Composizione chimica dell'acciaio
L’acciaio è una lega costituita non solo da ferro e carbonio. Altri elementi possono essere aggiunti sia per conferire particolari proprietà alla lega che per facilitare fasi del processo produttivo. Questi costituenti, seppure presenti in misura minima, influenzano secondo quantità e tipologia, i processi di formazione e di accrescimento dello strato di zincatura, variandone di conseguenza composizione, spessore, proprietà e aspetto. Essi influenzano la formazione e la natura dei diversi strati di leghe zinco-ferro che costituiscono il rivestimento.
Lo strato di zincatura, durante il contatto con lo zinco fuso, può procedere anche senza la formazione di tutte le fasi dalla ferrolega fino allo strato η (eta), o con accrescimento predominante di una fase rispetto alle altre. Possono formarsi rivestimenti leggeri con prevalenza dello strato η (eta), che sono più plastici e con contenuto inferiore di ferro. Ciò si ottiene, per esempio, nella zincatura di acciai calmati all’alluminio. Al contrario, altri elementi, come il silicio ed il fosforo, comportano rivestimenti pesanti, caratterizzati dalla presenza di strati di leghe ferro/zinco più dure e pronunciate.
Quanto alle differenze di struttura e lega nello strato di zinco sui manufatti, le proprietà anticorrosive non risultano mai influenzate da ciò in modo determinante. In altre parole, a parità di condizioni ambientali, la durata della protezione risulta proporzionale allo spessore del rivestimento, in generale. Le performance sono praticamente le stesse sia che si tratti di un rivestimento di zinco ipoteticamente puro o di una successione di differenti strati di lega ferro-zinco.
Nella pratica quotidiana, gli elementi presenti nell’acciaio con le influenze più significative sul lavoro dello zincatore, sono il silicio ed il fosforo. A lungo i ricercatori del settore ne hanno analizzato gli effetti. È stato osservato che la presenza di silicio in quantità comprese tra 0,04 e 0,12% (intervallo di Sandelin) o superiori allo 0,25% (acciai iper-Sandelin) è in grado di accelerare la reazione ferro-zinco. Il rivestimento che si forma ha uno spessore visibilmente maggiore.
Le indicazioni riportate di seguito hanno il solo scopo di suggerire composizioniche aumentino la probabilità di ottenere l’aspetto desiderato. Per l’individuazione di classi o categorie di composizione si faccia riferimentoa quanto previsto nelle norme UNI EN 10025 ed UNI EN ISO14713 parte 2.
I rivestimenti ottenuti su acciai con questi tenori di Si e P presentano la struttura costituita dalla successione delle fasi previste dal diagramma binario Fe-Zn. Hanno, molto probabilmente, spessore compreso tra 60 e 100μm e aspetto brillante.
Fanno parte di questa classe gli acciai con reattività medio-alta che sono maggiormente reattivi rispetto a quelli della classe precedente. È possibile che si verifichi la presenza di zinco puro in superficie, in base ai tempi di permanenza nel bagno di zinco e alle temperature di zincatura. Per questo l’aspetto varia da brillante a grigio opaco-scuro. Lo spessore può variare tra 120-220μm o misure maggiori, specialmente su profili spessi.
Casi di iper-reattività
Le diverse colorazioni possibili da grigio chiaro a grigio scuro, e l’aspetto opaco o brillante, sono dovuti alla differente composizione della lega ferro/zinco affiorante.
La reattività raggiunge un picco. L’aspetto del rivestimento è molto rugoso, irregolare e con struttura micrografica amorfa. Lo spessore risultante può essere anche di parecchie centinaia di micrometri.
Il rivestimento che si ottiene ha uno spessore da elevato a molto elevato con aspetto che va dal grigio chiaro al grigio scuro con o senza caratteristica comparsa di celle o aspetto a “ragnatela”.
La questione della composizione dell'acciaio è affrontata dalla normativa: la UNI EN ISO 14713-2 al prospetto 1 fornisce la definizione di quattro categorie di acciaio, a seconda della concentrazione superficiale di silicio e fosforo e una predizione sull'aspetto finale del rivestimento per ognuna di esse. Sulle informazioni della UNI EN ISO 14713-2 si basa la norma UNI EN 10025 nel suggerire all'opzione 5 le composizioni da richiedere per l'acciaio destinato alla zincatura a caldo. Per approfondimenti leggere la parte relativa all'argomento nel Manuale di Buone Pratiche per la Zincatura a Caldo.