ES2620428T3

ES2620428T3 - Acero inoxidable ferrítico económico

Info

Publication number: ES2620428T3
Application number: ES13716682.3T
Authority: ES
Inventors: Joseph A. DOUTHETT; Shannon K. CRAYCRAFT
Original assignee: AK Steel Properties Inc
Current assignee: Cleveland Cliffs Steel Properties Inc
Priority date: 2012-04-02
Filing date: 2013-04-02
Publication date: 2017-06-28
Anticipated expiration: 2033-04-02
Also published as: TW201343933A; CN104245990A; JP2015518087A; UA111115C2; CA2868278A1; ZA201407915B; WO2013151992A1; JP6113827B2; HRP20170298T1; CA2868278C; AU2013243635B2; TWI482866B; US9816163B2; MX2014011875A; MX358188B; IN2014DN08452A; RU2014138182A; AU2013243635A1; EP2834381A1; PL2834381T3

Abstract

Un acero inoxidable ferrítico que consiste en: 0,020 o menos por ciento en peso de carbono; 20,0-23,0 por ciento en peso de cromo; 0,020 o menos por ciento en peso de nitrógeno; 0,40-0,80 por ciento en peso de cobre; 0,20-0,60 por ciento en peso de molibdeno; 0,10-0,25 por ciento en peso de titanio; 0,20-0,30 por ciento en peso de columbio, 0,30-0,50 por ciento en peso de silicio, 0,40 o menos por ciento en peso de níquel, opcionalmente, uno o más miembros seleccionados del grupo que consiste en 0,40 o menos por ciento en peso de manganeso, 0,030 o menos por ciento en peso de fósforo y 0,010 o menos por ciento en peso de azufre, y consistiendo el resto en hierro e impurezas inevitables.

Description

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DESCRIPCION

Acero inoxidable femtico economico

La presente solicitud es una solicitud de patente no provisional que reivindica la prioridad con respecto a la solicitud provisional con n.° de serie 61/619.048, titulada "Acero inoxidable fenitico con 21 % de Cr", presentada el 2 de abril de 2012. La divulgacion de la solicitud con n.° de serie 61/619.048 se incorpora en el presente documento por referencia.

Sumario

Se desea producir un acero inoxidable femtico con resistencia a la corrosion comparable a la del acero inoxidable de tipo ASTM 304 doble estabilizado con titanio y columbio para proporcionar proteccion contra la corrosion intergranular, y que contenga cromo, cobre y molibdeno para proporcionar resistencia a las picaduras sin sacrificar la resistencia al agrietamiento por corrosion bajo tension. Dicho acero es particularmente util para la lamina chapa de acero de artfculos que se encuentran comunmente en aplicaciones comerciales para cocinas, componentes arquitectonicos y aplicaciones de automocion, incluyendo, pero sin limitacion, los componentes de reduccion de gases y reduccion catalftica selectiva (SCR) de vetnculos industriales y turismos.

El documento JPH1081940 desvela un acero inoxidable femtico con mejor resistencia a la corrosion que contiene en masa: < 0,025 % de C, < 0,6 % de Si, < 1,0 % de Mn, < 0,04 % de P, < 0,01 % de S, < 0,6 % de Ni, del 16 al 35 % de Cr, del 0,3 al 6 % de Mo, < 0,025 % de N, del 0,01 al 0,5 % de Al, del 0,1 al 0,6 % de Nb, del 0,05 al 0,3 % de Ti y del 0,1 al 1,0 % de Cu.

Descripcion detallada

En los aceros inoxidables fernticos, se controlan la interrelacion y la cantidad del titanio, columbio, carbono y nitrogeno para lograr la calidad de la superficie por debajo del equilibrio, una estructura granular colada esencialmente equiaxial y la estabilizacion esencialmente completa contra la corrosion intergranular. Ademas, se controla la interrelacion del cromo, cobre y molibdeno para optimizar la resistencia a la corrosion.

