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Acciaio dopo il legno titanio dopo l’acciaio

di Giorgio Nebbia
di GIORGIO NEBBIA
La decisione della Marina militare americana di commissionare ad un cantiere di New Orleans una nave con lo scafo di titanio, potrebbe rappresentare una svolta nella tecnologia e cantieristica navale. Il legno è stato e sarebbe rimasto per molti millenni, il materiale da costruzione per le navi. 

Soltanto nella metà del 1800, con i progressi della tecnica, i costruttori hanno cominciato a utilizzare il ferro e l’acciaio dapprima per coprire e rinforzare il legno degli scafi, poi per realizzare l’intero scafo, fino ai giorni odierni in cui si costruiscono gigantesche navi passeggeri e mercantili di acciaio, addirittura con tecniche di prefabbricazione che consentono tempi brevissimi di costruzione. 

Il titanio è un metallo molto diffuso in natura, presente in molti minerali fra i quali l’ilmenite, un ossido di titanio e ferro. Il titanio è stato scoperto contemporaneamente nel 1791 dall’inglese William Gregor (1743-1817) e dal tedesco Martin Klaproth (1743-1817) il quale riconobbe alcune eccezionali proprietà del metallo e gli dette il nome dei Titani, fortissimi personaggi della mitologia greca.

Le principali miniere di ilmenite, con una produzione in rapido aumento, si trovano in Sud Africa, Australia, Mozambico, Cina, India, Vietnam; alcuni di questi paesi si affacciano prepotentemente nei mercati mondiali, oggi come produttori di materia prime strategiche, ma probabilmente domani come trasformatori sul luogo delle stesse loro risorse naturali. 

Il processo per ottenere il titanio metallico dall’ilmenite è stato messo a punto intorno al 1940 dal lussemburghese Wiliam Kroll (1889-1973), come perfezionamento di quello, molto pericoloso, che era stato inventato negli Stati Uniti nel 1910 dal neozelandese Matthew Hunter (1878-1961). Nel processo Kroll l’ilmenite viene fatta reagire ad alta temperatura con carbone coke e cloro gassoso; il cloruro di ferro viene separato sotto forma di soluzione molto acida, contenente altri metalli tossici, e molto inquinante. 

Il titanio, trasformato in tetracloruro di titanio, viene trattato con magnesio o sodio metallico: la spugna di titanio risultante viene poi fusa in formo elettrico sotto vuoto fino a ottenere tubi, lastre e fili di titanio: un processo piuttosto lungo con consumo di energia e con formazione di residui da smaltire nell’ambiente. La produzione mondiale di titanio è di circa 200.000 tonnellate all’anno, concentrata in Cina, Giappone, Russia. Dall’ilmenite si produce anche il biossido di titanio, un importante pigmento bianchissimo usato nelle vernici, nelle materie plastiche, nella carta. Il titanio metallico è leggero, ha elevata resistenza meccanica, resiste alla corrosione, è cattivo conduttore dell’elettricità e del calore, non è magnetico. 

Per queste sue proprietà viene impiegato soprattutto nell’industria aeronautica e aerospaziale, e poi per la produzione di tubi a contatto con sostanze corrosive, per protesi dentarie e ortopediche, per la fabbricazione di orologi di pregio, per ruote da bicicletta molto resistenti e leggere; l’ultima moda è quella di produrre con titanio à anelli nuziali, le “fedi”. 

Proprio l’elevata resistenza meccanica, resistenza alla corrosione e leggerezza hanno lentamente assicurato al titanio il successo industriale e oggi la possibile applicazione nel campo navale. La transizione verso navi al titanio ha svantaggi e vantaggi. Gli svantaggi stanno nel prezzo del titanio ancora elevato, circa nove volte superiore a quello dell’acciaio; tale svantaggio si riduce se si considera che il titanio pesa circa la metà dell’acciaio e quindi, a parità di peso di materiale impiegato, la differenza di prezzo si riduce. 

Un altro svantaggio sta nella difficoltà di ottenere lamiere saldabili; nel caso dell’acciaio le tecniche di saldatura sono note e collaudate da decenni mentre nel caso del titanio la saldatura di grandi pezzi deve essere ancora perfezionata; è anzi proprio in questa direzione che la Marina militare americana ha mobilitato le Università di Ingegneria navale e le industrie americane. L’acciaio come materiale da costruzione per navi ha lo svantaggio di essere esposto alla corrosione in acqua di mare; tale corrosione è facilitata dalle correnti elettriche che si formano nello scafo immerso nel mare. Gli scafi delle navi di acciaio richiedono quindi dei costosi rivestimenti con vernici anticorrosione e con altre vernici, tossiche per l’ambiente marino, che impediscono la deposizione di alghe e crostacei che frenano la velocità di navigazione; le navi devono, perciò, essere messe periodicamente in cantiere per la pulizia degli scafi. 

Con gli scafi di titanio e delle speciali leghe di titanio per applicazioni navali, i costi di manutenzione e difesa dalla corrosione potrebbero quindi essere inferiori rispetto a quelli delle navi di acciaio. Quando è stato proposto l’uso dell’acciaio per le costruzioni navali nessuno credeva che avrebbe avuto successo rispetto al legno. Succederà così anche per il titanio rispetto all’acciaio

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