ES2384563T3 - Composición de acero para usos especiales, especialmente en el campo del automóvil - Google Patents

Composición de acero para usos especiales, especialmente en el campo del automóvil Download PDF

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ES2384563T3 ES07823444T ES07823444T ES2384563T3 ES 2384563 T3 ES2384563 T3 ES 2384563T3 ES 07823444 T ES07823444 T ES 07823444T ES 07823444 T ES07823444 T ES 07823444T ES 2384563 T3 ES2384563 T3 ES 2384563T3
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Abstract

Utilización de una composición de acero que presenta las siguientes cantidades, donde los porcentajes se expresan en peso: Carbono: 0,04 a 0,20% Silicio: 1,00 a 2,50% Cromo: 16,0 a 25,0% Níquel: 8,0 a 15,0% Nitrógeno: 0,10 a 0,20% Cerio: 0,03 a 0,08% y las cantidades suplementarias eventuales siguientes: Manganeso: 1,00% como máximo Fósforo: 0,045% como máximo Azufre: 0,030% como máximo estando constituido el complemento por Fe e impurezas eventuales, para la fabricación de un tubo de circuito de reciclaje de gas de escape (circuito EGR), en el que el tubo presenta una resistencia elevada a la fatiga por calor que se expresa en número de ciclos que supera 1.000.000 de ciclos, a temperaturas de al menos 700°C, bajo tensiones de 300 MPa en estado recocido y 800 MPa en estado batido en frío.

Description

Composici6n de acero para usos especiales, especialmente en el campo del autom6vil.
La invenci6n se refiere a aceros especiales y se refiere mas en particular a la utilizaci6n de una composici6n de acero, especialmente en el campo del autom6vil.
5 Existen numerosas composiciones de acero que corresponden en general a « tipos » cuyos contenidos en sus principales elementos constituyentes estan definidos por las normas.
Los industriales estan siempre buscando composiciones de acero para satisfacer necesidades especificas donde predominan exigencias particularmente severas.
Es en este contexto en que la Solicitante se ha planteado el problema de investigar composiciones de acero, y
10 entonces las piezas que se pueden obtener a partir de estas composiciones, que sean susceptibles de satisfacer nuevas exigencias medioambientales y de resistencia a la fatiga por calor encontradas en particular en las aplicaciones del campo del autom6vil.
El problema citado previamente se presenta bajo dos aspectos, por una parte las exigencias en materia de emisi6n de gas de escape y por otra parte las exigencias asociadas al problema de la vida util y del final de la vida de los
15 autom6viles, su desguace y reciclaje de sus componentes.
Se recordara al respecto que la Comunidad Europea ha especificado en su Oirectiva 70/220/ EEC los limites impuestos a los nuevos vehiculos ligeros (categorias M1 y N1), es decir, un nivel de "emisi6n estandar", cuyos valores expresados en terminos de peso emitido por kil6metro (g/km) se refieren a las emisiones siguientes: CO, HC, HC+NOx, NOx, PM. El termino "PM" es la abreviatura de la expresi6n anglosajona "Particulate Material" que
20 significa "materia en forma de particulas".
Estos valores han sido revisados regularmente a la baja al mismo tiempo de su actualizaci6n, cuyas etapas en el tiempo han sido o seran:
-
en julio de 1.992 la norma Euro 1
-
en enero de 1.996 1a norma Euro 2, 1O1 y O1�
-
en enero de 2.000 la norma Euro 3
-
en enero de 2.005 la norma Euro 4
-
y a med. de 2.008 la norma Euro 5
Por otro lado, las exigencias referentes al fin de la vida de los vehiculos estan definidas en la Oirectiva Europea 2000/53/EC del 18 de septiembre de 2.000 y abarcan igualmente en los vehiculos los segmentos M1 y N1. Esta
25 Oirectiva insiste entre otros en la obligaci6n, para los constructores de autom6viles, de investigar y poner en practica soluciones que permitan un reciclaje 6ptimo de los diferentes componentes.
Estas diferentes exigencias tienen consecuencias sobre las caracteristicas de los vehiculos y mas en particular sobre las caracteristicas tecnicas de los motores y de sus diferentes componentes.
Asi, las primeras exigencias han comprometido a los constructores de autom6viles en la via de la reducci6n de
30 consumos de motores mientras se mantiene, o aumenta, su potencia de modo que se alcancen los valores conocidos para los motores de cilindrada mas considerable segun las concepciones anteriores.
