Guida alle finiture superficiali degli acciai inossidabili

Euro Inox (ed.)

Guida alle finiture superficiali degli acciai inossidabili

Introduzione

Gli acciai inossidabili costituiscono una famiglia di materiali con una caratteristica
comune. Protetti da una pellicola superficiale di ossido di cromo, creata dal cromo contenuto nell’acciaio e dall’ossigeno dell’atmosfera, gli acciai inossidabili non richiedono alcuna
ulteriore protezione superficiale contro la corrosione. Nell'eventualità che la superficie venga danneggiata, la pellicola si autocostituisce immediatamente, in presenza di ossigeno. Come si vedrà più avanti, lo strato superficiale protettivo può essere modificato, utilizzando processi chimici, per ottenere colori metallici permanenti.

Gli acciai inossidabili sono materiali ideali per le applicazioni in edilizia, perché facilmente formabili e saldabili. Ulteriori informazioni sulle loro caratteristiche fisiche sono fornite dalla norma europea EN 10088, parte 1.

Le finiture standard di acciaieria e le finiture superficiali meccaniche degli acciai inox piani laminati a caldo e a freddo sono invece contenute nella norma EN 10088 parte 2, nella quale le designazioni per le finiture superficiali sono rappresentate da numeri, per esempio: 1 per i laminati a caldo, 2 per i laminati a freddo, e classificate con una combinazione di numeri e lettere come, ad esempio, 2J. Questo sistema fornisce informazioni e descrizioni di base circa lo svolgimento dei processi tecnologici, ma non sulle applicazioni pratiche.
Lo scopo di questa guida è quindi di:
• mostrare agli architetti e ai progettisti l’ampia gamma di possibili tipi di superfici a loro disposizione
• fornire più dettagli sui procedimenti da eseguire per ottenerle
• fornire consigli tecnici di base sul loro impiego.


Finiture di acciaieria

Le finiture di acciaieria, sia per i laminati a caldo che per quelli a freddo, sono la base delle condizioni di fornitura per tutti i prodotti piani di acciaio inossidabile. Sono comunemente utilizzate per componenti standard in edilizia, ma costituiscono anche la base
per successive operazioni di finitura che modificano le superfici in modo da soddisfare le più diverse esigenze degli architetti.
Quattro finiture sono particolarmente importanti per le applicazioni in architettura ed
edilizia e sono designate dalle seguenti sigle: 1D, 2D, 2B e 2R.
Per aumentare al massimo la resistenza alla corrosione, nelle condizioni di fornitura, di solito le superfici con finitura di acciaieria sono pulite con acido (decapaggio) per rimuovere le scaglie formatesi durante i processi di laminazione a caldo e di ricottura.

1D
Laminata a caldo e ricotta, con rimozione della scaglia di acciaieria, questa superficie è designata come finitura 1D. Tipica delle lamiere di grosso spessore, è leggermente ruvida con riflettività molto bassa. È usata soprattutto per scopi non decorativi dove
l’aspetto è meno importante, per esempio nei sistemi di supporto non visibili e nelle applicazioni strutturali.

2D
Questa è una superficie più raffinata della 1D ed è ottenuta mediante laminazione a freddo, seguita da trattamento termico e decapaggio. L’aspetto opaco, a bassa riflettività, è adatto per le esigenze industriali e di engineering ma, in architettura, può essere impiegato solo per applicazioni che non abbiano elevate esigenze estetiche.

2B
Questa finitura è ottenuta partendo dalla finitura 2D, ma con una laminazione finale leggera, mediante rulli molto lucidi, che danno alla superficie un
aspetto grigio lattiginoso. Questa è la finitura superficiale più usata attualmente e forma la base per successive finiture più lucide oppure spazzolate.

2R
Con un trattamento termico in condizioni di atmosfera contollata, seguito da una laminazione a freddo con rulli lucidi, si ottiene una finitura ad alta riflettività di immagine. Questa superficie molto lucida è quella che offre una migliore scivolosità e una minore possibilità di contaminazione delle altre finiture di acciaieria ed è anche facile da pulire.



