ES2236510T3 - Acero inoxidable endurecible por precipoitacion de muy alta resistencia y una banda alargada fabricada a partir de este. - Google Patents
Acero inoxidable endurecible por precipoitacion de muy alta resistencia y una banda alargada fabricada a partir de este.Info
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Abstract
Una aleación de acero inoxidable martensítico endurecible por precipitación que tiene una combinación única de resistencia, tenacidad y resistencia a la corrosión, comprendiendo dicha aleación, en porcentaje en peso, C 0, 030 máx. Mn 0, 5 máx. Si 0, 5 máx. P 0, 040 máx. S 0, 025 máx. Cr 9-13 Ni 7-9 Mo 3-6 Cu 0, 75 máx. Co 5-11 Ti 1, 0 máx. Al 1, 0-1, 5 Nb 1, 0 máx. B 0, 010 máx. N 0, 030 máx. O 0, 020 máx. y siendo el balance hierro y las impurezas habituales.
Description
Acero inoxidable endurecible por precipitación de
muy alta resistencia y una banda alargada fabricada a partir de
éste.
Esta invención se refiere a las aleaciones de
acero inoxidable martensítico endurecibles por precipitación, y en
particular a una aleación de acero inoxidable martensítico
Cr-Co-Ni-Mo-Al,
y a un artículo útil fabricado a partir de éste, que tiene una
combinación única de alta resistencia, ductilidad a la entalla,
tenacidad a fractura, y resistencia a la corrosión.
Hasta la fecha, muchas aplicaciones industriales,
en particular en la industria aerospacial, han usado componentes
estructurales fabricados de aleaciones de acero que proporcionan
una resistencia muy alta junto con alta tenacidad y ductilidad.
Algunas de esas aplicaciones también requieren buena resistencia a
la corrosión para los componentes que se exponen a medios corrosivos
u oxidantes en sus entornos de servicio. Más recientemente, en la
industria aerospacial ha surgido la necesidad de una aleación de
acero resistente a la corrosión que proporcione niveles más altos
de resistencia a la tracción (es decir, mayores de aproximadamente
260 ksi* (1773 MPa)) junto con
alta tenacidad y ductilidad.
Otro campo que ha generado una gran demanda de
materiales de muy alta resistencia es la industria de los palos de
golf. En los últimos años ha habido un desarrollo sin precedentes
en el diseño y la tecnología de los palos de golf. Los nuevos
diseños han generado la necesidad de materiales aún más resistentes.
Debido a que el golf se juega al aire libre, se desea que cualquier
material usado para las cabezas de los palos de golf sea resistente
a la corrosión. Entre los materiales recientemente usados para esta
aplicación estaban el aluminio y el acero inoxidable endurecible
por precipitación. Sin embargo, como el diseño de los palos de golf
ha evolucionado en los últimos años, los fabricantes han
desarrollado nuevos requisitos de resistencia y ductilidad. Entre
las tecnologías más recientes para palos de golf está el diseño
multimaterial en el que la cabeza del palo de golf se fabrica de
piezas múltiples realizadas cada una de materiales diferentes. En
esos diseños el material usado para formar la cara del palo tiene
una resistencia y una dureza muy altas. Sin embargo, ya que este se
forma de material en bandas, este también debería ser
razonablemente maleable de modo que se pudiera procesar rápidamente
a forma de banda.
Entre las aleaciones conocidas de acero de alta
tenacidad y alta resistencia están la aleación 300M y la aleación
AERMET®100. Ambas aleaciones son capaces de proporcionar buenos
niveles de resistencia a tracción por encima de 260 ksi, junto con
buena tenacidad a fractura. Sin embargo, debido a que esas
aleaciones contienen unas cantidades de cromo relativamente bajas
(es decir, menores de aproximadamente el 5% en peso), estas carecen
de la resistencia a corrosión ofrecida por los aceros inoxidables.
En consecuencia, para usar estos aceros de alta tenacidad y muy
alta resistencia en incluso en entornos que contienen los medios
corrosivos más leves, las partes se deben recubrir o bañar con un
material resistente a la corrosión.
Se conoce el acero inoxidable que proporciona una
combinación de alta resistencia y resistencia a la corrosión. En
particular se conocen los aceros inoxidables endurecibles por
precipitación que pueden proporcionar una resistencia a tracción
superior a 260 ksi así como resistencia a la corrosión en la
mayoría de los tipos de medios corrosivos. Los aceros inoxidable
endurecibles por precipitación logran una alta dureza y resistencia
a través de un tratamiento térmico de endurecimiento por
envejecimiento en el que se forma una fase de refuerzo en la matriz
dúctil de la aleación.
