ES2250773T3 - Acero inoxidable, procedimiento para fabricar piezas moldeadas sin grietas de tension y pieza moldeada. - Google Patents
Acero inoxidable, procedimiento para fabricar piezas moldeadas sin grietas de tension y pieza moldeada.Info
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Abstract
Acero inoxidable, cuya estructura presenta al menos el 15% en volumen de -ferrita y austenita como resto, con la siguiente composición (en % en peso): C: 0, 014 - 0, 08%, N: 0, 1 - 0, 5%, Cr: 16, 0 - 20, 0%, Mn: 6, 0 - 12, 0%, Ni: = 9, 0%, Si: = 3, 0%, Mo: = 3, 0%, Al: = 2, 0%, Cu: = 3, 0%, El resto Fe e impurezas inevitables, en el que para es válido 1, 3 < t < 1, 8 y para la temperatura Md30 de la fase austenítica es válido Md30 = -55ºC con Md30 [ºC] = 413 - 462(% de C + % de N) - 9, 2% de Si - 8, 1% de Mn - 13, 7% de Cr - 9, 5 (% de Ni + % de Cu) - 18, 5% de Mo en el que con el % de C del contenido de C, el % de N del contenido de N, el % de Si del contenido de Si, el % de Al del contenido de Al, el % de Mn del contenido de Mn, el % de Cr del contenido de Cr, el % de Ni del contenido de Ni, el % de Mo del contenido de Mo y el % de Cu del contenido de Cu se designa la composición respectiva del acero.
Description
Acero inoxidable, procedimiento para fabricar
piezas moldeadas sin grietas de tensión y pieza moldeada.
La invención se refiere a un acero inoxidable, a
una pieza fabricada mediante conformación en frío compuesta por un
acero de este tipo, así como a un procedimiento para fabricar piezas
moldeadas sin grietas de tensión.
Los aceros inoxidables austeníticos metaestables
y/o inestables destacan por una capacidad de deformación muy buena
en carga de conformación por estiramiento. La buena capacidad de
deformación de los aceros finos de este tipo está justificada, entre
otros aspectos, por una formación de martensita inducida por la
deformación en la conformación por estiramiento, que origina el
efecto TRIP.
Se ha mostrado que el contorno de formación de
martensita en los aceros conocidos del tipo anteriormente mencionado
depende de la carga de deformación respectiva. Así, en el caso de
una carga multiaxial se produce una formación de martensita
claramente más marcada que en el mero ensayo de tracción.
Esta particularidad de los aceros finos
austeníticos conocidos trae consigo el riesgo de la aparición de
grietas de tensión en la fabricación de piezas, en la que se
consiguen grados de deformación especialmente altos con carga
multiaxial. Éstas aparecen como consecuencia de una formación de
martensita extensiva mediante la carga de deformación compleja. La
formación de martensita acarrea altas tensiones que permanecen en la
pieza, que se consideran como causa de la aparición de grietas de
tensión. Los efectos respectivos se han explicado en un artículo de
M. Weingräber, A. Gräber, publicado en Bleche Rohre Profile 32
(1985), página 7782.
Los documentos JP5247594 y DE2163511 dan a
conocer aceros cromados inoxidables con estructura
ferrítica-austenítica.
En la práctica se ha intentado evitar la
aparición de grietas de tensión llevando a cabo a elevadas
temperaturas la deformación de las chapas obtenidas a partir de
estos aceros para dar piezas. De esta manera puede evitarse
concretamente una formación excesiva de martensita. Sin embargo, el
calentamiento necesario para esto hace costoso el proceso de
deformación en frío y dificulta la utilidad a escala industrial.
También se ha intentado estabilizar los aceros
conocidos frente a una formación de martensita mediante adiciones de
Mn, Ni y Cu. Sin embargo, las cantidades de elementos de aleación
necesarias para esto aumentan los costes de fabricación del acero,
de manera que de esta forma también se llega a un empeoramiento del
rendimiento económico y de la capacidad de comercialización de los
aceros conocidos del tipo en cuestión.
