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Confronto tra resistenza alla corrosione e idoneità all'ambiente marino dell'acciaio inossidabile 17-4PH e 15-5PH

30 ottobre 2025

Differenze fondamentali nella resistenza alla corrosione

Sia 17-4PH che 15-5PH sono acciai inossidabili martensitici indurenti per precipitazione, che raggiungono un equilibrio tra elevata robustezza e resistenza alla corrosione attraverso la combinazione di elementi come cromo (Cr), nichel (Ni) e rame (Cu). Le principali differenze risiedono nelle proporzioni della loro composizione chimica e della loro microstruttura, che a loro volta influiscono sulla loro resistenza alla corrosione:

Contenuto di cromo e stabilità del film di passivazione

Il contenuto di cromo del 17-4PH è tipicamente pari al 15%-17,5% (tipicamente intorno al 16%), mentre il contenuto di cromo del 15-5PH è leggermente inferiore (14%-15,5%, tipico intorno al 15%). Il cromo è un elemento chiave nella formazione di un denso ossido di cromo (Cr₂O₃) film di passivazione in acciaio inossidabile, che blocca efficacemente la reazione tra acqua, ossigeno e metallo base. Un contenuto di cromo più elevato significa che 17-4PH ha maggiori probabilità di mantenere uno strato di passivazione stabile in ambienti statici, conferendogli un leggero vantaggio nella resistenza alla corrosione in ambienti atmosferici generali, acqua dolce o mezzi debolmente acidi/alcalini.

Effetti sinergici di nichel e rame

Il contenuto di nichel del 15-5PH (3%-5%, tipicamente 4%) è significativamente superiore a quello del 17-4PH (3%-5%, tipicamente circa 3%), mentre il contenuto di rame del 17-4PH (3%-5%, tipicamente 4%) è generalmente superiore a quello del 15-5PH (1%-2%). Il nichel migliora la stabilità della fase austenitica e migliora la duttilità del film di passivazione, mentre il rame fa precipitare una fase ricca di rame ( e -Cu) durante l'indurimento per precipitazione, che rinforza il materiale ma può ridurre leggermente la resistenza alla corrosione per vaiolatura a causa delle differenze di potenziale locale che agiscono come anodo delle microcelle. Tuttavia, il 15-5PH compensa parzialmente questo rischio con il suo contenuto di nichel più elevato, con conseguente migliore resistenza alla corrosione per vaiolatura equivalente (stima del valore PREN) in ambienti con ioni cloruro.

Uniformità della microstruttura

Dopo processi di trattamento termico ottimizzati (come lo stato H1150M), il 15-5PH mostra una minore precipitazione di carburo al bordo del grano e una migliore uniformità della microstruttura rispetto al 17-4PH (comunemente lo stato H900/H1150). La microstruttura uniforme riduce i "punti di rottura" per la corrosione localizzata, soprattutto nelle aree saldate o nelle zone di concentrazione delle sollecitazioni, dove il 15-5PH mostra tipicamente una maggiore resistenza alla corrosione intergranulare e alla tensocorrosione (SCC).

Sfide speciali e adattabilità agli ambienti marini

Gli ambienti marini sono tipici scenari altamente corrosivi, con fattori corrosivi chiave tra cui elevata nebbia salina (concentrazioni di ioni cloruro che raggiungono decine di migliaia di ppm), condizioni alternate di umido e secco, radiazioni ultraviolette e impatti meccanici periodici. Per soddisfare queste condizioni, l’acciaio inossidabile deve soddisfare contemporaneamente i seguenti requisiti: ① Elevata resistenza alla vaiolatura/corrosione interstiziale da cloruri; ② Eccellente resistenza alla tensocorrosione (SCC); ③ Stabilità a lungo termine del film di passivazione superficiale.