Una de las aleaciones conocidas de acero
inoxidable endurecibles por envejecimiento es capaz de proporcionar
una buena ductilidad a la entalla (NTS/UTS \geq 1) y una buena
ductilidad a tracción a una resistencia a tracción de hasta
aproximadamente 260 ksi. Sin embargo, la ductilidad a la entalla de
esta aleación deja algo que desear cuando la aleación se procesa
para proporcionar una resistencia a tracción por encima de 260 ksi.
Otro acero inoxidable conocido endurecible por envejecimiento es
capaz de proporcionar buena ductilidad y tenacidad a una
resistencia a tracción de 260 ksi y superiores. Sin embargo, para
lograr niveles de resistencia muy por encima de 260 ksi, por
ejemplo, de hasta aproximadamente 300 ksi, la aleación debe sufrir
un endurecimiento por deformación en frío (es decir, un trabajo en
frío) antes del tratamiento térmico de envejecimiento.
Un tipo adicional de acero inoxidable que se
diseña para proporcionar una resistencia relativamente alta es el
llamado acero inoxidable martensítico "puro". Dichos aceros
logran alta resistencia cuando se enfrían rápidamente desde una
temperatura de solución o austenización y a continuación se les
realiza un revenido. Uno de dichos aceros se diseña para
proporcionar una resistencia a tracción superior a 260 ksi en la
condición de templado y revenido. Sin embargo, el uso de dicho acero
está limitado por el hecho de que tiene una dispersión bastante
grande entre su límite elástico con alargamiento remanente de 0,2%
y su máxima resistencia a tracción. Por ejemplo, a una resistencia
a tracción de aproximadamente 260 ksi, el límite elástico
alcanzable es únicamente de aproximadamente 200 ksi. El documento
US-A-5512237 describe un acero
inoxidable martensítico endurecible por precipitación de alta
resistencia y gran ductilidad que contiene de 0,05 a 0,6% en peso de
aluminio.
Dado lo anterior, sería deseable tener una
aleación que proporcionara una combinación mejorada de muy alta
resistencia y resistencia a la corrosión, sin sacrificar por ello
demasiado las características de tenacidad y ductilidad; y que no
requiriera un procesamiento termomecánico especial para lograr las
propiedades mecánicas deseadas.
La necesidad de una aleación resistente a la
corrosión que proporcione una combinación superior de resistencia,
ductilidad a la entalla, y tenacidad comparada con los aceros
inoxidables de alta resistencia conocidos se cumple esencialmente
por la aleación de acero inoxidable martensítico endurecible por
precipitación según las reivindicaciones. La aleación según las
reivindicaciones es un acero inoxidable endurecible por
precipitación de muy alta resistencia que proporciona una
combinación única de alta resistencia, ductilidad a la entalla,
tenacidad a fractura y resistencia a la corrosión, sin necesidad de
un procesamiento termomecánico especial. Los intervalos de
composición general (correspondientes a la reivindicación 1),
intermedia, y preferida de la aleación de acero de la presente
invención son los siguientes, en porcentaje en peso:
La aleación según esta invención contiene
opcionalmente una pequeña cantidad de uno o más elementos de tierras
raras (REM), hasta aproximadamente un 0,025% máx., o una pequeña
cantidad de calcio o magnesio, hasta aproximadamente un 0,010%
máx., para reducir el fósforo y/o el azufre en la aleación. El
balance de la aleación es hierro, excepto por las impurezas típicas
encontradas en los niveles comerciales de los aceros inoxidables
endurecibles por precipitación como, por ejemplo, pequeñas
cantidades de otros elementos que pueden variar desde unas
milésimas por ciento hasta cantidades mayores que, inaceptablemente,
no le resten valor a la combinación deseada de propiedades
proporcionada por esta aleación.
La tabla anterior se proporciona como un resumen
conveniente y no pretende por ello restringir los valores inferior y
superior de los intervalos de los elementos individuales de la
aleación de esta invención para el uso en combinación con las
otras, ni restringir los intervalos de los elementos para uso
únicamente en combinación con las otras. Así, uno o más de los
intervalos de elemento de la composición general se puede usar con
uno o más de los otros intervalos para los elementos restantes en la
composición preferida. Además, se puede usar un mínimo o un máximo
para un elemento de la forma de realización preferida con el máximo
o el mínimo para el elemento de otra forma de realización
preferida. En toda esta solicitud, el por ciento o el símbolo %
significará porcentaje en peso, a menos que se indique lo
contrario.
