ES2258546T5

ES2258546T5 - Acero inoxidable ferrítico-austenítico.

Info

Publication number: ES2258546T5
Application number: ES01967896T
Authority: ES
Inventors: Elisabeth Alfonsson; Jun Wang; Mats Liljas; Per Johansson
Original assignee: Outokumpu Stainless AB
Current assignee: Outokumpu Stainless AB
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2001-09-18
Publication date: 2011-12-05
Anticipated expiration: 2021-09-18
Also published as: ZA200302011B; SE0003448D0; EP1327008B1; EP1327008A1; SE517449C2; DE60117276D1; EP1327008B2; US9856551B2; US20100172785A1; SE0003448L; US20030172999A1; WO2002027056A1; ATE317919T1; DE60117276T2; ES2258546T3; AU2001288179A1; DE60117276T3; US20150259772A1

Abstract

Un acero inoxidable ferrítico-austenítico que tiene una microestructura que está compuesta esencialmente por un 35-65% en volumen de ferrita y un 35-65% en volumen de austenita, caracterizado porque el acero tiene una composición química que contiene, en % en peso: 0, 02-0, 07 de C 0, 1-2, 0 de Si 3-8 de Mn 19-23 de Cr 1, 1-1, 7 de Ni opcionalmente Mo y/o W en una cantidad total máxima de 1, 0 (Mo + W/2) opcionalmente Cu hasta un máximo de 1, 0 de Cu opcionalmente 0, 003-0, 005% de B opcionalmente hasta un 0, 004% de Ti, hasta un 0, 05% de V y hasta un 0, 002% de Nb opcionalmente hasta un 0, 03% de cada uno de Ce y/o Ca 0, 15-0, 30 de N el resto hierro e impurezas, y porque se aplican las siguientes condiciones para los formadores ferríticos y austeníticos de la aleación, respectivamente, es decir, para los equivalentes de cromo y níquel: 20 < Creq < 24, 5 10 < Nieq, donde Creq = Cr + 1, 5 Si + Mo + 2 Ti + 0, 5 Nb Nieq = Ni + 0, 5 Mn + 30 (C+N) + 0, 5 (Cu + Co)

Description

CAMPO TÉCNICO

La invención se refiere a un acero inoxidable ferrítico-austenítico que tiene una microestructura que está compuesta esencialmente por un 35-65% en volumen de ferrita y un 35-65% en volumen de austenita.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los aceros inoxidables ferríticos-austeníticos - los aceros dúplex - combinan una alta resistencia mecánica y tenacidad con una buena resistencia a la corrosión particularmente en lo que respecta a la corrosión por tensión. Para la resistencia a la corrosión así como para las características mecánicas tales como la soldabilidad, es importante que los constituyentes esenciales del acero, austenita y ferrita, estén bien equilibrados. En el desarrollo moderno de aceros dúplex, se realizan esfuerzos para obtener una microestructura que contenga un 35-65% de ferrita y un 35-65% de austenita. Los aceros dúplex compiten cada vez en mayor grado con los aceros inoxidables austeníticos tradicionales dentro de la industria submarina, papelera y de pulpa, la industria química y otros campos en los que se requiere una alta resistencia y resistencia a la corrosión. Los aceros dúplex que están disponibles en el mercado hasta ahora, sin embargo, son demasiado caros para encontrar un uso más generalizado, a pesar del hecho de que los aceros dúplex generalmente contienen un menor contenido del caro elemento de aleación níquel que los aceros inoxidables austeníticos comparables.

Con este fin, el documento US 3.736.131 describe un acero inoxidable austenítico-ferrítico que está constituido esencialmente solamente por hasta el 3,0 por ciento de níquel y por aproximadamente el 0,26 por ciento de nitrógeno. Con ello, puede obtenerse un intervalo de entre el 10 por ciento y el 50 por ciento de austenita.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El propósito de la invención es proporcionar un acero inoxidable ferrítico austenítico del tipo mencionado en el preámbulo anterior, conteniendo dicho acero una menor cantidad de elementos de aleación caros que los aceros dúplex disponibles en el mercado hoy en día y los aceros inoxidables austeníticos que tienen características técnicas comparables, y que pueda fabricarse de una manera que sea ventajosa desde un punto de vista de la técnica del proceso. La mayoría de los campos en los que se usan aceros dúplex hoy en día son campos concebibles y adecuados de uso, por ejemplo, en aplicaciones dentro de industria submarina, papelera y de pulpa, la industria química, etc., pero sobre todo para aplicaciones en las que las condiciones de corrosión son más suaves que cuando se emplean aceros dúplex hoy en día, pero en las que es beneficioso tener una mayor resistencia y/o buena resistencia contra la corrosión por tensión. La combinación de resistencia mecánica y resistencia a la corrosión también hace que el material sea adecuado para construcciones ligeras que no necesitan mantenimiento en los campos de transporte, construcción y edificación.

