ES2644452T3 - Acero inoxidable austenítico magro resistente a la corrosión - Google Patents

Acero inoxidable austenítico magro resistente a la corrosión Download PDF

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Description

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DESCRIPCION
Acero inoxidable austenltico magro resistente a la corrosion Referenda cruzada a solicitudes relacionadas
La presente solicitud reivindica prioridad bajo la 35 U.S.C. § 119(e) en tramite junto con la presente Solicitud de Patente Provisional de EE.UU. N.° de serie 61/015.338, presentada el jueves, 20 de diciembre de 2007.
Antecedentes de la invencion
Campo de la tecnologfa
La presente divulgacion se refiere a un acero inoxidable austenltico. En particular, la divulgacion se refiere a una composicion de acero inoxidable austenltico rentable que tiene bajo nlquel y bajo molibdeno pero que tiene una resistencia a la corrosion mejorada y propiedades de formabilidad comparables en comparacion con determinadas aleaciones que contienen nlquel y molibdeno mas altos.
Descripcion de los antecedentes de la tecnologfa
Los aceros inoxidables austenlticos muestran una combinacion de propiedades altamente deseables que los hacen utiles para una amplia variedad de aplicaciones industriales. Estos aceros poseen una composicion base de hierro que se equilibra mediante la adicion de elementos promotores y estabilizadores de la austenita, tales como nlquel, manganeso y nitrogeno, que permiten que se hagan adiciones de elementos promotores de la ferrita, tales como cromo y molibdeno, que potencian la resistencia a la corrosion, al tiempo que mantienen una estructura austenltica a temperatura ambiente. La estructura austenltica proporciona al acero propiedades mecanicas altamente deseables, particularmente tenacidad, ductilidad y formabilidad.
Un ejemplo de un acero inoxidable austenltico es acero inoxidable EN 1.4432, que es una aleacion que contiene 16,5-18,5 % de cromo, 10,5-13 % de nlquel y 2,5-3 % de molibdeno. Las gamas de los ingredientes de aleacion en esta aleacion se mantienen dentro de los intervalos especificados con el fin de mantener una estructura austenltica estable. Como es entendido por un experto en la tecnica, el contenido de nlquel, manganeso, cobre y nitrogeno, por ejemplo, contribuye a la estabilidad de la estructura austenltica. Sin embargo, los crecientes costes del nlquel y el molibdeno han creado la necesidad de alternativas rentables a la EN 1.4432 que sigan mostrando una alta resistencia a la corrosion y buena formabilidad. Recientemente, las aleaciones duplex magras tales como UNS S32003 (aleacion AL 2003™) se han usado como alternativas de menor coste a la En 1.4432, pero aunque estas aleaciones tienen una buena resistencia a la corrosion, contienen aproximadamente 50 % de ferrita, lo que les da mayor resistencia y menor ductilidad que a la EN 1.4432, y como consecuencia, no son tan formables. Los aceros inoxidables duplex tambien tienen un uso mas limitado tanto para las temperaturas altas como bajas, en comparacion con la EN 1.4432.
Otra aleacion austenltica es la Calidad 317 (UNS S31700). S31700 contiene 18-20 % de cromo, 11-15 % de nlquel y 3-4 % de molibdeno. Debido su mayor contenido de Ni y Mo, S31700 es una alternativa mas costosa a la EN 1.4432 y otra calidad austenltica de uso comun, Tipo 316 (UNS S31600), que contiene 16-18 de cromo, 10-14 % de nlquel y 2-3 % de molibdeno. Aunque la resistencia a la corrosion de S31700 es superior a la de EN 1.4432 y S31600, sus materias primas mas costosas hacen que el uso de S31700 sea demasiado costoso para muchas aplicaciones.