El acero reivindicado se puede usar para un
componente estructural para aviación o una cabeza de palo de golf
que se forma, al menos en parte, de la aleación mencionada
anteriormente.
Según un aspecto adicional de la presente
invención, se proporciona una banda alargada formada del acero
mencionado anteriormente y un procedimiento para fabricar dicho
material en bandas.
La aleación de acero inoxidable endurecible por
precipitación según esta invención contiene al menos un 9% de
cromo, mejor aún al menos un 10% de cromo aproximadamente, y
preferentemente al menos un 10,5% de cromo aproximadamente para
conferir una medida adecuada de resistencia a la corrosión bajo
condiciones oxidantes. Demasiado cromo afecta contrariamente a la
tenacidad y la estabilidad de fase de esta aleación. Por lo tanto,
el porcentaje de cromo se restringe a como mucho el 13%, mejor aún
a como mucho el 12% aproximadamente, y preferentemente a como mucho
el 11,5% aproximadamente en esta aleación.
El cobalto favorece la formación de austenita en
esta aleación y beneficia la tenacidad de la aleación. El cobalto
también participa en el endurecimiento por envejecimiento de la
aleación combinándose con otros elementos para formar la fase
"R", un precipitado rico en
Co-Mo-Cr. Por lo tanto, al menos un
5%, mejor aún al menos un 7% aproximadamente, y preferentemente al
menos un 8% de cobalto aproximadamente está presente en esta
aleación.
Un exceso de cobalto provoca una reducción de la
resistencia proporcionada por esta aleación debido a que demasiado
cobalto estabiliza en exceso la austenita, y por ello, inhibe una
completa transformación martensítica. Desde luego, el cobalto es un
elemento relativamente costoso y aumenta significativamente el
coste de la aleación. Por las razones anteriores, el porcentaje de
cobalto se restringe a como mucho el 11% y preferentemente a como
mucho el 9% aproximadamente en esta aleación.
El níquel, como el cobalto, está presente en esta
aleación para promover la formación de austenita y beneficiar las
propiedades de tenacidad. El níquel también contribuye al
endurecimiento por envejecimiento de la aleación formando un
precipitado níquel-aluminio durante el procedimiento
de endurecimiento por envejecimiento. Para lograr estos objetivos,
hay presente al menos un 7%, y preferentemente al menos un 7,5% de
níquel aproximadamente en la aleación. Debido al fuerte efecto del
níquel en la supresión de la transformación martensítica, la
cantidad de níquel en la aleación se restringe a como mucho el 9%,
y preferentemente a como mucho el 8,5% aproximadamente.
El molibdeno está presente en la aleación porque
contribuye a la resistencia a través de su papel en la formación de
la fase R. El molibdeno también beneficia la tenacidad, la
ductilidad y la resistencia a la corrosión proporcionadas por esta
aleación. En consecuencia, al menos un 3%, aún mejor al menos un 4%
aproximadamente, y preferentemente al menos un 4,75% de molibdeno
aproximadamente está presente en esta aleación. Demasiado molibdeno
provoca austenita retenida y la formación de ferrita, ambas
indeseables. Por lo tanto, el porcentaje de molibdeno se restringe a
como mucho el 6%, y preferentemente a como mucho el 5,25%
aproximadamente en esta aleación.
Al menos un 1,0%, y preferentemente al menos un
1,1% de aluminio aproximadamente está presente en esta aleación
porque el aluminio contribuye a la resistencia a través de la
formación de un precipitado níquel-aluminio de
refuerzo durante el procedimiento de envejecimiento. Sin embargo,
demasiado aluminio afecta desfavorablemente a la tenacidad y la
ductilidad de esta aleación. Por lo tanto el porcentaje de aluminio
se restringe a como mucho el 1,5%, aún mejor a como mucho el 1,4%
aproximadamente, y preferentemente a como mucho el 1,3%
aproximadamente en la aleación de esta invención.
Además de lo anterior, los siguientes elementos
pueden estar presentes como aditivos opcionales para propósitos
particulares. El titanio y/o el niobio pueden estar presentes en la
aleación porque benefician la muy alta resistencia proporcionada
por esta aleación. En esta consideración, el titanio y el niobio se
sustituyen parcialmente por aluminio en la fase
níquel-aluminio que precipita en la aleación
durante el tratamiento térmico de endurecimiento por
envejecimiento. Hasta ese punto la aleación puede contener una
cantidad efectiva de hasta el 1,0% de titanio y/o una cantidad
efectiva de hasta el 1,0% de niobio. Cuando está presente en esta
aleación, el titanio está limitado preferentemente a como mucho el
0,1% aproximadamente, y mejor aún a como mucho el 0,05%
aproximadamente. Preferentemente, la aleación contiene al menos un
0,005% de titanio aproximadamente para ayudar a estabilizar el
carbono y en particular el nitrógeno para limitar así la formación
de nitruros de aluminio indeseables. Cuando está presente, el
niobio se limita preferentemente a como mucho el 0,3%
aproximadamente, y mejor aún a como mucho el 0,20% aproximadamente
en esta aleación.