Otros objetivos de la invención son conseguir una pluralidad o todos los siguientes efectos.

? Un límite elástico (Rp02) = 450 MPa a temperatura ambiente y = 300 MPa a 150ºC,

? Una microestructura que contiene un 35-65% de ferrita y un 35-65% de austenita, preferentemente un 35-55% de ferrita y un 45-65% de austenita,

? Una buena estabilidad estructural,

? Una buena resistencia a la corrosión en general y, particularmente, una buena resistencia a la corrosión por tensión,

? Una buena soldabilidad con muy buen reformado de austenita en la zona afectada por el calor.

Los objetivos anteriores pueden conseguirse de manera que el acero tenga una composición química que contenga, en % en peso:

0,02-0,07 de C

0,1-2,0 de Si

3-8 de Mn

19-23 de Cr

1,1-1,7 de Ni

opcionalmente Mo y/o W en una cantidad total máxima de 1,0 (Mo + W/2) opcionalmente Cu hasta un máximo de 1,0 de Cu

opcionalmente 0,003-0,005% de B

opcionalmente hasta un 0,004% de Ti, hasta un 0,05% de V y hasta un 0,002% de Nb

opcionalmente hasta un 0,03% de cada uno de Ce y/o Ca

0,15-0,30 de N

el resto de hierro e impurezas, y que las siguientes condiciones se apliquen para los formadores ferríticos y austeníticos de la aleación, respectivamente, es decir, para los equivalentes de cromo y níquel:

20 < Creq < 24,5

10 < Nieq,

donde

Creq = Cr + 1,5 Si + Mo + 2 Ti + 0,5 Nb

Nieq = Ni + 0,5 Mn + 30 (C+N) + 0,5 (Cu + Co)

En los documentos US-A-3 736 191 y US-6 096 441 se describen aceros inoxidables austeníticos-ferríticos que tienen composiciones similares a las de la invención aunque comprenden diferentes contenidos de N, Ni y Nieq.

Por lo que respecta a los elementos individuales de la aleación, su importancia e interacción, se aplica lo siguiente a la invención. Los contenidos de aleación indicados se refieren a porcentaje en peso si no se menciona otra cosa.

El carbono contribuye a la resistencia del acero y también es un formador austenítico valioso y, por lo tanto, existirá en una cantidad mínima del 0,02%. Se tardaría mucho tiempo en llevar el contenido de carbono por debajo de estos bajos niveles en relación con la descarburación del acero y también es caro porque aumenta el consumo de agentes reductores. Si el contenido de carbono es alto, hay un riesgo de precipitación de carburos que puede reducir la resistencia al impacto del acero y la resistencia a la corrosión intercristalina. Debe considerarse también que el carbono tiene muy poca solubilidad en la ferrita, lo que significa que el contenido de carbono del acero sustancialmente se recoge en la fase austenítica. El contenido de carbono, por lo tanto, se restringirá a un máximo del 0,07%, preferentemente a un máximo del 0,05% y convenientemente a un máximo del 0,04%.

El silicio puede usarse como agente reductor en la fabricación de acero y existe como residuo de la fabricación del acero en una cantidad de al menos un 0,1%. El silicio tiene características favorables en el acero tales como que mejora la resistencia a alta temperatura de la ferrita, lo cual tiene una importancia significativa en la fabricación. El silicio es también un gran formador de ferrita y participa como tal en la estabilización de la estructura dúplex y por estas razones existe en una cantidad de al menos un 0,2%, preferentemente en una cantidad de al menos un 0,35%. El silicio también tiene algunas características desfavorables debido a que reduce en gran medida la solubilidad del nitrógeno, que existirá en grandes cantidades y, si el contenido de silicio es alto, también aumenta el riesgo de precipitación de fases intermetálicas indeseadas. El contenido de silicio, por lo tanto, se limita a un máximo del 2,0%, preferentemente un máximo del 1,5% y adecuadamente un máximo del 1,0%. Un contenido de silicio óptimo es del 0,35 al 0,80%.

