ES2320224T3 - Composicion de acero inoxidable austenitico y su uso para la fabricacion de piezas de estructura de medios de transporte terrestre y de contenedores. - Google Patents

Composicion de acero inoxidable austenitico y su uso para la fabricacion de piezas de estructura de medios de transporte terrestre y de contenedores. Download PDF

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Abstract

Composición de acero inoxidable austenítico que comprende, en % en peso: C <= 0,03% 14% <= Cr<= 17% 8%<= Ni <= 9,5% 2,0% <= Mo <= 3,5% Mn <= 2,0% Si <= 1,0% N <= 0,20% Cu <= 1,0% Ti <= 0,01% Co <= 0,5% Sn <= 0,4% P <= 0,045% S <= 0,030% estando constituido el resto por hierro e impurezas inevitables resultantes de la elaboración, y el valor del índice de estabilidad de la austenita Md30, definido por la fórmula Md30 = 497 - 462(%C + %N)- 9, 2x%Si - 8, 1x%Mn- 13, 7x%Cr - 20x%Ni- 18, 5x%Mo está comprendido entre 0 y 60ºC.

Description

Composición de acero inoxidable austenítico y su uso para la fabricación de piezas de estructura de medios de transporte terrestres y de contenedores.
\global\parskip0.900000\baselineskip
La presente invención se refiere a una composición de acero mejorada que puede utilizarse particularmente para la fabricación de piezas de estructura de medios de transporte terrestres, así como para la fabricación de contenedores para cualquier clase de industrias, tales como por ejemplo la industria química o la industria agroalimentaria.
De manera más general, esta nueva composición puede utilizarse ventajosamente para todas las aplicaciones que necesiten un importante potencial de absorción de energía, en particular en caso de accidentes, así como una buena resistencia a la corrosión por picaduras y a la corrosión generalizada.
El problema de la reducción del peso es una preocupación constante para los fabricantes de medios de transporte en general, y en particular para los fabricantes y los usuarios de tanques de transporte. Debido a limitaciones de peso impuestas para los camiones, por ejemplo, los fabricantes de estos camiones buscan constantemente soluciones técnicas que les permitan disminuir el peso de la estructura, al tiempo que se aumente el volumen de productos transportados y se disminuye la cantidad de acero necesaria para la fabricación de un tanque, reduciéndose el espesor de las láminas de acero utilizadas.
Por otro lado, no resulta concebible disminuir la seguridad de estos camiones, y sólo puede admitirse una reducción del espesor de las láminas de acero si este acero presenta un potencial de absorción de energía mejorado. Este potencial de absorción de energía, también denominado resistencia al impacto, puede evaluarse por el valor del producto Rm x A, en el que Rm representa la resistencia a la tracción del acero en MPa, y A representa el alargamiento del acero en %. Su mejora depende por tanto de estos dos factores y de su evolución.
Además, no puede considerarse una degradación del comportamiento a la corrosión del acero, en particular para aplicaciones en los campos de la química o de la agroalimentaria en los que el almacenamiento y el transporte de líquidos ácidos, incluso corrosivos, es frecuente.
Las clases de acero existentes en el mercado no permiten satisfacer a la vez las exigencias de resistencia al impacto mejorada y de buena resistencia frente a la corrosión. Por tanto, las clases de tipo 301, 301LN, 304 ó 305 no presentan buenas características de comportamiento a la corrosión, mientras que las clases de acero dúplex 316 no tienen una resistencia al impacto satisfactoria.
Además, en la técnica anterior se conoce: la clase 316S42 o algunas modificaciones del acero 316 tales como en los documentos JP-05050288 o US-A-5512238. Otras clases similares se divulgan en los documentos: JP0609382, US5494537, EP1156125A2 o EP0735154A1.
Teniendo en cuenta estos elementos, la presente invención tiene por objeto poner a disposición una composición de acero mejorada, que presenta buenas características de resistencia frente a la corrosión por picaduras y frente a la corrosión generalizada, así como un potencial de absorción de energía más importante que el de las clases de acero de la técnica anterior.
Un primer objeto de la invención está constituido por una composición de acero inoxidable austenítico según el objeto de la reivindicación 1.
La composición de acero según la invención permite obtener un acero inoxidable de estructura austenítica, pero cuya austenita es lo suficientemente inestable a temperatura ambiente (valor de Md), y que presenta una resistencia a la corrosión del mismo nivel que la de la clase 316L en particular en cuanto a la corrosión por picaduras, y una buena aptitud a la puesta en práctica mediante el control del contenido en ferrita delta. La composición de acero comprende menos del 9,5% de níquel.
