento.

Un componente duplex contenente una quantità maggiore di ferrite dispone di un volume più ampio nel quale questo meccanismo può verificarsi, ma un obiettivo nominale di 50:50 non consente, da solo, di prevedere la vita utile in esercizio. La chimica della ferrite, il tenore di azoto, la precedente ricottura di solubilizzazione, la deformazione a freddo e l’esatta temperatura di esposizione influenzano tutti la velocità del fenomeno. A una temperatura prossima alla massima velocità di reazione, un’esposizione più breve può causare un infragilimento maggiore di un’esposizione molto più lunga a una temperatura inferiore o superiore. Non esiste un unico limite di tempo alla temperatura applicabile a ogni grado duplex, spessore o specifica di prodotto.

L’invecchiamento termico può inoltre evidenziare differenze tra il materiale lavorato, il metallo di saldatura e le zone termicamente alterate. Il metallo di saldatura può presentare una morfologia della ferrite e una distribuzione degli elementi di lega diverse da quelle della lamiera di base. Una zona termicamente alterata può subire una trasformazione parziale anziché il trattamento completo di solubilizzazione utilizzato durante la fabbricazione. Tali regioni locali possono determinare le prestazioni a frattura o a corrosione anche quando la maggior parte del componente conserva un equilibrio delle fasi accettabile. Per questo motivo, le valutazioni di apparecchiature invecchiate combinano comunemente prove di durezza e d’urto con l’esame metallografico e, ove pertinente, prove di tenacità alla frattura o di corrosione.

### Effetti del tempo, della temperatura e della velocità di raffreddamento

L’acciaio inossidabile duplex attraversa campi di fase variabili durante il riscaldamento e il raffreddamento. Durante il raffreddamento da una condizione ferritica ad alta temperatura, l’austenite deve riformarsi in modo controllato. Se il raffreddamento è troppo rapido per la sezione e per la lega, può formarsi una quantità insufficiente di austenite e i nitruri di cromo possono precipitare nella ferrite. Se il raffreddamento è lento attraverso un intervallo sensibile alla precipitazione, sigma, chi o altre fasi secondarie hanno maggiori opportunità di nucleare e crescere. La stessa temperatura massima nominale può quindi produrre risultati diversi in un cordone di saldatura sottile, in una piastra spessa e in un raccordo vincolato.

La saldatura illustra gli effetti contrapposti. Un elevato apporto termico e un raffreddamento lento possono favorire la precipitazione di fasi intermetalliche, mentre un raffreddamento molto rapido può lasciare una quantità eccessiva di ferrite e promuovere la formazione di nitruri. La temperatura tra le passate, la sequenza dei cordoni, la composizione del gas di protezione, il vincolo del giunto, la composizione del metallo d’apporto e lo spessore della sezione modificano tutti il ciclo termico. Il metallo d’apporto viene selezionato non semplicemente per corrispondere al grado indicato sulla targhetta, ma per ripristinare un equilibrio ferrite–austenite e una risposta alla corrosione accettabili dopo la diluizione e la solidificazione.

Anche il trattamento termico di solubilizzazione è condizionato da diversi fattori. In genere, il suo scopo è dissolvere i precipitati dannosi e ripristinare la struttura bifasica prevista, seguito da un raffreddamento sufficientemente rapido da limitare la riprecipitazione. L’intervallo di temperatura richiesto, il tempo di mantenimento, il metodo di raffreddamento e i criteri di accettazione dipendono dal grado e dalla forma del prodotto. Un trattamento adatto a un tubo UNS S32205 non può essere automaticamente trasferito a un forgiato superduplex 25Cr o a un assieme saldato di grande spessore. I requisiti ASTM, le specifiche dell’acquirente, le prove previste da ISO 17781 e i codici di fabbricazione possono imporre esami differenti.

La valutazione in esercizio deve tenere conto dell’esposizione cumulativa, non soltanto della temperatura massima registrata. Cicli termici ripetuti possono offrire numerose opportunità di precipitazione anche quando ogni ciclo è breve. Al contrario, un’escursione breve può avere effetti limitati se il materiale attraversa rapidamente l’intervallo sensibile e non contiene una composizione chimica locale suscettibile. La velocità di raffreddamento è particolarmente importante in corrispondenza dei raccordi dei cordoni di saldatura, nelle zone centrali delle sezioni spesse e nelle intersezioni con gli attacchi, dove l’estrazione del calore differisce da quella delle superfici esposte.

La questione pratica è quindi stabilire se il materiale reale conservi un equilibrio delle fasi, una tenacità e una resistenza alla corrosione localizzata accettabili dopo la storia termica documentata. La risposta richiede evidenze specifiche per il grado, anziché una regola universale di temperatura. L’identificazione dei precipitati, la misurazione ferrite–austenite, i dati di resilienza o di durezza e le prove di corrosione devono essere adeguati alla specifica applicabile e ai meccanismi di cedimento plausibili in esercizio.

## Saldatura e trattamento termico

L’acciaio inossidabile duplex è progettato intorno a una struttura composta da quantità approssimativamente uguali di ferrite e austenite, ma la saldatura sottopone tale struttura a un ciclo termico mobile e fortemente disomogeneo. Il bagno di saldatura fonde e risolidifica; il metallo adiacente viene riscaldato fino a raggiungere i campi di fase della ferrite, della ferrite–austenite o dell’austenite; e le proporzioni finali delle fasi dipendono dalla composizione chimica della lega, dall’apporto termico, dal vincolo, dalla temperatura tra le passate e dalla velocità di raffreddamento. La descrizione degli acciai duplex pubblicata nel 2024 da World Stainless/International Stainless Steel Forum cita circa il 50% di ferrite e il 50% di austenite come obiettivo, non come risultato indipendente dalla composizione.

Variabili di saldatura che controllano le condizioni del metallo saldato duplex e della zona termicamente alterata.
| Variabile di saldatura | Effetto sulle condizioni della saldatura duplex |
|---|---|
| Composizione del materiale d’apporto | Controlla l’equilibrio ferrite–austenite nel metallo saldato e la resistenza alla corrosione |
| Apporto termico | Modifica la velocità di raffreddamento e l’esposizione alla precipitazione |
| Temperatura tra le passate | Controlla l’esposizione termica cumulativa |
| Gas di protezione e gas di purga | Influiscono sull’ossidazione e sulla ritenzione dell’azoto |
| Condizioni di raffreddamento | Influenzano la formazione di austenite e il rischio di formazione di nitruri |

![Acciai inossidabili duplex: microstruttura, gradi e applicazioni](/images/uploads/4ac50d55-930e-4af2-baa3-6abcae107198/wiki-inline-duplex-stainless-steel-weld-cross-section-showing-weld-metal-heat-affected-zone-1920x1094.jpg)[](/images/uploads/4ac50d55-930e-4af2-baa3-6abcae107198/wiki-inline-duplex-stainless-steel-weld-cross-section-showing-weld-metal-heat-affected-zone-1920x1094.avif "Ingrandisci immagine — Acciai inossidabili duplex: microstruttura, gradi e applicazioni")Welding changes phase balance through local melting, heating, dilution, and cooling.

Questa distinzione è importante per tutte le famiglie di leghe. Gli acciai duplex lean sono comunemente classificati con PREN 22–27, i gradi duplex standard con PREN 28–38, i gradi superduplex con PREN 39–45 e i gradi hyperduplex con PREN superiore a PREN 45. PREN è una convenzione per indicizzare la resistenza alla corrosione, generalmente calcolata a partire dai tenori di cromo, molibdeno e azoto; non garantisce che una saldatura conservi la propria resistenza alla vaiolatura o alla corrosione in fessura. Il grado 2205 è comunemente denominato duplex 22Cr, mentre i gradi 2507 e 4501 sono gradi superduplex 25Cr, come descritto da Outokumpu nel 2020. La pratica di saldatura deve quindi seguire il grado specificato e la norma di prodotto applicabile, anziché una procedura generica per acciai “duplex”.

### Bilanciamento delle fasi nel metallo saldato

La maggior parte delle saldature duplex solidifica principalmente come ferrite, poiché la trasformazione da liquido a solido favorisce la fase cubica a corpo centrato. L’austenite si forma successivamente durante il raffreddamento per trasformazione ai bordi dei grani di ferrite e all’interno della matrice ferritica. Se il raffreddamento è troppo rapido, il tempo disponibile per questa trasformazione è insufficiente e si ottiene un metallo saldato ricco di ferrite. Se il raffreddamento è eccessivamente lento, l’austenite può diventare il costituente predominante, mentre una permanenza prolungata negli intervalli di temperatura dannosi aumenta il rischio di precipitazione di fasi intermetalliche.

La scelta del metallo d’apporto costituisce quindi un controllo metallurgico, non semplicemente un mezzo per riempire un giunto. I consumabili duplex sono spesso arricchiti in nichel rispetto al metallo base, poiché il nichel favorisce la formazione di austenite durante il raffreddamento della saldatura. Il nichel aggiuntivo contribuisce a compensare l’effetto ferritizzante di una rapida estrazione del calore e produce un equilibrio nel metallo saldato più vicino all’intervallo specificato. La classificazione esatta del consumabile dipende tuttavia dal grado del materiale base, dal processo di saldatura, dall’ambiente di esercizio e dal codice di qualificazione applicabile. Per i tubi duplex saldati mediante fusione elettrica, ASTM A928/A928M identifica UNS S32205 nelle specifiche di prodotto di riferimento per i tubi duplex 2205 e richiede l’impiego di metallo d’apporto.