Lucidatura meccanica e spazzolatura

Il numero delle ulteriori operazioni di finitura può essere ridotto scegliendo già dall’inizio
la finitura di acciaieria più vicina al risultato finale desiderato.
Le finiture eseguite avranno un’importanza diretta sull’aspetto della superficie e sul comportamento del materiale nei confronti dell’ambiente, perciò devono essere scelte attentamente. La lucidatura meccanica e la finitura spazzolata comportano l’uso di
materiali abrasivi che incidono la superficie dell’acciaio fino a una certa profondità.
È possibile scegliere tra una vasta gamma di finiture unidirezionali a seconda della
superficie inox originale, del tipo e della trama dei nastri abrasivi e delle spazzole, nonché della natura del procedimento di lucidatura usato.
Per ottenere una buona qualità della superficie, è consigliabile accordarsi con l’operatore per concordare una specifica di lucidatura che stabilisca sia la rugosità superficiale Ra , sia i criteri di ispezione. Per soddisfare le esigenze di entrambe le parti, è consigliabile eseguire campionature di prova come riferimento.
Le finiture meccaniche possono essere eseguite con lubrificazione (smeriglio con lato oliato) o a secco (nastro con graniglia o spazzole di fibra), dando origine, rispettivamente, a finiture di particolare lucentezza e bassa rugosità, oppure ad effetto satinato. Le finiture lubrificate sono più lisce ed è più facile mantenere l’uniformità, da partita a partita, rispetto alle corrispondenti a secco. Il costo è quindi leggermente superiore e può venire richiesto un quantitativo minimo di fornitura. Campionari delle possibili finiture sono solitamente disponibili presso le ditte che eseguono queste lavorazioni.

2J
Questa superficie è ottenuta con nastri abrasivi o spazzole. È unidirezionale, non riflettente, e adatta per applicazioni interne in architettura.

2K
La superficie liscia e riflettente di questo genere, rende l’acciaio particolarmente adatto per molte applicazioni in architettura, soprattutto per l’esterno, dove la resistenza alle condizioni atmosferiche ha un’importanza fondamentale. Questa finitura è
ottenuta con l’uso di nastri abrasivi, a grana sempre più piccola, o con spazzole traccianti solchi netti, con una rugosità massima di Ra = 0,5 µm.

2P
Superficie a specchio ultra liscia, ad alta riflettività, lucidata e poi ripassata con panno di tessuto morbido e speciali composti lucidanti. Questa superficie riflette immagini nitide e distinte.

Finiture decorate

Le finiture decorate sono ottenute per stampaggio o per laminazione mediante rulli con disegni a rilievo e possono efficacemente irrigidire la lamiera permettendo rivestimenti più sottili con un conseguente risparmio di costi e una generale riduzione di peso.
Sono particolarmente adatte per ampie superfici piane, come nel caso dei pannelli per rivestimento, poiché riducono considerevolmente le distorsioni ottiche conosciute come “effetto latta”.
Ci sono due tipi principali di laminati decorati: quelli con il disegno da un solo lato e l’altro liscio, classificati come 2M, e quelli con entrambi i lati decorati, dove il disegno rimane impresso anche sul lato rovescio, classificati come 2W.

2F
Classificata come 2F, questa finitura opaca, a bassa riflettività, è stata eseguita su entrambi i lati. Il materiale è stato trattato termicamente, poi decapato e infine skinpassato mediante rulli con superficie pallinata.

Nelle aree di grande afflusso come, ad esempio, ingressi di edifici, cabine di ascensori e terminal di aeroporti, dove le superfici hanno un’alta probabilità di essere urtate e graffiate, le superfici decorate nascondono meglio gli effetti dei danni subiti.

2M
Superfici esteticamente piacevoli, con decoro tipo tessuto solo su di un lato, sono state studiate per molte applicazioni in architettura.

2W
I motivi a rilievo, ottenuti sia per laminazione sia per stampaggio, sono prodotti utilizzando rulli o stampi maschio e femmina.

