Scelta di materiale e rivestimento per elementi di fissaggio in base all'ambiente: interno, esterno, marino e servizio chimico

Perché le ore di nebbia salina sono un valore di selezione, non una promessa di durata di servizio

Il collaudo in nebbia salina sottopone un campione a una camera di nebbia controllata per produrre informazioni comparative sulla resistenza alla corrosione tra metalli rivestiti e non rivestiti ¹. ASTM B117 afferma che la previsione delle prestazioni in ambiente naturale è raramente stata correlata ai risultati della nebbia salina quando questi vengono usati come dati autonomi. Segnala inoltre che la correlazione e l'estrapolazione non sono sempre prevedibili ¹. Un articolo di riferimento sulla corrosione degli elementi di fissaggio arriva alla stessa conclusione in termini di acquisto: le ore di nebbia salina confrontano i sistemi di rivestimento secondo un metodo di prova. Non si convertono direttamente in anni di servizio all'aperto o in ambiente marino ¹⁴. Questo conta quando un fornitore presenta un dato di nebbia salina come se fosse un periodo di garanzia. Va trattato come una classifica fra sistemi di rivestimento candidati, non come una durata di servizio prevista. ASTM B117 segnala inoltre che la riproducibilità dipende fortemente dal tipo di campione, dai criteri di valutazione e dal controllo delle variabili operative. È stata osservata variabilità fra camere di nebbia nominalmente simili ¹. Se serve una base di durata di servizio, ASTM B117 dichiara che la correlazione va presa in considerazione solo laddove siano state condotte esposizioni atmosferiche di lungo periodo con conferma appropriata ¹. Chiedere al fornitore se esistono dati di esposizione di questo tipo per il rivestimento e l'ambiente specifici.

Elenco sintetico di materiali e finiture per ambiente

La logica di selezione parte dall'acciaio non rivestito o con ossidazione nera per i servizi interni asciutti, passa per la zincatura elettrolitica per le esposizioni esterne leggere e arriva alla zincatura a caldo (HDG) per le applicazioni strutturali esterne e il legno trattato in autoclave. Prosegue poi con l'acciaio inossidabile 18-8 per uso esterno e costiero e infine con il 316 per gli ambienti marini, chimici e altamente corrosivi ²⁶. Una tabella di materiali di un produttore valuta l'acciaio inossidabile 316 come eccellente contro sale e cloruri, il 305 come molto buono per l'esposizione atmosferica generica e il 410 come medio, con un rivestimento protettivo spesso consigliato in ambienti corrosivi ³⁰. Una precisazione va fatta sulla riga marina: A4 in genere dà risultati migliori in presenza di cloruri. Tuttavia 316/A4 non è automaticamente adatto a ogni condizione di immersione marina, di cloruro a temperatura elevata o in fessura. Contano il livello di cloruri, la temperatura, la zona di spruzzo o di immersione, i depositi, le fessure e la durata di progetto ¹⁴. Le fonti non fissano limiti di concentrazione dei cloruri o di temperatura oltre i quali 316/A4 non debba essere usato. Va trattata la riga marina come una classe di partenza e va confermata l'esposizione specifica con il fornitore.

Verifiche da eseguire prima di accettare un elemento di fissaggio con zincatura elettrolitica o allo zinco ricco

Lo zinco e i rivestimenti allo zinco ricco cedono in due situazioni specifiche che una revisione del disegno può intercettare: il contatto con prodotti chimici di trattamento a base di rame e il contatto con un metallo dissimile in una giunzione bagnata o carica di sale. Eseguire queste verifiche prima che la richiesta di preventivo (RFQ) venga inviata.