Otra alternativa de aleacion es la Calidad 216 (UNS S21600), que se describe ea Patente de EE.UU. N.° 3.171.738. S21600 contiene 17,5-22 % de cromo, 5-7 % de nlquel, 7,5-9 % de manganeso, 2-3 % de molibdeno y 0,25-0,50 de nitrogeno. S21600 es una variante de S31600 de nlquel mas bajo y mayor manganeso que contiene nitrogeno muy alto, lo que le da una mayor resistencia y mejora la resistencia a la corrosion. Sin embargo, la formabilidad de S21600 no es tan buena como la de S31600 o EN 1.4432, y el muy bajo numero de ferrita de S21600 (-6.2) hace que el colado y la soldadura sean mas diflciles. Ademas, ya que S21600 contiene una cantidad similar de molibdeno como EN 1.4432, el cambio a S21600 no proporciona ningun ahorro de costes para el molibdeno.
Otros ejemplos de aceros inoxidables austenlticos incluyen numerosas aleaciones en las que el nlquel se sustituye por manganeso para mantener una estructura austenltica, tal como se practica con el acero Tipo 201 (UNS S20100) y calidades similares. Sin embargo, aunque el acero Tipo 201 es una aleacion de bajo nlquel que tiene una buena resistencia a la corrosion, tiene propiedades de formabilidad deficientes. Existe la necesidad de poder producir una aleacion que tenga una resistencia a la corrosion y una formabilidad tan buenas o mejores que las de EN 1.4432, al tiempo que contiene cantidades menores de nlquel y molibdeno, para ser rentable. Ademas, existe la necesidad de que dicha aleacion tenga, a diferencia de las aleaciones duplex, un intervalo de aplicacion de temperatura comparable al de los aceros inoxidables austenlticos estandar, por ejemplo de temperaturas criogenicas de hasta 537,8 °C.
La solicitud de patente Japonesa numero 05247592 divulga un acero que tiene una composicion que consiste en, en peso, <0,02% de C, <2 % de Si, <2 % de Mn, <0,04 % de P, <0,04 % de S, 3-7 % de Ni, 17-27 % de Cr, 0,5-6 % de
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Mo, 1-5 % de Cu, <3 % de W, 0,05-0,3 % de N y el resto esencialmente Fe. Ademas, se puede incorporar 0,1-1 % de Co y/o 0,0005-0,0015 % de B. Ademas, los contenidos respectivos de Cr, Mo, N y ferrita-delta estan regulados de modo que satisfagan las relaciones en Cr(%) + 3,3Mo(%)+16n(%)>30 y 8,09 - 0,26cr(%)-0,62Mo(%)+0,028(ferrita- delta)(%) >1,7. La solicitud de patente de EE.UU. numero 5.254.184 divulga un acero inoxidable duplex que tiene una buena combinacion de resistencia al desgaste y resistencia a la corrosion que contiene como productos intermedios generales y valores preferentes, en porcentaje en peso de aproximadamente: - C 0,1 max., 0,05 max., 0,025 max., - Mn 0-6, 1-4, 1-3, Si 2,5-6, 3-6, 4-5, - Cr 16-24, 17-22, 18-21, - Ni 2-12, 6-10, 7-9, - Mo 4 max., 0,5-3, 12, - N 0,07-0,30, 0,10-0,25, 0,15-0,20, - y el resto de la aleacion es esencialmente hierro. En la condicion de recocido, la aleacion esta limitada a aproximadamente 15-50 % de ferrita. Para lograr su buena resistencia al desgaste, los elementos de la aleacion son igualados de modo que el % Ni + 0,68 (% Cr) + 0,55 (% Mn) + 0,45 (% Si) + (% C+% N) + % Mo + 0,2 (% Co), sea al menos de aproximadamente 27,5 y la relacion Ni/Si no sea mas de aproximadamente 2,5.
Por consiguiente, la presente invencion proporciona una solucion que no esta actualmente disponible en el mercado, que es una composicion de una aleacion de acero inoxidable austenltico formable que tiene propiedades de resistencia a la corrosion tan buenas o superiores a las de EN 1.4432 pero proporciona ahorros de costes de materias primas. Por consiguiente, la invencion es una aleacion austenltica que usa una combinacion de los elementos Mn, Cu y N, para sustituir Ni y Mo de una manera para crear una aleacion con una resistencia a la corrosion comparable o superior, formabilidad y otras propiedades relativas a determinadas aleaciones de mayor nlquel y molibdeno a un coste de materia prima significativamente menor. Opcionalmente, los elementos W y Co se pueden usar independientemente o en combinacion para sustituir los elementos Mo y Ni, respectivamente.