La saldatura autogena può essere più difficile da bilanciare, poiché elimina la regolazione composizionale fornita da un metallo d’apporto contenente nichel. I processi ad arco con elettrodo di tungsteno sotto gas, ad arco con elettrodo metallico sotto gas, ad arco con elettrodo rivestito, ad arco sommerso e gli altri processi impongono condizioni differenti di diluizione e raffreddamento. Anche il gas di protezione è importante. Gas di protezione o di supporto contenenti azoto possono influire sulla ritenzione dell’azoto nel metallo saldato, mentre una protezione insufficiente può provocare ossidazione, perdita di azoto e una costituzione delle fasi meno prevedibile. La trattazione della saldatura degli acciai inossidabili nell’ASM Handbook e le linee guida tecniche di Outokumpu presentano entrambe la scelta del metallo d’apporto, la protezione gassosa, l’apporto termico e la preparazione del giunto come variabili interconnesse.

Una saldatura che contiene i tenori nominali di cromo e molibdeno può comunque non soddisfare i requisiti di corrosione o meccanici se la distribuzione di ferrite e austenite non è adeguata. Le regioni ricche di ferrite possono presentare una resilienza ridotta e una minore resistenza alla corrosione localizzata quando la frazione di austenite è insufficiente. Neppure le regioni ricche di austenite sono automaticamente innocue: la segregazione chimica, le inclusioni e l’esposizione termica possono creare differenze locali nel comportamento alla vaiolatura o alla corrosione in fessura. L’esame del metallo saldato dovrebbe valutare sia la morfologia sia la percentuale. Le microstrutture duplex attaccate chimicamente mostrano comunemente regioni austenitiche allungate e lamellari all’interno di una matrice ferritica, sebbene la solidificazione della saldatura possa produrre forme meno regolari rispetto a quelle della lamiera laminata.

#### Non presumere che il preriscaldamento sia vantaggioso

Il preriscaldamento può rallentare il raffreddamento dell’acciaio inossidabile duplex e aumentare l’esposizione agli intervalli di temperatura sensibili alla precipitazione della fase sigma, della fase chi, dei nitruri o di altre fasi. Utilizzare esclusivamente la procedura di saldatura specifica per il grado e i limiti approvati della temperatura tra le passate.

### Zone termicamente alterate e controllo del raffreddamento

#### L’azoto richiede un controllo del processo

L’azoto favorisce la formazione di austenite, la resistenza meccanica e la resistenza alla vaiolatura, ma una protezione inadeguata, un raffreddamento rapido o regioni localmente ferritiche possono favorire la formazione di porosità o nitruri.

La zona termicamente alterata (HAZ) non fonde, ma può subire una trasformazione di fase più severa rispetto al metallo saldato. In prossimità della linea di fusione, il metallo base può essere riscaldato fino a entrare in un campo prevalentemente ferritico. L’austenite si dissolve o si separa ampiamente, e durante il successivo raffreddamento deve formarsi nuova austenite. Un’elevata velocità di raffreddamento lascia meno tempo per tale trasformazione, producendo una HAZ ricca di ferrite. Questa condizione può ridurre la tenacità e compromettere la resistenza alla corrosione localizzata, in particolare nelle sezioni spesse o nei gradi altolegati.

L’apporto termico è la principale variabile di processo utilizzata per gestire questo ciclo termico, ma non costituisce un numero isolato. L’energia dell’arco, la velocità di avanzamento, lo spessore della lamiera, la geometria del giunto, l’estrazione del calore e la temperatura tra le passate determinano complessivamente il tempo di permanenza alle temperature di trasformazione e di precipitazione. Un apporto termico insufficiente può provocare un raffreddamento rapido e un eccesso di ferrite. Un apporto termico eccessivo, una dimensione eccessiva del cordone o una temperatura elevata tra le passate possono rallentare il raffreddamento ed esporre il giunto alla precipitazione di fase sigma (σ), fase chi (χ), nitruro di cromo o altri precipitati dannosi. Le fasi sigma e chi sono intermetallici ricchi di cromo e molibdeno; la loro formazione impoverisce la ferrite adiacente degli elementi che conferiscono resistenza alla corrosione e può ridurre drasticamente la tenacità.

L’obiettivo pratico è ottenere una finestra termica controllata. Le procedure di saldatura limitano comunemente l’apporto termico e la temperatura tra le passate, utilizzano cordoni diritti anziché oscillazioni inutilmente ampie e sequenziano le passate per evitare un riscaldamento cumulativo. Le sezioni sottili possono raffreddarsi abbastanza rapidamente da richiedere un apporto termico massimo consentito più elevato, mentre le sezioni pesanti possono trattenere il calore e richiedere un controllo più rigoroso. Il preriscaldamento non costituisce un rimedio universale e può essere limitato perché rallenta il raffreddamento e aumenta l’esposizione alla precipitazione. Gli intervalli esatti dell’apporto termico, i limiti della temperatura tra le passate, i requisiti relativi alla protezione gassosa e le temperature delle passate devono essere ricavati dalla procedura di saldatura specifica per il grado e dalla norma di prodotto o di fabbricazione applicabile.

La velocità di raffreddamento interagisce inoltre con l’azoto. L’azoto stabilizza l’austenite ed è importante in molte moderne composizioni duplex, ma il comportamento dell’azoto nel metallo saldato e nella HAZ dipende dalla protezione gassosa, dallo spessore della lamiera e dalle condizioni di processo. Lo stesso metallo d’apporto nominale può produrre equilibri di fase differenti in una passata di radice, in una passata di finitura e in una zona riparata, poiché diluizione e dissipazione del calore variano. Gli strumenti di previsione delle fasi, compresi gli approcci basati sui diagrammi di Schaeffler, WRC e di costituzione, possono indicare la probabile tendenza alla formazione di ferrite, ma non sostituiscono la qualificazione metallografica. I calcoli termodinamici possono prevedere le fasi di equilibrio e gli intervalli di precipitazione, ma non possono riprodurre pienamente la storia termica transitoria di una saldatura multipass.

### Solubilizzazione, tempra e valutazione post-saldatura

La solubilizzazione viene utilizzata quando il processo di fabbricazione o l’esposizione termica hanno prodotto un equilibrio di fase o una condizione dei precipitati inaccettabili. Il riscaldamento dissolve i nitruri di cromo e le fasi intermetalliche e ripristina gli elementi di lega nella matrice, a condizione che il trattamento raggiunga l’intervallo di temperatura di solubilizzazione specificato per il grado e che venga mantenuto per un tempo sufficiente. Il componente viene quindi raffreddato rapidamente, comunemente mediante tempra in acqua, affinché le fasi dannose non si riformino durante il passaggio attraverso le temperature intermedie. Si tratta di un concetto, non di una ricetta universale: la temperatura esatta, il tempo di mantenimento, le prescrizioni relative allo spessore della sezione, il mezzo di tempra e la pratica di raffreddamento ammessa devono essere ricavati dalla designazione del grado e dalla norma di prodotto.

Il trattamento di solubilizzazione post-saldatura non è sempre pratico per un grande recipiente fabbricato, un insieme di tubazioni o una riparazione in cantiere. Può inoltre introdurre deformazioni e tensioni residue. Per tale ragione, la qualificazione della procedura dovrebbe prevenire la precipitazione anziché presumere che un successivo trattamento termico la corregga. Quando viene specificata la solubilizzazione, tutte le regioni interessate del metallo saldato e della HAZ devono ricevere il trattamento; un ciclo termico superficiale o incompleto può lasciare intatte precipitazioni locali di fase sigma, fase chi o nitruri.

La valutazione combina normalmente l’ispezione visiva e i controlli non distruttivi con verifiche metallografiche e correlate alla corrosione, adeguate alle condizioni di esercizio. Il contenuto di ferrite può essere misurato mediante strumenti magnetici calibrati o analisi delle immagini, ma il metodo di misurazione, la posizione del campionamento e l’intervallo di accettazione devono essere definiti nella specifica applicabile. Una singola misurazione superficiale non può descrivere un giunto multipass. Possono essere eseguite sezioni trasversali attraverso la radice, la linea di fusione, la finitura e la HAZ, per identificare zone ricche di ferrite, morfologia dell’austenite, porosità, cricche e precipitati.