El manganeso es un formador de austenita importante y aumenta la solubilidad del nitrógeno en el acero y, por lo tanto, existirá en una cantidad de al menos el 3%, preferentemente al menos el 4%, adecuadamente al menos el 4,5%. Por otra parte, el manganeso reduce la resistencia a la corrosión del acero. Además, es difícil descarburizar aceros inoxidables fundidos que tienen altos contenidos de manganeso, lo que significa que es necesario añadir el manganeso después de que haya finalizado la descarburación en forma comparativamente pura y, en consecuencia, como manganeso caro. El acero, por lo tanto, no debe contener más del 8% de manganeso, preferentemente un 6% de manganeso como máximo. Un contenido óptimo es del 4,5 al 5,5% de manganeso.

El cromo es el elemento más importante para conseguir una resistencia a la corrosión deseada del acero. El cromo también es el formador de ferrita más importante del acero y confiere, combinado con otros formadores de ferrita y con un contenido equilibrado de los formadores de austenita del acero, un carácter dúplex deseado al acero. Si el contenido de cromo es bajo hay riesgo de que el acero contenga martensita y si el contenido de cromo es alto hay riesgo de una menor estabilidad frente a la precipitación de fases intermetálicas y también hay riesgo de lo que se denomina fragilización a 475ºC, y de una composición de fases no equilibrada del acero. Por estas razones, el contenido de cromo debe ser de al menos un 19%, preferentemente de al menos un 20% y adecuadamente de al menos un 20,5% y como máximo un 24%, preferentemente como máximo un 23%, adecuadamente como máximo un 22,5%. Un contenido de cromo adecuado es del 21,0 al 22,0%, nominalmente del 21,2 al 21,8%.

El níquel es un gran formador de austenita y tiene un efecto favorable sobre la ductilidad del acero y, por lo tanto, existirá en una cantidad de al menos el 1,1%. Sin embargo, el precio de la materia prima de níquel a menudo es alto y fluctúa, por lo tanto el níquel, de acuerdo con un aspecto de la invención, se sustituye por otros elementos de aleación siempre que sea posible. No es necesario más del 1,7% del níquel para la estabilización de la estructura dúplex deseada del acero en combinación con otros elementos de aleación. Un contenido óptimo de níquel, por lo tanto, es del 1,35 al 1,70% de Ni.

El molibdeno es un elemento que puede omitirse de acuerdo con un aspecto amplio de la composición del acero, es decir, el molibdeno es un elemento opcional en el acero de la invención. Sin embargo, el molibdeno, junto con el nitrógeno, tiene un efecto sinérgico favorable sobre la resistencia a la corrosión. En vista del alto contenido de nitrógeno del acero, el acero por lo tanto debe contener al menos un 0,1% de molibdeno, preferentemente al menos un 0,15%. El molibdeno, sin embargo, es un gran formador de ferrita, puede estabilizar la fase sigma en la microestructura del acero y también tiene tendencia a segregarse. Además, el molibdeno es un elemento de aleación caro. Por estas razones, el contenido de molibdeno se limita como máximo al 1,0%, preferentemente como máximo al 0,8%, y adecuadamente como máximo al 0,65%. Un contenido en molibdeno óptimo es del 0,15 al 0,54%. El molibdeno puede sustituirse parcialmente por la cantidad doble de tungsteno, que tiene propiedades similares a las del molibdeno.

Sin embargo, al menos la mitad de la cantidad total de Mo + W/2 debe estar constituida por molibdeno.

En una composición preferida, sin embargo, el acero no contiene más de un 0,3% de tungsteno.

