Cos’è l’acciaio? Come è fatto?

L'acciaio è un materiale versatile che comprende principalmente ferro con un massimo del 2% di carbonio. Contiene anche piccole quantità di altri elementi, come manganese, silicio, fosforo, zolfo e ossigeno. Ci sono forme leghe e non leghe del metallo.

L'acciaio è il materiale da costruzione e ingegneria più importante al mondo. Lo usiamo per fabbricare automobili, lavatrici, frigoriferi, aghi da cucito, strumenti chirurgici e petroliere. È straordinariamente resistente e infinitamente riciclabile.

Le forme in lega contengono tracce di altri metalli oltre al carbonio, mentre le forme non in lega no. L'aggiunta di metalli come manganese, nichel e molibdeno rende il materiale più resistente.

L'acciaio inossidabile è una forma di lega resistente che contiene anche un minimo del 10,5% di cromo. L'aggiunta di cromo aiuta la lega a resistere alla corrosione. Questo perché il metallo produce un sottile strato passivo di ossido di cromo sulla superficie del metallo.


Migliaia di tipi

Secondo la World Steel Association (worldsteel), esistono più di 3.500 diversi tipi di acciaio. Questi tipi variano in termini di caratteristiche chimiche, fisiche e ambientali.

Più di tre quarti degli acciai moderni non erano disponibili 20 anni fa. Molte forme moderne sono più resistenti e leggere rispetto ai tipi più vecchi.

Ad esempio, se i parigini dovessero costruire una Torre Eiffel oggi, avrebbero bisogno solo di un terzo dell'acciaio che è stato utilizzato nell'originale alla fine degli anni '80 dell'Ottocento.

Allo stesso modo, i nuovi tipi che vanno nelle auto moderne significano che i veicoli sono fino al 35% più leggeri rispetto alle loro controparti più vecchie.

Il ferro puro è morbido e non adatto come materiale di fabbricazione. L'aggiunta di carbonio rafforza il metallo.

L'alterazione del contenuto di carbonio è il modo più semplice per regolare le proprietà meccaniche dell'acciaio. I produttori utilizzano anche diversi tipi di trattamento termico per variare le proprietà.


La Cina è leader nella produzione di acciaio

La produzione mondiale di acciaio è aumentata di quasi dieci volte negli ultimi 70 anni. Nel 1950, la produzione mondiale di acciaio grezzo era di 189 milioni di tonnellate (Mt) all'anno. Entro il 2019, questo tasso aveva raggiunto 1.869,9 Mt all'anno. 1 tonnellata è 1.000 chilogrammi (kg).

Oggi la Cina è di gran lunga il più grande produttore mondiale. Produce quasi nove volte più acciaio all'anno rispetto all'India, la seconda più grande. Secondo i dati del 2019 di worldsteel, i primi 10 paesi produttori di acciaio al mondo sono:

  1. Cina (996,3 Mt)
  2. India (111,2 Mt)
  3. Giappone (99,3 Mt)
  4. Stati Uniti (87,9 Mt)
  5. Russia (71,9 Mt)
  6. Corea del Sud (71,4 Mt)
  7. Germania (39,7 Mt)
  8. Turchia (33,7 Mt)
  9. Brasile (32,2 Mt)
  10. Iran (31,9 Mt)

Principali metodi di produzione

La produzione dell'acciaio ha due metodi principali di produzione: forno ad ossigeno di base e forno ad arco elettrico.

Il forno ad ossigeno di base combina ferro con fino al 30% di rottami di acciaio. Aggiunge anche flusso, che comprende calcare e altri minerali, per raccogliere le impurità.

L'introduzione di una lancia che soffia ossigeno nel recipiente di riscaldamento fa salire la temperatura a 1.700 C. Questa quantità di calore scioglie i rottami, ossida le impurità e riduce il contenuto di carbonio. Il risultato è acciaio liquido.

Prima che sia pronto per il processo di ossigeno di base, il ferro deve essere prima estratto dal minerale di ferro. Questo processo utilizza il carbonio, che proviene principalmente dal carbone da coke.

Occorrono circa 600 kg di coke derivato da 770 kg di carbone per produrre 1.000 kg di acciaio. I forni ad ossigeno di base costituiscono circa il 74% della fornitura mondiale.

Circa il 25% dell'acciaio mondiale è prodotto in forni elettrici ad arco. Questo metodo non prevede la produzione di ferro. Invece, usa rottami di acciaio con forse un po' di ghisa per bilanciare la chimica.

Gli elettrodi nella fornace producono un arco di elettricità per creare il calore. Questo genera circa 35 milioni di watt di potenza attraverso i rottami. Il calore risultante aumenta la temperatura a 1.600 C e scioglie i rottami. Questo processo utilizza anche il flusso per rimuovere le impurità.

Occorrono circa 150 kg di carbone per produrre 1.000 kg di acciaio in forni elettrici ad arco.

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