Las masas fundidas por debajo del equilibrio normalmente se definen como composiciones con niveles de titanio y de nitrogeno lo suficientemente bajos como para que no formen nitruros de titanio en la masa fundida de aleacion. Dichos precipitados pueden formar defectos, tales como laminaciones o defectos tirantes en la superficie, durante el laminado en caliente o en frio. Dichos defectos pueden reducir la capacidad de conformado, la resistencia a la corrosion y el aspecto. La Fig. 1 se obtuvo de un diagrama de fases ilustrativo, creado usando el modelado termodinamico para elementos de titanio y de nitrogeno a la temperatura en estado lfquido para una realizacion del acero inoxidable femtico. Para estar esencialmente exento de nitruros de titanio y considerarse por debajo del equilibrio, los niveles de titanio y de nitrogeno del acero inoxidable fenitico deben caer a la parte izquierda o inferior de la curva de solubilidad que se muestra en la Fig. 1. La curva de solubilidad del nitruro de titanio, como se muestra en la Fig. 1, se puede representar matematicamente de la siguiente manera:

Ecuacion 1: Timax = 0,0044 (N-1 027)

en la que Timax es la concentracion maxima de titanio en porcentaje en peso, y N es la concentracion de nitrogeno en porcentaje en peso. Todas las concentraciones del presente documento se presentaran en porcentaje en peso, a menos que se indique expresamente lo contrario.

Usando la Ecuacion 1, si se mantiene el nivel de nitrogeno al o por debajo del 0,020 % en una realizacion, entonces, la concentracion de titanio de dicha realizacion debe mantenerse al o por debajo del 0,25 %. Permitir que la concentracion de titanio supere el 0,25 % puede conducir a la formacion de precipitados de nitruro de titanio en la aleacion fundida. Sin embargo, la Fig. 1 tambien muestra que los niveles de titanio superiores al 0,25 % se pueden tolerar si los niveles de nitrogeno son inferiores al 0,02 %.

Las realizaciones de los aceros inoxidables fernticos presentan una estructura granular colada equiaxial, y laminada y recocida sin grandes granos columnares en las planchas o granos con bandas de la lamina chapa laminada. Esta estructura de grano refinada puede mejorar la capacidad de conformado y la tenacidad. Para lograr esta estructura granular, debe haber suficientes niveles de titanio, nitrogeno y oxfgeno para sembrar las planchas de solidificacion y proporcionar sitios para que se inicien los granos equiaxiales. En dichas realizaciones, los niveles mmimos de titanio y nitrogeno se muestran en la Fig. 1, y se expresan mediante la siguiente ecuacion:

Ecuacion 2: Timm = 0,0025/N

en la que Timm es la concentracion minima de titanio en porcentaje en peso, y N es la concentracion de nitrogeno en porcentaje en peso.

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Usando la ecuacion 2, si se mantiene el nivel de nitrogeno al o por debajo del 0,02% en una realizacion, la concentracion mmima de titanio es del 0,125 %. La curva parabolica representada en la Fig. 1 revela que se puede obtener una estructura granular equiaxial a los niveles de nitrogeno superiores al 0,02 % de nitrogeno, si se reduce la concentracion total de titanio. Se espera una estructura granular equiaxial con los niveles de titanio y de nitrogeno a la derecha o por encima de la Ecuacion 2 trazada. Esta relacion entre la situacion por debajo del equilibrio y los niveles de titanio y de nitrogeno que produjeron la estructura granular equiaxial se ilustra en la Fig. 1, en la que la ecuacion de titanio mmimo (Ecuacion 2) se representa en el diagrama de fases en estado lfquido de la Fig. 1. La superficie que hay entre las dos lmeas parabolicas es el intervalo de los niveles de titanio y de nitrogeno en las realizaciones.

Las masas fundidas totalmente estabilizadas de los aceros inoxidables fernticos deben tener suficiente titanio y columbio para combinarse con el carbono y el nitrogeno solubles presentes en el acero. Esto ayuda a evitar la formacion de carburo y nitruros de cromo, y la reduccion de la resistencia a la corrosion intergranular. El titanio y el carbono mmimos necesarios para lograr la estabilizacion completa se representan mejor mediante la siguiente ecuacion:

Ecuacion 3: Ti + Cbmin = 0,2 % + 4 (C + N)

en la que Ti es la cantidad de titanio en porcentaje en peso, Cbmin es la cantidad minima de columbio en porcentaje en peso, C es la cantidad de carbono en porcentaje en peso y N es la cantidad de nitrogeno en porcentaje en peso.

En las realizaciones descritas anteriormente, se determino el nivel de titanio necesario para una estructura granular equiaxial y condiciones por debajo del equilibrio cuando el nivel maximo de nitrogeno era del 0,02 %. Como se ha explicado anteriormente, las respectivas Ecuaciones 1 y 2 proporcionaron un mmimo de titanio del 0,125% y un maximo de titanio del 0,25 %. En dichas realizaciones, el uso de un maximo de carbono del 0,025 % y la aplicacion de la Ecuacion 3 requerinan contenidos mmimos de columbio del 0,25 % y 0,13 %, respectivamente, para los niveles mmimo y maximo del titanio. En algunas de dichas realizaciones, el objetivo para la concentracion de columbio sena del 0,25 %.