El cobre también es un elemento opcional, que puede omitirse de acuerdo con el aspecto más amplio respecto a ese elemento. Sin embargo, el cobre es un formador de austenita valioso y puede tener una influencia favorable sobre la resistencia a la corrosión en algunos entornos, especialmente en algunos medios ácidos, y debe existir por lo tanto en una cantidad de al menos el 0,1%. Por otro lado, hay riesgo de precipitación de cobre en el caso de que haya contenidos demasiado altos, por lo tanto el contenido de cobre debe maximizarse al 1,0%, preferentemente a unmáximo del 0,7%. Óptimamente, el contenido de cobre debe ser de al menos el 0,15, preferentemente al menos el 0,25, y como máximo el 0,54% para equilibrar los efectos favorables y posiblemente desfavorables del cobre con respecto a las características del acero.

El nitrógeno tiene una importancia fundamental debido a que es el formador de austenita dominante del acero. El nitrógeno contribuye también a la resistencia y a la resistencia a la corrosión del acero y, por lo tanto, existirá en una cantidad de al menos el 0,18%. La solubilidad del nitrógeno en el acero, sin embargo, está limitada. En el caso de un contenido demasiado alto de nitrógeno, hay riesgo de formación de defectos cuado solidifica el acero, y riesgos de formación de poros en relación con la soldadura del acero. El acero, por lo tanto, no debe contener más del 0,30% de nitrógeno, preferentemente un máximo del 0,26% de nitrógeno. Un contenido óptimo es del 0,20 al 0,24%.

El boro puede existir opcionalmente en el acero como una adición de microaleación hasta un máximo del 0,005% (50 ppm) para mejorar la ductilidad en caliente del acero. Si existe boro como un elemento añadido intencionadamente, debe existir en una cantidad de al menos el 0,001% (10 ppm) para proporcionar el efecto deseado con respecto a la mejora de la ductilidad en caliente del acero.

De una manera similar, el cerio y/o el calcio pueden existir opcionalmente en el acero en cantidades del 0,03% como máximo de cada uno de dichos elementos para mejorar la ductilidad en caliente del acero.

Además de los elementos mencionados anteriormente, el acero no contiene esencialmente ningún elemento añadido intencionadamente, sino solamente impurezas y hierro. El fósforo es, en la mayor parte de los aceros, una impureza no deseada y preferentemente no debe existir en ninguna cantidad mayor del 0,035%. El azufre también debe mantenerse tan bajo como sea posible desde un punto de vista de fabricación económica, preferentemente una cantidad máxima del 0,10%, adecuadamente menor, por ejemplo, un máximo del 0,002%, para no perjudicar la ductilidad en caliente del acero y, por lo tanto, su laminabilidad, lo que puede ser un problema general en relación con los aceros dúplex.

Dentro del marco de los intervalos de contenidos mencionados anteriormente, los contenidos de formadores de ferrita y formadores de austenita deben equilibrarse de acuerdo con las condiciones que se han mencionado en lo anterior, para que el acero tenga un carácter dúplex deseado estable. Preferentemente, el equivalente de níquel, Nieq, debería ser de al menos 10,5 y el equivalente de cromo de al menos 21, más ventajosamente al menos 22. Además, el equivalente de níquel, Nieq, debe limitarse a un máximo de 15, preferentemente un máximo de 14. Además, el equivalente de cromo, Creq, debe ser de al menos 21, preferentemente de al menos 21,5 y más ventajosamente de al menos 22, aunque puede limitarse a un máximo de 23,5. Sorprendentemente, un acero con equivalentes de cromo y níquel relacionados entre sí de acuerdo con dicho criterio tiene un contenido equilibrado de ferrita y austenita dentro del intervalo de contenidos mencionado anteriormente. Teóricamente, el acero debido a su composición de aleación debe contener menos o incluso mucho menos del 35% en volumen de ferrita, aunque las medidas realizadas por análisis de imágenes de las microestructuras han demostrado que el acero, de hecho, contiene un contenido estable de al menos el 35% en volumen de ferrita y, para varios de los aceros ensayados de acuerdo con la invención, aproximadamente el 50% de ferrita. Basándose en estas observaciones, de acuerdo con un aspecto de las relaciones entre los equivalentes de cromo y níquel, se supone que las coordenadas de los equivalentes de cromo y níquel deben estar en el marco del área A B C D A en el diagrama de Schaeffler de la figura 1, siendo las coordenadas de dichos puntos las siguientes:

5

10

15

20

Creq: Nieq

A: 20,8 11,8

B: 23,0 15,0

C: 24,0 14,5

D: 23,0 10,4

es decir, hacia la izquierda de la región que en el diagrama de Schaeffler convencional es la zona de los aceros dúplex. Sin embargo, se consigue un carácter dúplex estable del acero.

