La finitura superficiale di semilavorati o manufatti in acciaio gioca un ruolo determinante.

Questa, infatti, non risponde solamente ad una ragione estetica, ma ottimizza il comportamento del materiale nei confronti di determinati ambienti corrosivi o esalta le caratteristiche proprie di questo materiale: si pensi, per citare un esempio, al rapporto che sussiste tra lo stato superficiale e l’igienicità degli acciai inox.

Queste considerazioni sono in generale valide per ogni tipo di materiale, ma in particolare per i materiali autopassivanti, come gli acciai inossidabili.

È necessario distinguere due tipi di finiture: quelle per laminazione e quelle per abrasione.

FINITURE PER LAMINAZIONE

Queste finiture superficiali si ottengono sul prodotto siderurgico (nastro, lamiera, tubo, ecc.), direttamente dall’acciaieria per mezzo di cicli successivi al laminatoio.

Quando il generico utilizzatore richiede presso l’acciaieria o presso rivenditori, materiale laminato, per definire il grado di finitura superficiale desiderato, deve fare riferimento a sigle convenzionali.

Tali designazioni variano a seconda dei diversi enti di unificazione nazionali: nella Tabella 6 sono riportate le comparazioni tra le sigle relative alle principali normative vigenti (nella tabella si è fatto riferimento, per completezza, anche ad altri tipi di prodotti siderurgici, quali i prodotti lunghi ed i fucinati).

In ogni caso, è importante ricordare che le normative definiscono i vari stadi tecnologici delle finiture ottenibili sulle lamiere di acciaio inossidabile, ma non fanno specifico riferimento alle correlazioni con le rugosità delle singole finiture.
Facendo riferimento alla normativa (“Prodotti finiti piatti di acciaio inossidabile resistente alla corrosione e al calore. Lamiere, lamiere sottili, nastri e nastri lunghi”), si possono così distinguere i seguenti gradi di finiture:

• FINITURA 0 – Prevede la laminazione a caldo del nastro o della lamiera di acciaio inossidabile ed il trattamento termico reattivo. Non viene previsto il decapaggio.
• FINITURA 1 – è il grado relativo alle lamiere e ai nastri laminati a caldo. Si ottiene per laminazione a caldo seguita da un trattamento termico di ricottura, di ricristallizzazione oppure di solubilizzazione, a seconda che si tratti, rispettivamente, di acciai martensitici, ferritici oppure austenitici.
  Sia la scaglia formatasi a causa della laminazione a caldo, sia quella dovuta al successivo trattamento termico, devono essere eliminate con un opportuno decapaggio. L’aspetto di questo grado di finitura è grigio argenteo, opaco e di scarsa levigatezza superficiale.
• FINITURA 2D – La lettera D sta a significare “dull” cioè opaco. Questo grado si realizza per laminazione a freddo su lamiere e nastri già laminati a caldo, ricotti e decapati. La laminazione a freddo comporta, evidentemente, un incrudimento dell’acciaio inox che sarà tanto più elevato quanto maggiore sarà la riduzione fatta subire alla lamiera o al nastro e/o in funzione del tipo di inossidabile.
  Ne deriva che, a valle di tale lavorazione a freddo, occorrerà nuovamente omogeneizzare e ricuocere il materiale, dopo avere opportunamente eliminato l’olio di laminazione a freddo. Questa nuova ricottura produrrà ancora una scaglia e si renderà necessario un decapaggio.
  La superficie che si ottiene non è ancora riflettente, ma certamente più levigata della finitura 1, grazie alla laminazione a freddo subita; inoltre, lo spessore della lamiera o del nastro è molto più costante e con tolleranze che possono essere anche molto ristrette.
• FINITURA 2B – La lettera B sta ad indicare “bright” cioè brillante. Essa si ottiene su lamiere o nastri di finitura 2D mediante una laminazione pellicolare a freddo su laminatoio “skinpass” equipaggiato con due cilindri lucidi.
  Questa lavorazione compatta la superficie, ma non provoca riduzioni apprezzabili dello spessore e, di conseguenza, l’incrudimento è quasi nullo.
  La finitura 2B ha aspetto grigio-argenteo brillante ed è certamente la più diffusa per le lamiere ed i nastri. Essa consente anche una politura più rapida e con risultati migliori della finitura 2D.
• FINITURA BA – Questa designazione rappresenta la dicitura “bright annealed”, vale a dire “ricottura brillante”.
  Si tratta di una finitura di lamiere e di nastri laminati a freddo, realizzata per trattamento termico di ricottura, ricristallizzazione o solubilizzazione (a seconda che si tratti di martensitici, ferritici o austenitici), in atmosfera inerte dopo la laminazione e la successiva sgrassatura.
  Questo trattamento termico in totale assenza di ossigeno, fa sì che l’acciaio inossidabile esca dal forno nelle stesse condizioni in cui vi è entrato, senza alcuna alterazione superficiale.
  Prevenendo la formazione superficiale di ossidi, viene a mancare la decromizzazione poi evidenziata dal decapaggio. Viene così a mancare ogni possibile alterazione sul più importante degli elementi in lega: il cromo, la cui concentrazione superficiale resta quindi pari a quella all’interno dello spessore.