Este objetivo se ha podido alcanzar combinando dos factores, a saber por una parte la reducci6n de la cilindrada de los motores y por otra parte el aumento de su presi6n de funcionamiento con un aumento como consecuencia de la temperatura de funcionamiento, permitiendo todo mejorar el rendimiento termico de estos nuevos motores.
35 Una consecuencia de esta elevaci6n de temperatura de funcionamiento es el aumento de la temperatura de los gases de escape, la cual pasa de 400°C aproximadamente a 700°C aproximadamente o mas.
Por otro lado, para reducir en este tipo de motor los valores de las emisiones debido por una parte a « incombustibles », se ha adaptado un sistema de reciclaje de los gases de escape que se vuelven a inyectar en el circuito de alimentaci6n del motor.
40 Los gases de escape se vuelven a inyectar asi o se vuelven a poner en circulaci6n, mediante un « sistema de reciclaje de los gases de escape » denominado tambien "Exhaust Gas Recycling" (termino anglosaj6n conocido tambien por su abreviatura EGR), estando constituido este sistema por diversos componentes, los tubos de acero.
Estos sistemas de reciclaje constan de componentes sometidos a tensiones particularmente elevadas. Es el caso
especialmente del tubo denominado "tubo EGR" que transporta los gases de escape en el intercambiador termico que sirve de refrigeraci6n de los gases de escape antes de su inyecci6n en el motor. Este tubo es atravesado en efecto por los gases de escape cuya temperatura puede alcanzar y sobrepasar 7O0°C. El intercambiador termico comprende un elemento tubular denominado "refrigerador" ("cooler" en ingles) que es atravesado por un liquido de refrigeraci6n cuya temperatura en funcionamiento normal es habitualmente del orden de 80 a 100°C.
Por otra parte, las exigencias medioambientales en materia de vida util de los vehiculos y sus motores, asi como las exigencias en materia de desguace de los vehiculos han llevado a los constructores a investigar materiales particularmente resistentes. Estos materiales deben resistir a la corrosi6n que puede ser provocada por los gases y otros componentes corrosivos que resultan de la combusti6n de los carburantes e igualmente por los condensados que se forman cuando el motor esta parado. Oeben ademas tener una buena resistencia a la fatiga por calor debido a las tensiones mecanicas y vibratorias a las que estan sometidos estos elementos del entorno del motor. Pero estos materiales deben poseer igualmente caracteristicas de resistencia en el tiempo que les permita durante los recambios de piezas o durante el desguace de los vehiculos, recuperar los componentes usados o defectuosos que se puedan reciclar.
Ademas, los tubos que sirven en la fabricaci6n de los elementos que deben ser ensamblados para constituir estos equipos deben ser aptos para experimentar deformaciones con el frio y operaciones de soldadura durante las etapas de producci6n y ensamblaje de los elementos con vistas a constituir el conjunto denominado EGR. Los materiales que constituyen estos elementos deben asi estar en condiciones de poder experimentar alargamientos minimos de 40% sin dano para su utilizaci6n posterior.
Por estas diferentes razones, los constructores buscan soluciones que apliquen estos metales o sus aleaciones presentando una buena resistencia a la corrosi6n, presentando una buena resistencia a la fatiga por calor y pudiendo ser reciclados.
En lo que se refiere a la resistencia (u oposici6n) a la fatiga, un umbral minimo a superar que sirve bastante corrientemente de valor significativo en el campo de la construcci6n mecanica y en particular de la construcci6n de autom6viles, es el numero de 1.000.000 de ciclos.
En otras palabras, los constructores de autom6viles, cuando caracterizan por ensayos de resistencia a la fatiga los resultados de los componentes destinados a la construcci6n de los vehiculos, llegan con frecuencia a desechar las soluciones tecnicas que no permiten alcanzar y superar este numero minimo de ciclos bajo ciertas condiciones o exigencias correspondientes a cada tipo de componente.
Es en este contexto en que la Solicitante ha investigado soluciones partiendo de composiciones de acero conocidas y cuyas propiedades no habian sido exploradas completamente.