En ciertas realizaciones, manteniendo el nivel de cobre entre el 0,40 y el 0,80 % en una matriz que consiste en aproximadamente 21 % de Cr y 0,25 % de Mo, se puede lograr una resistencia global a la corrosion que es comparable, si no mejor, a la encontrada en el Tipo 304l disponible en el mercado. La unica excepcion puede estar en la presencia de un cloruro reductor fuertemente acido como el acido clorlmdrico. Las aleaciones con adicion de cobre muestran un mejor rendimiento en el acido sulfurico. Cuando el nivel de cobre se mantiene entre el 0,4 y el 0,8 %, la velocidad de disolucion anodica se reduce y el potencial de ruptura electroqmmico aumenta al maximo en entornos de cloruros neutros. En algunas realizaciones, el nivel optimo de Cr, Mo y Cu, en porcentaje en peso, cumple las dos siguientes ecuaciones:

Ecuacion 4: 20,5 < Cr + 3,3Mo

Ecuacion 5: 0,6 < Cu + Mo < 1,4 cuando Cumax < 0,80.

Las realizaciones del acero inoxidable fenitico pueden contener carbono en cantidades del aproximadamente 0,020 o menos por ciento en peso.

Las realizaciones del acero inoxidable ferntico pueden contener manganeso en cantidades del aproximadamente 0,40 o menos por ciento en peso.

Las realizaciones del acero inoxidable fenitico pueden contener fosforo en cantidades del aproximadamente 0,030 o menos por ciento en peso.

Las realizaciones del acero inoxidable fenitico pueden contener azufre en cantidades del aproximadamente 0,010 o menos por ciento en peso.

Las realizaciones del acero inoxidable ferntico pueden contener silicio en cantidades del aproximadamente 0,30-0,50 por ciento en peso. Algunas realizaciones pueden contener aproximadamente el 0,40 % de silicio.

Las realizaciones del acero inoxidable ferntico pueden contener cromo en cantidades del aproximadamente 20,023,0 por ciento en peso. Algunas realizaciones pueden contener aproximadamente el 21,5-22 por ciento en peso de cromo, y algunas realizaciones pueden contener aproximadamente el 21,75 % de cromo.

Las realizaciones del acero inoxidable ferntico pueden contener mquel en cantidades del aproximadamente 0,40 o menos por ciento en peso.

Las realizaciones del acero inoxidable fenitico pueden contener nitrogeno en cantidades del aproximadamente 0,020 o menos por ciento en peso.

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Las realizaciones del acero inoxidable femtico pueden contener cobre en cantidades del aproximadamente 0,400,80 por ciento en peso. Algunas realizaciones pueden contener aproximadamente el 0,45-0,75 por ciento en peso de cobre y algunas realizaciones pueden contener aproximadamente el 0,60 % de cobre.

Las realizaciones del acero inoxidable femtico pueden contener molibdeno en cantidades del aproximadamente 0,20-0,60 por ciento en peso. Algunas realizaciones pueden contener aproximadamente el 0,30-0,5 por ciento en peso de molibdeno, y algunas realizaciones pueden contener aproximadamente el 0,40 % de molibdeno.

Las realizaciones del acero inoxidable femtico pueden contener titanio en cantidades del aproximadamente 0,100,25 por ciento en peso. Algunas realizaciones pueden contener aproximadamente el 0,17-0,25 por ciento en peso de titanio, y algunas realizaciones pueden contener aproximadamente el 0,21 % de titanio.

Las realizaciones del acero inoxidable femtico pueden contener columbio en cantidades del aproximadamente 0,200,30 por ciento en peso. Algunas realizaciones pueden contener aproximadamente el 0,25 % de columbio.

Las realizaciones del acero inoxidable femtico puede contener aluminio en cantidades del aproximadamente 0,010 o menos por ciento en peso.

Los aceros inoxidables fernticos se producen usando condiciones de procesamiento conocidas en la tecnica para su uso en la fabricacion de aceros inoxidables fernticos, tales como los procesos descritos en las patentes de EE.UU. n.° 6.855.213 y 5.868.875.

En algunas realizaciones, los aceros inoxidables fernticos tambien pueden incluir otros elementos conocidos en la tecnica de la fabricacion de acero, que se pueden incluir bien como adiciones deliberadas o estar presentes como elementos residuales, es decir, impurezas del proceso de fabricacion del acero.