Accanto alle finiture “standard” dei prodotti di acciaieria (specie lamiere e nastri), esistono anche delle finiture “non standard”, cioè non unificate, che le acciaierie possono fornire a seconda delle esigenze del mercato. Tali finiture, sempre per laminazione, sono ottenute con cilindri particolari che consentono di realizzare, mediante improntatura sulla lamiera, diversi aspetti, tipo sabbiato, satinato, goffrato, ecc.

Tabella 6 – Designazione e corrispondenza delle differenti finiture per laminazione secondo UNI, AFNOR, AISI, ASTM, BSI e DIN.

FINITURE PER ABRASIONE

Questo genere di finitura si effettua su particolari inox, mediante abrasivi di opportuna granulometria.

Il susseguirsi di queste operazioni deve essere tale da prevedere l’utilizzo di abrasivi di finezza sempre maggiore per finiture che vanno da quelle più scabre (minore riflettività) e quelle più lisce (maggiore riflettività).

Nella tabella 7 sono riunite le designazioni delle finiture standard per abrasione, con le relative corrispondenze con le normative UNI, AFNOR, AISI, ASTM e DIN.

È importante sottolineare che la grana degli abrasivi deve essere sempre uniforme (per evitare graffiature) e che l’abrasivo deve essere assolutamente esente da qualsiasi sostanza contaminante, specie da ferro, per evitare macchiature e veri e propri fenomeni corrosivi sull’acciaio inossidabile.

Tabella 7 – Designazione e corrispondenza delle differenti finiture per abrasione secondo UNI, AFNOR, AISI, ASTM, BSI e DIN.

LA RUGOSITÀ DEL MATERIALE

È opportuno richiamare il concetto di “rugosità” così come definito dalla normativa.

La rugosità di un profilo, per un materiale generico, dipende dalle irregolarità superficiali, ossia dalle deviazioni della superficie reale da quella nominale (superficie geometrica ideale). Tali irregolarità hanno natura di vario genere, dovute essenzialmente all’azione delle macchine utensili o all’azione degli stessi utensili che hanno lavorato il metallo.

La superficie si presenta pertanto con una serie di “picchi” e di “valli”, come si può notare nella seguente figura.
In questo schema si sono indicati alcuni parametri così definiti:

• profilo rilevato: linea che identifica con buona approssimazione la superficie reale; esso è solitamente rilevato dagli strumenti;
• linea media del profilo: linea che divide il profilo rilevato in maniera tale che la somma delle aree al di sopra sia uguale alla somma delle aree al di sotto della stessa;
• lunghezza di base: lunghezza del profilo rilevato, scelta per la valutazione della rugosità.

Nella figura compaiono due assi cartesiani: l’asse delle ascisse coincide con la linea media, mentre su quello delle ordinate i diversi valori di y rappresentano lo scostamento dei singoli punti dalla linea media del profilo rilevato.

La rugosità Ra viene pertanto definita come la sommatoria delle ordinate rispetto alla linea media, calcolata in valore assoluto, ossia:

ove n è il numero delle ordinate.

Il parametro Ra, la cui unità di misura è il micron (μm), è quello più utilizzato e riconosciuto da tutte le normative mondiali per la rugosità superficiale.

Esistono comunque diversi altri parametri per effettuare questa misurazione come Rmax definito, in micron, come la distanza del punto più alto ed il punto più basso del profilo rilevato; oppure Rtm definito come valore medio della rugosità Rmax rilevate su 5 lunghezze di base adiacenti.

Oltre a questi, esistono anche altri parametri importanti per identificare completamente un profilo superficiale: questi non si riferiscono alle variazioni “in verticale” del profilo rilevato rispetto alla linea media (come visto per definire Ra, Rmax, Rtm), bensì ai fenomeni “orizzontali”, relativi cioè alle spaziature esistenti tra i diversi picchi (λa, λq, Δa, Δq).

Da quanto sopra richiamato, si può notare come non sia possibile esprimere un rapporto stretto fra rugosità e tipo di lavorazione superficiale di un determinato materiale metallico, dato che questo rapporto dipende da molti fattori.