En la aleación puede estar presente una pequeña
cantidad de boro, de hasta el 0,010%, debido a su efecto beneficioso
en la forjabilidad en caliente. Para obtener el efecto beneficioso
del boro, la aleación contiene al menos un 0,001% aproximadamente y
preferentemente al menos un 0,0015% de boro aproximadamente. El
porcentaje de boro se restringe principalmente a como mucho el
0,005% aproximadamente, y mejor aún a como mucho el 0,0035%
aproximadamente en esta aleación.
El balance de la aleación es acero y las
impurezas habituales encontradas en los niveles comerciales de los
aceros inoxidables endurecibles por precipitación previstos para un
servicio o uso similar. Los niveles de dichos elementos se
controlan para no afectar desfavorablemente a las propiedades
deseadas. En la aleación según la presente invención, el carbono,
el nitrógeno y el oxígeno se limitan intencionadamente a niveles
bajos debido a la tendencia de éstos a combinarse con otros
elementos como el cromo, el titanio, el niobio, y especialmente el
aluminio en el caso del nitrógeno. En esta consideración, el
porcentaje de carbono se restringe a como mucho el 0,030%, mejor aún
a como mucho el 0,020% aproximadamente, y preferentemente a como
mucho el 0,015% aproximadamente. El porcentaje de nitrógeno se
restringe a como mucho el 0,030%, mejor aún a como mucho el 0,015%
aproximadamente, y preferentemente a como mucho el 0,010%
aproximadamente. El porcentaje de oxígeno se restringe a como mucho
el 0,020%, mejor aún a como mucho el 0,005% aproximadamente, y
preferentemente a como mucho el 0,003% aproximadamente.
El azufre y el fósforo segregan a los límites de
grano de la aleación, lo que reduce la cohesión de límite de grano,
y afecta negativamente a la tenacidad y la ductilidad de esta
aleación. Este problema está particularmente presente cuando esta
aleación se produce en tamaños de gran sección. En consecuencia, la
cantidad de azufre presente en la aleación se restringe a como mucho
el 0,025%, mejor aún a como mucho el 0,010% aproximadamente, y
preferentemente a como mucho el 0,005% aproximadamente. El
porcentaje de fósforo se restringe a como mucho el 0,040%, mejor
aún a como mucho el 0,015%, y preferentemente a como mucho el
0,010%.
Aunque el azufre y el fósforo se pueden reducir a
unos niveles muy bajos por medio de la selección de materiales de
carga de alta pureza y empleando técnicas de refino de la aleación,
su presencia en la aleación no se puede evitar completamente bajo
condiciones de producción a gran escala. Por lo tanto, uno o más
metales de tierras raras (REM), en particular el cerio, se añaden
preferentemente en cantidades controladas para combinarse con
fósforo y/o azufre para facilitar la retirada y la estabilización
de dichos elementos en la aleación. Una cantidad efectiva de REM
está presente cuando la relación REM a azufre es de al menos 1:1
aproximadamente. Preferentemente, la relación REM a azufre es de al
menos 2:1 aproximadamente. En esta consideración, la aleación
contiene preferentemente al menos un 0,001% de REM aproximadamente y
mejor aún, al menos un 0,002% de REM aproximadamente. Demasiada
recuperación de REM afecta adversamente a la forjabilidad en
caliente y la tenacidad de esta aleación. Un contenido de REM
excesivo también resulta en la formación de inclusiones de óxido
indeseables en la aleación. Por lo tanto, la cantidad de REM
presente en esta aleación se limita a como mucho el 0,025%, mejor
aún a como mucho el 0,015% aproximadamente, y preferentemente a
como mucho el 0,010% aproximadamente, en esta aleación. Cuando se
usa, el REM se añade a la aleación fundida en forma de mischmetal
que es una mezcla de elementos de tierras raras, un ejemplo de esta
contiene un 50% de cerio aproximadamente, un 30% de lantano
aproximadamente, un 15% de neodimio aproximadamente y un 5% de
praseodimio aproximadamente.