La composición de acero presenta un valor de índice de estabilidad de la austenita Md30, definido por la fórmula:
Md30 = 497 - 462(%C+%N) - 9,2x%Si - 8,1x%Mn - 13,7x%Cr - 20x%Ni - 18,5x%Mo
comprendido entre 0 y 60ºC, y de manera más particularmente preferida comprendido entre 0 y 30ºC.
La composición de acero según la invención puede presentar igualmente las siguientes características complementarias, tomadas aisladamente o en combinación:
-
la composición de acero comprende menos del 16,0% de cromo
-
la composición de acero presenta un contenido en ferrita delta inferior o igual al 7%,
-
la composición de acero presenta un valor del producto Rm x A, en el que Rm es la resistencia a la tracción del acero y A el alargamiento del acero, superior a 32.000, preferiblemente superior a 34.000.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Un segundo objeto de la invención está constituido por el uso del acero según la invención para la fabricación de contenedores y para la fabricación de piezas de estructura de medios de transporte terrestres.
En el contexto de esta solicitud, hay que entender por medios de transporte terrestres los vehículos automóviles, pero también los medios de transporte ferroviarios de cualquier clase. Los contenedores a los que se refiere la invención pueden utilizarse especialmente para el transporte de cualquier clase de materiales líquidos, sólidos o gaseosos, tales como ácidos, leche o vino, por ejemplo.
La invención va a describirse ahora en detalle, no quedando limitado evidentemente el alcance de las reivindicaciones por esta descripción.
La composición de acero inoxidable austenítico según la invención comprende hasta el 0,03% de carbono. En un modo de realización preferido, el contenido en carbono está comprendido entre el 0,022 y el 0,027%.
La composición comprende igualmente cromo en un contenido del 14 al 17%, preferiblemente entre el 14 y el 16,5%, de manera más particularmente preferida entre el 14 y el 16,0%, y mejor entre el 15 y el 15,2%. El cromo es un elemento esencial para la resistencia a la corrosión de la clase. Su contenido está limitado debido a su influencia sobre la estabilidad de la estructura austenítica.
La composición comprende igualmente níquel en un contenido entre el 8 y el 9,5%, de manera más particularmente preferida entre el 8 y el 9,0%, y mejor entre el 8,9 y el 9,1%. El efecto principal de este elemento es su acción favorable sobre la resistencia a la corrosión generalizada. Su contenido está limitado debido a su elevado coste y a su influencia sobre la estabilidad de la estructura austenítica.
La composición comprende además molibdeno en un contenido del 2,0 al 3,5%, preferiblemente entre el 2,0 y el 3,0%, y de manera más particularmente preferida entre el 2,9 y el 3,1%. Este elemento permite mejorar el comportamiento a la corrosión, en particular el comportamiento a la corrosión por picaduras de la clase, pero debe limitarse debido a su efecto endurecedor.
La composición también puede comprender hasta el 2,0% de manganeso y ventajosamente hasta el 1,45% de manganeso. En un modo de realización preferido, el contenido en manganeso está comprendido entre el 1,3 y el 1,45%.
La composición puede comprender igualmente hasta el 1,0% de silicio y ventajosamente hasta el 0,5% de silicio. En un modo de realización preferido, el contenido en silicio está comprendido entre el 0,35% y el 0,5%. Este elemento puede utilizarse como agente desoxidante durante la elaboración de la clase, pero debe limitarse debido a su influencia nefasta sobre la capacidad de conformación de la clase.
La composición también puede comprender nitrógeno en un contenido máximo del 0,20%, preferiblemente del 0,03%. En un modo de realización preferido, el contenido en nitrógeno está comprendido entre el 0,02 y el 0,03%.
Este elemento tiene un efecto endurecedor cuando está presente en disolución sólida en el acero. También puede participar en el aumento de la resistencia a la tracción Rm, pero disminuye al mismo tiempo el valor del alargamiento A. Su adición está por tanto limitada a los valores mencionados anteriormente en el presente documento.
La composición puede contener igualmente cobre en un contenido máximo del 1,0%, y preferiblemente del 0,4%. El cobre también actúa como un elemento endurecedor cuando está presente en disolución sólida. Su contenido está limitado al 0,4% debido a su influencia negativa sobre la resistencia a la corrosión, pero también sobre la capacidad de conformación en caliente de la clase.