• Confermare se il legno è trattato in autoclave con il metodo moderno (ACQ/CA): i conservanti a base di rame accelerano significativamente la corrosione dello zinco e dei rivestimenti allo zinco ricco e quindi dell'acciaio sottostante ⁴.
• Se la giunzione tocca legno trattato, specificare zincatura a caldo (HDG) o acciaio inossidabile invece della zincatura elettrolitica standard: gli elementi di fissaggio con zincatura elettrolitica si corrodono rapidamente nel legno ACQ/CA ²⁶.
• Elencare ogni coppia di metalli dissimili nel complesso e segnalare alluminio con leghe di rame, acciaio al carbonio con acciaio inossidabile, zinco con leghe di rame e alluminio con acciaio inossidabile come combinazioni da evitare o da isolare ²³.
• Per strutture in alluminio, confermare se la giunzione con l'elemento di fissaggio in acciaio inossidabile è isolata e sigillata: l'acciaio inossidabile a contatto diretto con l'alluminio aumenta il rischio galvanico ²².
• Per una vite in acciaio inossidabile in un alloggiamento in alluminio esposto al sale, verificare l'isolamento: senza di esso la coppia può essere più aggressiva dell'acciaio con zincatura elettrolitica ²⁰.
• Per elementi di fissaggio in acciaio al carbonio o in acciaio legato a contatto con alluminio o ottone in ambiente umido, aggiungere un rivestimento o una barriera ⁵.

Durezza e processi di zincatura che escludono una classe

La sensibilità alla fragilizzazione da idrogeno dipende prima di tutto dalla resistenza e dalla durezza del materiale. La sensibilità degli elementi di fissaggio in acciaio aumenta in modo significativo quando la durezza prescritta è superiore a 39 HRC (380 HV). Gli elementi di fissaggio al di sotto di tale soglia non presentano normalmente sensibilità significativa, assumendo una produzione ben controllata ⁷. La soglia non è esatta per ogni prodotto. Effetti di secondo ordine della composizione chimica, della temperatura di rinvenimento e della sub-microstruttura possono spostarla di circa ±1.0 HRC, e un trattamento termico inadeguato o inclusioni possono innalzare la sensibilità ben oltre il valore nominale ⁷. La zincatura è un percorso distinto da verificare. Gli elementi di fissaggio con un intervallo di durezza prescritto di 25-39 HRC (240-380 HV) non sono normalmente fragilitati dal processo di zincatura. I bulloni ASTM A354 BD e ISO 898-1 classe 10.9 sono zincati regolarmente e in sicurezza ². Il bagno di zincatura costituisce di per sé un rischio termico: la temperatura del bagno è tipicamente 820-860°F. Può superare la temperatura di rinvenimento di alcuni elementi di fissaggio trattati termicamente, modificando potenzialmente le proprietà meccaniche tramite rinvenimento eccessivo ⁸. Dove esiste questo rischio, si può prescrivere una temperatura massima del bagno e predisporre prove delle proprietà meccaniche dopo la zincatura ⁸. In ambiente marino la scelta della classe si restringe ulteriormente. Una fonte lato fornitore classifica l'acciaio al carbonio classe 8.8 o inferiore come accettabile con un'adeguata protezione contro la corrosione e un basso rischio di fragilizzazione da idrogeno. Classifica le classi 10.9 o 12.9 come ad alto rischio, da evitare in ambienti marini ove possibile, A4-80/316 come a basso rischio di fragilizzazione da idrogeno se non protetti catodicamente in eccesso, e rame-nichel e bronzo navale come immuni alla fragilizzazione da idrogeno ³¹. La temperatura elevata aggrava il problema: fino a circa 80°C la mobilità dell'idrogeno aumenta senza energia sufficiente perché l'idrogeno possa sfuggire, accelerando il fallimento per fragilizzazione ¹⁷.

Fasce di ore di nebbia salina riportate per i sistemi di rivestimento

I sistemi a lamelle di zinco sono riportati in tre fasce di nebbia salina. Queste corrispondono ad ambienti interni o condizioni moderate, all'esposizione esterna e industriale generica e al servizio costiero o offshore severo ⁶. Si tratta di valori riportati da una sola fonte di rivestimenti, non di limiti di settore né di requisiti di classe obbligatori. Utilizzateli per fissare una soglia minima di selezione per ogni ambiente, poi confermate il sistema di rivestimento e il metodo di prova specifici con il fornitore. La zincatura a caldo e la zincatura elettrolitica sono confrontate in modo diverso nelle fonti. La zincatura a caldo offre in genere una protezione contro la corrosione decisamente più duratura, perché il suo rivestimento di zinco è tipicamente 5-10 volte più spesso dello zinco con zincatura elettrolitica. Gli elementi di fissaggio con zincatura elettrolitica non sono in genere raccomandati per esposizioni prolungate a intemperie severe ¹⁹. In questo insieme di fonti non compare alcun valore di ore di nebbia salina per la zincatura a caldo o per la zincatura elettrolitica. Il rapporto di spessore è il confronto che potete davvero inserire in una specifica.

