L'Acciaio Inossidabile Si È Deteriorato? Una Guida per Ingegneri Forensi per Identificare Guasti del Materiale o dell'Applicazione

L'Acciaio Inossidabile Si È Deteriorato? Una Guida per Ingegneri Forensi per Identificare Guasti del Materiale o dell'Applicazione

Quando componenti in acciaio inossidabile si rompono—sia per crepe, pitting o fratture catastrofiche—la domanda immediata è: è stato il materiale o l'applicazione? Come ingegnere forense, distinguere tra queste cause è fondamentale per attribuire la responsabilità, prevenire eventuali recidive e specificare i materiali futuri. Ecco una metodologia strutturata per determinare la causa principale.

? 1. Valutazione iniziale del guasto: Documentare la scena

Preservare le prove

• Fotografare il sito del guasto da più angolazioni, inclusi primi piani e riprese ravvicinate delle superfici di frattura.

• Indicare le condizioni ambientali: temperatura, pH, concentrazione di cloruri ed esposizione a sostanze chimiche.

• Registrare gli sforzi operativi: carico statico, carico ciclico o cicli termici.

Raccolta campioni

• Estrarre con cura i componenti guasti per evitare di danneggiare le superfici di frattura.

• Raccogliere materiale adiacente non interessato dal guasto per effettuare dei confronti.

⚠️ 2. Modi comuni di guasto nell'acciaio inossidabile

A. Guasti legati al materiale

Questi derivano da difetti intrinseci nell'acciaio stesso.

1. Scelta Errata del Grado

   • Esempio : Utilizzo del 304 in ambienti ad alto contenuto di cloruro dove è richiesto il 316.

   • Prova : Pitting uniforme o corrosione da cresta in ambienti aggressivi.

2. Difetti Metallurgici

   • INCLUSI : Le inclusioni di solfuro o ossido agiscono come concentratori di stress.

     • Prova : La microscopia elettronica a scansione (SEM) rivela filamenti di MnS nei siti di iniziazione della frattura.

   • Fragilità da Fase Sigma : Precipitazione nei gradi duplex (ad esempio, 2205) dovuta a un trattamento termico non corretto.

     • Prova : Perdita di tenacità all'impatto (test di Charpy), frattura intergranulare.

3. Materiale contraffatto o etichettato in modo errato

   • Esempio : 304 venduto come 316.

   • Prova : L'analisi con XRF mostra un basso contenuto di Mo (<2,1% per il 316).

B. Guasti legati all'applicazione

Questi derivano da fattori esterni non correlati alla qualità del materiale.

1. Fessurazione da corrosione sotto sforzo (SCC)

   • Causa : Tensione di trazione combinata + cloruri + temperatura.

   • Prova : Fessure ramificate visibili al microscopio (tipiche della SCC da cloruri).

2. Corrosione galvanica

   • Causa : Accoppiare l'acciaio inossidabile con un metallo più anodico (ad esempio, acciaio al carbonio) in elettroliti.

   • Prova : Corrosione localizzata nei punti di contatto.

3. Fabbricazione Errata

   • Difetti di Saldatura :

     • Mancato spurgo (formazione di zuccherini sul lato posteriore).

     • Tonalità dovuta al calore (scala degli ossidi) non rimossa, che crea zone povere di cromo.

   • Lavorazione a Freddo : Induce tensioni residue, favorendo la SCC.

4. Manutenzione Inadeguata

   • Esempio : Contaminazione da ferro causata da attrezzi in acciaio al carbonio non puliti, che porta alla formazione di pitting.

? 3. Tecniche di Indagine Forense

Esame Visivo e Microscopico

• Microscopia Stereo : Identificare il tipo di frattura (duttile vs. fragile).

• SEM/EDS : Analizzare le superfici di frattura per la composizione elementare (ad esempio, presenza di cloruro).

Verifica del Materiale

• Pistola XRF : Verificare la composizione della lega in pochi secondi.

• Spettroscopia Ottica ad Emissione (OES) : Quantificazione precisa delle leghe.

Prove Meccaniche e di Corrosione

• Test di durezza : Un'elevata durezza può indicare un trattamento termico errato.

• Charpy V-Notch : Valuta la tenacità d'impatto (valori bassi indicano fragilità).

• ASTM G48 Testing : Valuta la resistenza alla pitting (se il guasto è correlato alla corrosione).

Simulation Tests

• Riprodurre le condizioni operative (ad esempio, esposizione a cloruri alla temperatura di esercizio) su campioni della stessa partita.

? 4. Albero delle Decisioni: Materiale vs. Applicazione

Utilizzare questo diagramma a flusso per individuare le possibili cause:

1. Passo 1: Verifica la Qualità del Materiale

   • Se lo spettro XRF mostra una composizione errata → Cedimento del materiale .

   • Se la composizione è corretta → Procedere al Passo 2.

2. Passo 2: Esaminare la superficie di frattura

   • Se presente coppettatura duttile → Sovraccarico (applicazione).

   • Se presente frattura intercristallina → Verificare la sensibilizzazione (materiale) o la corrosione da tensione (SCC) (applicazione).

   • Se presente pitting → Verificare la presenza di cloruri (applicazione) o di inclusioni (materiale).

3. Passo 3: Verificare la storia della lavorazione

   • Se le saldature non presentano gas di protezione o mostrano colorazione da calore → Guasto dell'applicazione .

   • Se il materiale ricevuto è difettoso (ad esempio, billetta crepata) → Cedimento del materiale .

?️ 5. Studio di caso: Albero della pompa in acciaio inossidabile rotto

• Sottocosto : L'albero in 316L utilizzato in un'applicazione marina si è fratturato dopo 6 mesi.

• Indagine :

  • La XRF ha confermato la corretta composizione chimica (Mo = 2,5%).

  • Il SEM ha rivelato striature da fatica originate da una piccola cavità.

  • L'EDS ha rilevato una concentrazione elevata di cloruri all'interno della cavità.

• Causa Principale : Guasto dell'applicazione . I cloruri provenienti dall'acqua di mare si sono concentrati sotto i depositi, causando la formazione di piccole cavità che hanno generato crepe da fatica.

• - Sistemi : Ridisegnare per evitare zone stagnanti; passare a un acciaio duplex 2205 per una maggiore resistenza alla pitting corrosion.

✅ 6. Strategie preventive

Per i guasti dei materiali

• Acquistare da fornitori con certificazione ISO 9001.

• Richiedere i rapporti di prova del lotto (MTRs) per ogni lotto.

• Eseguire l'ispezione in ingresso (XRF, test di durezza).

Per guasti nell'applicazione

• Effettuare valutazioni del rischio di corrosione prima della selezione del materiale.

• Seguire le norme ASTM A380/A967 per passivazione e lavorazione.

• Formare i saldatori sulle procedure specifiche per l'acciaio inossidabile (ad esempio, utilizzo del gas di purga).

? Conclusione: un approccio sistematico è vincente

I guasti raramente sono bianchi o neri. Spesso, difetti del materiale e errori nell'applicazione interagiscono. Combinando un'analisi forense rigorosa con le norme del settore, è possibile individuare la causa ed attuare correzioni efficaci.

Consiglio Pro : Mantenere un database dei guasti—documentare le indagini accelera le diagnosi future e aiuta a gestire le richieste di responsabilità.