La composición puede contener finalmente elementos residuales, tales como titanio en un contenido máximo del 0,01%, cobalto en un contenido máximo del 0,5%, estaño en un contenido máximo del 0,4%, fósforo en un contenido máximo del 0,045% y azufre en un contenido máximo del 0,030%.
Se limita particularmente el contenido en azufre al 0,030%, preferiblemente al 0,0080%, y de manera más particularmente preferida al 0,0060%, debido a su influencia nefasta sobre la resistencia a la corrosión. Además, puede combinarse fácilmente con el manganeso para generar inclusiones de tipo MnS que no se desean.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplos Características mecánicas
Se elaboraron aceros, cuyas composiciones se resumen en la tabla 1, y después se colaron de manera continua en forma de lingotes y se laminaron en caliente hasta alcanzar un espesor de 8 mm. A continuación, las bandas laminadas en caliente se recuecen de manera continua a una temperatura de 1150ºC, después se laminan en frío hasta alcanzar un espesor final de 4,2 mm.
A continuación, las bandas laminadas en frío se recuecen de manera continua a una temperatura de 1040ºC.
Se midieron las características mecánicas de cada banda laminada en frío y se resumen en la tabla 2.
Se han utilizado las siguientes abreviaturas:
\bullet
A: representa el alargamiento del acero, expresado en %
\bullet
Rm: representa la resistencia a la tracción del acero, expresada en MPa
\bullet
\Delta: representa el contenido en ferrita delta, expresado en %, y medido mediante difracción RX tras electropulido.
Las composiciones de aceros A y B son según la presente invención, mientras que la composición de acero C es un ejemplo comparativo.
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 1
1 
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 2
2 
\vskip1.000000\baselineskip
Resistencia a la corrosión
Las resistencias a la corrosión por picaduras y a la corrosión generalizada de las muestras se midieron según los siguientes procedimientos:
Corrosión por picaduras
Según la norma ASTM G 61, se sumergieron las muestras de acero en una disolución que contenía 0,5 M de NaCl, y que tenía un pH de 6,6 y una temperatura de 23ºC. A continuación se amolaron las muestras en estado húmedo con un papel de lija 1200 SiC.
A continuación se evaluó el potencial de ruptura de cada muestra a una velocidad de 100 mV/min, partiendo del potencial de corrosión libre. La corriente final fue de 50 \muA/cm^{2}.
Corrosión generalizada
Según la norma ASTM G 61, se sumergieron las muestras de acero en una disolución que contenía 2 M de H_{2}SO_{4}, a una temperatura de 23ºC. A continuación se amolaron las muestras en estado húmedo con un papel de lija 1200 SiC.
A continuación se evaluó la corriente crítica (valor máximo de corriente alcanzado en la fase activa) de cada muestra a una velocidad de 10 mV/min, de -750 mV/ECS a 1200 mV/ECS y se evaluó la pérdida de peso.
Se han empleado las siguientes abreviaturas:
\bullet
BP: representa el potencial de ruptura, expresado en mV con respecto al ECS (electrodo de calomel saturado)
\bullet
CC: representa la corriente crítica, expresada en \muA/cm^{2}
\bullet
WL: representa la pérdida de peso, expresada en mm/año.
Los resultados de las pruebas de corrosión se resumen en la tabla 3.
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 3
4 
\vskip1.000000\baselineskip
Tal como puede observarse en estas pruebas, la composición de acero según la invención permite alcanzar niveles muy altos del producto Rm x A, principalmente debido a una mejora del alargamiento, permaneciendo el valor de Rm estable. Este valor mejorado del alargamiento presenta la ventaja complementaria de facilitar la fabricación posterior de contenedores, ya que el acero puede conformarse más fácilmente.
El bajo contenido en ferrita delta es favorable además para la soldabilidad y la resistencia a la corrosión de la clase.
Esta nueva composición de acero permite reducir significativamente el espesor de las láminas de acero requeridas para la fabricación de un contenedor, lo que reduce su coste, permite aumentar la carga transportable y permite igualmente un ahorro de energía cuando el contenedor está vacío.
Por tanto, puede observarse que una reducción de 0,1 mm de espesor de la lámina representa un aumento de 35 kg de la carga transportable. Si se tienen en cuenta los rendimientos de la clase según la invención, puede realizarse una disminución de las láminas de acero de 0,2 mm en la mayoría de los casos.