Pallinatura

La pallinatura produce superfici uniformi, non direzionali, a bassa riflettività, che offrono un piacevole contrasto con le superfici molto lucide. I materiali usati per effettuare la pallinatura comprendono graniglia di acciaio inossidabile, grani di ceramica, ossidi di alluminio, frammenti di gusci di noce e di vetro, ciascuno dei quali contribuisce ad ampliare la gamma delle finiture superficiali disponibili. In nessun caso devono essere utilizzati pallini di ferro o di acciaio al carbonio, che potrebbero seriamente contaminare la superficie inox, e anche con la sabbia bisogna fare particolare attenzione a che non contenga materiali ferrosi contaminanti.
La superficie degli acciai inossidabili austenitici subirà un processo di indurimento durante la pallinatura. L’operazione, peraltro, può provocare o diminuire tensioni presenti nella lamiera o nel manufatto. In alcuni casi, la pallinatura si rende necessaria su entrambe le facce per eguagliare le tensioni. Consigli e informazioni sono disponibili presso le ditte specializzate nelle lavorazioni di finitura.

Elettrolucidatura

Questo procedimento elettrochimico è utilizzabile sia per le lamiere sia per i componenti con forme complesse. Serve a migliorare la superficie del materiale rimuovendo “i picchi e gli avvallamenti” delle irregolarità del suo profilo, rendendola più liscia e aumentandone la riflettività. Il grado di levigatezza e di riflettività derivanti da questo processo dipendono dalla rugosità del materiale iniziale, tuttavia è bene tenere presente che non si può raggiungere una
riflettività a specchio pari a quella ottenibile con i procedimenti di lucidatura meccanica. Le inclusioni superficiali non metalliche possono essere rimosse con questo procedimento.
Una superficie più liscia aumenta la resistenza alla corrosione, offre meno possibilità di
ritenzione di particelle contaminanti ed è anche più facile da pulire e da mantenere.


Finiture colorate

Colorazione elettrolitica

La pellicola inerte di ossido di cromo sulla superficie dell’acciaio inossidabile fornisce le
caratteristiche di resistenza alla corrosione del materiale e, se danneggiata, si ricostituisce
da sola in presenza di ossigeno. Attraverso un processo chimico, la pellicola può anche
assumere una colorazione che viene poi fissata con processo elettrolitico.
L’acciaio inossidabile austenitico è particolarmente adatto per questo trattamento. A seconda del tempo di immersione nella soluzione acida, si forma la pellicola superficiale e, attraverso il fenomeno fisico prodotto dall’interferenza con la luce, cioè la sovrapposizione della luce in arrivo e di quella riflessa, si producono intensi effetti di colore.
La gamma specifica dei colori che la pellicola va man mano assumendo sono: bronzo, oro, rosso, porpora e verde, corrispondenti al suo aumento di spessore da 0,02 fino a 0,36 µm.
La pellicola di ossido di cromo, che si forma all’inizio, essendo priva di colore, non è suscettibile di decolorazione da parte dei raggi UV e, dato che il processo di colorazione non comporta la presenza di pigmenti, le successive lavorazioni possono essere portate a termine dopo il trattamento descritto, senza pericolo di rottura per la pellicola stessa. Nelle operazioni di piegatura, ad esempio, la pellicola inerte si adatterà seguendo la piega, benché la consistenza del colore si riduca un po’ sul bordo a causa dell’assottigliarsi della pellicola. Dato che la pellicola inerte è trasparente, il substrato influenzerà l’aspetto finale, cioè una finitura opaca genererà un colore opaco e una finitura lucida a specchio darà un colore ad alta riflettività.
Questo procedimento crea colorazioni permanenti che non richiedono manutenzioni (contrariamente alle superfici verniciate), tuttavia bisogna aver cura che queste superfici non vengano danneggiate dato che non possono essere facilmente riparate. L’acciaio inox colorato con questo sistema non può essere saldato senza compromettere la superficie colorata.
L’acciaio inossidabile può anche essere colorato in nero (brunitura) usando una
soluzione di bicromato di sodio. La pulizia dell’acciaio inox colorato deve essere eseguita con particolare cura. Lana d’acciaio e altri abrasivi che danneggiano la superficie in modo permanente non devono essere usati, così come devono essere evitati detergenti contenenti cloro.