Sumario de la invencion
La invencion proporciona un acero inoxidable austenltico de acuerdo con la reivindicacion 1 de las reivindicaciones adjuntas.
La invencion es un acero inoxidable austenltico que usa elementos menos caros, tales como manganeso, cobre y nitrogeno, como sustitutos de los elementos mas costosos de nlquel y molibdeno. El resultado es una aleacion de menor coste que tiene una resistencia a la corrosion y una formabilidad tan buenas o mejores que las de EN 1.4432, y potencialmente tan buenas como UNS S31700.
El acero inoxidable austenltico de acuerdo con la presente divulgacion consiste en, en % en peso, hasta 0,20 de C, 2-6 de Mn, hasta 2 de Si, 16-23 de Cr, 5-7 de Ni, 0,5 a 3 de Mo, hasta 3 de Cu, 0,1-0,35 de N, hasta 4 de W, hasta 0,01 de B, hasta 1 de Co, hierro e impurezas, en el que 0,5 < (Mo + W/2) < 5 y 5 < (Ni + Co) < 8. El acero tiene un numero de ferrita mayor a 0 a inferior a aproximadamente 11 y un valor de MD30 de menos de aproximadamente -10 °C.
Otra realizacion mas del acero inoxidable austenltico de acuerdo con la presente divulgacion consiste en, en % en peso, hasta 0,08 de C, 3-6 de Mn, hasta 2 de Si, 17-23 de Cr, 5-7 de Ni, 0,5-3 de Mo, hasta 1 de Cu, 0,14-0,35 de N, hasta 4 de W, hasta 0,008 de B, hasta 1 de Co, hierro e impurezas.
El acero inoxidable austenltico descrito en la presente divulgacion puede tener un valor de PREWmayor a aproximadamente 26.
En una realizacion, un procedimiento de produccion de un acero inoxidable austenltico de acuerdo con la presente divulgacion incluye la fusion en un horno de arco electrico, refinado en un AOD, colado en lingotes o planchas de fundido continuo, recalentamiento de los lingotes o las planchas y laminado en caliente para producir placas o serpentines, laminacion en frlo hasta un espesor especificado, y recocido y decapado del material. Otros procedimientos de acuerdo con la invencion pueden incluir, por ejemplo, la fusion y/o re-fusion en vaclo o bajo una atmosfera especial, el colado en formas, o la produccion de un polvo que se consolida en planchas o formas y similares.
Las aleaciones de acuerdo con la presente divulgacion pueden usarse en numerosas aplicaciones. De acuerdo con un ejemplo, las aleaciones de la presente divulgacion pueden incluirse en artlculos de fabrication adaptados para su uso en ambientes de baja temperatura o criogenicos. Ejemplos adicionales no limitantes de artlculos de fabricacion que pueden fabricarse a partir de o incluir las presentes aleaciones son artlculos resistentes a la corrosion, paneles arquitectonicos resistentes a la corrosion, conectores flexibles, fuelles, tubo, tuberla, revestimientos de chimenea, revestimientos de conductos, piezas para placas de bastidores de intercambiadores de calor, piezas de condensador, piezas para equipos de procesamiento farmaceutico, piezas usadas en aplicaciones sanitarias y piezas para equipos de produccion o procesamiento de etanol.
Descripcion detallada de la invencion
En la presente descripcion y en las reivindicaciones, aparte de en los ejemplos de operation, o donde se indique otra cosa, todos los numeros que expresan cantidades o caracterlsticas de ingredientes y productos, condiciones de
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procesamiento y similares, deben entenderse que estan modificados en todos los casos por el termino "aproximadamente". Por consiguiente, a menos que se indique otra cosa, cualquier parametro numerico expuestos en la siguiente descripcion y en las reivindicaciones adjuntas son aproximaciones que pueden variar dependiendo de las propiedades deseadas que se tratan de obtener en el producto y en los procedimientos de acuerdo con la presente divulgacion. Como mlnimo, y no en un intento de limitar la aplicacion de la doctrina de los equivalentes al alcance de las reivindicaciones, cada parametro numerico debe interpretarse al menos a la luz del numero de dlgitos significativos indicados y aplicando tecnicas de redondeo habituales. Los aceros inoxidables austenlticos de la presente invencion se describiran en detalle. En la siguiente descripcion, "%" representa "% en peso", a menos que se especifique otra cosa.