Como una alternativa al REM, para el mismo
propósito se puede añadir a esta aleación una pequeña cantidad de
calcio o magnesio durante la fusión. Cuando se usa, la cantidad de
calcio o magnesio retenido se restringe a como mucho el 0,010% y
preferentemente a como mucho el 0,005% aproximadamente en esta
aleación.
En esta aleación pueden estar presentes pequeñas
cantidades de manganeso, silicio y/o cobre como residuos de
aleación y/o aditivos de desoxidación usados durante la fusión de
la aleación. El manganeso y el silicio se mantienen preferentemente
a bajos niveles porque pueden afectar negativamente a la tenacidad
y a la resistencia a la corrosión de la aleación, y al balance de
fase austenita-martensita en el material de matriz.
Por lo tanto, el manganeso y el silicio se restringen cada uno a
como mucho el 0,5%, mejor aún a como mucho el 0,25%
aproximadamente, y preferentemente a como mucho el 0,010%
aproximadamente en esta aleación. El cobre no es un elemento
esencial en esta aleación y cuando hay presente demasiado este
afecta negativamente al balance de fase martensítica de la
aleación. Por lo tanto, el cobre se restringe a como mucho el
0,75%, mejor aún a como mucho el 0,50% aproximadamente, y
preferentemente a como mucho el 0,25% aproximadamente en esta
aleación.
La fusión por inducción en el vacío (VIM) seguida
de la refusión por arco en el vacío (VAR) es el procedimiento
preferido para fundir y refinar la aleación. Sin embargo, para
condiciones menos críticas la aleación se puede preparar por VIM
únicamente. Esta aleación también se puede fabricar, si se desea,
usando técnicas de pulvimetalurgia. La aleación fundida se atomiza
preferentemente usando un gas inerte como el argón. El polvo de
aleación se carga en un container que se sella y a continuación se
consolida, por ejemplo por prensado isostático en caliente (HIP).
Para mejores resultados, el contenedor lleno de polvo
preferentemente se desgasa en caliente antes de sellarse.
Una técnica para fabricar tamaños de gran sección
de esta aleación incluye el preparar barras de pequeño diámetro de
la aleación de modo que sustancialmente estén libres de
segregación. Algunas de estas barras de pequeño diámetro se colocan
en un contenedor de metal para así llenar sustancialmente el volumen
del contenedor. El contenedor se cierra, se evacua y se sella y a
continuación se consolida por HIP para formar un tocho de gran
diámetro o un producto en barra.
Un lingote fundido de esta aleación se homogeniza
preferentemente a una temperatura de aproximadamente 1260ºC (2300ºF)
y a continuación se trabaja en caliente hasta una forma de plancha o
de barra de gran sección desde una temperatura de aproximadamente
1093ºC (2000ºF). La plancha o la barra se pueden trabajar
adicionalmente en caliente o en frío para obtener formas de producto
con menores tamaños en sección transversal como, por ejemplo, una
barra, una varilla y una banda.
La muy alta resistencia proporcionada por la
aleación endurecible por precipitación de la presente invención se
desarrolla por tratamiento térmico multietapas. La aleación es una
solución recocida a aproximadamente 927ºC (1700ºF) durante 1 hora y
a continuación enfriada rápidamente en agua. Preferentemente la
aleación se enfría intensamente a aproximadamente -73ºC (-100ºF)
durante 1-8 horas aproximadamente, y a continuación
se calienta en aire a temperatura ambiente. El tratamiento de frío
intenso se forma preferentemente en las 24 horas siguientes al
tratamiento de recocido de la solución. El tratamiento de frío
intenso enfría la aleación hasta una temperatura lo suficientemente
por debajo de la temperatura de final de martensita para asegurar
la completa transformación de la martensita. Si la temperatura de
final de martensita es lo suficientemente alta se producirá la
transformación a una estructura martensítica sin necesidad de un
tratamiento de frío intenso. Además, la necesidad de un tratamiento
de frío intenso también depende del tamaño de la pieza que se
fabrica. Según aumenta el tamaño de la pieza, la segregación en la
aleación se vuelve más importante y el uso de un tratamiento de
frío intenso se vuelve más beneficioso. Además, para piezas grandes
puede ser necesario incrementar el intervalo de tiempo en el que se
enfría la pieza para completar la transformación a martensita.