Claims (8)

1. Composición de acero inoxidable austenítico que comprende, en % en peso:
\quad
C \leq 0,03%
14% \leq
Cr \leq 17%
8% \leq
Ni \leq 9,5%
2,0% \leq
Mo \leq 3,5%
\quad
Mn \leq 2,0%
\quad
Si \leq 1,0%
\quad
N \leq 0,20%
\quad
Cu \leq 1,0%
\quad
Ti \leq 0,01%
\quad
Co \leq 0,5%
\quad
Sn \leq 0,4%
\quad
P \leq 0,045%
\quad
S \leq 0,030%
estando constituido el resto por hierro e impurezas inevitables resultantes de la elaboración, y el valor del índice de estabilidad de la austenita Md30, definido por la fórmula
Md30 = 497 - 462(%C+%N) - 9,2x%Si - 8,1x%Mn - 13,7x%Cr - 20x%Ni - 18,5x%Mo
está comprendido entre 0 y 60ºC.
2. Composición de acero según la reivindicación 1, que comprende además menos del 16,0% de cromo.
3. Composición de acero según una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, que comprende además, en % en peso:
0,022% \leq
C \leq 0,027%
15% \leq
Cr \leq 15,2%
8,9% \leq
Ni \leq 9,1%
2,9% \leq
Mo \leq 3,1%
1,3% \leq
Mn \leq 1,45%
0,35% \leq
Si \leq 0,5%
0,02% \leq
N \leq 0,03%
\quad
Cu \leq 0,4%
\quad
Ti \leq 0,01%
\quad
Co \leq 0,5%
\quad
Sn \leq 0,4%
\quad
P \leq 0,045%
\quad
S \leq 0,030%
estando constituido el resto por hierro e impurezas inevitables resultantes de la elaboración.
4. Composición de acero según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque su contenido en ferrita delta ferrita es inferior o igual al 7%.
5. Composición de acero según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el valor del producto Rm x A, en el que Rm es la resistencia a la tracción del acero y A el alargamiento del acero, es superior a 32.000.
6. Composición de acero según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque el valor del producto Rm x A, en el que Rm es la resistencia a la tracción del acero y A el alargamiento del acero, es superior a 34.000.
7. Uso de un acero inoxidable austenítico cuya composición es según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, para la fabricación de contenedores.
8. Uso de un acero inoxidable austenítico cuya composición es según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, para la fabricación de piezas de estructura de medios de transporte terrestres.
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