Partiendo del estado de la técnica anteriormente
explicado, el objetivo de la invención consistía en lograr un acero
inoxidable que pudiera fabricarse de manera rentable, que tampoco se
viera afectado por la aparición de grietas de tensión en la
conformación en frío convencional, así como en especificar un
procedimiento para fabricar piezas conformadas en frío sin grietas
de tensión.
Con referencia al acero, este objetivo se alcanza
mediante un acero inoxidable cuya estructura presente al menos el
15% en volumen de \delta-ferrita y austenita como
resto, con la siguiente composición (en % en peso):
| C: | 0,014 | -0,08%, |
| N: | 0,1 | -0,5%, |
| Cr: | 16,0 | -20,0%, |
| Mn: | 6,0 | -12,0%, |
| Ni: | \leq 9,05%, | |
| Si: | \leq 3,0%, | |
| Mo: | \leq 3,0%, | |
| Al: | \leq 2,0%, | |
| Cu: | \leq 3,0%, |
El resto Fe e impurezas inevitables,
en el que para
t = \frac{% \
de \ Cr + 2% \ de \ Mo + 1,5% \ de \ Si + 3% \ de \ Al - 5}{0,3% \
de \ Mn + % \ de \ Ni + 0,5% \ de \ Cu + 15(% \ de \ C + % \ de \ N)
+
2}
es
válido
1,3 < t <
1,8
y para la temperatura M_{d30}
T_{Md30} de la fase austenítica es válido T_{Md30} \leq
-5560ºC
- con TM_{d30}[ºC] =
- 413-462(% de C + % de N) - 9,2% de Si - 8,1% de Mn - 13,7% de Cr - 9,5(% de Ni + % de Cu) - 18,5% de Mo
en el que con el % de C del contenido de C, el %
de N del contenido de N, el % de Si del contenido de Si, el % de Al
del contenido de Al, el % de Mn del contenido de Mn, el % de Cr del
contenido de Cr, el % de Ni del contenido de Ni, el % de Mo del
contenido de Mo y el % de Cu del contenido de Cu se designa la
composición respectiva del
acero.
acero.
Se ha demostrado de manera sorprendente que un
acero de este tipo ya no se ve afectado por grietas de tensión
debido a su composición según la invención y, por consiguiente, a su
estructura que puede ajustarse en tal alta medida que a partir de él
también pueden fabricarse piezas sin grietas de tensión mediante
conformación en frío con acción de cargas de deformación complejas.
Tampoco se necesitan costosos tratamientos térmicos o un costoso
aumento de los contenidos de componentes de aleaciones valiosos.
El punto de partida de la invención es la idea de
pasar, en lugar de la estructura puramente austenítica monofásica
prevista normalmente para los aceros finos de tipo genérico, a una
estructura mixta bifásica que está formada de austenita y ferrita.
En este sentido, la estructura mixta se ajusta mediante aleación de
Si y/o Mo y parcialmente con disminución del contenido de Ni y/o por
sustitución de Ni por Cu. En este sentido, la austenita se
estabiliza hasta que la formación de martensita en la deformación ya
no conduzca a grietas de tensión.
Sin embargo, la estabilización de la austenita no
tiene lugar mediante la aleación de caros formadores de austenita,
sino mediante la adición de formadores de ferrita, como Si, Mo, Al,
con formación de una estructura bifásica. Esta estructura conduce a
que el formador de austenita se concentre en la fase \gamma y el
formador de ferrita se empobrezca.
Para conseguir con seguridad este efecto debe
estar presente una proporción mínima de
\delta-ferrita del 15% en volumen.
Sin embargo, la proporción de
\delta-ferrita debería ser simultáneamente no
superior al 40% para garantizar una buena capacidad de deformación
del acero. Esto se consigue en una aleación según la invención
fijando los contenidos de Cr, Mo, Si, Al, Mn, Ni, Cu, C y N de tal
manera entre sí que el factor t formado con ellos esté en el
intervalo de 1,3 a 1,8. De esta manera se alcanza de manera segura
la ponderación necesaria de proporciones de austenita y ferrita en
la estructura del acero según la invención para una alta falta de
afectación por grietas de tensión.
