Fragilità da rinvenimento: la trappola dei 375–575 °C negli acciai al Cr-Mo

Il fenomeno

Fragilità da rinvenimento è una perdita di resilienza che si sviluppa quando alcuni acciai legati vengono mantenuti, o raffreddati lentamente attraverso, approssimativamente l'intervallo 375–575 °C. Le proprietà di trazione e la durezza dell'acciaio cambiano appena — un componente può superare ogni prova di routine ed essere comunque fragile a temperatura ambiente, con la temperatura di transizione duttile-fragile spostata bruscamente verso l'alto. È più nota negli acciai al cromo e al Cr-Mo, incluse le famiglie 2.25Cr-1Mo e Cr-Mo-V utilizzate per recipienti a pressione, rotori e bulloneria pesante.

Il meccanismo: impurità ai bordi di grano

L'infragilimento non è causato dagli elementi di lega principali stessi. Impurità in traccia — principalmente fosforo, stagno, antimonio e arsenico — segregano ai bordi di grano di austenite primaria mentre l'acciaio permane nell'intervallo critico, indebolendo i bordi così che la frattura si propaga tra i grani. Manganese e cromo promuovono la segregazione; il molibdeno in quantità moderate la ritarda, il che è uno dei motivi per cui il Mo compare in così tanti gradi per recipienti a pressione.

Dal meccanismo derivano due caratteristiche:

• È reversibile. Un nuovo riscaldamento al di sopra dell'intervallo (e un raffreddamento ragionevolmente rapido) ridissolve la segregazione e ripristina la tenacità — da qui "fragilità da rinvenimento reversibile", distinta dall'infragilimento irreversibile della martensite rinvenuta a temperature inferiori.
• Dipende dal tempo. Brevi passaggi attraverso l'intervallo causano pochi danni; mantenimenti prolungati, raffreddamento lento in forno di sezioni spesse e anni di servizio all'interno dell'intervallo accumulano il danno.

Come la contrastano le specifiche

Poiché la causa è la composizione chimica, la difesa è scritta nei requisiti di acquisto:

• Limiti sulle impurità — gli affinatori controllano P, Sn, Sb e As a livelli bassi, e gli acquirenti di fucinati critici specificano nell'ordine di acquisto parametri combinati di infragilimento (le formule ampiamente utilizzate del fattore J e di X-bar ponderano questi elementi insieme).
• Pratica di rinvenimento — rinvenire al di sopra dell'intervallo ove possibile ed evitare il raffreddamento lento attraverso di esso nelle sezioni spesse; cicli di prova con raffreddamento a gradini vengono utilizzati per qualificare il materiale per recipienti destinati a operare nell'intervallo.
• Accettazione mediante prova di resilienza — requisiti sulla temperatura di transizione Charpy, talvolta dopo un ciclo di infragilimento simulato, verificano la tenacità reale anziché presumerla.

Lettura pratica

Se un componente in Cr-Mo ha trascorso un lungo servizio a 400–550 °C e deve essere valutato, la sola durezza non dice nulla sulla sua tenacità. Al contrario, un nuovo fucinato che rispetta limiti rigorosi sulle impurità ed è rinvenuto correttamente non è "a rischio" solo perché la sua temperatura di rinvenimento è stata scelta vicino all'intervallo — il fenomeno richiede insieme impurità, temperatura e tempo.

Come viene rilevata

Poiché durezza e resistenza a trazione restano normali, la fragilità da rinvenimento viene rilevata mediante prova di resilienza Charpy — in particolare dallo spostamento della temperatura di transizione duttile-fragile rispetto alla condizione non infragilita. La tenacità misurata a una singola temperatura può ingannare; la curva di transizione è la prova. Quando la storia di un componente è sospetta, vengono provati campioni prelevati dal componente mediante carotaggio o prolungamenti del fucinato originale, talvolta dopo un riscaldo di de-infragilimento per confermare la diagnosi: se la tenacità ritorna dopo il riscaldo e il raffreddamento rapido, la causa era la fragilità da rinvenimento — piuttosto che un danno permanente come lo scorrimento viscoso o l'attacco da idrogeno.