Una masa fundida ferrosa para el acero inoxidable femtico se proporciona en un horno de fusion tal como un horno de arco electrico. Esta masa fundida ferrosa puede formarse en el horno de fusion a partir de chatarra solida portadora de hierro, chatarra de acero al carbono, chatarra de acero inoxidable, materiales solidos que contienen hierro, incluyendo oxidos de hierro, carburo de hierro, hierro de reduccion directa, hierro briqueteado en caliente, o la masa fundida se puede producir aguas arriba del horno de fusion en un alto horno o cualquier otra unidad de fundicion de hierro capaz de proporcionar una masa fundida de hierro. La masa fundida de hierro se refinara luego en el horno de fusion o se transferira a un recipiente de refinado tal como un recipiente de descarburacion de argon- oxfgeno o un recipiente de descarburacion de oxfgeno al vado, seguido de una estacion de recorte, tal como un horno de metalurgia de cuchara o una estacion de alimentacion de alambre.

En algunas realizaciones, el acero se cuela a partir de una masa fundida que contiene suficiente titanio y nitrogeno, pero una cantidad controlada de aluminio para formar pequenas inclusiones de oxido de titanio para proporcionar los nucleos necesarios para formar la estructura granular equiaxial en estado bruto de colada, de manera que una lamina chapa de recocido producida a partir de este acero tenga tambien mejores caractensticas de formacion de estnas.

En algunas realizaciones, se anade titanio a la masa fundida para la desoxidacion previa a la colada. La desoxidacion de la masa fundida con titanio forma pequenas inclusiones de oxido de titanio que proporcionan los nucleos que dan lugar a una estructura de grano fino equiaxial en estado bruto de colada. Para minimizar la formacion de inclusiones de alumina, es decir, oxido de aluminio, AhO3, puede que no se anada aluminio a esta masa fundida refinada como desoxidante. En algunas realizaciones, el titanio y el nitrogeno pueden estar presentes en la masa fundida antes de la colada de modo que la proporcion del producto de titanio y nitrogeno dividida entre el aluminio residual sea de al menos aproximadamente 0,14.

Si el acero se ha de estabilizar, se puede anadir una cantidad suficiente del titanio superior a la requerida para la desoxidacion, para combinarla con carbono y nitrogeno en la masa fundida, pero preferentemente inferior a la requerida para la saturacion con nitrogeno, es decir, en una cantidad por debajo del equilibrio, evitando de este modo o al menos reduciendo al mmimo la precipitacion de grandes inclusiones de nitruro de titanio antes de la solidificacion.

El acero colado se procesa en caliente en una lamina chapa. Para la presente divulgacion, la expresion "lamina chapa" pretende incluir una tira continua o fragmentos cortados formados a partir de la tira continua, y la expresion "procesado en caliente" significa que el acero en estado bruto de colada se volvera a calentar, si es necesario, y despues se reducira hasta un espesor predeterminado, tal como mediante laminacion en caliente. Si se lamina en caliente, una plancha de acero se vuelve a calentar hasta una temperatura de 1.093 °C a 1.288 °C (2.000-2.350 °F), se lamina en caliente usando una temperatura de acabado de 816-982 °C (1.500-1.800 °F) y se enrolla a una temperatura de 538 a 760 °C (1.000-1.400 °F). La lamina chapa laminada en caliente tambien se conoce como la "banda caliente". En algunas realizaciones, la banda caliente se puede recocer a una temperatura maxima del metal de 926 a 1.149 °C (1.700-2.100 °F). En algunas realizaciones, la banda caliente se puede descalcificar y reducir en frio al menos en un 40 % hasta un espesor deseado de la lamina chapa final. En otras realizaciones, la banda

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caliente se puede descalcificar y reducir en fno al menos en un 50 % hasta un espesor deseado de la lamina chapa final. Tras ello, la lamina chapa reducida en fno se puede recocer finalmente a una temperatura maxima del metal de 927-1.149 °C (1.700-2.100 °F).