La aleación de la presente invención se endurece
por envejecimiento según las técnicas usadas para las aleaciones de
acero inoxidable endurecibles por precipitación conocidas, como las
conocidas por los expertos en la técnica. Preferentemente, la
aleación se envejece a una temperatura desde aproximadamente 510ºC
(950ºF) hasta aproximadamente 593ºC (1100ºF) durante 4 horas. Las
condiciones específicas de envejecimiento usadas se seleccionan
considerando que la carga de rotura por tracción de la aleación
disminuye según aumenta la temperatura de envejecimiento por encima
de aproximadamente 538ºC (1000ºF).
La aleación de la presente invención se puede
formar dentro de una variedad de formas del producto forjado para
una amplia variedad de usos y proporciona por sí misma la formación
de planchas, barras, varillas, alambres, bandas, placas, o láminas
usando prácticas convencionales. La aleación de la presente
invención es útil en un amplio rango de aplicaciones prácticas que
requieren una aleación con una buena combinación de resistencia al
agrietamiento por fatiga-corrosión, resistencia, y
la tenacidad a la entalla. En particular, la aleación de la
presente invención se puede usar para producir miembros
estructurales y remaches para aviación y la aleación también es
apropiada para el uso en instrumentos médicos o dentales. Además,
la aleación es apropiada para el uso en la fabricación de partes
fundidas para una amplia variedad de aplicaciones.
En particular, la aleación según esta invención
es conveniente en forma de una banda delgada que se puede mecanizar
en insertos frontales para las cabezas de los palos de golf,
particularmente en maderos metálicos. Las formas de banda de esta
aleación se pueden procesar rápidamente hasta unos niveles de dureza
y resistencia muy altos.
Un procedimiento preferido para producir el
producto de banda es el siguiente. Un lingote VIM/VAR se calienta
primero a aproximadamente 600 a 700ºC (1112 a 1292ºF) durante un
tiempo suficiente para hiperenvejecer el material, y a continuación
se enfría por aire. Para un lingote de tamaño de producción típico,
el hiperenvejecimiento se puede lograr en aproximadamente 4 horas. A
continuación el lingote se calienta a aproximadamente 1260ºC
(2300ºF) durante un tiempo suficiente para homogeneizar
completamente el material del lingote. Para una carga de un tamaño
de producción típico, este tiempo sería de al menos 24 horas
aproximadamente. A continuación el lingote homogeneizado se trabaja
en caliente desde una temperatura de aproximadamente 1038 a 1204ºC
(1900 a 2200ºF) hasta una primera forma intermedia como, por
ejemplo, una plancha o un tocho. La primera forma intermedia se
trabaja nuevamente en caliente, preferentemente por laminado en
caliente, hasta una segunda forma intermedia desde aproximadamente
1066 a 1093ºC (1950 a 2000ºF). La segunda forma intermedia se
calienta a aproximadamente 600 a 700ºC (1112 a 1292ºF) durante
aproximadamente 4 horas para hiperenvejecer nuevamente el material.
La segunda forma intermedia se lamina en frío hasta una banda de
penúltimo tamaño y a continuación se hiperenvejece nuevamente. La
banda de penúltimo tamaño se lamina adicionalmente en frío hasta el
espesor final.
Después del paso final de laminado en frío, el
material de banda se recuece a aproximadamente 980ºC (1796ºF),
preferentemente por un procedimiento de recocido con estirado en
caliente. La banda recocida se trata en frío a
-73ºC (-100ºF) durante aproximadamente 8 horas, y a continuación se calienta en aire a temperatura ambiente. En la condición así procesada, la forma de banda de la aleación según esta invención proporciona una dureza de al menos aproximadamente 53HR a temperatura ambiente y una resistencia a tracción de al menos 260 ksi aproximadamente.
-73ºC (-100ºF) durante aproximadamente 8 horas, y a continuación se calienta en aire a temperatura ambiente. En la condición así procesada, la forma de banda de la aleación según esta invención proporciona una dureza de al menos aproximadamente 53HR a temperatura ambiente y una resistencia a tracción de al menos 260 ksi aproximadamente.
Una cabeza de palo de golf que usa el material de
banda se fabrica según la presente invención uniendo un miembro o
inserto frontal con otro u otros componentes metálicos que componen
el talón, la base, y la zona superior de la cabeza del palo. El
miembro frontal se mecaniza desde un material de banda formado de
la aleación según esta invención como se describió más arriba.
Preferentemente el miembro frontal se une a los otros componentes de
la cabeza del palo por soldadura o cobresoldadura. Ya que ambas
técnicas se llevan a cabo a temperaturas muy altas, es de esperar
que la dureza y al resistencia del miembro frontal se reduzcan
desde su condición así producida. Sin embargo, la aleación según
esta invención retiene una dureza y resistencia sustanciales
incluso después de dichas técnicas de unión a temperatura
elevada.