Los experimentos realizados han demostrado que se consiguen buenos resultados con aleaciones de acero que tienen composiciones de equivalentes de cromo y níquel que están dentro del marco del área más restringida D E F G H D, siendo las coordenadas de dichos puntos:

Creq Nieq D 23,0 10,4 E 22,0 11,0 F 22,0 13,5 g 22,3 14,0 H 23,0 14,0

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS En la siguiente descripción de experimentos realizados, se hará referencia a los dibujos adjuntos en los que: La figura 1 muestra microestructuras y un diagrama de Schaeffler que ilustra los equivalentes teóricos de cromo y níquel

de acuerdo con la invención,

La figura 2 es un diagrama de barras que ilustra los contenidos reales de ferrita y austenita que se han medido en aceros examinados de acuerdo con la invención, La figura 3 es un diagrama de barras que ilustra la resistencia a la corrosión por picadura de aceros examinados en

forma de medidas de temperaturas de picadura críticas, CPT,

La figura 4 es un diagrama que ilustra la resistencia a la corrosión por tensión en términos de tiempo hasta la fractura en un ensayo de evaporación de gotas de varias aleaciones examinadas frente a carga, y La figura 5 es un diagrama de barras que ilustra la soldabilidad de varias aleaciones examinadas en términos de

contenido de ferrita en la zona afectada por el calor (HAZ) y en la propia costura de soldadura. DESCRIPCIÓN DE LOS EXPERIMENTOS REALIZADOS Y RESULTADOS CONSEGUIDOS En la Tabla 1 se dan las composiciones químicas en % en peso de los aceros examinados. Además de los elementos indicados en la tabla, los aceros sólo contenían hierro y otras impurezas distintas de las

indicadas en cantidades normales. Los aceros V250-V260 se fabricaron en forma de probetas de laboratorio de 30 kg. Ref. A es un acero disponible en el mercado, cuya composición se ha analizado por el solicitante.

Tabla 1

Composición, % en peso de aceros examinados

Calor/ acero: C Si Mn P S Cr Ni Mo Ti Nb Cu N W V Al B O Creq Nieq

V250: 0,042 0,29 4,40 0,012 0,003 21,85 1,50 0,32 0,003 0,001 0,18 0,245 <0,01 0,035 0,17 0,0004 n.a.* 22,6 12,4

V251: 0,052 0,30 5,26 0,012 0,004 21,52 1,48 0,32 0,004 0,001 0,18 0,225 <0,01 0,034 0,016 0,0004 n.a.* 22,3 12,5

V252: 0,032 0,30 5,16 0,012 0,004 21,80 1,49 0,32 0,002 0,001 0,22 0,285 <0,01 0,035 0,001 0,0005 0,0125 22,6 13,7

V254**: 0,036 0,39 5,23 0,012 0,004 21,24 1,10 0,13 0,005 0,001 0,41 0,130 <0,01 0,035 0,014 <0,001 n.a.* 21,9 8,9

V258: 0,018 0,28 5,22 0,008 0,002 21,63 1,49 0,32 0,003 0,002 0,88 0,203 0 0,025 0,024 0,0004 0,0036 22,4 11,1

V260: 0,038 0,31 4,71 0,008 0,003 21,77 1,50 0,32 0,004 0,001 0,24 0,227 0 0,024 0,025 0,0003 0,0017 22,6 11,9

Ref. A**: 0,026 0,39 5,17 0,026 0,001 20,90 1,25 0,08 0,019 0,004 0,44 0,127 <0,01 0,068 <0,001 0,0041 n.a.* 21,6 8,5

*n.a. = no analizado ** no perteneciente a la invención

5

10

15

20

25

30

35

40

Ensayos mecánicos

Las probetas de laboratorio se laminaron hasta una forma de placas estrechas de 3 mm de espesor, que se usaron para los ensayos mecánicos. Por experiencia se sabe que el límite elástico 0,2 está a un nivel 80-100 MPa menor que para los materiales que se han fabricado a escala de producción completa. Los límites elásticos 0,2 y 1,0, la resistencia final (Rm), el alargamiento en el ensayo de tracción (A5) y la dureza Brinell se examinaron a temperatura ambiente, 20ºC y a 150ºC. Las medidas representativas se dan en la Tabla 2.