ISO 17781, identificata nel 2024 dal Comitato Tecnico ISO 67, specifica i metodi di prova per il controllo qualità della microstruttura duplex nelle applicazioni petrolifere e del gas naturale. A seconda del contratto e del grado, la valutazione può comprendere anche prove d’impatto, durezza, prove di trazione, prove della temperatura critica di vaiolatura ed esame delle fasi intermetalliche. Questi controlli collegano la microstruttura ai requisiti di esercizio: l’equilibrio ferrite–austenite influisce sulla resistenza e sulla risposta a fatica, mentre una composizione ricca di cromo, molibdeno e azoto è efficace solo quando la saldatura non ha creato regioni localmente impoverite o contaminate da precipitati. L’ASM Handbook, le norme di prodotto di ASTM International e il codice di fabbricazione applicabile devono essere consultati congiuntamente, poiché la saldabilità è stabilita dalla combinazione tra specifica del materiale, procedura qualificata ed evidenze post-saldatura.

## Fabbricazione, formatura e ispezione

L’acciaio inossidabile duplex non viene fabbricato come se fosse un comune acciaio inossidabile ferritico o austenitico. La sua composizione chimica cromo–nichel–molibdeno–ferro è bilanciata per produrre circa il 50% di ferrite e il 50% di austenite, come riportato da World Stainless e dall’International Stainless Steel Forum nel 2024. Tale equilibrio offre combinazioni utili di resistenza meccanica, resistenza alla corrosione da cloruri, tenacità e comportamento a fatica, ma può variare durante la formatura, il riscaldamento, la saldatura e il raffreddamento. Il controllo della fabbricazione riguarda quindi sia le dimensioni sia la costituzione delle fasi.

### Lavorazioni a caldo e a freddo

La lavorazione a caldo viene normalmente eseguita entro un intervallo di temperatura nel quale ferrite e austenite si deformano insieme senza precipitazioni eccessive. A una temperatura troppo bassa, la ferrite può sopportare una quota maggiore della deformazione, mentre l’austenite diventa meno accomodante; a una temperatura troppo elevata, diventano più probabili la crescita dei grani e reazioni intermetalliche indesiderate. I limiti esatti dipendono dal grado, dalle dimensioni della sezione, dalla microstruttura iniziale e dalla pratica di laminazione. Può essere necessario un successivo trattamento di ricottura di solubilizzazione per ripristinare una distribuzione più uniforme delle fasi e dissolvere i precipitati nocivi.

Il raffreddamento dopo la formatura a caldo è significativo. Un raffreddamento lento attraverso intervalli di temperatura favorevoli alla formazione della fase sigma, della fase chi, di nitruri di cromo o di altri costituenti secondari può ridurre la tenacità e la resistenza alla corrosione localizzata. Dopo la ricottura di solubilizzazione, per forme di prodotto idonee, viene spesso specificato il raffreddamento in acqua; tuttavia, il trattamento prescritto deve seguire la norma di prodotto e i requisiti del grado, anziché una procedura generica per acciai duplex. Le sezioni spesse si raffreddano a velocità diverse al centro e in superficie; pertanto, un esame della sola superficie non può stabilire la condizione dell’intero componente.

La formatura a freddo comporta problematiche diverse. I gradi duplex presentano generalmente un limite di snervamento superiore rispetto ai comuni gradi austenitici, ed entrambe le fasi contribuiscono a un notevole incrudimento. Ne possono derivare forze di formatura più elevate, un maggiore ritorno elastico e carichi più elevati sugli utensili. Il componente formato può inoltre conservare tensioni residue considerevoli, soprattutto dopo la piegatura asimmetrica, la calibratura a freddo o il raddrizzamento locale. Il ritorno elastico varia in funzione della direzione di laminazione, dello spessore, della temperatura e della riduzione precedente; le dimensioni devono quindi essere controllate dopo lo scarico, anziché essere dedotte dalla geometria dell’utensile.

La riduzione a freddo modifica inoltre la tessitura cristallografica e può produrre un comportamento meccanico direzionale. Ferrite e austenite non sviluppano tessiture o risposte alla deformazione identiche. Nelle formature severe, la deformazione locale delle fasi, il trasferimento dello scorrimento e i gradienti di tensione residua possono influire sull’innesco della fatica o sulla deformazione durante la successiva saldatura. Una ricottura intermedia può ridurre la deformazione accumulata, sebbene ogni ciclo termico aggiuntivo crei un’ulteriore possibilità di crescita dei grani o di trasformazione di fase. I sovrametalli di lavorazione, i raggi di piegatura e le sequenze di formatura devono essere stabiliti mediante prove qualificate per la specifica forma di prodotto.

Le consuete suddivisioni in gruppi di gradi aiutano a inquadrare il problema, ma non sostituiscono una specifica. Nel 2024, World Stainless ha classificato i gradi lean duplex con PREN 22–27, i gradi duplex standard con PREN 28–38, i gradi super duplex con PREN 39–45 e i gradi hyper duplex con PREN superiore a 45. PREN è una convenzione per indicizzare la resistenza alla corrosione, non una previsione completa della vaiolatura, della corrosione per interstizi, delle prestazioni delle saldature o della vita utile. Il grado 2205 è comunemente denominato duplex 22Cr, mentre 2507 e 4501 sono gradi superduplex 25Cr, secondo la classificazione della famiglia degli acciai inossidabili di Outokumpu del 2020. Sistemi di classificazione differenti possono collocare i gradi entro limiti diversi.

### Variabili di lavorazione meccanica e fabbricazione

La lavorazione meccanica dell’acciaio inossidabile duplex richiede attenzione all’incrudimento. Un utensile che sfrega, permane sul pezzo o esegue un taglio interrotto poco profondo può lasciare uno strato indurito, più difficile da rimuovere nella passata successiva. Un calore eccessivo può inoltre aumentare la deformazione e ridurre la vita utile dell’utensile. La risposta pratica non consiste nell’applicare velocità di taglio universali non supportate da dati, bensì nel mantenere un taglio stabile e sufficientemente impegnato, utilizzare sistemi di fissaggio rigidi, controllare il calore e selezionare utensili e condizioni del refrigerante mediante prove di lavorazione qualificate. Sono particolarmente importanti utensili affilati, un’adeguata evacuazione dei trucioli e l’evitare passate ripetute su una superficie incrudita.

La resistenza del materiale influisce sulle attrezzature per foratura, maschiatura, segatura e formatura. Il bloccaggio deve impedire le vibrazioni senza creare ammaccature locali o tensioni residue eccessive. La preparazione dei bordi deve evitare strati imbrattati e fortemente incruditi che potrebbero complicare la saldatura o l’esame superficiale. La contaminazione abrasiva proveniente da utensili in acciaio al carbonio può avviare macchie di ruggine o compromettere la superficie inossidabile prevista; sono pertanto necessari utensili dedicati e pratiche di officina controllate.

La saldatura influisce direttamente sull’equilibrio delle fasi. La zona fusa e la zona termicamente alterata subiscono cicli termici differenti, e la composizione chimica del metallo saldato può non coincidere con quella del metallo base. Un apporto termico eccessivo o una temperatura elevata tra le passate possono favorire regioni ricche di ferrite, l’ingrossamento dei grani o la precipitazione di fasi intermetalliche; un raffreddamento molto rapido può lasciare una quantità eccessiva di ferrite e ridurre la formazione di austenite. Sono importanti la scelta del metallo d’apporto, la protezione gassosa, il vincolo del giunto, il controllo della temperatura tra le passate e la pulizia post-saldatura. Una procedura di saldatura deve essere qualificata per il grado, lo spessore, la configurazione del giunto e l’ambiente di servizio.

I tubi duplex saldati per fusione elettrica con metallo d’apporto sono disciplinati dalla norma ASTM A928/A928M; ASTM International identifica UNS S32205 come corrispondente al grado duplex 2205 nelle specifiche di prodotto richiamate. Tale designazione, da sola, non dimostra che la microstruttura della saldatura sia accettabile. Il trattamento termico, il contenuto di ferrite, le prove di corrosione, le proprietà a trazione e i controlli non distruttivi restano soggetti ai requisiti applicabili di acquisto e di prodotto.

Metodi complementari utilizzati per valutare i prodotti e le saldature in acciaio inossidabile duplex.
| Metodo di ispezione | Cosa può rilevare |
|---|---|
| Metallografia | Morfologia delle fasi, equilibrio delle fasi e precipitati |
| Misurazione della ferrite | Frazione locale approssimativa di ferrite |
| Prova di durezza | Indicazioni di incrudimento o infragilimento |
| Prova d’urto | Tenacità all’intaglio dopo la lavorazione o l’invecchiamento |
| Prova di corrosione | Risposta alla corrosione localizzata in condizioni specificate |
| Esame radiografico o ultrasonico | Discontinuità interne e difetti di saldatura |

### Esame microstrutturale e controllo dell’accettazione

L’esame metallografico inizia con un campionamento rappresentativo. Una sezione viene inglobata, rettificata, lucidata e sottoposta ad attacco metallografico affinché le regioni ferritiche e austenitiche possano essere distinte. Dopo la laminazione, le strutture duplex mostrano comunemente ferrite e austenite allungate, bandate o lamellari, sebbene l’aspetto vari in funzione della ricottura, dell’orientamento della sezione e del reagente di attacco. Quando siano possibili segregazioni, effetti della saldatura o differenze di raffreddamento tra superficie e centro, l’esame dovrebbe comprendere le posizioni longitudinali, trasversali e attraverso lo spessore pertinenti.

