L'acciaio

L'acciaio è una lega ferrosa composta principalmente da ferro e carbonio, quest'ultimo in percentuale non superiore al 2,06%; oltre tale limite, le proprietà del materiale cambiano e la lega assume la denominazione di ghisa.

Il termine acciaio indica in maniera generica una lega tra 2 elementi principali: ferro e carbonio. Altri elementi presenti nell’acciaio sono: manganese, fosforo, zolfo, silicio ed in quantità minore azoto, alluminio ed ossigeno.

Il ferro è un elemento metallico ed il suo simbolo chimico è Fe.

Il carbonio è un elemento non metallico, C è il suo simbolo chimico; è l’elemento legante principale nelle leghe di acciaio ed il suo contenuto percentuale oscilla tra lo 0,002% ed il 2,1%, in termini di peso (nella maggior parte degli acciai difficilmente supera l’1%).

Trattandosi di una lega metallica, l’acciaio non ha simbolo chimico, pertanto non è elencato nella tavola periodica. Esistono molte nomenclature stabilite da varie organizzazioni che regolano norme tecniche, composizione di ogni lega, proprietà, etc.

Le caratteristiche basilari vengono conferite alla lega di acciaio dal carbonio. L’aggiunta intenzionale di ulteriori elementi come nichel, cromo, molibdeno, manganese, titanio, boro, niobio e vanadio, modifica le caratteristiche dell’acciaio.

Il carbonio ed altri elementi agiscono come agenti indurenti. Cambiando la quantità degli elementi nella lega, si controllano le proprietà dell’acciaio:

temprabilità

durezza

tenacità

duttilità

fragilità

Inoltre l’acciaio è rinomato per essere un metallo resistente:

alla corrosione

alla trazione

all’usura

al calore

Ad esempio, un acciaio con un’alta presenza di carbonio nella lega, risulterà più duro, ma nel contempo meno duttile di un acciaio con una bassa percentuale di carbonio.

Il ciclo di produzione dell’acciaio varia a seconda delle tecnologie utilizzate e della tipologia di acciaio che si vuole ottenere. Possiamo suddividere i cicli produttivi dell’acciaio in due categorie:

acciaio prodotto con altoforno

acciaio prodotto con forno elettrico

Nel primo caso le materie prime utilizzate sono: minerale ferroso, coke e fondente. 

Mescolando e fondendo questi elementi si ottengono separatamente ghisa ed altri elementi secondari. Successivamente vengono aggiunti rottame ferroso ed altri elementi per modificare la miscela, in modo da ottenere una colata di acciaio con le caratteristiche desiderate.

L’acciaio colato viene tagliato, ridotto in grossi “blocchi” (detti blumi o bramme) che poi vengono laminati (cioè deformati) per essere trasformati in lamiere, nastri, tubi, barre, profili, etc.

Attualmente in Italia sono rimasti in funzione soltanto 3 altiforni: Taranto, Piombino e Trieste.

Nel forno elettrico invece si fonde il rottame ferroso insieme ad altri elementi e si ottengono vari semilavorati (billette, vergella, etc.) che possono essere successivamente laminati a caldo o a freddo. Se la percentuale di carbonio presente supera il 2,1%, la lega prende il nome di ghisa.

Una proposta progettuale non è semplicemente una bella composizione ma è un’idea. Il “concept” definisce il DNA, è l’intuizione architettonica e tecnologica da approfondire perché esso sia costruibile.

E’ necessario concepire edifici energeticamente efficienti fin dalle fasi iniziali di realizzazione, approvvigionandosi con i materiali giusti, che non creino danno all’ambiente, reperibili nei pressi del sito produttivo. Occorre pensare alla vita utile delle costruzioni riducendo le dispersioni termiche, l’inquinamento, il consumo di acqua ma anche sfruttando al meglio gli apporti solari e incrementando l’efficienza del complesso edificio-impianti.

L’acciaio, disponibile in grandi quantità a partire dal XIX secolo, ha rappresentato una svolta nel settore dell’architettura. Composto prevalentemente da una lega di minerali di ferro e carbonio, può vantare caratteristiche di resistenza uniche, tanto da venire utilizzato insieme agli altri materiali da costruzione, per assorbirne le tensioni di trazione nei sistemi costruttivi misti.

Le stesse caratteristiche fisiche e meccaniche dell’acciaio possono essere migliorate sia modificando le percentuali tra ferro e carbonio, sia introducendo ulteriori elementi nella lega o anche tramite appositi trattamenti termici, che rendono un elemento in acciaio adatto a un numero praticamente infinito di applicazioni.

La resistenza agli agenti atmosferici, così come alla corrosione, viene inoltre aumentata grazie all’impiego di particolari leghe autopaninabili e inox o di appositi trattamenti superficiali come ad esempio la zincatura a caldo.

Una delle caratteristiche che rende l’acciaio praticamente unico, è quella di poter costruire con elementi prefabbricati, che alla fine del ciclo di vita utile di un edificio consentono inoltre di essere smontati, riciclati e alcune volte riutilizzati. 

Fabbricare un edifico significa immaginare che esso scaturisca da una fabbrica, sia quindi il frutto di processi industrializzati nella produzione di componenti e nel loro assemblaggio/connessione precisi in un sistema tridimensionale complesso, in un cantiere edile diverso e più moderno, con procedure e logistica just in time, sostenibile anche nella sicurezza e nel risparmio di materia e energia durante le fasi costruttive.

L’acciaio si presta ad essere usato non solo per la realizzazione dello scheletro portante ma anche per solai e tamponamenti. Occorre sempre porre attenzione ai materiali utilizzati per realizzare l’opera ed alle loro caratteristiche in termini di consumo di risorse materiali ed energetiche, attitudine al riciclo e durabilità.

Nella filiera dell’acciaio anche la riduzione dei tempi di fabbricazione è un valore molto perseguito, che contribuisce alla sostenibilità dell’intero ciclo, così come la contrazione dei costi e dei rifiuti.

Ciò ci porta a valutare anche i processi e i trattamenti, dalle zincature a caldo alle nanotecnologie applicate alle verniciature, dalla protezione del metallo alla programmazione della manutenzione legata alla durabilità del manufatto.

L’acciaio è riciclabile per sua stessa natura: terminata la vita utile dell’opera in cui è inserito, può essere ricondotto in fonderia per assumere qualsivoglia altra funzione. E’ infatti possibile trasformare il rottame attraverso processi produttivi con forno elettrico ad arco.

Nel mondo anglosassone questa proprietà viene indicata sinteticamente con il termine up-cycling, per creare una distinzione con i materiali che sono soggetti a perdite di proprietà e impiegati in applicazioni di livello inferiore (down-cycling). Esistono poi alcuni casi in cui il materiale a fine vita è stato reintegrato in altre applicazioni. 

I forni ad arco elettrico, attualmente in larga diffusione, garantiscono rispetto ai vecchi forni:

• limitazione del rumore a 45dB
• elevata riduzione delle polveri
• riduzione del 50% del fabbisogno d’acqua
• fabbisogno di energia impiegata ridotto di oltre la metà
• limitazione delle emissioni di CO2

La percentuale di riciclo dei profili di acciaio si attesta su valori superiori al 90%: nel mondo sono riciclate 14 tonnellate di acciaio al secondo.

Il riciclo evita il consumo di altro petrolio necessario per la produzione di materiali da materie prime fresche di estrazione e comporta la diminuzione del carico ambientale, delle emissioni di CO2 e di altri inquinanti.