Il termine acciaio al carbonio forgiato rappresenta una combinazione di due componenti metallurgici di base, vale a dire acciaio al carbonio e forgiatura. Acciaio al carbonio è un termine ampio applicato a una gamma di varietà di acciaio di varie composizioni, escluso l’acciaio inossidabile. La forgiatura è un processo di formatura del metallo che utilizza una forza ripetuta per comprimere un pezzo di metallo riscaldato nella forma finale desiderata. La forgiatura è generalmente accettata per produrre articoli finiti di migliore qualità a causa della mancanza intrinseca di imperfezioni nella struttura in acciaio riscontrata con altri metodi di fabbricazione, rendendo le parti adatte ad applicazioni ad alta temperatura e pressione. Alcune parti comuni in acciaio al carbonio forgiato includono componenti della macchina, della valvola e del sistema di tubazioni.
L’acciaio al carbonio è un identificatore abbastanza generico per una gamma di leghe di acciaio costituite da carbonio come principale componente di lega insieme a quantità variabili di altri elementi come tungsteno, cobalto e cromo. Generalmente nella definizione dell’acciaio al carbonio, non vengono indicate le concentrazioni minime o massime per questi elementi, sebbene si accetti che l’acciaio inossidabile non sia idoneo. In altre parole, le concentrazioni sia del carbonio primario che degli elementi di lega secondari possono essere regolate per adattarsi allo scopo finale previsto dell’acciaio. Ad esempio, aumentando il contenuto di carbonio della lega aumenta la sua durezza diminuendo la sua duttilità.
La forgiatura è uno dei più antichi metodi di formatura dei metalli e comporta un impatto manuale o elettrico ripetitivo per forzare l’acciaio incandescente in una determinata forma. Il metallo viene riscaldato in una fucina e martellato su una maschera sagomata o tra le due metà di un set più pieno per raggiungere la sua forma finale. La forgiatura manuale viene eseguita da un fabbro utilizzando martelli, tenaglie e scalpelli più piccoli, con la martellatura che avviene tipicamente su un’incudine. Gli acciai al carbonio forgiati prodotti da fucine motorizzate sono martellati da grandi martelli in grado, in alcuni casi, di esercitare una pressione significativa quando si colpisce il metallo caldo.
Le parti forgiate in acciaio al carbonio sono generalmente ritenute superiori a quelle realizzate con altri metodi come la fusione. Ciò è dovuto al fatto che la martellatura del metallo durante la formatura elimina la maggior parte dei microscopici difetti cristallini, come bolle d’aria e fessure, che caratterizzano i pezzi fusi. Questa integrità strutturale rende le parti forgiate in acciaio al carbonio più resistenti e più adatte ad applicazioni che comportano pressioni e temperature elevate. Questa forza rende questi pezzi fucinati ideali per sistemi di tubazioni di petrolio e gas, parti di macchinari e meccanismi interni di valvole ad alta pressione.