La invencion se refiere a un acero inoxidable austenltico. En particular, la invencion se refiere a una composicion de acero inoxidable austenltico que tiene una resistencia a la corrosion y una formabilidad tan buenas o mejores que las de EN 1.4432, y potencialmente tan buenas como S31700.
El acero inoxidable austenltico de acuerdo con la presente divulgacion consiste en, en % en peso, hasta 0,20 de C, 2-6 de Mn, hasta 2 de Si, 16-23 de Cr, 5-7 de Ni, 0,5 a 3 de Mo, hasta 3 de Cu, 0,1-0,35 de N, hasta 4 de W, hasta 0,01 de B, hasta 1 de Co, hierro e impurezas, en el que 0,5 < (Mo + W/2) < 5 y 5 < (Ni + Co) < 8. El acero tiene un numero de ferrita mayor a 0 a inferior a aproximadamente 11 y un valor de MD30 de menos de aproximadamente -10 °C.
Otra realizacion mas del acero inoxidable austenltico de acuerdo con la presente divulgacion consiste en, en % en peso, hasta 0,08 de C, 3-6 de Mn, hasta 2 de Si, 17-23 de Cr, 5-7 de Ni, 0,5-3 de Mo, hasta 1 de Cu, 0,14-0,35 de N, hasta 4 de W, hasta 0,008 de B, hasta 1 de Co, hierro e impurezas.
C: hasta 0,20 %
El C actua para estabilizar la fase austenita e inhibe la transformacion martensltica inducida por deformacion. Sin embargo, C tambien aumenta la probabilidad de formar carburos de cromo, especialmente durante la soldadura, lo que reduce la resistencia a la corrosion y la tenacidad. Por consiguiente, el acero inoxidable austenltico de la presente invencion tiene hasta 0,20 % de C. En una realizacion de la invencion, el contenido de C puede ser de 0,08 % o menos.
Si: hasta 2 %
Tener mas del 2 % de Si promueve la formacion de fases de fragilizacion, tales como sigma, y reduce la solubilidad del nitrogeno en la aleacion. Si tambien estabiliza la fase ferrltica, y mas del 2 % de Si requiere estabilizadores de austenita adicionales para mantener la fase austenltica. Por consiguiente, el acero inoxidable austenltico de la presente invencion tiene hasta 2 % de Si. En una realizacion de la aleacion, el contenido de Si puede ser de 1 % o menos. En determinadas realizaciones, los efectos de la adicion de Si se igualan ajustando el contenido de Si a 0,51 %.
Mn: 2,0-6 %
El Mn estabiliza la fase austenltica y generalmente aumenta la solubilidad del nitrogeno, un elemento de aleacion beneficioso. Para producir suficientemente estos efectos, se requiere un contenido de Mn de mas del 2 %. Tanto Mn como N son sustitutos eficaces del elemento mas caro, Ni. Sin embargo, tener mas del 6 % de Mn degradarla la trabajabilidad del material y su resistencia a la corrosion en determinados ambientes. Ademas, ya que la aleacion inventiva contiene al menos 5 % de Ni, no se debe requerir mas del 6 % de Mn para estabilizar suficientemente la fase austenltica. Por consiguiente, el acero inoxidable austenltico de la presente invencion tiene 2-6 % de Mn. En una realizacion, el contenido de Mn puede ser de 3-6 %.
Ni: 5-7 %
El Ni actua para estabilizar la fase austenltica, as! como para potenciar la tenacidad y formabilidad. Sin embargo, debido al alto coste del nlquel, es deseable mantener el contenido de Ni bajo. Los inventores han descubierto que un intervalo de 5-7 % de nlquel permitira que se mantenga la fase austenltica, al tiempo que se sigue permitiendo anadir una cantidad suficiente de elementos estabilizadores de ferrita tales como Cr y Mo para proporcionar un material que tiene un rendimiento frente a la corrosion similar o superior a EN 1.4432, al tiempo que mantienen una tenacidad y formabilidad similares a un coste menor. Por consiguiente, el acero inoxidable austenltico de la presente invencion incluye 5-7 % de Ni.