Con la temperatura M_{d30} se designa la
temperatura a la que transcurre la conversión de austenita en
martensita al 50% después de una deformación en frío del 30%. Por el
contrario, por encima de esta temperatura aparece una reducción de
la conversión (véase Werkstoffkunde Stahl, tomo 2, editor: Verein
Deutscher Eisenhüttenleute, 1985, Springer-Verlag
Berlín, Heidelberg, Nueva York, Tokio, editorial Stahleisen m.b.H.
Düsseldorf, capítulo D 10.3.2). A consecuencia de esto, con el
mantenimiento del límite superior de la temperatura M_{d30}
prescrito por la invención se asegura que se suprime, en gran parte,
la formación desfavorable de martensita respecto a la aparición de
grietas de tensión. Esta vía se ajusta de manera segura mediante la
estructura bifásica del acero pretendida según la
invención.
invención.
En el acero según la invención se han ajustado
los elementos de aleación individuales teniendo en cuenta las
siguientes consideraciones:
El C y N se segregan de manera especialmente
notable. Son formadores de austenita muy potentes que son, por
ejemplo, hasta 30 veces más eficaces que el Ni. Además, sus
contenidos conducen a una disminución especialmente notable de la
temperatura M_{d30} (factor de ponderación "-462"). Además,
su solubilidad en ferrita es mucho más pequeña que en austenita, de
manera que difunden claramente de manera preferida en la austenita y
así contribuyen a su estabilización. Por tanto, según la invención,
para el N está prescrito un contenido mínimo del 0,1% en peso y para
el C un contenido mínimo del 0,014% en peso, especialmente del 0,02%
en peso. El límite superior del intervalo indicado para el contenido
de N resulta de la solubilidad limitada del nitrógeno en el acero
según la invención. En el caso de contenidos de más del 0,08% en
peso de carbono, puede producirse una formación de carburo de cromo
no deseada, respecto a la capacidad de deformación en frío del
acero.
El Ni, Mn y Cu se añaden como formadores de
austenita al acero según la invención, contribuyendo el Mn a un
aumento de la solubilidad del N en la masa fundida, y el Cu rebaja
la temperatura M_{d30} en una extensión similar al Ni.
El Al puede estar presente en el acero según la
invención para mejorar la resistencia térmica. Sin embargo, en el
caso de contenidos de más del 2% en peso, los aceros tienden a la
formación de fases frágiles.
El Cr está contenido en el acero según la
invención en los límites indicados en primera línea para mejorar la
resistencia a la corrosión. Al mismo tiempo, el Cr también aumenta
la solubilidad del nitrógeno en la masa fundida. Debe mantenerse el
límite inferior del intervalo de contenido de Cr para evitar la
formación de estructura martensítica no deseada.
El Si y Mo están contenidos en el acero según la
invención como formadores de ferrita en los límites indicados,
contribuyendo el Mo a un aumento de la solubilidad del N en la masa
fundida y, al mismo tiempo, mejorando la resistencia a la
corrosión.
Debido a la doble fase de la estructura de un
acero obtenido según la invención, mediante la formación de
martensita no puede formarse ninguna tensión suficientemente larga.
De hecho, el acero según la invención presenta por este motivo una
clara disminución de la tendencia a grietas de tensión respecto a
los aceros tradicionales.
Además, la doble fase de la estructura de acero
según la invención conduce a una separación de los elementos de
aleación. Los formadores de austenita, como Mn, Ni, Cu, C, N,
difunden en la austenita, mientras que los formadores de ferrita,
como Cr, Si y Mo, se concentran en la ferrita. La inclusión del
formador de austenita en la fase \gamma estabiliza la proporción
de austenita más allá del análisis básico y disminuye y/o suprime la
formación de marten-
sita.
sita.