La valutazione dell’equilibrio delle fasi può utilizzare l’analisi calibrata delle immagini, misurazioni con ferritscope, metodi magnetici o metallografia quantitativa. Ogni metodo presenta limitazioni. Le misurazioni magnetiche rispondono principalmente alla ferrite e possono essere influenzate dalla geometria, dalle condizioni superficiali, dalla calibrazione e dalla composizione locale; l’analisi delle immagini dipende dalla preparazione, dall’attacco metallografico, dalla selezione della soglia e dal campionamento. Una percentuale di ferrite riportata è significativa solo quando sono definiti il metodo, la posizione, l’ingrandimento e l’intervallo di accettazione.

L’ispezione deve inoltre ricercare la fase sigma, la fase chi, i nitruri di cromo, gli ossidi, i vuoti e altre discontinuità. Tali costituenti possono consumare cromo o molibdeno dalla matrice circostante, riducendo la resistenza critica alla vaiolatura e alla corrosione per interstizi anche quando l’analisi chimica globale soddisfa i requisiti del grado. Le prove meccaniche, le prove d’urto ove specificate, le prove di corrosione, i controlli di durezza, l’ispezione dimensionale e l’esame radiografico o ultrasonoro possono essere combinati con la metallografia. I componenti sensibili alla fatica richiedono particolare attenzione ai raccordi dei cordoni di saldatura, ai difetti superficiali, alle tensioni residue e agli squilibri locali delle fasi.

La norma ASTM A928/A928M riguarda i tubi in acciaio inossidabile duplex saldati per fusione elettrica e realizzati con metallo d’apporto. Strong evidence

ISO 17781 è il principale riferimento per il controllo qualità della microstruttura duplex nelle applicazioni petrolifere e del gas naturale. Il Comitato Tecnico ISO 67 afferma che essa specifica i metodi di prova per il controllo qualità della microstruttura degli acciai inossidabili ferritico/austenitici, o duplex. Non sostituisce il grado del materiale, la procedura di saldatura o i criteri di accettazione del progetto. Il suo valore consiste nel rendere più coerenti l’esame e la valutazione tra prodotti e fornitori. Nella fabbricazione duplex, un certificato della composizione chimica nominale rappresenta solo una parte del controllo; il componente finito deve inoltre dimostrare che la storia termica e i processi di lavorazione abbiano prodotto la struttura richiesta.

## Requisiti di prodotto e ASTM A928/A928M

L’acciaio inossidabile duplex non è una singola designazione di materiale. Descrive una famiglia di leghe di cromo–nichel–molibdeno–ferro la cui struttura prevista contiene frazioni volumiche approssimativamente uguali di ferrite e austenite. Nel suo quadro generale del 2024 sugli acciai inossidabili duplex, World Stainless/International Stainless Steel Forum ha indicato come proporzione comunemente ricercata circa il 50% di ferrite e il 50% di austenite. Tale proporzione dipende tuttavia dalla composizione chimica e dal processo produttivo. Azoto, nichel, cromo, molibdeno, temperatura di ricottura di solubilizzazione, cicli termici di saldatura e velocità di raffreddamento influenzano tutti il bilanciamento finale delle fasi.

ASTM A928/A928M riguarda una specifica forma di prodotto e un determinato processo di fabbricazione: tubi in acciaio inossidabile ferritico/austenitico, o duplex, realizzati mediante saldatura elettrica per fusione con aggiunta di metallo d’apporto. Non è quindi una specifica generale per ogni prodotto duplex. I tubi senza saldatura, i tubi saldati senza aggiunta di metallo d’apporto, le lamiere, i prodotti fucinati, i raccordi e le barre rientrano in altre specifiche di prodotto, ciascuna con la propria designazione, disposizioni relative al trattamento termico, prove e criteri di accettazione.

La distinzione è importante perché il nome di una qualità, da solo, non indica i requisiti completi di ispezione. UNS S32205 identifica una composizione di lega all’interno del sistema di numerazione unificato. “2205” è il nome di qualità ampiamente utilizzato per la stessa famiglia generale di acciai duplex, e ASTM A928/A928M cita UNS S32205 come corrispondente alla qualità duplex 2205 nelle specifiche di prodotto richiamate, come registrato da ASTM International nell’edizione del 2009. Un requisito di acquisto o di fabbricazione deve comunque identificare la norma di prodotto applicabile, la norma dimensionale, l’edizione, la procedura di saldatura, il trattamento termico, gli esami, la frequenza delle prove e i criteri di accettazione.

### Tubi duplex saldati elettricamente per fusione

Nella saldatura elettrica per fusione, il tubo viene formato a partire da nastro o lamiera e il giunto longitudinale viene unito mediante un processo di fusione. Il metallo d’apporto viene aggiunto al giunto, anziché fare affidamento esclusivamente sulla fusione dei bordi del metallo base. ASTM A928/A928M stabilisce i requisiti per questa categoria di tubi duplex, comprese le disposizioni relative alla qualità specificata, alle dimensioni, alle condizioni di fabbricazione, alla qualità della saldatura e alle prove. La designazione ASTM “A928/A928M” indica inoltre che la specifica è pubblicata sia nelle unità pollici-libbre sia nelle unità SI; il sistema di unità selezionato deve essere applicato coerentemente quando la norma riporta valori differenti.

La condizione ferrite–austenite del tubo non può essere dedotta dal solo contenuto nominale di cromo o nichel. Un deposito di metallo saldato può solidificare con una struttura ricca di ferrite e formare austenite durante il raffreddamento, mentre la zona termicamente alterata subisce una storia termica diversa. Un’eccessiva quantità di ferrite può ridurre la tenacità e compromettere la resistenza alla corrosione localizzata. Un’eccessiva quantità di austenite può ridurre la resistenza associata alla struttura duplex e può indicare una lega o un ciclo termico al di fuori dell’intervallo di controllo previsto.

Per questo motivo, la ricottura di solubilizzazione e il raffreddamento rapido costituiscono controlli fondamentali per molti prodotti tubolari duplex. Il trattamento dissolve le fasi intermetalliche indesiderate e ripristina una struttura bifasica idonea prima che il tubo venga sottoposto alle prove. Le procedure di saldatura devono controllare l’apporto termico, la temperatura tra le passate, la protezione gassosa, la qualità dello spurgo e la selezione del metallo d’apporto. Non si può semplicemente presumere che una procedura qualificata per un acciaio inossidabile austenitico produca una saldatura duplex accettabile.

La microstruttura sottoposta ad attacco metallografico appare comunemente costituita da regioni ferritiche e austenitiche allungate o lamellari, allineate con il materiale lavorato o con il modello di solidificazione associato alla saldatura. L’aspetto da solo non costituisce una prova sufficiente di conformità. L’esame metallografico, la misurazione della ferrite, le prove di corrosione, le prove meccaniche e i controlli non distruttivi rispondono a domande diverse e non sono intercambiabili.

### Metallo d’apporto e requisiti del prodotto

Il metallo d’apporto aggiunto deve essere compatibile con la qualità duplex specificata e con la procedura di saldatura. Il suo equilibrio tra cromo, nichel, molibdeno e azoto influisce sulla formazione delle fasi nel metallo saldato, sulla resistenza al pitting, sulla resistenza meccanica e sulla duttilità. Un metallo d’apporto selezionato esclusivamente sulla base della denominazione nominale della lega può risultare inadatto se la diluizione, il gas di protezione, l’apporto termico o il trattamento post-saldatura modificano la composizione o la struttura del deposito.

ASTM A928/A928M dovrebbe essere letta come una specifica di prodotto, non come un catalogo di consumabili per saldatura. Stabilisce i requisiti per tubi fabbricati mediante il processo indicato, mentre la procedura di saldatura e la classificazione del metallo d’apporto forniscono controlli aggiuntivi. Il requisito tecnico completo può includere l’analisi chimica, le proprietà a trazione, i limiti di durezza ove specificati, le prove idrostatiche o i controlli non distruttivi alternativi, l’esame visivo e dimensionale, l’esame della saldatura e la condizione di trattamento termico. I requisiti esatti dipendono dall’edizione e dalla qualità specificata; un’edizione precedente non deve essere considerata intercambiabile con una successiva.

Le qualità duplex sono spesso raggruppate in base al numero equivalente di resistenza al pitting, o PREN. La classificazione 2024 di World Stainless/International Stainless Steel Forum colloca le qualità lean duplex a PREN 22–27, le qualità duplex standard a PREN 28–38, le qualità super duplex a PREN 39–45 e le qualità hyper duplex oltre 45. PREN è una convenzione di indicizzazione basata principalmente su cromo, molibdeno e azoto. È utile per confrontare le famiglie di leghe, ma non costituisce una garanzia completa delle prestazioni. La temperatura critica di pitting, la resistenza alla corrosione interstiziale, le condizioni superficiali, la concentrazione di cloruri, la temperatura, la contaminazione durante la fabbricazione e la microstruttura della saldatura possono produrre risultati diversi per leghe con valori di PREN calcolati simili.

