L’acciaio per calcestruzzo armato è un prodotto che, a fronte di produzioni e consumi molto elevati in un settore strategico qual è quello delle costruzioni, registra uno scarso livello di attenzione sia da parte delle aziende committenti che degli utilizzatori.
Solitamente il connotato ritenuto maggiormente significativo è il prezzo, a scapito delle caratteristiche tecnico-qualitative che comunemente vengono date per scontate.
Sul nostro territorio alcune di queste caratteristiche, quali ad esempio la duttilità, sono diventate fondamentali al fine di garantire la sicurezza sismica degli edifici e delle opere in calcestruzzo armato in generale.

SISMIC, che pure associa produttori di acciai e ben conosce a quali e a quanti controlli, sperimentazioni e verifiche questi acciai siano sistematicamente sottoposti (in termini quantitativi non esiste un prodotto così controllato), si è tuttavia resa conto che molti addetti del settore delle costruzioni (progettisti, direttori lavori, collaudatori) e molti operatori che interagiscono nella filiera del calcestruzzo armato (commercianti, utilizzatori e committenti) spesso non conoscono le caratteristiche tecniche fondamentali e necessarie a garantire che il risultato finale sia quello definito in sede di progetto.
Sono di seguito descritti i passaggi essenziali dei processi di produzione e di laminazione (questi ultimi nella prossima puntata) che molto spesso determinano le caratteristiche del prodotto finale, i criteri di qualificazione e controllo, sia cogenti che volontari, a cui sono sottoposte le aziende e i prodotti e la metodologia di “identificazione”, requisito che è destinato a diventare sempre più importante nell’ambito europeo.


I processi di fabbricazione di alcuni prodotti di acciaio per cemento armato sono cambiati considerevolmente negli ultimi 10 anni e i produttori di tutto il mondo ne stanno introducendo dei nuovi, così come stanno continuamente sviluppando processi più accurati per ottimizzare costi e prestazioni.
I Decreti attuali non contengono specifici riferimenti ai processi di produzione, sebbene questi possano avere un effetto significativo sulle proprietà degli acciai per cemento armato.
Differenti procedimenti possono produrre diverse caratteristiche meccaniche, con risposte dissimili per esempio alla duttilità, alla piegatura, alla saldatura e ad altri impieghi specifici.

Qui di seguito si descrivono i processi più comuni utilizzati oggi in Italia per la produzione degli acciai per calcestruzzo armato, che caratterizzano le proprietà meccaniche degli acciai.


FASI DEL PROCESSO DI PRODUZIONE
Le differenti fasi del processo di produzione dell’acciaio possono essere distinte in:
• Produzione dell’acciaio
• Colata continua
• Laminazione a caldo
• Stiratura o ribobinatura
• Laminazione a freddo


> PRODUZIONE ACCIAIO

La produzione degli acciai per cemento armato avviene quasi unicamente nei forni elettrici ad arco (EAF Electric Arc Furnace – figure 1 e 2) che utilizzano normalmente il 100% di rottami ferrosi come materia prima.
I rottami, dopo adeguata selezione e preparazione, sono caricati nel forno e il calore viene ad essi fornito tramite la scarica elettrica prodotta dagli elettrodi di grafite, così da fondere il rottame nel minore tempo possibile.
 

1. Forno elettrico ad arco (EAF), fase di caricamento del rottame.

 

2. Forno elettrico ad arco (EAF), fase di fusione.
  
  
Un forno EAF generalmente produce da 0,5 a 1 milione di tonnellate all’anno; questa potenzialità lo rende idealmente adatto per la produzione di acciai per cemento armato.
L’affinazione dell’acciaio, la disossidazione e l’aggiunta delle ferroleghe avvengono dopo lo spillaggio in un impianto dedicato alla cosiddetta elaborazione metallurgica, comunemente chiamato forno siviera.
 

3. Spillaggio dell’acciaio nella siviera.


L’elaborazione metallurgica permette di ottenere un’omogeneità della composizione chimica dell’acciaio liquido mediante l’insufflaggio continuo di gas inerte, il controllo della temperatura e la verifica e il contenimento delle inclusioni non metalliche.
Normalmente un’acciaieria con forno EAF è integrata da un laminatoio specializzato nella fabbricazione di prodotti lunghi, quali le barre di acciaio per cemento armato. La maggioranza dell’acciaio per cemento armato è prodotto in aziende di questa tipologia; in particolare, quello prodotto in Europa, proviene quasi totalmente da materiale riciclato e garantisce un significativo beneficio ambientale, perché utilizza materiale come il rottame che, se non assorbito in questi processi, dovrebbe essere smaltito in discarica, con degrado dell’ambiente.
Il processo di fabbricazione dell’acciaio è identificato dalla “colata”. Ogni volta che il forno EAF viene svuotato, viene prodotto un lotto di acciaio liquido di analisi omogenea cui viene assegnato un numero progressivo di colata.

Durante la produzione dell’acciaio alcuni elementi quali il carbonio, il manganese e il silicio, vengono aggiunti intenzionalmente. Altri elementi residui derivanti dal processo di produzione e dal rottame utilizzato, che devono sottostare ai limiti imposti sia dalla normativa italiana che dalla norma europea EN10080 per garantirne la saldabilità, possono avere un importante effetto sulle proprietà finali dell’acciaio.
Le scorie prodotte dal forno EAF hanno un alto contenuto di silicati e quindi un aspetto vetroso molto simile a quello della lava vulcanica.
 
Un acciaio è saldabile quando sono garantiti i seguenti limiti analitici percentuali:
 

Questi requisiti sono di particolare rilievo per ottimizzare i successivi processi di laminazione dell’acciaio.
Alcuni esempi degli effetti dovuti agli elementi si ritrovano nella:

• laminazione a freddo, dove la presenza di alcuni elementi indurenti residui può innalzare ulteriormente la resistenza a scapito della già bassa duttilità di questi prodotti;
• saldabilità, dove un alto livello di elementi residui, può causare problemi nella saldatura;
• piegatura, dove un eccessivo livello di azoto può ridurre la capacità alla piegatura, a causa di un effetto chiamato “invecchiamento” che avviene naturalmente dopo deformazione plastica dell’acciaio, riducendone anche drasticamente le caratteristiche meccaniche; per questa ragione, la sua concentrazione, come sopra indicato, viene limitata a un massimo di 0,012% in peso, nel caso in cui non siano presenti elementi quali alluminio e titanio in grado di fissare l’azoto.


> COLAGGIO IN COLATA CONTINUA

Dopo la fusione e l’affinazione, l’acciaio viene solidificato sotto forma di billette.
Gran parte della produzione mondiale di acciaio per calcestruzzo armato utilizza, per questo processo, la tecnologia della colata continua. L’acciaio viene colato in una lingottiera raffreddata ad acqua, normalmente di sezione quadrata aperta da entrambi i lati, e il prodotto, durante tutte le fasi di raffreddamento, segue un percorso dall’alto verso il basso in un’operazione continua.

4. Processo di produzione delle billette da colata continua
  

NELLE PRECEDENTI PUNTATE
SISMIC01_Marchio di qualità Sismic, acciaio per calcestruzzo armato
SISMIC02_Il Marchio ECOSISMIC
SISMIC03_Certificazione ICMQ ECO

NELLA PROSSIMA PUNTATA
SISMIC05_I processi di laminazione a caldo