El acero inoxidable ferntico puede producirse a partir de una lamina chapa procesada en caliente fabricada mediante una serie de metodos. La lamina chapa puede producirse a partir de planchas formadas a partir de lingotes o planchas de colada continua, de 50 a 200 mm de espesor, que se vuelven a calentar hasta 1.093-1288 °C (2.0002.350 °F), seguido de la laminacion en caliente para proporcionar una lamina chapa procesada en caliente de partida de 1 a 7 mm de espesor, o la lamina chapa se puede procesar en caliente a partir de la tira colada de forma continua en espesores de 2 a 26 mm. El presente proceso es aplicable a la lamina chapa producida mediante metodos en los que las planchas de colada continua o las planchas producidas a partir de lingotes se suministran directamente a un laminador en caliente con o sin recalentamiento significativo, o de lingotes reducidos en caliente a planchas de temperatura suficiente para su laminacion en caliente en la lamina chapa con o sin mas recalentamiento.

EJEMPLO 1

Para preparar las composiciones de acero inoxidable fenitico que dieron lugar a una resistencia a la corrosion comparable a la del acero inoxidable austemtico de Tipo 304L, se fundieron y se analizaron un conjunto de series de laboratorio para determinar la resistencia a la corrosion localizada.

El primer conjunto de series se fundio en laboratorio usando las capacidades de fusion con aire. El objetivo de esta serie de masas fundidas con aire era entender mejor el papel del cromo, molibdeno y cobre en una matriz ferntica y como eran las variaciones en la composicion en comparacion con el comportamiento frente a la corrosion del acero de Tipo 304L. Para este estudio, las composiciones de las realizaciones comparativas usadas en las masas fundidas con aire examinadas se exponen en la siguiente Tabla 1:

Tabla 1

Codigo: Plantilla C Mn P S Si Cr Ni Cu Mo N Cb Ti

A: 251 0,016 0,36 0,033 0,0016 0,4 20,36 0,25 0,5 0,002 0,024 0,2 0,15

B: 302 0,013 0,33 0,033 0,0015 0,39 20,36 0,25 0,48 0,25 0,024 0,2 0,11

C: 262 0,014 0,31 0,032 0,0015 0,37 20,28 0,25 0,48 0,49 0,032 0,19 0,13

D: 301 0,012 0,34 0,032 0,0017 0,39 20,37 0,25 0,09 0,25 0,024 0,2 0,15

E: 272 0,014 0,3 0,031 0,0016 0,36 20,22 0,24 1,01 0,28 0,026 0,19 0,12

F: 271 0,014 0,31 0,032 0,0015 0,36 18,85 0,25 0,49 0,28 0,024 0,2 0,15

G: 28 0,012 0,36 0,033 0,0016 0,41 21,66 0,25 0,49 0,25 0,026 0,2 0,12

H: 29 0,014 0,35 0,033 0,0014 0,41 20,24 0,25 1 0,5 0,026 0,18 0,15

Se realizaron tanto la inmersion en cloruro ferrico como las evaluaciones electroqmmicas en todas las composiciones qmmicas mencionadas anteriormente en la Tabla 1, y se compararon con el rendimiento del acero de Tipo 304L.

Siguiendo los metodos descritos en el Metodo de ensayo A de picaduras en cloruro ferrico ASTM G48, se evaluaron las muestras para determinar la perdida de masa tras una exposicion de 24 horas a una solucion de cloruro ferrico al 6 % a 50 °C. Dicha exposicion de ensayo evalua la resistencia basica a la corrosion por picaduras, mientras se expone a un ambiente acido, fuertemente oxidante, con cloruro.

La prueba de deteccion sugirio que las aleaciones fernticas que portan niveles mas altos de cromo que tienen una pequena adicion de cobre danan lugar a la composicion mas resistente a la corrosion de la serie. La composicion que tiene el contenido mas alto de cobre, del 1 %, no se comporto tan bien como el resto de las composiciones qmmicas. Sin embargo, este comportamiento se podna haber debido a una calidad de la superficie inferior a la ideal debido al proceso de fusion.

Se realizo una investigacion mas profunda de la resistencia de la pelfcula pasiva y del comportamiento frente a la repasivacion usando tecnicas electroqmmicas que inclman tanto diagramas del comportamiento frente a la corrosion (CDB) como la polarizacion dclica en un ambiente de cloruro neutro, diluido, desaireado. El comportamiento electroqmmico observado en este conjunto de masas fundidas con aire mostro que una combinacion de aproximadamente el 21 % de Cr, en presencia de aproximadamente el 0,5 % de Cu y una pequena adicion de Mo logro tres mejoras principales con respecto al acero de Tipo 304L. En primer lugar, la adicion de cobre parecio ralentizar la velocidad de disolucion anodica inicial en la superficie; en segundo lugar, la presencia de cobre y de poco molibdeno en la composicion qmmica del 21 % de Cr ayudo a la formacion de una pelfcula pasiva resistente; y en tercer lugar, el molibdeno y el contenido alto de cromo ayudaron a mejorar el comportamiento frente a la repasivacion. El nivel de cobre de la composicion qmmica fundida del 21 % de Cr + Mo residual parecfa tener un nivel "optimo", en tanto en cuanto la adicion de un 1 % de Cu dio lugar a una reduccion del rendimiento. Esto confirma el comportamiento observado en el ensayo de picaduras en cloruro ferrico. Se sometieron composiciones qmmicas fundidas adicionales a la fusion al vacfo con la esperanza de crear muestras de acero mas limpias y