La qualità familiare 2205 è comunemente denominata duplex 22Cr. La descrizione del 2020 della famiglia degli acciai inossidabili di Outokumpu identifica le qualità 2507 e 4501 come qualità super duplex 25Cr. Tali denominazioni di famiglia contribuiscono a spiegare la composizione della lega, ma non sostituiscono una designazione UNS o la norma di prodotto. “Tubo 2205” rimane incompleto se il requisito non specifica quale composizione 2205, quale forma di prodotto, quale processo di fabbricazione, quali dimensioni, quali prove e quale norma di accettazione debbano applicarsi.

Il controllo qualità va oltre la percentuale di ferrite. ISO 17781, identificata dal Comitato Tecnico ISO 67 nel 2024, specifica i metodi di prova per il controllo qualità della microstruttura degli acciai inossidabili ferritici/austenitici utilizzati nelle industrie del petrolio e del gas naturale. La sua rilevanza è diretta: i componenti duplex possono contenere fase sigma, fase chi, nitruri di cromo o altri precipitati in seguito a un’esposizione termica inadeguata. Queste fasi possono ridurre la tenacità o impoverire di cromo e molibdeno le zone prossime ai bordi di grano, diminuendo la resistenza al pitting e alla corrosione interstiziale.

### UNS S32205 nelle specifiche richiamate

UNS S32205 è una designazione di lega, non una descrizione completa dell’ordine. Comunica l’identità chimica prevista di un acciaio inossidabile duplex comunemente associato al 2205, ma non specifica se l’articolo sia un tubo, una lamiera, un raccordo o un prodotto fucinato. Né specifica se il tubo sia saldato elettricamente per fusione, se sia stato aggiunto metallo d’apporto, quale trattamento termico sia stato applicato o quali esami siano obbligatori.

All’interno di ASTM A928/A928M, UNS S32205 è indicato in relazione alla qualità duplex 2205 nelle specifiche di prodotto richiamate. Tale relazione deve essere espressa con precisione: S32205 identifica la qualità del materiale, mentre A928/A928M disciplina lo specifico prodotto tubolare saldato elettricamente per fusione. Un richiamo normativo che combini entrambi gli elementi è quindi più informativo di ciascuno dei due termini considerato singolarmente.

La stessa disciplina si applica a designazioni quali lean duplex, duplex standard, super duplex e hyper duplex. Queste categorie indicano raggruppamenti approssimativi di leghe e intervalli di resistenza alla corrosione, non limiti identici in ogni sistema di classificazione. Gli strumenti di previsione delle fasi, compresi gli equivalenti di cromo e nichel e i diagrammi di fase computazionali, possono guidare il controllo della lega e della saldatura, ma l’accettazione finale si basa sulle prove e sui requisiti indicati dalla norma applicabile. ASTM A928/A928M, l’edizione specificata e qualsiasi norma di controllo qualità richiamata devono essere lette congiuntamente.

## Applicazioni in base all’ambiente e al meccanismo di cedimento

La selezione degli acciai inossidabili duplex inizia dall’ambiente e dal meccanismo di cedimento, non dalla sola parola “duplex”. Le domande pertinenti sono se a governare la progettazione siano la vaiolatura da cloruri, la corrosione interstiziale, la criccatura sotto tensione da solfuri, l’erosione, la fatica, il deterioramento delle saldature o l’infragilimento termico. Un grado che offre buone prestazioni in una corrente di processo disaerata può risultare inadatto in un interstizio caldo, ossigenato e contenente cloruri. Analogamente, un PREN elevato non elimina la necessità di controllare l’equilibrio ferrite–austenite, lo stato superficiale, la procedura di saldatura e il trattamento termico.

Le due fasi vengono normalmente portate a circa il 50% di ferrite e il 50% di austenite, come riportato da World Stainless e dall’International Stainless Steel Forum nel 2024. Tale equilibrio combina la resistenza meccanica e la resistenza alla criccatura da cloruri associate agli acciai inossidabili ferritici con la tenacità e il comportamento alla corrosione generale associati agli acciai inossidabili austenitici. Non è determinato dalla sola designazione nominale del grado. La composizione della lega, la ricottura di solubilizzazione, la velocità di raffreddamento, lo spessore della lamiera, la formatura e la saldatura possono modificare le proporzioni delle fasi o favorire la formazione di precipitati dannosi, quali fase sigma, fase chi, nitruri di cromo e austenite secondaria.

Il PREN è utile per ordinare le famiglie di leghe in base alla resistenza alla vaiolatura, ma rappresenta una convenzione di indicizzazione e non una garanzia completa delle prestazioni in esercizio. La classificazione World Stainless del 2024 colloca i gradi lean duplex nell’intervallo PREN 22–27, i gradi duplex standard nell’intervallo PREN 28–38, i gradi superduplex nell’intervallo PREN 39–45 e i gradi hyperduplex al di sopra di PREN 45. I diversi sistemi di classificazione non utilizzano sempre limiti identici. Il grado 2205 è comunemente denominato duplex 22Cr; i gradi 2507 e 4501 sono gradi superduplex 25Cr, secondo la panoramica sulle famiglie degli acciai inossidabili pubblicata da Outokumpu nel 2020.

### Servizi per l’industria petrolifera, del gas e petrolchimica

Le apparecchiature per il petrolio e il gas naturale espongono gli acciai inossidabili a combinazioni più gravose di quelle di una semplice prova in acqua di mare: nello stesso sistema possono essere presenti cloruri, anidride carbonica, idrogeno solforato, ossigeno disciolto, acidi organici, alta pressione, temperatura elevata e bagnatura intermittente. Di conseguenza, i gradi duplex vengono impiegati in linee di flusso, separatori, tubazioni, valvole, componenti di scambiatori di calore, componenti per ombelicali, scrubber e apparecchiature di processo, dove è necessario considerare congiuntamente la resistenza meccanica, la resistenza ai cloruri e la resistenza alla criccatura correlata ai solfuri.

Le leghe lean duplex possono ridurre il contenuto di nichel e molibdeno mantenendo una struttura bifasica, ma il loro intervallo PREN più basso non le rende intercambiabili con i gradi duplex standard. Possono essere adatte a correnti di processo meno aggressive, tubazioni strutturali o apparecchiature in cui la concentrazione di cloruri e la temperatura siano controllate. Il duplex standard, in particolare il materiale 22Cr come UNS S32205, viene spesso valutato per tubazioni generali di processo e componenti contenenti pressione. ASTM A928/A928M identifica UNS S32205 come corrispondente al grado duplex 2205 nelle specifiche di prodotto di riferimento e riguarda tubi duplex saldati per fusione elettrica con metallo d’apporto. Il metallo d’apporto è importante: un deposito di saldatura selezionato in modo errato o diluito può determinare un equilibrio sfavorevole delle fasi o ridurre la resistenza locale alla corrosione.

I gradi superduplex, come 2507 e 4501, vengono presi in considerazione quando l’esposizione a cloruri caldi, il servizio in ambiente contenente H2S o elevati carichi meccanici richiedono un margine maggiore contro la vaiolatura, la corrosione interstiziale e la criccatura da corrosione sotto tensione. I gradi hyperduplex spingono ulteriormente il livello di lega, generalmente attraverso tenori più elevati di cromo, molibdeno e azoto, ma tale incremento restringe anche il margine di controllo della fabbricazione. Una maggiore quantità di elementi di lega non sostituisce una procedura qualificata di saldatura e trattamento termico.

Il controllo qualità nel settore petrolifero e del gas naturale presenta una specifica dimensione microstrutturale. La norma ISO 17781, pubblicata tramite il Comitato Tecnico ISO 67, definisce i metodi di prova per il controllo qualità della microstruttura degli acciai inossidabili ferritici/austenitici, o duplex, impiegati nelle industrie petrolifera e del gas naturale. Essa riguarda l’esame dell’equilibrio tra le fasi e delle fasi intermetalliche dannose, anziché considerare il nome del prodotto come prova della sua idoneità. Questa distinzione è importante dopo la saldatura, la saldatura di riparazione, la ricottura di solubilizzazione o l’esposizione a un intervallo di temperatura nel quale possono formarsi la fase sigma o la fase chi.

L’idrogeno solforato introduce un ulteriore percorso di cedimento. Zone dure e fragili, ferrite eccessiva, impoverimento locale di cromo e difetti di saldatura possono aumentare la suscettibilità alla criccatura sotto tensione da solfuri o alla criccatura assistita dall’idrogeno. La revisione progettuale combina pertanto la qualificazione del materiale con il controllo della durezza, i requisiti per il servizio in ambienti contenenti H2S, la qualificazione della procedura di saldatura, i controlli non distruttivi e l’ispezione delle zone termicamente alterate. La fatica rimane un problema distinto. La resistenza del duplex non elimina il danneggiamento a fatica dovuto a cicli di pressione, vibrazioni, raccordi di saldatura o vaiolature da corrosione; la finitura superficiale e la geometria della saldatura possono controllare la durata più del PREN nominale.