La tecnica anterior se ilustra por los siguientes documentos:
-
patente francesa FR-A1-2 283 238 (AVESTA JERNVERKS AB [SED) 26 de marzo de 1.976 (26-03-1.976)
-
patente de EE.UU. A-4 224 062 (OARNFORS SVEN) 23 de septiembre de 1.980 (23-09-1.980)
-
http://www.worldstainless.org/NR/rdonlyres/1563541A-23AO-4869-A5BF-O4F1FC963257/2415 /StainlessSteelApplicatlonsAutomotive.pdf Extracto de lnternet: URL:http://www.worldstainless.org/About+st ainless/What+can/Transportation/Automotive +Applications/Oocument+Listing.htm>
-
Extracto de lnternet: URL:www.outokumpu.com>
-
�ANOERSSON ET AL: 'Low cycle fatigue of four stainless steels in 20% CO-80% H2" 1NTERNAT1ONAL JOURNAL OF FAT1GUE, BUTTERWORTH SC1ENT1F1C LTO, GU1LOFORO, GB, vol. 29, nO 1, enero de 2.007 (01-2.007), paginas 119-127, 1SSN: 0142-1123
-
SANOSTROEM R ET AL: "Elevated temperature low cycle fatigue of the austenitic stainless steels type 316 and 253 MA -1nfluence of microstructure and damage mechanisms" H1GH TEMPERATURE TECHNOLOGY, SC1ENT1F1C LTO. GU1LOFORO, UK, vol. 7, 1.989, paginas 2-10,
-
L1NOE L ET AL; "Thermo-mechanlcal and low cycle fatigue behaviour of the austenitic stainless steel 253 MA" SWEO1SCH 1NST1TUT FOR METAL RESEARCH, vol. 1M-1999-15, abril 1.999 (04-1.999), paginas 1-28,
Estos documentos se refieren a composiciones de acero para usos especiales en el campo del autom6vil. Sin embargo, ninguno de estos documentos ni describe ni sugiere la utilizaci6n de dichas composiciones para la fabricaci6n de un tubo de circuito de reciclaje de gas de escape (circuito EGR), en las condiciones de resistencia elevada a la fatiga por calor, como se define mas adelante.
La invenci6n se refiere mas en particular a la utilizaci6n de una composici6n de acero que presenta las cantidades siguientes donde los porcentajes se expresan en peso:
Carbono:
0,04 a 0,20%
Silicio:
1,00 a 2,50%
Cromo:
16,0 a 25,0%
Niquel:
8,0 a 15,0%
Nitr6geno:
0,10 a 0,20%
Cerio:
0,03 a 0,08%
y las cantidades suplementarias eventuales siguientes:
Manganeso: 1,00% como maximo F6sforo: 0,045% como maximo Azufre: 0,030% como maximo
estando constituido el complemento por Fe e impurezas eventuales, para la fabricaci6n de un tubo de circuito de reciclaje de gas de escape (circuito EGR), en el que el tubo presenta una resistencia elevada a la fatiga por calor que se expresa en numero de ciclos que supera 1.000.000 de ciclos, a temperaturas de al menos 700°C, bajo tensiones de 300 MPa en estado recocido y 800 MPa en estado batido en frio.
En efecto, las muestras obtenidas a partir de una composici6n segun la invenci6n se han ensayado y han permitido poner parcialmente, segun el caso, puntos de las curvas de Wh�ler a las temperaturas de 20OC, 400OC y 700OC bajo valores de tensiones maximas que se situan entre 250 y 700 MPa en estado recocido y entre 600 y 1.200 MPA en estado batido en frio.
Estas trazas ponen de manifiesto una resistencia a la fatiga por calor (700°C) de un minimo de 1.000.000 ciclos bajo una tensi6n maxima de 300 MPa en estado recocido y de 800 MPa en estado batido en frio. En el contexto de la invenci6n, se deduce igualmente como valor significativo de resistencia a la fatiga por calor la cifra de 1.000.000 de ciclos, valor bastante corrientemente utilizado en el campo de la construcci6n mecanica y en particular del autom6vil como umbral minimo que se tiene que alcanzar.
En la composici6n de la invenci6n, el hierro se entiende el constituyente predominante. Sin embargo, ademas de las cantidades mencionadas anteriormente, la composici6n puede comprender otros constituyentes minoritarios, por ejemplo en estado de trazas y tambien impurezas eventuales.
Oiferentes ensayos llevados a cabo en las composiciones de acero que responden a las caracteristicas citadas previamente han permitido mostrar que estas composiciones presentan propiedades especialmente destacables de resistencia a la fatiga por calor en las condiciones de temperatura superior o igual a 700OC.