Tabla 2.

Características de resistencia mecánica a 20ºC y 150ºC

Calor/acero: Temp °C Rp0,2 MPa Rp1,0 MPa Rm MPa A5% HB

V258: 20 465 525 686 46 210

150: 352 397 596 44 -

V260: 20 470 526 694 46 209

150: 352 399 602 42 -

V254*: 20 440 504 644 39 211

150: 338 387 548 36 -

* aceros no incluidos en la invención

Estudios de microestructuras

En el diagrama de Schaeffler en la figura 1 se han insertado las coordenadas de los aceros V250-V260 fabricados a una escala de laboratorio. Todas estas coordenadas están dentro del área de estructura ferrítica-austenítica del diagrama, pero a la izquierda de la línea que representa el número de ferrita 30, donde los aceros no deberían ser aceros dúplex. Sin embargo, la medida de ensayo de los aceros fabricados, realizada mediante análisis de imágenes de las microestructuras, sorprendentemente demuestra que al menos los aceros V251-V260 contienen más del 35% en volumen de ferrita, como se muestra mediante el diagrama de la figura 2. Las muestras de ensayo examinadas se habían tratado con calor en solución mediante templado a 1.050ºC. La estabilidad de la estructura fue comparable con la del acero del solicitante que tenía el nombre comercial SAF 2304™, que es un acero dúplex correspondiente a UNS S32304.

Ensayos de corrosión

La temperatura de picadura crítica, CPT, se determinó de acuerdo con el método estandarizado que se conoce con la denominación ASTM G 150. Los resultados se representan mediante el diagrama de la figura 3. Los ensayos demuestran que los aceros V251, V258 y V260 fabricados a escala de laboratorio tienen una resistencia a la corrosión significativamente mejor que el V254 y también esencialmente mejor que los aceros de referencia Ref. A, ASTM 304 y ASTM 201, pero los aceros de la invención fabricados a la escala de laboratorio no alcanzan el nivel de ASTM 316 L o UNS S 32304, que sin embargo, tienen un mayor contenido de metales de aleación caros.

Se emplearon dos métodos para medir la resistencia a la corrosión intercristalina. Las muestras que se habían sensibilizado durante una hora a 700ºC o durante 8 horas a 600ºC y 800ºC, respectivamente, se ensayaron en una solución de ácido sulfúrico/sulfato de cobre de acuerdo con EN-ISO-3651-2, método A (ensayo de Strauss). Ninguna muestra de ensayo mostró signos de corrosión intercristalina. Ningún ensayo de acuerdo con el método más agresivo EN-ISO 3651-2, método C (ensayo de Streicher) de las muestras de ensayo tratadas con calor en solución

o de muestras sensibilizadas a 700ºC durante 30 minutos, respectivamente, dio como resultado corrosión intercristalina.

La resistencia a la corrosión por tensión se estudió de acuerdo con el ensayo de evaporación de gotas (DET) descrito, por ejemplo, en el manual MTI Nº 3, método MTA-5.

Una muestra de ensayo cargada mono-axialmente, calentada con resistencia se expuso a una solución de goteo de cloruro sódico. Se determinó el tiempo hasta la fractura a diferentes niveles de carga, definido como cierta proporción de Rp02 a 200ºC. Los resultados para las probetas experimentales V260 y V254 se muestran en la figura 4 junto con los datos para el acero austenítico ASTM 316L. Al igual que los aceros dúplex disponibles en el mercado, las probetas experimentales mostraron una resistencia esencialmente mayor a la corrosión por tensión que los aceros austeníticos convencionales tales como ASTM 316 L, V260 parece ser más resistente que V254.

5

10

15

20

25

30

35

En resumen, por lo que respecta a la resistencia a la corrosión, se establece que la resistencia a la corrosión por picadura es esencialmente mayor que para el acero austenítico ASTM 304, que no se observa corrosión intercristalina y que también la resistencia a la corrosión por tensión es esencialmente mayor que para los aceros austeníticos convencionales.