Superfici elettrocolorate e decorate
Imprimendo un motivo sull’acciaio inossidabile prima dell’applicazione chimica del colore, si possono creare attraenti disegni. Questi disegni possono essere ulteriormente evidenziati levigando leggermente i “rilievi” delle figure, facendo così apparire l’acciaio inossidabile nel suo colore originale e lasciando le parti colorate nelle zone più “profonde”, meno soggette a possibili danni.

Rivestimenti organici

Rivestimenti organici sono disponibili per laminati piani inox, sia come “primer” sia come primer più successivo strato di polivinilico e acrilico. Speciali processi di pre-trattamento e rivestimento forniscono la base per la massima aderenza e stabilità di durata in servizio del rivestimento colorato.Studiati originariamente per coperture e pannellature, i rivestimenti organici per l’acciaio inossidabile sono disponibili in una vasta gamma di colori, secondo la normativa internazionale.
Gli acciai inox con rivestimenti organici per coperture possono essere saldati con un
procedimento che prevede l’inclusione di polveri inox al materiale che deve essere unito.
Strati di primer, applicati sul lato opposto della lamiera inox lucidata o goffrata, possono
facilitare l’adesione di altri materiali per formare, ad esempio, pannelli compositi.

Finiture speciali decorative

Le tecnologie e i processi moderni forniscono i mezzi per creare bei disegni di aspetto
dinamico. Il procedimento comprende: fotoincisione, acquaforte, pallinatura, colorazione, decorazione, levigatura, lucidatura.
Ditte specializzate eseguono una o più di queste lavorazioni, ottenendo un numero
infinito di disegni di superfici e di effetti.
Vengono usate maschere per proteggere la superficie durante alcune lavorazioni come, per esempio, la levigatura o la pallinatura.
Alcuni campioni qui riprodotti mostrano le capacità degli specialisti nelle finiture.

Schermi satinati e processi di fotoincisione sono stati sviluppati per trasferire qualsiasi disegno sull’acciaio inossidabile, la cui superficie è poi attaccata chimicamente per rivelare il disegno.
L’attacco con acquaforte è un procedimento che rimuove una piccola parte del materiale
superficiale. Le superfici che hanno subito l’attacco con acquaforte hanno un aspetto opaco e leggermente ruvido che contrasta piacevolmente con le superfici lucide o satinate non
attaccate con acquaforte. Una colorazione elettrochimica può essere data alle superfici prima o dopo il trattamento con acquaforte.


Allegato A. Aspetti tecnici e pratici

L'acciaio inossidabile può essere un materiale da costruzione di lunga durata, resistente alla corrosione e che richiede poca manutenzione, a condizione che vengano usate le qualità e le finiture superficiali più appropriate, insieme con specifiche di progetto
dettagliate e con un adeguato programma di manutenzione. I produttori di acciaio inossidabile e le associazioni di categoria, ad essi collegate, possono fornire
indicazioni dettagliate sugli aspetti principali da valutare durante le fasi di scelta del materiale, fabbricazione, saldatura e manutenzione. Questa sezione fornisce
alcuni suggerimenti utili per orientare le scelte degli architetti.

Scelta del tipo di materiale

La resistenza alla corrosione dell’acciaio inossidabile è essenzialmente fornita dal cromo e migliorata dal nichel; quest’ultimo ne favorisce anche la duttilità e la lavorabilità per deformazione plastica a freddo. L'aggiunta di molibdeno ne aumenta la resistenza alla vaiolatura superficiale in ambienti molto aggressivi. L'acciaio inossidabile austenitico del tipo 1.4401 (AISI 316) è caratterizzato dalla presenza di tutti questi elementi, che lo rendono particolarmente durevole e quindi adatto a tutte le applicazioni in ambienti esterni. Nello specifico, questo tipo di acciaio è consigliabile per zone costiere o industriali particolarmente esposte, mentre il tipo 1.4301 (AISI 304), privo di molibdeno, risulta più adatto per ambienti esterni meno critici. Gli acciai inossidabili ferritici, che contengono esclusivamente cromo, sono generalmente più indicati per applicazioni interne o decorative, benché alcuni tipi, in determinate condizioni, possano offrire risultati soddisfacenti anche all'esterno. Gli acciai inossidabili duplex, o austeno-ferritici, associano elevate caratteristiche tensili, alla resistenza alla corrosione e alla formabilità degli austenitici e vengono sempre più spesso inseriti nelle specifiche per componenti strutturali.