Con referencia al procedimiento para fabricar
piezas moldeadas sin grietas de tensión, el objetivo anteriormente
mencionado se alcanza mediante un procedimiento tal que comprende
las siguientes etapas de trabajo:
- Fundir un acero obtenido según la
reivindicación 1,
- Colar el acero para dar un producto
semiacabado,
- Laminar en caliente el producto semiacabado
para dar un fleje laminado en caliente a temperaturas,
especialmente, de 1050ºC a 1180ºC,
- Recocer el fleje laminado en caliente a
temperaturas que se encuentran especialmente por encima de
1100ºC,
- Decapar el fleje laminado en caliente,
- Laminar en frío el fleje laminado en caliente
para dar un fleje laminado en frío,
- Tratar térmicamente el fleje laminado en frío,
siendo la temperatura en el tratamiento térmico del fleje laminado
en frío preferiblemente de al menos 1100ºC,
- Cortar el fleje laminado en frío para dar
recortes de chapa y
- Conformar en frío los recortes de chapa para
dar piezas moldeadas, pudiéndose llevar a cabo esta conformación en
frío especialmente como embutición profunda, en la que actúan cargas
de deformación multiaxiales sobre la pieza de trabajo.
Experimentos prácticos han dado como resultado
que pueden moldearse en frío piezas moldeadas sin grietas de tensión
partiendo de acero obtenido según la invención, considerando la
manera de proceder según la invención. Éstos también resisten sin
más a estados de carga de este tipo durante la conformación
realizada a altos grados de deformación que, en el caso de los
aceros convencionales, conduce regularmente a la aparición de
grietas de
tensión.
tensión.
A continuación se explica más detalladamente la
invención mediante ejemplos de realización.
La figura muestra para una probeta P de ensayo
una foto de la estructura para representar la distribución espacial
de las fases de un acero según la invención, con indicación del
sistema de coordenadas de la probeta, en la que la normal de la
chapa BN verticalmente alineada se encuentra perpendicular al plano
que se extiende por la dirección transversal Qr y la dirección de
laminación Wr.
Se fundieron cargas de aceros E1 a E12 compuestos
según la invención, cuyas composiciones se indican en la tabla 1.
Para comparar, se fabricaron aceros V1, V2 de comparación, cuyas
composiciones también están registradas en la tabla 1.
La composición del acero V1 de comparación se
conoce por el número de material 1.4301 y la del acero V2 de
comparación por el número de material 1.4376. En la tabla están
incluidas adicionalmente las proporciones de
\delta-ferrita en la estructura y la proporción de
martensita respectivamente inducida por la deformación. También se
indica en la tabla 1 si se produce una formación de grietas en la
deformación en frío de los aceros E1 a E12 y V1, así como
V2.
V2.
Los aceros E1 a E12, así como V1 y V2, se colaron
para dar desbastes planos, se laminaron en caliente y se recocieron.
A continuación, los flejes laminados en caliente obtenidos se
laminaron en frío a un espesor final de 1,5 mm y se sometieron a un
tratamiento térmico final a 1100ºC.
La probeta P de ensayo representada en la figura,
obtenida a partir de un fleje laminado en frío tratado en caliente,
fabricado a partir de la masa fundida E6 según la invención, muestra
la distribución espacial de las proporciones de estructura
austenítica y ferrítica. En la probeta de ensayo aparecen las
proporciones de austenita A claras, mientras que las proporciones de
ferrita F se representa más oscuras.
Los flejes laminados en frío obtenidos se
cortaron para dar piezas en bruto redondas con un diámetro de 150
mm, a partir de las que se embutieron profundamente a continuación
picaduras por medio de un punzón que medía 75 mm de diámetro. Se
demuestra que, a partir de los aceros E1 a E12 según la invención,
los flejes laminados en frío pueden deformarse en frío sin problemas
para dar piezas moldeadas con picaduras, mientras que en la
conformación en frío de los flejes laminados en frío fabricados a
partir de los aceros V1, V2 de comparación convencionales se produjo
la aparición de grietas de tensión en gran cantidad.