Ensayos de soldabilidad

Los ensayos de soldabilidad se realizaron mediante soldadura TIG de una placa sin adición de una carga metálica y mediante soldadura TIG en una costura de soldadura usando una carga metálica de tipo AWS ER 2209, que es un material de carga austenítico ferrítico que normalmente se usa para soldar aceros dúplex con mayor cantidad de aleación. Los contenidos de ferrita en el último caso se midieron en la soldadura y en la zona afectada por el calor.

La soldabilidad de las aleaciones de ensayo fue comparable a la del material de referencia Ref A y UNS S 31803. El ensayo no destructivo con controles de rayos X no pudo detectar ningún nivel alto de porosidad. El material de la invención tenía un alto grado de reformado de austenita en la zona afectada por el calor, HAZ, y en la soldadura, en comparación con el material de referencia Ref. A y UNS S 31803.

En el diagrama de barras de la figura 5 se muestra el contenido de ferrita en el caso de la soldadura TIG manual de un acero de tipo UNS S 31803, el acero de referencia Ref. A, y el acero V258 de la invención con una carga metálica del tipo AWS ER2209. Cuando se somete a un ensayo de tracción, todas las soldaduras se fracturaron en el material original y no en las soldaduras.

Basándose en las experiencias derivadas del ensayo de materiales a escala de laboratorio que se ha descrito en lo anterior, se fabricó una probeta de 90 toneladas Nº 804030 que tenía la siguiente composición química en % en peso, Tabla 3. Además de los elementos mencionados en la Tabla 3, el acero sólo contenía hierro y otras impurezas distintas de indicadas en la Tabla en cantidades normales

Tabla 3

Composición química, % en peso, Probeta Nº 804030

C: Si Mn P S Cr Ni Mo Ti

0,024: 0,69 5,07 0,017 0,000 21,36 1,49 0,30 0,00

Nb: Cu N As W V A1 B O

0,001: 0,32 0,232 0,004 0,00 0,052 0,008 0,0021 0,0014

Se fabricó una hebra mediante el moldeo continuo del acero fundido. La hebra se cortó en planchas. Algunas planchas se laminaron en caliente en forma de placas que tenían un espesor de 8 mm y 15 mm, respectivamente, mientras que otras planchas se laminaron en caliente para formar bobinas que tenían un espesor de 4 mm. Algunas de las bobinas laminadas en caliente se laminaron en frío adicionalmente hasta un espesor de 3 mm, 1,5 mm y 1,0 mm, respectivamente. Las muestras de ensayo se tomaron de diferentes partes de las placas y bobinas, respectivamente. Las propiedades mecánicas de la bobina laminada en caliente de 4 mm de espesor se ensayaron a 20ºC. Los resultados de los ensayos (valores medios) se dan en la Tabla 4.

Tabla 4

Propiedades mecánicas a 20ºC, condiciones de templado en solución, T = 1.050ºC.

Rp0,2 MPa: Rp1,0 MPa Rm MPa A5 % HB

558: 625 775 37 230

Los ensayos demostraron que el acero que se produce a una escala de producción es más fuerte que los materiales que se producen a escala de laboratorio. El valor de alargamiento concordaba bien con los resultados de los ensayos de laboratorio y la dureza era de un nivel algo superior a la de los materiales a escala de laboratorio, lo cual es coherente con el mayor rendimiento y resistencia final.

Las muestras de ensayo de los materiales que se laminaron en caliente y los que se laminaron en caliente + laminado en frío, respectivamente, se sometieron también a ensayos de corrosión por picadura de acuerdo con la norma ASTM G 150. Las placas de calibre 8 y 15 mm tenían una temperatura de picadura crítica CPT de 17ºC, mientras que las bobinas, laminadas en frío o no, tenían una temperatura de picadura crítica de 22ºC. Los resultados indican que la producción de material también tenía una resistencia a la corrosión por picadura mejorada en comparación con los materiales de laboratorio.