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determinar la adicion optima de cobre para lograr la mejor resistencia general a la corrosion.

EJEMPLO 2

El segundo conjunto de composiciones qrnmicas fundidas expuestas en la Tabla 2 se sometio a un proceso de fusion al vado. A continuacion, se muestran las composiciones de la invencion 91 y 92, asf como las composiciones comparativas 02 y 51 del presente estudio:

Tabla 2

ID: C Mn P S Si Cr Ni Cu Mo N Cb Ti

02: 0,015 0,30 0,027 0,0026 0,36 20,82 0,25 0,24 0,25 0,014 0,20 0,15

51: 0,014 0,30 0,026 0,0026 0,36 20,76 0,24 0,94 0,25 0,014 0,20 0,17

91: 0,016 0,29 0,028 0,0026 0,35 20,72 0,25 0,48 0,25 0,014 0,20 0,17

92: 0,016 0,29 0,028 0,0026 0,36 20,84 0,25 0,74 0,25 0,014 0,20 0,15

Las series mencionadas anteriormente variaron principalmente en el contenido de cobre. Tambien se fundieron series al vado adicionales, de composiciones indicadas en la Tabla 3, a efectos comparativos. El acero de Tipo 304L usado para la comparacion fue una lamina chapa disponible en el mercado.

Todas las composiciones de la Tabla 3 son ejemplos comparativos.

Tabla 3

ID: C Mn P S Si Cr Ni Cu Mo N Cb Ti

31: 0,016 0,33 0,028 0,0030 0,42 20,70 0,24 < 0,002 < 0,002 0,0057 0,21 0,15

41: 0,016 0,32 0,027 0,0023 0,36 18,63 0,25 0,48 0,24 0,014 0,18 0,16

52: 0,015 0,30 0,026 0,0026 0,36 20,78 0,24 0,94 0,25 0,014 0,20 0,16

304LAIM: 0,023 1,30 0,040 0,005 max 0,35 18,25 8,10 0,50 max 0,030

Se fundieron las composiciones qrnmicas de la Tabla 3 al vado en forma de lingotes, se laminaron en caliente a 1.232 °C (2.250 °F), se descalcificaron y se redujeron en fno al 60 %. El material reducido en fno tuvo un recocido final a 996 °C (1.825 °F) seguido de una descalcificacion final.

EJEMPLO 3

Los estudios comparativos realizados en las masas fundidas al vado mencionadas anteriormente del Ejemplo 2 (identificadas por sus numeros de identificacion) fueron la inmersion qrnmica ensayada en acido clorlmdrico, acido sulfurico, hipoclorito de sodio y acido acetico.

Acido dorh^d^co al 1 %. Como se muestra en la Fig. 2, las evaluaciones de inmersion qrnmica mostraron los efectos beneficiosos del mquel en un entorno de cloruro de acido reductor tal como acido clorlmdrico. El acero de Tipo 304L supero a todas las composiciones qrnmicas estudiadas en este entorno. La adicion de cromo dio lugar a una velocidad de corrosion global mas baja, y la presencia de cobre y molibdeno mostro una reduccion adicional de la velocidad de corrosion, pero los efectos de solo el cobre fueron mmimos, como se muestra en el grafico de la lmea identificada como Fe21CrXCuO.25Mo de la Fig. 2. Este comportamiento es compatible con los beneficios de las adiciones de mquel para las condiciones de servicio tales como la que se describe a continuacion.