Limitazioni di 17-4PH

Sebbene il 17-4PH abbia un elevato contenuto di cromo, il suo basso contenuto di nichel (circa il 3%) e l'alto contenuto di rame (circa il 4%) diventano potenziali punti deboli negli ambienti marini:

Sensibilità agli ioni cloruro: Gli ioni cloruro possono danneggiare il film di passivazione, mentre il basso contenuto di nichel indebolisce la capacità di autoriparazione del film di passivazione, portando ad un aumento del rischio di corrosione per vaiolatura. Soprattutto nella zona di spruzzi (concentrazione di sale) o nella zona interessata dal calore della saldatura, il 17-4PH può presentare vaiolature di corrosione localizzata.

Rischio di corrosione da stress: La matrice martensitica stessa è sensibile all'SCC e, unita all'attività elettrochimica dei precipitati di rame, il 17-4PH è più incline alla fessurazione intergranulare in condizioni di elevata temperatura e umidità (ad esempio, mari tropicali) o di stress da trazione (ad esempio, connessioni di fissaggio).

Vantaggi del 15-5PH

15-5PH ottimizza significativamente la sua adattabilità agli ambienti marini attraverso un contenuto di nichel più elevato (circa 4%) e un contenuto di rame inferiore (1%-2%):

Resistenza alla vaiolatura e alla corrosione interstiziale: il nichel migliora la densità e le proprietà autoriparanti del film di passivazione. Combinata con un contenuto moderato di cromo (15%), la temperatura critica di vaiolatura (CPT) di 15-5PH in una soluzione di NaCl al 3,5% è tipicamente 5-10°C superiore a quello del 17-4PH (dati sperimentali). Inoltre, il minor contenuto di rame riduce le differenze elettrochimiche microscopiche, diminuendo la probabilità di innesco di vaiolatura.

Resistenza alla tensocorrosione (SCC): l'aggiunta di nichel migliora la stabilità della fase austenitica e sopprime le tensioni residue durante il processo di trasformazione martensitica. Allo stesso tempo, la riduzione dei precipitati di rame riduce l'attività anodica locale, determinando un tempo critico SCC più lungo per 15-5PH nei test di immersione in acqua di mare o in nebbia salina (secondo gli standard ASTM G36, il tempo critico SCC di 15-5PH è tipicamente 1,5-2 volte quello di 17-4PH).

Facile da lavorare e da manutenere: la microstruttura uniforme del 15-5PH gli consente di mantenere una buona resistenza alla corrosione senza complessi trattamenti termici dopo la saldatura, rendendolo adatto per i comuni componenti strutturali saldati nell'ingegneria navale (come supporti di tubi e collegamenti a flangia).

15-5PH è la scelta preferita per gli ambienti marini

In sintesi, il 15-5PH è più adatto agli ambienti marini in termini di resistenza alla corrosione, soprattutto in scenari che comportano un'esposizione a lungo termine ad elevata nebbia salina, condizioni alternate di umido e secco o concentrazione di stress (come componenti di navi, dispositivi di fissaggio di piattaforme offshore e apparecchiature per il trattamento dell'acqua di mare). Il suo contenuto più elevato di nichel e meno di rame contribuisce a creare un film di passivazione più stabile, una maggiore resistenza alla corrosione per vaiolatura/SCC e una resistenza superiore alla corrosione post-saldatura.

Tuttavia, per applicazioni che richiedono una resistenza estremamente elevata (come componenti sottoposti a carichi d'urto che richiedono una durezza maggiore > 45 HRC) e ambienti corrosivi relativamente blandi (come aree di acqua dolce vicino alla costa o componenti non critici esposti in modo intermittente all'acqua di mare), il 17-4PH può ancora essere utilizzato selezionando uno stato di trattamento termico delicato come H1150M (sacrificando parte della resistenza per una migliore resistenza alla corrosione). Nel complesso, tuttavia, il 15-5PH è una scelta più affidabile per gli ambienti marini difficili.

Confronto tra resistenza alla corrosione e idoneità all'ambiente marino dell'acciaio inossidabile 17-4PH e 15-5PH

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