Gli acciai resistenti al calore e alle alte temperature sono utilizzati a temperature fino a 650 °C, sono principalmente legati con cromo, molibdeno, vanadio, tungsteno e niobio e presentano un'elevata resistenza alla corrosione ad alta temperatura. La precipitazione stabile degli elementi di lega determina un'elevata resistenza al creep. L'uso di questo gruppo di acciai è strettamente legato allo sviluppo della tecnologia energetica.
Gli acciai resistenti al calore e alle alte temperature sono materiali metallici che possono essere utilizzati a temperature più elevate e presentano un’elevata stabilità contro lo scorrimento plastico dovuto alla temperatura e le variazioni delle proprietà del materiale. La temperatura massima di esercizio va da circa 400 a circa 620 °C; nell’intervallo di temperatura superiore si parla di acciai per alte temperature. Gli acciai resistenti al calore e alle alte temperature devono essere in grado di sopportare i carichi meccanici più elevati possibili a temperature elevate e avere una resistenza sufficiente alla corrosione ad alta temperatura. Il criterio di valutazione della resistenza alle alte temperature è, ad esempio, il limite di deformazione temporale dell’1% Rp1/1000. Il limite di deformazione temporale dell’1% Rp1/1000 indica la sollecitazione alla quale è presente una deformazione permanente dell’1% dopo 1000 ore.
Mentre la resistenza meccanica degli acciai convenzionali non legati diminuisce significativamente con l’aumentare della temperatura di esercizio, le proprietà di resistenza degli acciai resistenti al calore vengono migliorate in modo significativo alle temperature più elevate grazie a misure di lega. Gli acciai sono principalmente legati con cromo, molibdeno, vanadio e tungsteno, che conferiscono a questi acciai una buona resistenza allo scorrimento e una sufficiente stabilità strutturale.
La scelta degli acciai dipende dalla temperatura di esercizio, dalle sollecitazioni meccaniche, dal campo di applicazione e dall’impiego previsto. Il gruppo degli acciai resistenti al calore e alle alte temperature comprende numerosi tipi di acciaio.
Gli acciai basso-legati resistenti al calore per le temperature di applicazione nell’intervallo di temperature più basse sono utilizzati in condizioni normalizzate o martensitico-bainitiche temprate e rinvenute. Questi acciai sono rinforzati da carburi e carbonitruri degli elementi Cr, Mo, W, V e Nb.
Gli acciai per alte temperature da utilizzare nell’intervallo di temperatura superiore contengono dal 9 al 12% di Cr e sono bonificati. Questi acciai sono inoltre rafforzati da carburi e carbonitruri di Cr, Mo, W, W e Nb. Tuttavia, grazie a speciali leghe e trattamenti termici, si ottengono precipitati più stabili dal punto di vista termico, soprattutto carbonitruri di Nb e una migliore resistenza alla scaglia.
Poiché i precipitati gradualmente si sgrossano o si dissolvono di nuovo a causa delle sollecitazioni da scorrimento, il meccanismo di rafforzamento perde la sua efficacia ed esiste una temperatura limite superiore per l’applicazione di acciai normalizzati o bonificati. Gli acciai austenitici a base di Cr-Ni mostrano una resistenza al creep significativamente più elevata a temperature superiori a 600°C e sono talvolta utilizzati semi-induriti o induriti per precipitazione.
L’applicazione degli acciai resistenti al calore e alle alte temperature è strettamente legata allo sviluppo della tecnologia energetica e riguarda le turbine a vapore e a gas, i prodotti petrolchimici e, ad esempio, le valvole dei motori a combustione. Gli acciai vengono selezionati in base alla progettazione termica, tenendo conto dell’efficienza economica. Per i carichi termici più elevati, a volte è necessario utilizzare leghe a base di Ni.