acciai al boro

Definizione
L'acciaio al boro è un termine generico per definire una famiglia di acciai basso legati da bonifica. Lo studio di questi acciai ebbe inizio durante la seconda guerra mondiale ed ebbe un impulso notevole negli anni cinquanta in concomitanza con la crisi di reperibilità degli elementi pregiati conseguente agli eventi bellici, rendendo necessaria l' individuazione di elementi alternativi ai leganti più costosi. Dopo una lunga fase sperimentale gli acciai al boro si affermano solo attorno agli anni 70/80 con l'avvento di tecnologia siderurgica avanzata e oggi assumono importanza nel mercato degli acciai da bonifica.

Campo di applicazione
I campi di applicazione sono diversi e legati alla caratteristica del boro che, aggiunto in piccole percentuali (questi acciai sono anche chiamati "microlegati al boro") permette di aumentare notevolmente la temprabilità degli acciai al carbonio bassolegati, con un contenuto aumento del costo di fabbricazione. In generale, gli acciai al boro trovano applicazione negli stessi campi nei quali si impiegano gli acciai da bonifica, per molle (in particolare ai silicio) e, in misura minore, da cementazione. Oltre al campo della bulloneria, li si trova impiegati in modo ampio in trattoristica, sia come parti di usura (suole di cingolo e denti per escavatori) che per organi meccanici. Nell'industria collegata all'agricoltura questo acciaio ha ampiamente sostituito le zappette ed altre parti in acciaio al silicio, per il notevole vantaggio ecologico della tempra in acqua anziché in olio.
Nella fabbricazione delle forche per carrelli elevatori l'acciaio al boro ha mostrato grande versatilità ed affidabilità. In conclusione, la definizione di acciaio al boro come acciaio alternativo è oggi assolutamente riduttiva: questa classe di acciai ha suoi specifici pregi, con una tecnologia di fabbricazione consolidata, con ampia versatilità e piena affidabilità all'impiego.

Condizione di impiego
Poiché il campo di impiego prevalente è quello degli acciai da bonifica, valgono per gli acciai al boro le stesse considerazioni generali.
Pertanto le condizioni migliori di impiego sono quelle del "trattato termicamente" e nel caso specifico, allo stato bonificato.

Effetto boro
Il boro aggiunto in piccole percentuali (in genere 10 - 50 ppm) ha la facoltà di esaltare la temprabilità rispetto ad un acciaio di stessa composizione chimica ma privo di boro.
L'efficacia del boro sulla temprabilità può essere valutata secondo il metodo di GROSSMAN, riportato dalla norma ASTM A255-89. Seguendo lo schema del Grossman indicando con D.I il diametro ideale di una barra di acciaio che presenterà una struttura con il 50% di martensite a cuore dopo tempra ottimale (ideale), si definisce F.B., fattore boro il rapporto:

L'efficacia del boro è magiore quanto più è povero l'acciaio base, ovvero F.B è inversamente proporzionale al tenore di Carbonio ed agli elementi di lega. Per un acciaio tipo 30MCB5, risulta un F.B. = 1.7 MIN. L' efficacia dell'elemento Boro si svolge attraverso quella parte di Boro non combinata (Boro solubile) con i gas disciolti nell'acciaio (azoto e ossigeno principalmente). La tecnologia di fabbricazione provvede attraverso l'impiego di specifici "bloccanti" di N₂ e O₂, ovvero Titanio e Alluminio. Pertanto, in questa famiglia di acciai, essi saranno presenti con tenori minimi, in genere, di 0,030% in peso.

Caratteristiche di lavorabilità meccaniche
Allo stato "naturale di laminazione" le caratteristiche di durezza non si discostano significativamente da quelle del corrispondente acciaio base. L'acciaio 30MCB5, allo stato naturale di laminazione, ha valori resistenziali di circa: R = 650-700 N/mm², mentre allo stato bonificato (tempra in acqua a 860°C + rinvenimento a 550°C) è intorno a R =~ 900 N/mm² (rif. ø 40 mm). Per rinvenimenti più bassi (intorno a 220°C) si raggiungono R =~ 1500-1700 N/mm² (ø 40).

Caratteristiche di tenacità
Gli acciai al Boro da bonifica hanno ottima resistenza alla rottura fragile. Allo stato bonificato, il 30MCB5, ha resilienza (KV) ampiamente superiore a 27J anche a -20°C (su materiale bonificato con rinvenimento a circa 600°C). In caso di rinvenimento a più basse temperature lo stesso valore di resilienza è comunque garantito a temperature di +20°C.

Caratteristiche di sadabilità
La saldabilità è circa equivalente a quella dell'acciaio base corrispondente.

Fucinatura e trattamento termico
La temperatura di fucinatura deve essere compresa tra i 900 e i 1200°C.
Il periodo di permanenza dopo aver portato il materiale in temperatura deve essere il più breve possibile onde evitare che il boro presente perda la sua efficacia. La tempra può avvenire nella maggior parte dei casi dal calore della fucinatura ed il mezzo di tempra (normalmente acqua) deve avere una temperatura costante.
La scelta della temperatura di rinvenimento è in funzione delle caratteristiche meccaniche desiderate: tra i 180 - 220°C si ottengono i valori resistenziali più elevati.
Con temperature 450 - 550°C si migliorano nettamente le caratteristiche di tenacità, con valori resistenziali inferiori.

Ricottura di lavorabilità
L'acciaio al boro presenta già naturalmente una buona lavorabilità a freddo e pertanto raramente necessita di essere ricotto. In caso di particolari e difficili formature a freddo si richiede il trattamento di ricottura di circa 6/8 ore che conferisce all'acciaio una durezza di circa 150 HB.

Conclusione
L'acciaio al boro è la soluzione ottimale per ottenere un prodotto di alta qualità ad un costo relativamente basso.