### Applicazioni marine, nella dissalazione e in ambienti contenenti cloruri

L’acqua di mare e le salamoie pongono la vaiolatura e la corrosione interstiziale al centro della selezione dei materiali. Gli ioni cloruro si concentrano sotto guarnizioni, depositi, morsetti, superfici di flange e pellicole liquide stagnanti. La temperatura, il contenuto di ossigeno, la velocità di flusso, i depositi e l’accoppiamento catodico con altre leghe possono modificare sostanzialmente le condizioni elettrochimiche locali. Il confronto dei valori PREN aiuta a effettuare una prima selezione dei gradi candidati, ma non può prevedere ogni geometria di interstizio né tenere pienamente conto delle condizioni della saldatura e della contaminazione superficiale.

I gradi lean duplex possono essere appropriati quando la concentrazione di cloruri, la temperatura e il ristagno sono limitati, ad esempio in alcuni serbatoi, elementi strutturali e sistemi ausiliari. I gradi duplex standard sono utilizzati in numerose strutture marine, tubazioni per acqua di mare, sistemi di acqua di raffreddamento e apparecchiature per la dissalazione, ma la progettazione deve distinguere tra acqua a flusso continuo e salamoia stagnante. I gradi superduplex e hyperduplex possono essere selezionati per impieghi gravosi con acqua di mare, componenti di osmosi inversa ad alta pressione, parti di pompe e valvole o correnti con cloruri concentrati. Non esiste una corrispondenza universale tra grado e applicazione: lo stesso sistema ad acqua di mare può richiedere leghe diverse per un interstizio aerato, uno spool saldato, un confine in pressione e un componente rotante.

Gli impianti di dissalazione impongono inoltre erosione, abrasione e cicli termici. Velocità elevate possono rimuovere le pellicole protettive, mentre i solidi sospesi danneggiano le superfici ed espongono metallo fresco. L’ossidazione della saldatura, la colorazione termica e la contaminazione da ferro possono creare siti di innesco anche quando la lega di base presenta tenori elevati di cromo e molibdeno. Il decapaggio, la pulizia meccanica, il risciacquo e il controllo della protezione della saldatura fanno quindi parte della prevenzione della corrosione, non della sola finitura estetica.

L’austenite è importante per la tenacità e la duttilità a bassa temperatura, mentre la ferrite contribuisce alla resistenza meccanica e alla resistenza alla criccatura indotta dai cloruri. Una quantità eccessiva di ferrite può ridurre la tenacità e la resistenza alla corrosione; una quantità eccessiva di austenite può ridurre la resistenza meccanica e modificare la distribuzione dell’azoto. Un raffreddamento troppo lento attraverso temperature intermedie favorisce la precipitazione di fase sigma e fase chi. Dopo alcune operazioni di fabbricazione, invece, un raffreddamento troppo rapido può lasciare una quantità eccessiva di ferrite o difetti correlati all’azoto. Il trattamento termico di solubilizzazione e il raffreddamento rapido devono essere adeguati allo spessore della sezione e alla composizione del grado.

### Applicazioni strutturali, di processo ed energetiche

Nelle applicazioni strutturali, l’acciaio duplex viene selezionato quando, contemporaneamente, sono importanti la riduzione dello spessore della sezione, l’elevato carico di snervamento, l’esposizione alla corrosione o i requisiti di ispezione durante il ciclo di vita. Ponti, strutture di supporto offshore, serbatoi di stoccaggio, elementi architettonici e dispositivi di fissaggio possono beneficiare della combinazione ferritico–austenitica, ma il calcolo ingegneristico rimane governato da instabilità, progettazione dei collegamenti, fatica delle saldature, esposizione al fuoco e dilatazione termica differenziale. Un carico di snervamento maggiore non consente automaticamente di realizzare strutture più sottili quando a governare sono la fatica o l’instabilità locale.

Le apparecchiature di processo e per l’energia aggiungono vincoli termici e meccanici. I gradi duplex sono presenti in scambiatori di calore, recipienti a pressione, apparecchiature per gas di combustione, impianti a biomassa, componenti idroelettrici, condensatori e sistemi ausiliari nucleari o alimentati da combustibili fossili. L’intervallo operativo deve escludere temperature che durante l’esercizio provochino infragilimento o precipitazione. Cicli termici ripetuti possono combinarsi con le tensioni residue di saldatura e le fluttuazioni di pressione, producendo cricche di fatica in corrispondenza di bocchelli, supporti e saldature degli attacchi.

La storia di fabbricazione è spesso la variabile decisiva. La formatura a freddo aumenta la resistenza meccanica, ma può modificare le tensioni residue; la formatura a caldo e il riscaldamento per riparazioni possono alterare l’equilibrio delle fasi; la saldatura modifica il rapporto ferrite–austenite nel metallo saldato e nella zona termicamente alterata. I diagrammi di previsione delle fasi e i calcoli termodinamici aiutano a definire la composizione della lega e gli obiettivi di raffreddamento, mentre la metallografia e le prove di corrosione verificano il risultato. I requisiti ASTM per i prodotti definiscono la composizione, le dimensioni e le prove meccaniche per forme specifiche, ma le specifiche di progetto possono aggiungere limiti relativi alla ferrite, esami delle fasi intermetalliche, prove d’urto, qualificazione delle saldature o prove di corrosione.

La regola pratica è diretta: selezionare la famiglia in funzione del meccanismo di cedimento determinante, quindi qualificare il prodotto effettivo e il relativo processo di fabbricazione. I gradi lean, standard, superduplex e hyperduplex occupano intervalli diversi di composizione e PREN, ma nessuno rappresenta una soluzione universale per la corrosione da cloruri, la fatica, il servizio in ambienti contenenti H2S o l’esercizio a temperature elevate. Il controllo delle fasi fa parte della specifica del materiale, non è un aspetto da considerare a posteriori.

## Come selezionare e specificare un acciaio inossidabile duplex

### Definire l’ambiente e le conseguenze del cedimento

La selezione inizia dall’ambiente di esercizio, non dalla semplice presenza della parola “duplex” nella distinta dei materiali. Registrare la temperatura e i cicli termici, la concentrazione di cloruri, l’acidità, le specie ossidanti, l’ossigeno disciolto, la pressione, la velocità di flusso, i solidi e l’esposizione all’acqua di mare o ai prodotti chimici di processo. Occorre inoltre identificare se il componente sarà soggetto a sollecitazioni di trazione, sollecitazioni termiche, carichi ciclici, vibrazioni, erosione o condizioni di interstizio sotto depositi, guarnizioni, fascette e attacchi saldati.

Questi dati determinano quali meccanismi di degrado devono essere oggetto di qualificazione. L’acqua contenente cloruri può causare vaiolatura e corrosione interstiziale; soluzioni acide e riducenti possono provocare corrosione generalizzata o danni associati ai solfuri; gli acidi ossidanti possono modificare la risposta alla corrosione in una direzione diversa. Gli ambienti contenenti idrogeno richiedono una valutazione distinta della criccatura ambientale. Un recipiente a pressione, un collettore sottomarino, un tubo di scambiatore di calore, il corpo di una pompa e un corrimano architettonico non comportano le stesse conseguenze in caso di cedimento, anche quando il loro ambiente nominale di corrosione appare simile.

Stabilire la categoria delle conseguenze prima di scegliere il grado. Una perdita da una linea di servizio a bassa pressione può comportare un arresto dell’impianto e operazioni di pulizia, mentre la perdita di contenimento in un sistema di idrocarburi ad alta pressione o per servizio sour può creare pericoli immediati per la sicurezza. La specifica dovrebbe pertanto indicare i tassi di corrosione ammissibili, gli intervalli di ispezione, le ipotesi di perdita prima della rottura, ove applicabili, la vita di progetto a fatica e se la corrosione localizzata sia accettabile in assoluto. “Resistente alla corrosione” non è un criterio di accettazione misurabile.

Gli acciai inossidabili duplex sono leghe di cromo–nichel–molibdeno–ferro progettate per ottenere frazioni volumetriche approssimativamente uguali di ferrite e austenite. World Stainless e l’International Stainless Steel Forum hanno riportato nel 2024 circa il 50% di ferrite e il 50% di austenite. Questa struttura combina il maggiore carico di snervamento e la resistenza alla tensocorrosione da cloruri tipici degli acciai inossidabili ferritici con gran parte della tenacità e del comportamento alla corrosione associati agli acciai inossidabili austenitici. L’equilibrio non è garantito dalla sola designazione del grado. La composizione chimica, lo spessore della lamiera o del tubo, la ricottura di solubilizzazione, l’apporto termico di saldatura, la temperatura tra le passate e la velocità di raffreddamento possono modificarlo.

Il PREN fornisce un confronto iniziale della resistenza alla corrosione localizzata. Un’espressione comunemente utilizzata è PREN = %Cr + 3,3(%Mo) + 16(%N), sebbene le equazioni pubblicate e le interpretazioni specifiche per le diverse leghe possano variare. La classificazione 2024 di World Stainless colloca i gradi lean duplex nell’intervallo PREN 22–27, i gradi duplex standard nell’intervallo PREN 28–38, i gradi super duplex nell’intervallo PREN 39–45 e i gradi hyper duplex al di sopra di 45. Si tratta di convenzioni di indicizzazione, non di garanzie complete delle prestazioni. Il PREN non tiene pienamente conto delle condizioni superficiali, delle inclusioni, delle zone saldate, degli interstizi, della temperatura, del pH, dell’attività degli ioni cloruro o dei difetti di fabbricazione.