Estas composiciones de acero, que son composiciones de acero inoxidable de tipo austenitico, permiten realizar componentes de formas especificas, en particular componentes tubulares, por diferentes procedimientos de formaci6n conocidos, especialmente por hidroformaci6n. Estas composiciones convienen pues en particular a la realizaci6n de componentes para sistemas EGR como se defini6 precedentemente.
En un modo de realizaci6n preferente de la invenci6n, la composici6n de acero comprende las siguientes cantidades:
Carbono: 0,04 a 0,20%
Silicio: 1,00 a 2,50%
Cromo: 18,0 a 22,0%
Niquel: 9,0 a 12,0%
Nitr6geno: 0,10 a 0,20%
Cerio: 0,03 a 0,08%
La composici6n de la invenci6n comporta dos subfamilias pr6ximas. En una primera subfamilia, la composici6n de la invenci6n comprende las siguientes cantidades: Carbono: 0,04 a 0,08% 4
Silicio:
1,00 a 2,00%
Cromo:
18,0 a 20,0%
Niquel:
9,0 a 11,0%
Nitr6geno:
0,12 a 0,20%
Cerio:
0,03 a 0,08%
Esta primera subfamilia incluye un tipo conocido que se caracteriza por cantidades suplementarias de manganeso, f6sforo y azufre. Se trata del tipo 1,4818 segun la norma NF EN o incluso S30415 segun la norma ASTM.
En una segunda subfamilia, la composici6n de la invenci6n comprende las siguientes cantidades:
Carbono: 0,05 a 0,12%
Silicio: 1,40 a 2,50%
Cromo: 20,0 a 22,0%
Niquel: 10,0 a 12,0%
Nitr6geno: 0,12 a 0,20%
Cerio: 0,03 a 0,08%
Esta segunda subfamilia incluye un tipo conocido que se caracteriza por las cantidades suplementarias en manganeso, f6sforo y azufre. Se trata del tipo 1,4835 segun la norma NF EN o incluso S30815 segun la norma ASTM.
En la utilizaci6n segun la invenci6n, el tubo es un tubo recto que se puede obtener por soldadura longitudinal de una banda de metal, o chapa de hierro, segun los procedimientos conocidos por el experto en la materia para la fabricaci6n de tubos soldados. El tubo se puede obtener igualmente por laminado, en particular un procedimiento de laminado por calor, seguido si es necesario por un laminado en frio, segun las caracteristicas dimensionales y mecanicas necesarias para su uso o sus transformaciones posteriores. Es posible igualmente realizar el tubo por extrusi6n o por estirado. Estos procedimientos son igualmente conocidos por el experto en la materia.
En otro aspecto, la invenci6n se refiere a un tubo de circuito de reciclaje (o recirculaci6n) de gas de escape (circuito EGR) para un motor termico de vehiculo autom6vil obtenido por transformaci6n de un tubo tal como se defini6 anteriormente.
Para la realizaci6n de dicho tubo o parte de un elemento tubular recto de dimensiones elegidas al que se hace experimentar operaciones de transformaci6n en general en frio. Estas operaciones de transformaci6n pueden comprender por ejemplo las etapas de formaci6n de ondulaciones circulares (denominadas igualmente "fuelles") por hidroformaci6n, cimbreo, abocinamiento o cualquier otra operaci6n con vistas a obtener el tubo segun el plan tal como se define por su disenador.
El tubo EGR se puede obtener en estado recocido o en estado no tratado termicamente despues de deformaci6n en frio, en funci6n de la aplicaci6n referida. En el caso de los circuitos EGR, los tubos obtenidos se podran tratar termicamente previamente a su ensamblaje, si las condiciones de su deformaci6n comportan la necesidad de efectuar un tratamiento termico para hacerlos aptos para responder a sus condiciones posteriores de utilizaci6n.