Una carga se fundió al vacío dos veces (VIM/VAR
(fusión por inducción al vacío/refusión por arco al vacío)) con la
siguiente composición en porcentaje en peso: 0,001% de carbono,
manganeso <0,01%, silicio <0,01%, fósforo <0,001%,
azufre <0,0005%, 10,97% de cromo, 7,99% de níquel, 4,98% de
molibdeno, cobre <0,01%, 8,51% de cobalto, 0,02% de titanio,
1,19% de aluminio, niobio <0,01%, 0,0025% de boro, nitrógeno
<0,0005%, oxígeno <0,0005%, 0,004% de cerio, 0,001% de
lantano, y balance de hierro y las impurezas habituales.
El lingote VAR se forjó por presión hasta una
barra plana de 11,4 cm de ancho por 3,8 cm de espesor (4½ in de
ancho por 1½ in de espesor). Las probetas longitudinales (Long.) y
transversales (Trans.) para los ensayos de tracción, tracción por
entalla, resistencia, y tenacidad a fractura se prepararon del
material forjado en barras. Una serie de las probetas de ensayo
(Serie 1) se trató térmicamente como sigue: recocido a 927ºC
(1700ºF) durante 1 hora y enfriado rápido con agua, tratado en frío
a -73ºC (-100ºF) durante 1 hora; calentado en aire; envejecido a
538ºC (1000ºF) durante 4 horas, y a continuación enfriado en aire a
temperatura ambiente. Una segunda serie de las probetas de ensayo
(Serie II) se trató térmicamente como sigue: recocido a 927ºC
(1700ºF) durante 1 hora y enfriado rápido con agua, tratado en frío
a -73ºC (-100ºF) durante 8 horas; calentado en aire; envejecido a
538ºC (1000ºF) durante 4 horas, y a continuación enfriado en aire a
temperatura ambiente.
Los resultados del ensayo del Ejemplo 1 se
muestran a continuación en la Tabla 1 e incluyen el límite elástico
con alargamiento remanente de 0,2% (O,2% Y.S) y la carga de rotura
por tracción (U.T.S) en kilopondios por pulgada cuadrada (ksi), el
porcentaje de elongación en cuatro diámetros (%El.), la reducción en
área (%R.A.), la resistencia a tracción por entalla (N.T.S) en ksi,
la dureza Rockwell (HRC), y la tenacidad a fractura
K_{lc}(F.T.) en ksi\sqrt{in}.
Los Ejemplos 2A y 2B con las siguientes
composiciones en porcentaje en peso se fundieron VIM/VAR.
\vskip1.000000\baselineskip
El balance de cada aleación es hierro e impurezas
que incluyen un porcentaje <0,01% de cada elemento siguiente:
manganeso, silicio, cobre, titanio, y niobio, y un porcentaje
<0,0010% de oxígeno.
El lingote VAR se laminó en caliente hasta una
barra de 11,4 cm de ancho por 1,9 cm de espesor (4½ in por ¾ in).
Las probetas longitudinales (Long.) y transversales (Trans.) para
los ensayos de tracción, tracción por entalla, resistencia, y
tenacidad a fractura se prepararon del material laminado en barras
de cada carga. Las probetas de ensayo se trataron térmicamente como
sigue: recocido a 927ºC (1700ºF) durante 1 hora y enfriado rápido
con agua, tratado en frío a -73ºC (-100ºF) durante 8 horas;
calentado en aire; envejecido a 538ºC (1000ºF) durante 4 horas, y a
continuación enfriado en aire a la temperatura ambiente.
Los resultados del ensayo de los Ejemplos 2A y 2B
se muestran a continuación en la Tabla 2 e incluyen el límite
elástico con alargamiento remanente de 0,2% (O,2% Y.S) y la carga
de rotura por tracción (U.T.S) en ksi, el porcentaje de elongación
en cuatro diámetros (%El.), la reducción en área (%R.A.), la
resistencia a tracción por entalla (N.T.S) en ksi y la dureza
Rockwell (HRC).
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
El ejemplo 3 fue fundido VIM/VAR con la siguiente
composición en porcentaje en peso: 0,008% de carbono, manganeso
<0,01%, silicio <0,01%, fósforo <0,005%, azufre
<0,0006%, 11,01% de cromo, 8,11% de níquel, 5,06% de molibdeno,
cobre <0,01%, 8,55% de cobalto, 0,022% de titanio, 1,18% de
aluminio, niobio <0,01%, 0,0021% de boro, 0,0012% de nitrógeno,
oxígeno <0,0010%, y 0,0007% de calcio. El balance fue hierro e
impurezas que incluyen un porcentaje <0,001% de cerio y
<0,001% de lantano.