Quando il sovrapprezzo dell'acciaio inossidabile è giustificato

Gli elementi di fissaggio in acciaio inossidabile hanno in genere un prezzo iniziale del materiale più elevato. L'acciaio ad alta resistenza rivestito offre spesso un rapporto costo-resistenza migliore per servizi interni controllati, per macchinari o per applicazioni strutturali ⁹. L'equilibrio può invertirsi dove la manutenzione del rivestimento, l'accessibilità per le ispezioni, i fermi per corrosione, la manodopera di sostituzione o una lunga durata di progetto dominano il costo totale di proprietà ⁹. Le leghe duplex e a base di nichel costano a loro volta di più, ma possono essere giustificate laddove resistenza e forte resistenza alla corrosione sono entrambe essenziali ⁹. Un fornitore afferma che la differenza di costo tra materiali per elementi di fissaggio adeguati e ottimali raramente supera l'1% del costo totale del prodotto ³². Si tratta di una posizione di venditore, non di un benchmark di settore. Questo insieme di fonti non pubblica prezzi unitari né costi al kg con cui confrontarlo. Se dovete giustificare il sovrapprezzo dell'acciaio inossidabile su un progetto specifico, chiedete al fornitore l'intervallo di manutenzione e l'ipotesi sulla manodopera di sostituzione che stanno alla base di qualunque confronto di costo totale. Verificateli rispetto alla vostra durata di progetto.

Domande su quantità minima d'ordine, tempo di consegna e certificazione per la richiesta di preventivo (RFQ)

Un fornitore riporta che, per viti convenzionali con diametro del gambo inferiore a 10 mm, la quantità minima d'ordine è in genere almeno 50,000 pezzi e la consegna richiede in genere 15-25 giorni lavorativi ²¹. Si tratta di un dato di un solo fornitore, non di una norma di mercato, e le fonti non associano materiali specifici a certificazioni obbligatorie. Ponete queste domande a ogni candidato prima che la richiesta di preventivo (RFQ) venga chiusa.

• Chiedere a ogni fornitore la quantità minima d'ordine per la vostra taglia, il materiale e il rivestimento specifici: il dato di 50,000 pezzi vale per le viti convenzionali con diametro del gambo inferiore a 10 mm di un solo fornitore ²¹.
• Chiedere il tempo di consegna preventivato per la classe e il rivestimento esatti, non una media di catalogo: 15-25 giorni lavorativi è il dato di un fornitore per gli ordini standard ²¹.
• Chiedere se la classe di materiale e il rivestimento indicati sono tenuti a stock o realizzati su ordinazione e se valgono quantità minime d'ordine ¹⁰.
• Chiedere quale certificato del materiale o rapporto di prova della colata (Mill Test Report, MTR) il fornitore rilascerà per la classe prescritta e confermare che vi siano riportati la colata e l'edizione della norma.
• Chiedere se il fornitore può fornire prove delle proprietà meccaniche dopo la zincatura quando l'elemento di fissaggio è trattato termicamente e zincato a caldo ⁸.
• Chiedere il rapporto di prova in nebbia salina del sistema di rivestimento e il metodo di prova utilizzato, così da confrontare i candidati sulla stessa base ¹.

Dove le fonti discordano sulla classe 10.9 in ambiente marino

Le due posizioni non sono direttamente contraddittorie nell'ambito di applicazione. Una riguarda gli ambienti marini con corrosione continua in acqua salata e protezione catodica, l'altra riguarda il processo di zincatura per elementi di fissaggio nella fascia 25-39 HRC ³¹². Le fonti non stabiliscono quale condizione prevalga su una giunzione specifica, quindi la prova decisiva è l'esposizione reale: protezione catodica, immersione o zona di spruzzo e durezza misurata del lotto. Se la giunzione è protetta catodicamente, una fonte afferma che gli elementi di fissaggio ad alta resistenza sono costantemente caricati di idrogeno e falliranno prima o poi. Raccomanda la classe di resistenza 8.8 o inferiore per i giunti bullonati ³¹.

Domande frequenti

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