### Abbinare il grado, la forma del prodotto e il processo di fabbricazione

Utilizzare la classificazione dell’ambiente per stabilire una famiglia di gradi, quindi verificare che il grado selezionato sia ammesso per la forma del prodotto e per il codice applicabile al servizio. I gradi duplex ordinari e lean duplex sono generalmente destinati ad ambienti con cloruri meno severi o a situazioni in cui siano accettabili contenuti ridotti di nichel e molibdeno. I gradi duplex standard comprendono la famiglia 22Cr, ampiamente specificata. Il grado 2205 è comunemente denominato duplex 22Cr; ASTM A928/A928M identifica UNS S32205 come corrispondente al grado duplex 2205 nel contesto del prodotto di riferimento. I gradi super duplex comprendono comunemente leghe 25Cr, come 2507 e 4501. Le leghe hyper duplex estendono ulteriormente la progettazione in termini di cromo, molibdeno e azoto, ma i relativi requisiti di qualificazione restano specifici dell’applicazione. I limiti di classificazione non sono identici in tutti i sistemi tecnici; pertanto, la terminologia deve essere disciplinata dalla norma applicabile.

Non trasferire direttamente una specifica per lamiera a un tubo saldato, a un prodotto fucinato, a un getto, a una barra o a un tubo senza verificare il documento pertinente. La forma del prodotto modifica lo spessore della sezione, le condizioni superficiali, la risposta al trattamento termico, le tolleranze dimensionali e il numero e il tipo di prove richieste. Per tubi duplex saldati per fusione elettrica con metallo d’apporto, specificare ASTM A928/A928M e indicare UNS S32205 quando sia richiesto tale grado; il documento di acquisto o di fabbricazione dovrebbe inoltre indicare la classificazione del metallo d’apporto, il trattamento di solubilizzazione, l’esame non distruttivo, le prove idrostatiche o di tenuta e i criteri di accettazione.

Il processo di fabbricazione merita la stessa attenzione. Gli acciai inossidabili duplex vengono normalmente sottoposti a ricottura di solubilizzazione e raffreddati rapidamente per conservare la struttura ferrite–austenite prevista. Tempi eccessivi negli intervalli di temperatura intermedi possono formare fase sigma, fase chi, nitruri di cromo o altri precipitati. Le fasi sigma e chi consumano cromo e molibdeno dalla matrice circostante e possono ridurre drasticamente la tenacità e la resistenza alla corrosione localizzata. La formazione di nitruri è particolarmente rilevante nelle regioni ricche di ferrite e nelle zone termicamente alterate.

La procedura di saldatura deve controllare l’apporto termico, l’energia d’arco, la temperatura tra le passate, la protezione gassosa, la qualità del gas di purga, la preparazione del giunto e la selezione del metallo d’apporto. Un raffreddamento troppo rapido può lasciare una quantità eccessiva di ferrite e ridurre la formazione di austenite; un raffreddamento troppo lento o esposizioni termiche ripetute possono favorire precipitazioni dannose. La qualifica della procedura di saldatura dovrebbe pertanto rappresentare lo spessore di produzione, la configurazione del giunto, il processo di saldatura, la posizione, il consumabile, il gas di protezione e la pratica di riparazione. Il trattamento termico post-saldatura non è un rimedio universale: il trattamento di solubilizzazione specificato, l’intervallo di temperatura, il tempo di mantenimento e la tempra devono essere adeguati alla lega e alla geometria del componente, e alcuni assiemi fabbricati non possono essere trattati senza provocare distorsioni o danni dimensionali.

Anche la specifica meccanica dipende dall’applicazione. I gradi duplex presentano spesso un carico di snervamento superiore rispetto ai comuni gradi austenitici, consentendo di ridurre lo spessore della sezione in alcuni progetti, ma la resistenza varia in funzione della forma del prodotto e della direzione di prova. La tenacità può diminuire se la ferrite è eccessiva o se si formano fasi intermetalliche. Le prestazioni a fatica dipendono fortemente dalla geometria della saldatura, dalla finitura superficiale, dalle tensioni residue, dalla tensione media, dall’esposizione alla corrosione e dalla qualità delle ispezioni. Un risultato di fatica ottenuto su metallo base liscio non può qualificare un bocchello o un attacco nello stato come saldato.

### Verificare l’equilibrio delle fasi, le prove di corrosione e le norme

La specifica finale dovrebbe richiedere evidenze, anziché dedurre la microstruttura dalla composizione chimica. Gli strumenti di previsione delle fasi, i diagrammi di tipo Schaeffler o DeLong, i calcoli termodinamici e i modelli di saldatura specifici per la lega possono aiutare ad anticipare il contenuto di ferrite, ma non sostituiscono la misurazione. Il materiale duplex attaccato metallograficamente mostra comunemente regioni ferritiche e austenitiche allungate e lamellari. Quantificare le frazioni di fase mediante un metodo metallografico o di analisi delle immagini concordato, definire la posizione di misurazione e indicare l’intervallo ammesso. Il campionamento dovrebbe comprendere il metallo base, il metallo di saldatura ove pertinente e le zone termicamente alterate.

ISO 17781 è un riferimento per il controllo qualità delle prove sulla microstruttura degli acciai inossidabili ferritici/austenitici, o duplex, utilizzati nei settori del petrolio e del gas naturale. Il suo impiego dovrebbe essere inserito nel piano di ispezione quando sia richiamato dalla norma di settore o del progetto. Il piano dovrebbe identificare l’orientamento dei provini, le pratiche di lucidatura e attacco metallografico, l’ingrandimento, il metodo di misurazione delle fasi e il trattamento delle fasi intermetalliche o dei nitruri.

La qualificazione alla corrosione deve corrispondere alla composizione chimica del servizio. Possono essere pertinenti le prove della temperatura critica di vaiolatura, della temperatura critica di corrosione interstiziale, di screening in cloruro ferrico, di polarizzazione potenziodinamica ciclica o di immersione, ma ciascuna prova risponde a una domanda diversa. Un valore elevato di PREN non sostituisce una prova condotta nelle effettive condizioni di cloruri, temperatura, acidità e stato superficiale previste durante il servizio. I campioni saldati dovrebbero essere sottoposti a prova quando le saldature determinano il rischio.

Infine, collegare ogni requisito a un documento di riferimento vincolante: la specifica del prodotto, il codice di progettazione, la norma di qualificazione della saldatura, la procedura di esame non distruttivo, il rapporto di trattamento termico e la norma di accettazione. Fonti quali ASM International, Outokumpu, ASTM International, il Comitato Tecnico ISO 67, World Stainless/International Stainless Steel Forum e la letteratura sottoposta a revisione paritaria disponibile su ScienceDirect forniscono un utile contesto tecnico, ma sono la norma contrattuale e il codice specifico del servizio a determinare l’accettazione. La scelta del grado nominale è soltanto la decisione iniziale. La composizione chimica, la forma del prodotto, la storia di fabbricazione, l’equilibrio delle fasi, i dati sulla corrosione, le proprietà meccaniche, la progettazione a fatica e i documenti di ispezione stabiliscono nel loro insieme se il componente duplex sia qualificato per il servizio effettivo a cui è destinato.

## Interpretazioni comuni errate e limiti tecnici

### Perché il rapporto 50:50 è un obiettivo progettuale, non una costante microscopica universale

“Duplex” descrive una microstruttura ferritico–austenitica, non garantisce che ogni punto di un componente contenga esattamente quantità uguali di entrambe le fasi. Le leghe cromo–nichel–molibdeno–ferro appartenenti a questa famiglia sono sviluppate per produrre circa il 50% di ferrite e il 50% di austenite dopo il ciclo di lavorazione specificato. World Stainless e l’International Stainless Steel Forum hanno riportato questo equilibrio approssimativo nel 2024, ma il valore è un obiettivo progettuale riferito alla condizione rilevante del prodotto, non una costante microscopica.

La distinzione è importante perché l’equilibrio tra le fasi varia in funzione della composizione chimica e della storia termica. Cromo, molibdeno, silicio e azoto generalmente favoriscono la ferrite o ne modificano la stabilità, mentre nichel, carbonio, manganese e azoto influenzano la formazione dell’austenite in modi diversi a seconda della composizione e della temperatura. La solidificazione può produrre inizialmente una matrice ferritica; l’austenite si forma poi durante il raffreddamento mediante trasformazione ai bordi della ferrite e all’interno delle regioni ferritiche. Il risultato finale dipende dallo spessore della sezione, dalla temperatura di ricottura in soluzione, dal tempo di mantenimento e dalla velocità di raffreddamento.