El lingote VAR se procesó en bandas de 24,13 cm
de ancho por 2,67 mm de espesor (9,5 in por 0,105 in) como se
describe más abajo y se recoció estirado en caliente a 980ºC
(1796ºF) a un ritmo de alimentación por el horno de recocer de
aproximadamente 1,5 cm/s (3 pies por minuto). La banda recocida se
trató en frío a -73ºC (-100ºF) durante 8 horas y a continuación se
calentó en aire. A continuación el material de banda se laminó en
frío hasta un espesor de aproximadamente 2,54 mm (0,100 in). Las
probetas de bandas de tracción longitudinales (Long.) y
transversales (Trans.) se prepararon del material así laminado.
Unas series de probetas duplicadas se envejecieron durante 4 horas a
las siguientes temperaturas: 510ºC (950ºF), 524ºC (975ºF), 538ºC
(1000ºF), 552ºC (1025ºF), 566ºC (1050ºF), 593ºC (1100ºF). Después
del envejecimiento, las probetas se enfriaron en aire a
temperatura
ambiente.
ambiente.
Los resultados del ensayo de tracción de las
probetas duplicadas del Ejemplo 3 se muestran a continuación en la
Tabla 3 e incluyen el límite elástico con alargamiento remanente de
0,2% (O,2% Y.S) y la carga de rotura por tracción (U.T.S) en ksi,
el porcentaje de elongación en 5 centímetros (2 in) (%El.). En la
tabla 3 también se muestra la dureza Rockwell (HRC) que representa
el valor medio de seis (6) mediciones individuales en la probeta
de
ensayo.
ensayo.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
Los resultados mostrados en las Tablas 1, 2 y 3
muestran la excelente combinación de alta resistencia, dureza y
tenacidad que se proporciona por la aleación según esta
invención.
Claims (12)
1. Una aleación de acero inoxidable martensítico
endurecible por precipitación que tiene una combinación única de
resistencia, tenacidad y resistencia a la corrosión, comprendiendo
dicha aleación, en porcentaje en peso,
y siendo el balance hierro y las
impurezas
habituales.
2. Una aleación de acero inoxidable martensítico
endurecible por precipitación como la expuesta en la Reivindicación
1 que contiene al menos un 10% de cromo.
3. Una aleación de acero inoxidable martensítico
endurecible por precipitación como la expuesta en la Reivindicación
1 que contiene al menos un 7,5% de níquel.
4. Una aleación de acero inoxidable martensítico
endurecible por precipitación como la expuesta en la Reivindicación
1 que contiene como mucho un 5,25% de molibdeno.
5. Una aleación de acero inoxidable martensítico
endurecible por precipitación como la expuesta en cualquiera de las
reivindicaciones anteriores que contiene:
6. Una aleación de acero inoxidable martensítico
endurecible por precipitación como la expuesta en la Reivindicación
5 que contiene como mucho un 11,5% de cromo.
7. Una aleación de acero inoxidable martensítico
endurecible por precipitación como la expuesta en la Reivindicación
5 que contiene como mucho un 8,5% de níquel.
8. Una aleación de acero inoxidable martensítico
endurecible por precipitación como la expuesta en cualquiera de las
reivindicaciones anteriores que contiene como mucho un 9% de
cobalto.
9. Una aleación de acero inoxidable martensítico
endurecible por precipitación como la expuesta en cualquiera de las
reivindicaciones anteriores que contiene:
10. Una aleación de acero inoxidable martensítico
endurecible por precipitación como la expuesta en cualquiera de las
reivindicaciones anteriores que contiene una pequeña cantidad de
hasta un 0,025% aproximadamente de uno o más metales de tierras
raras que es efectiva para estabilizar el azufre y el fósforo en la
aleación, que se añade a expensas del hierro.
11. Una aleación de acero inoxidable martensítico
endurecible por precipitación como la expuesta en cualquiera de las
reivindicaciones anteriores que contiene una pequeña cantidad de
hasta aproximadamente un 0,010% de calcio o magnesio que es efectiva
para estabilizar el azufre en la aleación, que se añade a expensas
del hierro.
12. Un material alargado en bandas formado a
partir de una aleación de acero inoxidable martensítico endurecible
por precipitación como el expuesto en cualquiera de las
reivindicaciones anteriores.
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