En la descripci6n que sigue, proporcionada solamente como ejemplo, se hace referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
-
la figura 1 representa esquematicamente una maquina de tracci6n/compresi6n utilizada para ensayar probetas realizadas a partir de composiciones segun la invenci6n y a partir de probetas testigo con fines de comparaci6n;
-
la figura 2 representa cuatro curvas de W�HLER obtenidas a partir de ensayos conducidos sobre la maquina de la figura 1 y respectivamente sobre piezas realizadas en las cuatro composiciones de acero que tienen aplicaciones conocidas en sectores tales como la siderurgia, fabricas de cemento, fabricaci6n de piezas de hornos, ensayos que se conducen a temperatura ambiente (20°C) y en muestras en estado recocido:
-
la figura 3 representa cuatro curvas de W�HLER obtenidas en condiciones analogas a las de la figura 2, salvo que las cuatro muestras estaban en estado trabajado en frio;
-
la figura 4 retoma dos de las curvas de la figura 2 y muestra puntos de medida que provienen de ensayos llevados a cabo a 400°C y 700°C para dos muestras en estado recocido;
-
la figura 5 retoma dos de las curvas de la figura 3 y muestra puntos de medida que provienen de ensayos llevados a cabo a 400°C y 700°C para dos muestras en estado trabajado en frio y
-
la figura 6 representa un componente de un sistema EGR realizado en una composici6n de acero segun la invenci6n.
Se describira ahora un cierto numero de ensayos que se han llevado a cabo y han permitido poner de manifiesto las propiedades de las composiciones de acero que responden a la definici6n mencionada anteriormente.
El objetivo era ensayar tipos conocidos en las aplicaciones que necesitan una resistencia a la fatiga por calor pero en condiciones menos severas de solicitaci6n (tensiones, vibraciones, temperatura) o que pueden presentar caracteristicas susceptibles de responder al menos parcialmente a las caracteristicas buscadas.
Los ensayos se han llevado a cabo en cinco tipos referidos segun sus designaciones mencionadas en las normas ASTM y NF EN, y con la indicaci6n, para algunos de ellos, de su denominaci6n comun. Estas referencias y denominaciones se representan en la tabla a continuaci6n:
Tabla 1
Oenominaci6n corriente
Norma ASTM (designaci6n UNS) Norma NF EN
304L
S30403 1,4307
309S
S30908 1,4833
321
S32100 1,4541
S30415
1,4818
S30815
1,4835
Los tres primeros tipos se han ensayado debido a aplicaciones conocidas en sectores tales como la siderurgia, las fabricas de cemento, la fabricaci6n de piezas de hornos.
Los dos ultimos tipos son conocidos por sus caracteristicas refractarias y parece interesante para la solicitante conocer las caracteristicas de resistencia a la fatiga.
Hay pocos elementos tecnicos disponibles en bibliografias, publicaciones, etc., sobre la caracterizaci6n de los aceros en resistencia a la fatiga en caliente.
Tanto como es conocido el metodo de caracterizaci6n de la resistencia a la fatiga de los aceros en el titulo "Essais de fatigue" y descrito en "Techniques de l'ingenieur, traite Materiaux metalliques" (referencia M 4 170), tanto las publicaciones sobre ensayos de resistencia a la fatiga por calor estan en numero limitado.
Entre estas publicaciones se puede citar un articulo parecido en "Steel Research 60 (1989) N° 8", en el que se observara que los materiales ensayados han sido los siguientes, como se indica en la tabla 2 a continuaci6n:
Tabla 2
Oenominaci6n corriente
Norma ASTM (designaci6n UNS) Norma NF EN
A1S1 304
S 30400 1,4301
A1S1409
1,4512
A1S1316 Ti
S31635 1,4571
Para ninguno de los tipos ensayados por la solicitante, no existian elementos tecnicos (ensayos, bibliografias, publicaciones, etc.,) que proporcionaran indicaciones sobre la resistencia a la fatiga por calor en condiciones de tensiones (esfuerzos) y vibraciones para las aplicaciones consideradas, especialmente para los circuitos EGR.
Los productos ensayados eran componentes tubulares obtenidos segun la gama de fabricaci6n siguiente. La primera materia es una chapa de hierro de 79,7 mm de largo y espesor de 0,4 mm segun la norma EN 10 217.7.
Estos componentes tubulares se han obtenido por las etapas de transformaci6n indicadas mas adelante.
-
formaci6n, soldadura T1G y tratamiento termico en linea por inducci6n (sobre una linea de soldadura automatica (temperatura de 950°C por pase en una bobina de inducci6n de unos segundos al desfile a la velocidad de
soldadura -2 a 15 m/min) despues corte en el vuelo para obtener un tubo de 24,8 mm de diametro y un espesor de 0,4 mm;
-
acabado en linea con control no destructivo seguido por un corte en trozos aptos para la realizaci6n del componente final, seguido por un control visual;
-
hidroformaci6n del trozo de tubo para formar "fuelles" por expansi6n;
-
tratamiento termico del componente hidroformado a 1.100°C.