Lavorabilità

Gli acciai inossidabili possono essere sottoposti ai normali processi di lavorazione, compresi la profilatura a rulli, la piegatura, il taglio con cesoia a ghigliottina, la foratura, la punzonatura e la saldatura. Una caratteristica degli acciai austenitici è che incrudiscono, richiedendo, per un'operazione come la piegatura, circa il 50% di forza in più rispetto agli acciai al carbonio di pari spessore. Gli acciai austenitici sono inoltre soggetti al fenomeno del “ritorno elastico” e, per compensare, devono essere sovrapiegati di circa 5°. Tutti gli utensili impiegati con
l'acciaio inossidabile dovrebbero essere ad esso “dedicati” per evitare rischi di contaminazione superficiale ad opera delle particelle di acciaio al carbonio.
Per la foratura si raccomanda l'utilizzo di punte affilate e di opportune velocità di avanzamento, per evitare l’alonatura o l'incrudimento del materiale.

Giunzione

L'acciaio inossidabile può essere fissato, o unito, ad altri materiali per mezzo di tecniche tradizionali quali la saldatura, la brasatura, la giunzione meccanica e l'incollaggio. La scelta del metodo più appropriato dipende dal tipo di applicazione, dall'ambiente di lavoro, dalla resistenza richiesta e dalla finitura dell'acciaio inossidabile.

Giunzioni meccaniche
Esiste una vasta gamma di dispositivi di fissaggio, realizzati con diversi tipi di acciai inossidabili, adatti alla maggior parte delle applicazioni in cui è preferibile
optare per la giunzione meccanica. Fra questi figurano: prigionieri, viti, bulloni, rondelle, rivetti e perni. Quando la giunzione è soggetta a umidità è opportuno che il tipo di materiale del dispositivo di fissaggio sia almeno di nobiltà equivalente a quella dell'acciaio inossidabile che deve essere unito.
Eventuali materiali diversi, se utilizzati, dovrebbero essere separati dall'acciaio inossidabile per mezzo di rondelle e boccole non metalliche. I prigionieri, saldati sul retro della lamiera, vengono spesso utilizzati per fissare pannelli di acciaio inossidabile a una sottostruttura. Questo tipo di giunzione può essere utilizzata quando la lamiera ha uno spessore minimo di 1 mm. La saldatura dei prigionieri non richiede alcuna rifinitura e non risulta visibile sulla parte esterna. Tuttavia, quando lo spessore dei materiali è particolarmente ridotto, è necessario fare in modo che le giunzioni siano di testa, in quanto un eccessivo serraggio può provocare deformazioni sul fronte in vista.

Incollaggio
L'acciaio inossidabile può essere fissato ad altri materiali per mezzo di adesivi quali resine epossidiche, acriliche e poliuretaniche. La scelta dell'adesivo più appropriato
dipende da numerosi fattori, fra cui il materiale da unire all'acciaio inossidabile, le condizioni ambientali in cui si troverà il manufatto e il tipo di carico da sopportare.
Oltre ai produttori di adesivi, si raccomanda di consultare sempre anche i produttori di acciaio inossidabile affinché il materiale venga fornito con la finitura più adatta. In generale, si sa che una finitura ruvida favorisce l’azione dell’adesivo, tuttavia potrebbe essere necessario effettuare un pre-trattamento dell’acciaio inossidabile, consistente in operazioni quali lo sgrassaggio, l'uso di abrasivi o l'applicazione di ”primer” chimici. Ciò sebbene i moderni adesivi risentano meno della presenza di residui superficiali o di umidità.