Importante è quindi rilevare che quanto esposto come “gradi di finitura” per gli acciai inossidabili, si riferisce a considerazioni effettuate a livello di normativa. è intuitivo pertanto che tali indicazioni sono orientative e può capitare di reperire sul mercato due lamiere o due nastri con finiture superficiali designate con la stessa sigla (per esempio: 4), ma con aspetti leggermente dissimili, dovuti a diversi valori di rugosità ottenuti: anche se compresi nel “range” previsto dalla normativa.

Se, ad esempio, si conducono test di rugosità su tre differenti campioni, in direzione perpendicolare a quella di laminazione, aventi la finitura superficiale identificata con lo stesso simbolo, si possono registrare tre differenti tipi di rugosità, e questo conferma che non è possibile trovare una esatta corrispondenza biunivoca tra la rugosità e il tipo di finitura.

Se si vuole realizzare un determinato aspetto superficiale, soprattutto nelle finiture per abrasione, è consigliabile pertanto fare riferimento, oltre che alla normativa, a campioni prefissati, dei quali è noto il ciclo delle lavorazioni condotte.

Esistono naturalmente altri tipi di trattamenti superficiali che è possibile eseguire sull’inox, a seconda delle esigenze prestazionali ed estetiche richieste ai diversi prodotti.

Citiamo di seguito alcune tra le tecnologie più usate:

LUCIDATURA ELETTROLITICA

Si rende interessante questa tecnica, per oggetti di forma particolare, ove è disagevole la finitura meccanica, a causa della difficile accessibilità di alcune parti, oppure ove esiste un elevato rapporto “vuoto/pieno”, come ad esempio nelle griglie.
Grossi vantaggi presenta anche per quegli elementi di notevole “responsabilità” sia estetiche sia funzionali (vasellame di alto pregio, strumenti chirurgici, componenti elettronici, ecc.).

I manufatti vengono immersi in un bagno di soluzione elettrolitica dove il manufatto da lucidare costituisce l’anodo di una cella per elettrolisi, mentre il catodo è solitamente realizzato da un piatto di rame o di acciaio inossidabile AISI 304 o, a volte, di piombo.

BURATTATURA

Si utilizza solo per pezzi di limitate dimensioni, prodotti in larga serie.

Nei recipienti (buratti) trovano alloggiamento gli oggetti da finire insieme ad opportune quantità di abrasivo.

Di solito il rapporto tra i pesi dei manufatti da finire e dell’abrasivo varia da 1:3 a 1:5; il rapporto di riempimento del buratto con l’insieme oggetti-abrasivo viene determinato in maniera da non occupare più del 50÷60% dell’intero volume.

La miscela è caricata a secco oppure con liquidi quali acqua, acqua e sapone ecc. Il movimento del buratto è di rotazione attorno al proprio asse, unito di solito a opportune sollecitazioni vibrazionali.

Gli abrasivi (naturali o sintetici di opportuna forma) è necessario che siano destinati alla sola lavorazione dell’inox: bisogna verificare quindi che non contaminino il materiale in lavorazione con materiale meno nobile (tipicamente con l’acciaio al carbonio).

COLORAZIONE

La colorazione dell’acciaio inossidabile si può ottenere mediante immersione in una soluzione acquosa di acidi.

A parità di concentrazione degli acidi nel bagno, la variazione dei parametri “temperatura” e “tempo di immersione” consente di realizzare differenti colorazioni, che vanno dal color bronzo al blu, al rosso, al verde, con diverse tonalità intermedie.

La tecnologia di realizzazione prevede tre fasi essenziali: la preparazione superficiale, la coloritura ed il fissaggio. Questo processo determina un fenomeno di conversione superficiale, in quanto sul metallo avviene la formazione di strati di ossido successivi.

La differente colorazione appare pertanto per “interferenza”. Essa è causata cioè dalla differenza di fase esistente tra i raggi di luce riflessi dalle diverse superfici di ossido formatesi nel trattamento e quelli riflessi invece dalla superficie del metallo sottostante.

PITTURAZIONE E SMALTATURA

Anche se queste tecnologie non sono molto adatte su acciai inossidabili, esse si possono utilizzare con buona riuscita estetica e funzionale, seguendo però un’attenta preparazione superficiale con un accurato sgrassaggio e con un’attivazione meccanica della superficie stessa.

Le pitture più utilizzate sono quelle a base di resine epossidiche che presentano un buon ancoraggio.

È opportuno seguire le indicazioni dei produttori di pitture o vernici e prevedere, quando è richiesto, l’uso di primer prima di eseguire la verniciatura vera e propria.

Per quanto riguarda la smaltatura sono utilizzati smalti a secco o in sospensione acquosa (100 parti smalto e 40 parti acqua) con riscaldamento in forno (atmosfera neutra o ossidata) a 800÷820 °C per 3 minuti circa.