Los componentes ensayados son los componentes brutos de hidroformaci6n, asi pues en estado batido en frio, y los componentes hidroformados tratados termicamente (denominados igualmente recocidos).
La caracterizaci6n se realiza mediante un ensayo de tracci6n repetido con un rendimiento de carga R = 0,1 que es el rendimiento entre la tracci6n minima y la tracci6n maxima, por ejemplo tracci6n minima de + 10 daN y tracci6n maxima de + 100 daN.
Los ensayos de fatiga son llevados a cabo:
-
a temperatura ambiente (20°C)
-
a 400OC
-
a 700°C
y sus dos estados distintos :
-
componentes recocidos despues de hidroformado
-
componentes brutos de hidroformado.
La maquina utilizada es una maquina de tracci6n/compresi6n tal como se representa esquematicamente en la figura 1 de los dibujos adjuntos. Se trata de una maquina de fatiga de tracci6n/compresi6n, siendo la frecuencia del ensayo de 15 Hz. La muestra ensayada es un componente tubular 1 que consta de una parte central en forma de fuelle, de la que un extremo 2 esta empotrado en un captor de esfuerzo 3 y cuyo extremo opuesto 4 se mantiene en un 6rgano de conexi6n 5 al que se aplica un esfuerzo como se indica por la flecha F.
El objetivo de los ensayos ha sido definir cada vez la curva de W�HLER para cada material, para cada estado y para cada temperatura.
Se recordara que la curva de W�HLER es un diagrama de resistencia obtenido a partir de un ensayo de fatiga que consiste en someter una probeta a ciclos de esfuerzos peri6dicos, de amplitud maxima y frecuencia constante e indicar el numero de ciclos N al cabo del cual se produce la ruptura. Se indica este numero N, en general en una escala logaritmica, en funci6n de la tensi6n maxima (σ) de los ciclos. A cada probeta le corresponde un punto del plano (σ, N), y a partir de un lote de probetas sometidas a tensiones maximas diferentes, se obtiene una curva con un aspecto particular.
En la mayoria de los casos, se posible trazar una rama asint6tica que corresponde al limite de resistencia o limite de fatiga.
La utilizaci6n de curvas de W�HLER para determinar la resistencia a la fatiga de ciertos aceros inoxidables ya ha sido descrito por el profesor Erwin ROEOER en Steel Research 60 (1.989) N°8, paginas 375-382, pero para aceros diferentes de los de la invenci6n.
La figura 2 muestra cuatro curvas de W�HLER C1, C2, C3 y C4obtenidas para cuatro de las composiciones de acero que corresponden respectivamente a los tipos 304L, 309S y 321 segun la denominaci6n corriente mencionada anteriormente y 1,4818. En el ejemplo, los ensayos se han conducido a temperatura ambiente (20OC) y en muestras en estado recocido.
Se constata que estas curvas tienen cada una forma caracteristica como se mencion6 precedentemente.
Las curvas de la figura 2 muestran que la composici6n segun el tipo 1,4818 (curva C4) presenta resultados superiores a los otros tipos y en particular al tipo 321 (curva C3) tomado como referencia en la industria del autom6vil.
Se han realizado ensayos analogos en los cinco materiales mencionados anteriormente a las temperaturas de 20°C, 400°C y 700°C, respectivamente en estado recocido (estado A) y en estado trabajado en frio, asi pues batido en frio (estado CW).
La figura 3 muestra cuatro curvas de W�HLER C5, C6, C7 y C8obtenidas para las cuatro composiciones de acero de la figura 2, que corresponden respectivamente a los tipos 304L, 309S, 321 y 1,4818. En este ejemplo, los ensayos se han conducido a temperatura ambiente (20OC) y en muestras en estado trabajado en frio.
Las curvas de la figura 3 muestran, tambien, que la composici6n segun el tipo 1,4818 (curva C8) presenta realizaciones superiores a los otros tipos y en particular al tipo 321 (curva C7) tomado como referencia.