Acido sulfurico al 5 %. Como se muestra en la Fig. 3, en un ensayo de inmersion que consiste en un acido reductor que es rico en sulfato, las aleaciones con niveles de cromo entre 18-21 % se comportaron de manera similar. La adicion de molibdeno y cobre redujo significativamente la velocidad global de la corrosion. Al evaluar los efectos de solo el cobre en la velocidad de corrosion (como se indica con el grafico de la lmea identificada como Fe21CrXCuO.25Mo en la Fig. 3), pareda como si hubiera una relacion directa en que a mayor cantidad de cobre, menor velocidad de corrosion. Al nivel de cobre del 0,75 %, la velocidad global de la corrosion comenzo a estabilizarse, estando en el valor de 2 mm/ano del acero 304L. El molibdeno al nivel del 0,25 % tiende a desempenar un papel importante en la velocidad de corrosion en acido sulfurico. Sin embargo, la dramatica reduccion en la velocidad tambien se atribuyo a la presencia del cobre. Aunque las aleaciones del Ejemplo 2 no resultaron tener una velocidad de corrosion inferior a la del acero de Tipo 304l, sf mostraron una resistencia a la corrosion mejor y comparable en condiciones reductoras de acido sulfurico.

Acido acetico e hipoclorito de sodio. En las inmersiones en acido que consisten en acido acetico e hipoclorito de sodio al 5 %, el comportamiento frente a la corrosion fue comparable al del acero de Tipo 304L. Las velocidades de corrosion fueron muy bajas, y no se observo una verdadera tendencia en la adicion del cobre en el comportamiento frente a la corrosion. Todas las composiciones qrnmicas examinadas del Ejemplo 2 que tienen un nivel de cromo

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superior al 20 % estaban en el valor de 1 mm/ano del acero de Tipo 304L.

EJEMPLO 4

Se realizaron evaluaciones electroqmmicas, incluyendo diagramas de comportamiento frente a la corrosion (CDB) y estudios de polarizacion dclica, y se compararon con el comportamiento del acero de Tipo 304L.

Se recogieron los diagramas de comportamiento frente a la corrosion de las composiciones qmmicas de las series al vacm del Ejemplo 2 y del Tipo 304L disponible en el mercado en cloruro de sodio al 3,5 % para investigar los efectos del cobre sobre el comportamiento frente a la disolucion anodica. La nariz anodica representa la disolucion electroqmmica que tiene lugar en la superficie del material antes de alcanzar un estado pasivo. Como se muestra en la Fig. 4, una adicion de al menos 0,25 % de molibdeno y un mmimo de aproximadamente 0,40 % de cobre reducen la densidad de corriente durante la disolucion anodica por debajo del valor medido para el acero de Tipo 304L. Tambien se observa que la adicion maxima de cobre que permite que la densidad de corriente anodica permanezca por debajo de la que se mide para el acero de Tipo 304L cae aproximadamente un 0,85 %, como se muestra en el grafico de la lmea identificada como Fe21CrXCu.25Mo de la Fig. 4. Esto muestra que una pequena cantidad de adicion de cobre controlada en presencia de 21 % de Cr y 0,25 % de molibdeno hace disminuir la velocidad de disolucion anodica en cloruros diluidos, pero hay una cantidad optima para mantener una velocidad inferior a la que se muestra para el acero de Tipo 304L.

Se recogieron exploraciones de polarizacion dclica de las composiciones qmmicas experimentales del Ejemplo 2 y del acero de Tipo 304L disponible en el mercado en solucion de cloruro sodico al 3,5 %. Estas exploraciones de polarizacion muestran el comportamiento anodico del acero inoxidable ferntico a traves de la disolucion anodica activa, una region de pasividad, una region de comportamiento transpasivo y la ruptura de la pasividad. Ademas, la inversa de estas exploraciones de polarizacion identifica el potencial de repasivacion.

El potencial de ruptura expuesto en las exploraciones de polarizacion dclica mencionadas anteriormente se documento como se muestra en la Fig. 5 y la Fig. 6, y se evaluo para medir los efectos de las adiciones de cobre, si los hubiera. El potencial de ruptura se determino como el potencial en el que la corriente comienza a fluir de manera constante a traves de la capa pasiva rota y esta teniendo lugar la imitacion de las picaduras activas.

Al igual que la velocidad de disolucion anodica, la adicion del cobre, como se muestra en el grafico de la lmea identificada como Fe21CrXCu.25Mo en las Fig. 5 y 6, parece reforzar la capa pasiva, y muestra que hay una cantidad optima necesaria para aumentar al maximo los beneficios del cobre con respecto al inicio de las picaduras. El intervalo de resistencia maxima de la capa pasiva resulto estar entre el 0,5 y el 0,75 % de cobre, en presencia de 0,25 % de molibdeno y 21 % de Cr. Esta tendencia en el comportamiento se confirmo con el CDB obtenido durante el estudio de disolucion anodica descrito anteriormente, aunque, debido a las diferencias en la velocidad de exploracion, los valores se desplazan mas abajo.