REFERENCIAS CITADAS EN LA DESCRIPCIÓN

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Documentos de patentes citados en la descripción ? US 3736131 A [0003] ? US 3736191 A [0007]

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un acero inoxidable ferrítico-austenítico que tiene una microestructura que está compuesta esencialmente por un 35-65% en volumen de ferrita y un 35-65% en volumen de austenita, caracterizado porque el acero tiene una composición química que contiene, en % en peso: 0,02-0,07 de C 0,1-2,0 de Si 3-8 de Mn 19-23 de Cr 1,1-1,7 de Ni opcionalmente Mo y/o W en una cantidad total máxima de 1,0 (Mo + W/2) opcionalmente Cu hasta un máximo de 1,0 de Cu opcionalmente 0,001-0,005% de B opcionalmente hasta un 0,03% de cada uno de Ce y/o Ca

0,18-0,30 de N el resto hierro e impurezas, y porque se aplican las siguientes condiciones para los formadores ferríticos y austeníticos de la aleación, respectivamente, es decir, para los equivalentes de cromo y níquel:

20 < Creq < 24,5

10 < Nieq,

donde

Creq = Cr + 1,5 Si + Mo + 2 Ti + 0,5 Nb Nieq = Ni + 0,5Mn + 30 (C+N) + 0,5 (Cu + Co)
2.

Un acero de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque contiene como máximo un 0,05, preferentemente un máximo de 0,04 de C.
3.

Un acero de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque contiene al menos 0,2, preferentemente al menos 0,35 de Si.
4.

Un acero de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado porque contiene un máximo de 1,5, preferentemente un máximo de 1,0 de Si.
5.

Un acero de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3 y 4, caracterizado porque contiene 0,35-0,80 de Si.
6.

Un acero de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado porque contiene al menos 4, adecuadamente al menos 4,5 de Mn.
7.

Un acero de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizado porque contiene un máximo de 6 de Mn.
8.

Un acero de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 6 y 7, caracterizado porque contiene 4,5-5,5 de Mn.
9.

Un acero de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-8, caracterizado porque contiene al menos 20, preferentemente al menos 20,5 de Cr.
10.

Un acero de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-9, caracterizado porque contiene un máximo de 23, adecuadamente un máximo de 22,5 de Cr.
11.

Un acero de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9 y 10, caracterizado porque contiene 21,022,0, preferentemente 21,2-21,8 de Cr.
12.

Un acero de acuerdo con la reivindicación 1-11, caracterizado porque contiene 1,35-1,70 de Ni.
13.

Un acero de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-12, caracterizado porque contiene al menos 0,1, preferentemente al menos 0,15 de Mo.
14.

Un acero de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque contiene un máximo de 0,8 de Mo, preferentemente un máximo de 0,65 de Mo.

5 15. Un acero de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 13 y 14, caracterizado porque contiene 0,150,54 de (Mo + W/2).
16.

Un acero de acuerdo con las reivindicaciones 1-15, caracterizado porque contiene al menos 0,1, preferentemente al menos 0,15, adecuadamente al menos 0,24 de Cu.
17.

Un acero de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizado porque contiene un máximo de 0,7 de Cu.

10 18. Un acero de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 16 y 17, caracterizado porque contiene 0,250,54 de Cu.
19. Un acero de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-18, caracterizado porque contiene un máximo de 0,26 de N.
20. Un acero de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizado porque contiene 0,20-0,24 15 de N.
21.

Un acero de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-20, caracterizado porque contiene un máximo de 0,10 de S.
22.

Un acero de acuerdo con la reivindicación 21, caracterizado porque contiene un máximo de 0,002 de S.
23.

Un acero de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-22, caracterizado porque las coordenadas de

20 los equivalentes de Cr y Ni están dentro del marco del área A B C D A en el diagrama de Schaeffler de la figura 1, siendo las coordenadas de dichos puntos: Creq Nieq A 20,8 11,8 B 23,0 15,0 C 24,0 14,5 D 23,0 10,4
24. Un acero de acuerdo con la reivindicación 23, caracterizado porque las coordenadas de los equivalentes de Cr y Ni están dentro del marco del área D E F G H en el diagrama de Schaeffler de la figura 1, siendo las coordenadas de dichos puntos:

Creq Nieq

D 23,0 10,4

E 22,0 11,0

F 22,0 13,5

G 22,3 14,0

H 23,0 14,0

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