La figura 4 muestra las curvas C3 y C4 de la figura 2 que corresponden respectivamente a los tipos 321 y 1,4818 y resultan pues de ensayos realizados a temperatura ambiente (20OC) y en muestras en estado recocido. Se han llevado ademas sobre la figura 4 diferentes puntos que proceden de medidas efectuadas sobre los tipos 321 y 1,4818 a partir de ensayos llevados a cabo a 400°C y a 700°C, siempre sobre muestras en estado recocido.
La figura 5 vuelve a tomar las curvas C7 y C8 de la figura 3 que corresponden respectivamente a los tipos 321 y 1,4818 y resultan pues de ensayos realizados a temperatura ambiente (20OC) y en muestras en estado trabajado en frio. Se han llevado ademas sobre la figura 5 diferentes puntos que proceden de medidas efectuadas sobre los tipos 321 y 1,4818 a partir de ensayos llevados a cabo a 400°C y a 700°C, siempre sobre muestras en estado trabajado en frio.
Los resultados de las figuras 4 y 5 muestran tambien los buenos resultados del tipo 1,4818, con respecto al tipo 321, tomado como referencia, en ensayos llevados a cabo a temperaturas elevadas (400OC y 700OC), tanto para muestras en estado recocido, como para muestras en estado trabajado en frio.
Los resultados obtenidos a partir de los cinco materiales ensayados mencionados precedentemente han puesto de manifiesto y contra toda previsi6n, resultados muy superiores a lo que se pensaba poder obtener, en dos materiales ensayados, a saber los correspondientes a los tipos 1,4818 y 1,4835 segun la norma NF EN.
Estos resultados se reunen en las tablas 3 y 4 mas abajo. La tabla 3 presenta la resistencia a la fatiga por calor expresada en numero de ciclos bajo una tensi6n de tracci6n maxima de 300 MPa para los cinco materiales en estado recocido (estado A), respectivamente a 20°C, 400°C y 700°C. La tabla 4 es analoga a la tabla 3, a la diferencia en que la tensi6n de tracci6n maxima es de 800 MPa y que los cinco materiales estan en el estado trabajado en frio asi pues batido en frio (estado CW).
Para facilitar la comprensi6n de los resultados, se han deducido los umbrales sucesivos siguientes expresados en numero de ciclos: 200.000, 500.000, 1.000.000 y 2.000.000 de ciclos. La indicaci6n llevada a las tablas menciona el nivel no alcanzado, o alcanzado o sensiblemente sobrepasado durante los ensayos, habiendo sido superados los valores inferiores al nivel indicado, salvo en el caso en que el valor minimo indicado de 200.000 ciclos no se haya podido alcanzar.
Tabla 3
Estado
Tipo segun norma NF EN 1,4307 1,4833 1,4541 1,4818 1,4835
A
20°C Mas de Menos de 1.000.000 Mas de Mas de
2.000.000
1.000.000 1.000.000 1.000.000
A
400°C Menos de Menos de Menos de Mas de Mas de
1.000.000
500.000 500.000 1.000.000 1.000.00O
A
700°C Menos de Menos de Menos de Mas de 1.000.000
500.000
200.000 500.000 1.000.000
Tabla 4
Estado
Tipo segun norma NF EN 1,4307 1,4833 1,4541 1,4818 1,4835
CW
20°C Menos de Menos de Menos de Mas de 1.000.000
1.000.000
500.000
1.000.000
1.000.000
CW
. 400GC Menos de Menos de Menos de Mas de 1.000.000
1.000.000
500.000
1.000.000
1.000.000
CW
700°C Menos de Menos de Menos de Mas de Cerca de
200.000
200.000
500.000 1.000.000 1.000.000
Oel analisis de los resultados que figuran en las tablas 3 y 4 mas arriba se desprende que los tipos 1,4818 y 1,4835 ofrecen resultados globalmente superiores a los otros tres tipos ensayados y en particular a las temperaturas de 400 y 700°C, ya que el umbral de 1.000.000 de ciclos se alcanza e incluso en la mayoria de los casos se sobrepasa,
5 aunque las realizaciones de los otros tres tipos son sensiblemente inferiores a la temperatura de 700°C que es la temperatura mas representativa de las condiciones de utilizaci6n.
Los cinco materiales precedentes son igualmente conocidos por su resistencia a la corrosi6n en sus condiciones de utilizaci6n.
Son igualmente conocidos por poder soportar operaciones de deformaci6n en frio con alargamientos minimos de 10 40%.