Al evaluar el comportamiento frente a la repasivacion de las composiciones qmmicas fundidas al vado del Ejemplo 2, se observo que un nivel de cromo del 21 % y una pequena adicion de molibdeno pueden aumentar al maximo la reaccion de repasivacion. La relacion entre el cobre y el potencial de repasivacion parecio volverse perjudicial a medida que aumentaba el nivel de cobre, como se muestra en el grafico de la lmea identificada como Fe21CrXCu.25Mo de la Fig. 7 y la Fig. 8. Siempre que el nivel de cromo era del aproximadamente 21 % y habfa presente una pequena cantidad de molibdeno, las composiciones qmmicas examinadas del Ejemplo 2 fueron capaces de alcanzar un potencial de repasivacion superior al del acero de Tipo 304, como se muestra en la Fig. 7 y la Fig. 8.

EJEMPLO 5

Se comparo un acero inoxidable ferntico de la composicion expuesta a continuacion en la Tabla 4 (ID 92, Ejemplo de la invencion) con el acero de Tipo 304L del ejemplo comparativo, con la composicion expuesta la Tabla 4:

Tabla 4

Aleacion: C Cr Ni Si Ti Cb (Nb) Otro

ID 92: 0,016 20,84 0,25 0,36 0,15 0,20 0,74 Cu, 0,25 Mo

304L: 0,02 18,25 8,50 0,50 -- -- 1,50 Mn

Los dos materiales presentaron las siguientes propiedades mecanicas expuestas en la Tabla 5 cuando se ensayaron de acuerdo con los ensayos de las normas ASTM:

Tabla 5

Propiedades mecanicas

: Limite elastico 0,2 %, MPa (ksi) Tension de rotura, MPa (ksi) % de alargamiento (5,08 cm [2"]) Dureza Rb

ID 92: 376 (54,5) 496 (72,0) 31 83,5

304: 276 (40,0) 621 (90,0) 57 81,0

El material del Ejemplo 2, ID 92 presenta mas resistencia electroqmmica, mayor potencial de ruptura y mayor potencial de repasivacion que el acero comparativo de Tipo 304L, como se muestra en la Fig. 9 y Fig. 10.

5

Se entendera que pueden realizarse diversas modificaciones a la presente invencion sin apartarse del espmtu ni del alcance de la misma. Por lo tanto, los lfmites de la presente invencion deben determinarse a partir de las reivindicaciones adjuntas.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

REIVINDICACIONES

1. Un acero inoxidable femtico que consiste en:

0,020 o menos por ciento en peso de carbono;

20,0-23,0 por ciento en peso de cromo;

0,020 o menos por ciento en peso de nitrogeno;

0,40-0,80 por ciento en peso de cobre;

0,20-0,60 por ciento en peso de molibdeno;

0,10-0,25 por ciento en peso de titanio;

0,20-0,30 por ciento en peso de columbio,

0,30-0,50 por ciento en peso de silicio,

0,40 o menos por ciento en peso de mquel,

opcionalmente, uno o mas miembros seleccionados del grupo que consiste en 0,40 o menos por ciento en peso de manganeso, 0,030 o menos por ciento en peso de fosforo y 0,010 o menos por ciento en peso de azufre, y consistiendo el resto en hierro e impurezas inevitables.
2. El acero inoxidable fenitico de la reivindicacion 1, en el que el cromo esta presente en una cantidad de 21,5-22 por ciento en peso.
3. El acero inoxidable fenitico de la reivindicacion 1 o 2, en el que el cobre esta presente en una cantidad de 0,450,75 por ciento en peso.
4. El acero inoxidable femtico de cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que el titanio esta presente en una cantidad de 0,17-0,25 por ciento en peso.
5. El acero inoxidable fenitico de cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que el cobre esta presente en una cantidad de 0,60 por ciento en peso.
6. El acero inoxidable femtico de cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que el manganeso esta presente en una cantidad de 0,40 o menos por ciento en peso.
7. El acero inoxidable femtico de cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que el fosforo esta presente en una cantidad de 0,030 o menos por ciento en peso.
8. El acero inoxidable femtico de cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que el silicio esta presente en una cantidad de 0,30-0,50 por ciento en peso.
9. El acero inoxidable fenitico de cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que el mquel esta presente en una cantidad de 0,40 o menos por ciento en peso.