Non una lega diversa, una storia di fusione diversa
L’acciaio LVM 316, scritto quasi sempre 316LVM, non è una lega nuova rispetto al 316L: la composizione appartiene alla stessa casella. Cambia invece come quel metallo è stato fuso e affinato prima di diventare barra o filo, e con esso la quantità di sporcizia che si porta dentro.
Le designazioni sono tre. Nella numerazione europea è 1.4441, con la designazione parlante X2CrNiMo18-15-3; nel sistema americano è UNS S31673. La composizione, presa da una scheda di produttore allineata alla norma, sta in questi limiti: carbonio non oltre 0,03%, silicio 0,75%, manganese 2%, fosforo 0,025%, zolfo 0,01%, rame 0,5%, azoto 0,1%, con cromo fra 17 e 19%, nichel fra 13 e 15%, molibdeno fra 2,25 e 3% e ferro a saldo. A questi si aggiunge una condizione che non riguarda un elemento solo: la somma del cromo con 3,3 volte il molibdeno deve arrivare almeno a 26, perché sono quei due a produrre insieme la tenuta alla vaiolatura.
Che cosa aggiunge la sigla LVM a un acciaio 316
La L è quella del 316L e dichiara il carbonio basso. Le due lettere che seguono stanno per fusione o rifusione sotto vuoto, e su come si sciolga esattamente l’abbreviazione le fonti non concordano: alcune schede la leggono come basso carbonio fuso sotto vuoto, altre semplicemente come rifuso sotto vuoto.
Più della sigla conta ciò che la specifica pretende. Quella americana per barre e fili destinati a impianti chirurgici richiede una fusione in forno elettrico seguita da rifusione ad arco sotto vuoto oppure da rifusione sotto scoria elettroconduttrice. Due indicazioni si leggono in quella riga: che il modo ordinario di fare un 316L non basta, e che le vie ammesse sono due, di cui una sola avviene davvero sotto vuoto.
Come si rifonde un acciaio sotto vuoto
Il primo getto viene colato in un lingotto cilindrico che non sarà il prodotto, ma l’elettrodo. Quel cilindro viene sospeso dentro una camera sopra un crogiolo di rame raffreddato ad acqua, e la camera viene portata a un vuoto dell’ordine dei decimi di pascal fino a poco più di una decina.
Fra la punta dell’elettrodo e il bagno sottostante si innesca un arco alimentato da alcune migliaia di ampere in corrente continua. La punta fonde e cade in gocce che attraversano il vuoto prima di raggiungere un bagno liquido volutamente poco profondo, mentre la camicia d’acqua governa la velocità di solidificazione. In quel tragitto succedono due cose. I gas disciolti, idrogeno, azoto e ossigeno, abbandonano il liquido perché sopra di esso non c’è quasi pressione; e gli elementi con tensione di vapore alta evaporano, il che abbassa alcuni contaminanti. Intanto il bagno basso e controllato elimina la porosità centrale e la segregazione su grande scala: il lingotto solidifica con una composizione uniforme invece di concentrare l’ultimo liquido nel cuore.
Le inclusioni non metalliche, e perché contano
Un’inclusione è una particella di ossido, solfuro o silicato rimasta intrappolata nel metallo, arrivata dalla scoria di affinazione o dai prodotti della disossidazione. Non è un difetto estetico: è una discontinuità che non si deforma insieme alla matrice, quindi su un bordo la tensione si concentra, e dove affiora interrompe la pellicola passiva.
Da lì partono i due cedimenti che interessano un pezzo destinato a stare a lungo dentro un corpo. Il primo è la cricca da fatica, perché un impianto lavora sotto carichi che si ripetono milioni di volte e una cricca comincia sempre da una singolarità. Il secondo è il punto di vaiolatura in presenza di cloruri, che nei liquidi fisiologici non mancano. La rifusione agisce proprio lì: una parte delle inclusioni galleggia e viene lasciata indietro, una parte si dissolve, e quelle che restano sono più piccole e più disperse. La specifica non si fida e le conta: la pulizia micrografica si valuta con il metodo di riferimento sulle inclusioni, e nessun tipo, né solfuri né allumine né silicati né ossidi globulari, può superare 1,5 nella serie sottile e 1,0 in quella pesante.
La norma degli acciai per impianti chirurgici
Il riferimento internazionale è la ISO 5832-1, intitolata agli impianti chirurgici e ai materiali metallici, parte 1, acciaio inossidabile lavorato plasticamente. L’edizione in vigore è la sesta, ISO 5832-1:2024, pubblicata nell’aprile 2024 dal comitato tecnico ISO sugli impianti chirurgici insieme al corrispondente comitato europeo, e in Italia vale con la sigla UNI EN ISO 5832-1:2024. Annulla e sostituisce la quinta edizione del 2016, rivedendola sul piano tecnico: il requisito sul silicio in tabella 1 passa a 0,75% massimo, viene aggiunto un requisito sul cobalto e sono aggiornate le proprietà meccaniche in tabella 4.
La struttura del documento dice bene che cosa considera rilevante: composizione chimica, poi microstruttura allo stato completamente ricotto con capitoli separati per dimensione del grano, microstruttura e contenuto di inclusioni, poi proprietà meccaniche. La lega descritta corrisponde a UNS S31673 delle due specifiche americane per barre e fili e per lamiere e nastri, e al numero 1.4441 di una vecchia norma tedesca ormai ritirata.
Che cosa la norma dice, e non dice, sulla risposta biologica
L’introduzione della ISO 5832-1 merita di essere letta alla lettera, perché è più prudente di quasi tutto ciò che si legge sui materiali per impianti. Dice che nessun materiale per impianti chirurgici noto è mai stato dimostrato privo in assoluto di reazioni avverse nel corpo umano, e che quanto la lunga esperienza clinica su questo materiale mostra è che ci si può attendere un livello accettabile di risposta biologica quando viene impiegato in applicazioni appropriate.
Segue la precisazione decisiva: il documento copre la materia prima e non il dispositivo finito, sul quale anche progetto e fabbricazione incidono sulla risposta biologica. Una barra certificata secondo quella norma dice quindi qualcosa sul metallo e niente, da sola, sul dispositivo ricavato da quel metallo, la cui valutazione biologica è una faccenda separata che si conduce sul dispositivo. Sul piano meccanico, per inciso, lo stesso materiale copre un ventaglio largo: da ricotto una barra ha una resistenza a trazione fra 490 e 690 MPa con il 40% di allungamento, incrudita a freddo fra 860 e 1100 MPa con il 12%, e nelle sezioni sottili fortemente incrudite supera i 1400 MPa. È lo stesso acciaio, in tre stati di fornitura diversi.