La figura 6 representa un componente o pieza, de un sistema EGR realizado a partir de una composici6n de acero segun 1a invenci6n. Este componente es aqui un tubo EGR designado en su conjunto por la referencia 6. El tubo 6 comprende una parte central 7 en forma de fuelle, en el ejemplo curvada, comprendida entre dos extremos 8 y 9 terminados por las bridas respectivas 10 y 11. Oicho tubo presenta una resistencia elevada a la fatiga por calor y
15 puede ser atravesada por los gases de escape a temperaturas que pueden alcanzar, o sobrepasar 700°C, aunque estando sometido a vibraciones elevadas. La presencia del fuelle permite compensar las variaciones de dilataci6n debidas a la temperatura.
La pieza de la figura 6 no constituye mas que un ejemplo entre otros de componentes que se pueden realizar a partir de tubos de una composici6n segun la invenci6n. Tratandose de un tubo EGR, este puede servir no solamente de
20 tubo de paso para transportar los gases de escape, sino tambien de tubo de intercambio de calor en contacto con un fluido de refrigeraci6n.

Claims (10)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Utilizaci6n de una composici6n de acero que presenta las siguientes cantidades, donde los porcentajes se expresan en peso: Carbono: 0,04 a 0,20% Silicio: 1,00 a 2,50% Cromo: 16,0 a 25,0% Niquel: 8,0 a 15,0% Nitr6geno: 0,10 a 0,20% Cerio: 0,03 a 0,08% y las cantidades suplementarias eventuales siguientes: Manganeso: 1,00% como maximo F6sforo: 0,045% como maximo Azufre: 0,030% como maximo
    5 estando constituido el complemento por Fe e impurezas eventuales, para la fabricaci6n de un tubo de circuito de reciclaje de gas de escape (circuito EGR), en el que el tubo presenta una resistencia elevada a la fatiga por calor que se expresa en numero de ciclos que supera 1.000.000 de ciclos, a temperaturas de al menos 700°C, bajo tensiones de 300 MPa en estado recocido y 800 MPa en estado batido en frio.
  2. 2. Utilizaci6n de una composici6n de acero segun la reivindicaci6n 1, en la que la composici6n presenta las 10 siguientes cantidades: Carbono: 0,04 a 0,20% Silicio: 1,00 a 2,50% Cromo: 18,0 a 22,0% Niquel: 9,0 a 12,0%
    Nitr6geno: 0,10 a 0,20% Cerio: 0,03 a 0,08%
  3. 3.
    Utilizaci6n de una composici6n de acero segun una de las reivindicaciones 1 y 2, en la que la composici6n presenta las siguientes cantidades: Carbono: 0,04 a 0,08% Silicio: 1,00 a 2,00% Cromo: 18,0 a 20,0% Niquel: 9,0 a 11,0%
    Nitr6geno: 0,12 a 0,20% Cerio: 0,03 a 0,08%
  4. 4.
    Utilizaci6n de una composici6n de acero segun una de las reivindicaciones 1 y 2, en la que la composici6n presenta las siguientes cantidades: Carbono: 0,05 a 0,12% Silicio: 1,40 a 2,50%
    Cromo: 20,0 a 22,0% Niquel: 10,0 a 12,0%
    Nitr6geno: 0,12 a 0,20% Cerio: 0,03 a 0,08%
  5. 5.
    Utilizaci6n de una composici6n de acero segun una de las reivindicaciones 1 a 4, en la que el tubo se obtiene por soldadura longitudinal de una banda de metal.
  6. 6.
    Utilizaci6n de una composici6n de acero segun una de las reivindicaciones 1 a 4, en la que el tubo se obtiene por laminado.
    5 7. Utilizaci6n de una composici6n de acero segun una de las reivindicaciones 1 a 4, en la que el tubo se obtiene por extrusi6n.
  7. 8. Utilizaci6n de una composici6n de acero segun una de las reivindicaciones 1 a 4, en la que el tubo se obtiene por estirado.
  8. 9. Tubo de circuito de reciclaje de gas de escape (circuito EGR) de un motor termico de vehiculo autom6vil obtenido 10 por transformaci6n de un tubo tal como se define en una de las reivindicaciones 1 a 8.
  9. 10.
    Tubo segun la reivindicaci6n 9, en el que la transformaci6n comprende una hidroformaci6n.
  10. 11.
    Tubo segun una de las reivindicaciones 9 y 10, caracterizado por que se obtiene en estado formado en frio.
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