En la tabla 2 se indican a modo de ejemplo las
temperaturas M_{d30} calculadas a partir de los contenidos de
aleación para los aceros E1, E2 y E3 según la invención, así como
para los aceros V1 y V2 de comparación. Entonces, se demuestra que
las grietas de tensión no aparecen de manera segura cuando la
temperatura M_{d30} del acero respectivo no supera -55ºC.
Para probar su resistencia a la corrosión se
realizaron ensayos de IK (corrosión intercristalina) en los aceros
E1 a E12 de la invención según las prescripciones de la norma EN ISO
3651-1 en estado soldado. En este sentido, todos los
aceros E1 a E12 analizados demostraron ser resistentes a IK, tanto
en el material base como también en el cordón de soldadura y en la
zona de influencia térmica.
Las mediciones del potencial de corrosión por
picaduras, que se realizaron potenciostáticamente en NaCl al 0,5% a
30ºC, dieron como resultado una resistencia química de los aceros E1
a E12, que está al menos al nivel del acero V1 convencional.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Claims (8)
1. Acero inoxidable, cuya estructura presenta al
menos el 15% en volumen de \delta-ferrita y
austenita como resto, con la siguiente composición (en % en
peso):
El resto Fe e impurezas inevitables,
en el que para
t = \frac{% \
de \ Cr + 2% \ de \ Mo + 1,5% \ de \ Si + 3% \ de \ Al - 5}{0,3% \
de \ Mn + % \ de \ Ni + 0,5% \ de \ Cu + 15(% \ de \ C + % \ de \ N)
+
2}
es
válido
1,3 < t <
1,8
y para la temperatura M_{d30} de
la fase austenítica es válido M_{d30} \leq
-55ºC
- con M_{d30}[ºC] =
- 413-462 (% de C + % de N) - 9,2% de Si - 8,1% de Mn - 13,7% de Cr - 9,5 (% de Ni + % de Cu) - 18,5% de Mo
en el que con el % de C del contenido de C, el %
de N del contenido de N, el % de Si del contenido de Si, el % de Al
del contenido de Al, el % de Mn del contenido de Mn, el % de Cr del
contenido de Cr, el % de Ni del contenido de Ni, el % de Mo del
contenido de Mo y el % de Cu del contenido de Cu se designa la
composición respectiva del
acero.
acero.
2. Acero según la reivindicación 1,
caracterizado porque su estructura presenta como máximo el
40% en volumen de \delta-ferrita.
3. Procedimiento para fabricar piezas moldeadas
sin grietas de tensión que comprende las siguientes etapas de
trabajo:
- Fundir un acero obtenido según la
reivindicación 1 ó 2,
- Colar el acero para dar un producto
semiacabado,
- Laminar en caliente el producto semiacabado
para dar un fleje laminado en caliente,
- Recocer el fleje laminado en caliente,
- Decapar el fleje laminado en caliente,
- Laminar en frío el fleje laminado en caliente
para dar un fleje laminado en frío,
- Tratar térmicamente el fleje laminado en
frío,
- Cortar el fleje laminado en frío para dar
recortes de chapa,
- Conformar en frío los recortes de chapa para
dar piezas moldeadas.
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque el laminado en caliente tiene lugar a
temperaturas de 1050ºC a 1180ºC.
5. Procedimiento según la reivindicación 3 ó 4,
caracterizado porque el recocido del fleje laminado en
caliente tiene lugar a temperaturas superiores a 1100ºC.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 3 a 5, caracterizado porque la temperatura
en el tratamiento térmico del fleje laminado en frío es de al menos
1100ºC.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 3 a 6 ó 4, caracterizado porque la
conformación en frío se realiza como embutición profunda.
8. Pieza moldeada fabricada mediante conformación
en frío que se compone de un acero obtenido según la reivindicación
1 ó 2.
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