Saldabilità
Anche se la scelta del processo di saldatura dipende da più fattori, l'acciaio inossidabile può essere facilmente saldato sia ad altro acciaio inossidabile sia all'acciaio al carbonio. Durante l’operazione è tuttavia opportuno tenere conto del maggiore coefficiente di dilatazione termica e della minore conduttività termica dell'acciaio inossidabile, specie degli austenitici, rispetto all'acciaio al carbonio, per ridurre il rischio di deformazioni. I tecnici del settore conoscono bene queste caratteristiche.
I processi di saldatura TIG (in atmosfera inerte con elettrodo di tungsteno), ad arco-plasma, MIG (sotto gas inerte con elettrodo di metallo) e a resistenza, sono tutti
particolarmente adatti all'acciaio inossidabile. La saldatura di testa a resistenza è una tecnica di unione piuttosto comune per i pannelli, che non richiede la ripresa della giunzione saldata e non crea alterazioni superficiali.
La scelta fatta della finitura superficiale deve essere tenuta in considerazione quando si valuta il processo di lavorazione e di successiva pulitura post-saldatura;
questo per evitare danneggiamenti alle finiture meccaniche. Per le giunzioni saldate, ad esempio, è necessario tenere conto del ripristino delle finiture orientate.

Pulizia

Dal momento che l'acqua piovana favorisce la pulizia dell'acciaio inossidabile, le finiture per applicazioni in ambienti esterni, decorate o direzionate, dovrebbero essere orientate in modo tale da facilitare il deflusso dell'acqua. E' pertanto opportuno evitare, se possibile,
fessure o "righe" orizzontali che favoriscono l'accumulo di sostanze contaminanti trasportate dall'aria. Solitamente, un lavaggio di routine con acqua e sapone, seguito dal risciacquo con acqua pulita e dal passaggio di un panno asciutto, è sufficiente per mantenere invariate le caratteristiche estetiche dell'acciaio inossidabile. La frequenza del lavaggio dipende dal luogo, dalle condizioni di esposizione e dalle particolari esigenze di tipo estetico dell'edificio.
Per pulire l'acciaio inossidabile vanno comunque sempre evitati abrasivi di acciaio al carbonio, quali lana metallica, o materiali contenenti cloruri. Qualora si renda necessario un trattamento abrasivo, possono essere utilizzati detergenti liquidi brevettati oppure
è consigliabile rivolgersi a fornitori specializzati.
Nelle specifiche di progetto è opportuno inserire una procedura di pulizia appropriata.

Prevenzione della corrosione galvanica

Se, per le applicazioni esterne, all'acciaio inossidabile vengono abbinati anche altri metalli, è opportuno che questi vengano separati da un isolante non metallico
costituito, per esempio, da neoprene o nylon, per evitare il rischio di corrosione galvanica. L'acciaio inossidabile è più nobile dell'acciaio al carbonio zincato o non rivestito, dello zinco e dell'alluminio e, in presenza di acqua piovana o umidità, provoca la corrosione del materiale meno nobile, a meno che non ne sia elettricamente separato. Quando la superficie di acciaio inossidabile è di estensione maggiore rispetto a quella del materiale meno nobile, come nel caso di rivestimenti con ancoraggi, si assiste a un'accelerazione della corrosione del materiale di fissaggio non inossidabile. Questo può essere seguito da macchiatura e riduzione della sezione dell’elemento di unione. Per tale motivo con i rivestimenti di acciaio inossidabile sarebbe sempre opportuno utilizzare elementi di fissaggio di acciaio inossidabile.

Uniformità delle finiture

Quando l’area da rivestire è molto ampia e disposta su di un unico piano, bisogna accertarsi che i coils provengano dallo stesso lotto. Questo risolve il problema dell'uniformità del colore, che può variare da lotto a lotto. Se necessario, durante la lavorazione e il montaggio, si
può tenere conto della direzione di laminazione o della finitura per evitare che orientamenti diversi creino un effetto di contrasto in determinate condizioni di luce.
A tale proposito, possono essere presi accordi con il fornitore affinché la direzione di laminazione o della lavorazione venga indicata sul lato inferiore dei fogli o sull'imballaggio.

Allegato B. EN 10088-2


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