Una sezione trasversale lucidata e attaccata metallograficamente mostra comunemente regioni ferritiche e austenitiche allungate o lamellari. Tale immagine non dimostra che l’intero componente abbia un rapporto 1:1. Il metallo di saldatura, la zona termicamente alterata, una superficie forgiata e il centro di una piastra spessa possono presentare frazioni locali differenti. Un raffreddamento rapido può lasciare un eccesso di ferrite perché non vi è tempo sufficiente per la formazione dell’austenite. Un’esposizione lenta o non idonea in un intervallo di temperatura intermedio può favorire la formazione di austenite secondaria, fase sigma, fase chi, nitruri di cromo o altri precipitati. Queste fasi possono consumare cromo e molibdeno dalle regioni adiacenti, riducendo la resistenza locale alla corrosione anche quando la percentuale complessiva delle fasi appare accettabile.

Gli strumenti di previsione delle fasi, compresi i diagrammi di tipo Schaeffler, Delong e WRC, possono stimare il comportamento di solidificazione del metallo di saldatura a partire dalla composizione. Anche i calcoli termodinamici possono prevedere i campi di fase all’equilibrio o metastabili. Nessuno dei due approcci sostituisce la metallografia e la qualificazione del processo. La domanda rilevante non è semplicemente se una composizione chimica nominale sia definita duplex, ma se il prodotto finito presenti un equilibrio ferrite–austenite accettabile, privo di precipitati dannosi, nelle posizioni e negli orientamenti che contano.

L’equilibrio obiettivo non implica inoltre un comportamento meccanico identico in ogni direzione. La ferrite contribuisce a una maggiore resistenza allo snervamento e alla resistenza alla tensocorrosione da cloruri, mentre l’austenite contribuisce alla duttilità, alla tenacità e alla resistenza alla corrosione associata all’azoto. La loro distribuzione, continuità, morfologia dei grani e condizioni delle interfacce influenzano le proprietà a trazione, la tenacità all’urto, la propagazione delle cricche di fatica e le prestazioni della saldatura. Un componente può soddisfare un requisito nominale relativo alla frazione delle fasi e tuttavia non superare una prova di tenacità o di corrosione se l’esposizione termica ha prodotto una composizione chimica locale o precipitati non idonei.

### Perché il PREN non costituisce un modello completo della corrosione

Il numero equivalente di resistenza alla vaiolatura, o PREN, è un indice utile per il confronto tra leghe, basato principalmente su cromo, molibdeno e azoto. A seconda della formula, può essere incluso anche il tungsteno. La classificazione duplex comunemente adottata colloca i gradi lean duplex a PREN 22–27, i gradi duplex standard a 28–38, i gradi super duplex a 39–45 e i gradi hyper duplex oltre 45, secondo i dati del 2024 di World Stainless/International Stainless Steel Forum. Questi intervalli aiutano a distinguere i raggruppamenti ordinari, lean, standard, superduplex e hyperduplex, ma i limiti di classificazione non sono identici in ogni sistema.

Il PREN non è un’equazione per la vita utile. Non prevede completamente la temperatura critica di vaiolatura, la temperatura critica di corrosione in fessura, l’attacco localizzato sotto depositi o il comportamento in una zona termicamente alterata dalla saldatura. Finitura superficiale, inclusioni, morfologia dei solfuri, tensioni residue, concentrazione di cloruri, acidità, temperatura, specie ossidanti, condizioni di flusso, geometria delle fessure e accoppiamento galvanico influenzano tutti un eventuale cedimento reale. Due colate con PREN calcolati simili possono mostrare risultati diversi nelle prove di vaiolatura perché differiscono per inclusioni, trattamenti termici e condizioni superficiali.

L’equilibrio tra le fasi introduce un’ulteriore limitazione. Una lega duplex può avere un PREN complessivo favorevole mentre una fase, un confine di fase o una regione impoverita di cromo presenta una resistenza locale inferiore. La fase sigma è particolarmente dannosa perché sottrae cromo e molibdeno alla matrice circostante e può ridurre drasticamente la tenacità. La precipitazione di nitruri nella ferrite può produrre un effetto locale analogo. La saldatura richiede pertanto un apporto termico, una temperatura tra le passate, una protezione, un materiale d’apporto e condizioni di raffreddamento controllati; la designazione di un metallo base resistente alla corrosione non conferisce automaticamente la stessa resistenza a ogni saldatura.

Il PREN dice inoltre poco sul cedimento meccanico. Non può prevedere la resistenza allo snervamento, la tenacità all’urto a una determinata temperatura, la resistenza a fatica, la criccatura assistita dall’idrogeno o la deformazione sotto carico ciclico. Né un PREN più elevato garantisce l’immunità in un ambiente al di fuori dei limiti qualificati della lega. Possono essere necessarie prove critiche di vaiolatura e di corrosione in fessura, prove di corrosione dei giunti saldati, prove di trazione e d’urto, esame metallografico e qualificazione specifica per il servizio. ASM International, Outokumpu, le pubblicazioni tecniche Wiley e le riviste sottoposte a revisione paritaria indicizzate tramite ScienceDirect considerano il PREN una convenzione di indicizzazione, non un modello completo della corrosione.

### Perché le denominazioni dei gradi non sostituiscono le norme

Una designazione familiare condensa alcune informazioni, ma non costituisce l’intera specifica. “2205” è comunemente utilizzato per indicare un acciaio inossidabile duplex al 22% di Cr, mentre 2507 e 4501 sono comunemente identificati come gradi super duplex al 25% di Cr, come riassunto da Outokumpu nel 2020. Tali denominazioni, da sole, non stabiliscono la forma del prodotto, i limiti della composizione chimica, la condizione di ricottura in soluzione, le dimensioni, i requisiti meccanici, i controlli non distruttivi, la procedura di saldatura o i criteri di accettazione.

La distinzione è evidente nella norma ASTM A928/A928M, che riguarda i tubi in acciaio inossidabile duplex saldati per fusione elettrica con metallo d’apporto. In questo contesto di prodotto, UNS S32205 corrisponde al grado duplex 2205 nella specifica di riferimento, come indicato da ASTM International. Una piastra, un tubo senza saldatura, un tubo saldato, un prodotto forgiato, un getto o un componente in pressione fabbricato possono essere disciplinati da norme diverse anche quando la lega viene informalmente descritta come 2205. La designazione non può sostituire il requisito applicabile ASTM, ASME, EN, ISO o del committente.

Il controllo qualità deve inoltre tenere conto del ciclo di fabbricazione. Un certificato che riporti la composizione chimica non dimostra il corretto equilibrio tra le fasi dopo la saldatura. L’ispezione può richiedere la misurazione della ferrite, l’esame metallografico, prove di trazione, prove d’urto, prove di corrosione, radiografia, esame ultrasonoro o la verifica del trattamento termico. La norma ISO 17781, identificata dal Comitato Tecnico ISO 67 nel 2024, specifica i metodi di prova per il controllo qualità della microstruttura degli acciai inossidabili duplex utilizzati nell’industria del petrolio e del gas naturale. La sua esistenza illustra il punto centrale: la microstruttura richiede un metodo definito e un requisito di accettazione.

I principi a livello di famiglia sono trasferibili: gli acciai duplex dipendono dal controllo dell’equilibrio ferrite–austenite, dall’azoto e dalla composizione della lega, dalla storia termica, dalle pratiche di saldatura e dalla resistenza alla formazione di precipitati. I dati specifici del grado non sono trasferibili per semplice supposizione. Per un componente destinato al trattamento chimico, alla desalinizzazione, all’impiego offshore, al contenimento in pressione o alla produzione di petrolio e gas, occorre consultare la norma di prodotto applicabile, la designazione del materiale ASTM o ISO, la qualificazione della saldatura e del trattamento termico, il piano di ispezione e i requisiti di corrosione specifici per il servizio. Una denominazione di grado identifica un punto di partenza; i documenti applicabili definiscono ciò che è stato effettivamente prodotto e quali evidenze ne supportano l’impiego.

## Riferimenti

1. \[1\] Outokumpu. [Stainless steel families and grades](https://www.outokumpu.com/). Outokumpu technical reference, 2020. [](/it/wiki/famiglie-di-acciai/acciai-inossidabili-duplex-microstruttura-gradi-e-applicazioni#wiki-cite-ref-1) https://www.outokumpu.com/
2. \[2\] World Stainless, International Stainless Steel Forum. [Duplex stainless steel: grades, properties and applications](https://www.worldstainless.org/). World Stainless technical overview, 2024. [](/it/wiki/famiglie-di-acciai/acciai-inossidabili-duplex-microstruttura-gradi-e-applicazioni#wiki-cite-ref-2) https://www.worldstainless.org/
3. \[3\] ISO Technical Committee 67. [Petroleum and natural gas industries — Test methods for quality control of microstructure of ferritic/austenitic stainless steels](https://www.iso.org/standard/). ISO 17781, 2024. [](/it/wiki/famiglie-di-acciai/acciai-inossidabili-duplex-microstruttura-gradi-e-applicazioni#wiki-cite-ref-3) https://www.iso.org/standard/

 **Acciaio inossidabile duplex in sintesi**

Frazione tipica di ferrite

Circa il 50%

Frazione tipica di austenite

Circa il 50%

Grado duplex standard comune

2205

Designazione UNS

S32205

Esempi di superduplex

2507 e 4501

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