Cr: 16-23 %
Se anade Cr para impartir resistencia a la corrosion a los aceros inoxidables y tambien actua para estabilizar la fase austenltica con respecto a la transformacion martensltica. Se requiere al menos 16 % de Cr para proporcionar una resistencia a la corrosion adecuada. Por otra parte, ya que el Cr es un potente estabilizador de ferrita, un contenido
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de Cr que supera el 23 % requiere la adicion de elementos de aleacion mas costosos, tales como nlquel o cobalto, para mantener el contenido de ferrita aceptablemente bajo. Tener mas del 23 % de Cr tambien hace que la formacion de fases indeseables, tales como sigma, sea mas probable.
Por consiguiente, el acero inoxidable austenltico de la presente invencion tiene 16-23 % de Cr. En una realizacion, el contenido de Cr puede ser de 17-23 %.
N: 0,1-0,35 %
El N esta incluido en la aleacion como un reemplazo parcial del elemento Ni estabilizador de la austenita y el elemento de potenciacion Mo. Al menos 0,1 % de N es necesario para la resistencia y la resistencia a la corrosion y para estabilizar la fase austenltica. La adicion de mas del 0,35 % de N puede superar la solubilidad de N durante la fusion y la soldadura, lo que da como resultado una porosidad debida a burbujas de gas nitrogeno. Incluso si no se supera el llmite de solubilidad, un contenido de N de mas de 0,35 % aumenta la propension a la precipitacion de las partlculas de nitruro, lo que degrada la resistencia a la corrosion y tenacidad. Por consiguiente, el acero inoxidable austenltico de la presente invencion incluye 0,1-0,35 % de N. En una realizacion, el contenido de N puede ser de 0,14-0,35 %.
Mo: de 0,5 a 3 %
Los presentes inventores trataron de limitar el contenido de Mo de la aleacion al tiempo que mantenlan propiedades aceptables. El Mo es eficaz para estabilizar la pellcula de oxido pasivo que se forma en la superficie de los aceros inoxidables y protege frente a la corrosion por picadura por accion de los cloruros. Con el fin de obtener estos efectos, se puede anadir Mo en esta invencion hasta un nivel del 3 %. Un contenido de Mo que supere el 3 % provoca un deterioro de la trabajabilidad en caliente aumentando la fraccion de ferrita (delta) de solidificacion a niveles potencialmente perjudiciales. Un alto contenido de Mo tambien aumenta la probabilidad de formar fases intermetalicas nocivas, tales como la fase sigma. Por consiguiente, la composition del acero inoxidable austenltico de la presente invencion incluye 0,5 a 3 % de Mo.
Co: hasta 1 %
El Co actua como un sustituto de nlquel para estabilizar la fase austenita. La adicion de cobalto tambien actua para aumentar la resistencia del material. El llmite superior del cobalto es preferentemente 1 %.
B: hasta 0,01 %
Se pueden anadir adiciones de hasta el 0.0005 % de B para mejorar la trabajabilidad en caliente y la calidad superficial de los aceros inoxidables. Sin embargo, las adiciones de mas de 0,01 % degradan la resistencia a la corrosion y la trabajabilidad de la aleacion. Por consiguiente, la composicion del acero inoxidable austenltico de la presente invencion tiene hasta el 0,01 % de B. En una realizacion, el contenido de B puede ser de hasta 0,008 %, o puede ser de hasta 0,005 %.
Cu: hasta 3 %
El Cu es un estabilizador de austenita y se puede usar para sustituir una portion del nlquel en esta aleacion. Tambien mejora la resistencia a la corrosion en ambientes reductores y mejora la formabilidad reduciendo la energla de falla de apilamiento. Sin embargo, se ha demostrado que las adiciones de mas del 3 % de Cu reducen la trabajabilidad en caliente de los aceros inoxidables austenlticos. Por consiguiente, la composicion del acero inoxidable austenltico de la presente invencion tiene hasta el 3 % de Cu. En una realizacion, el contenido de Cu puede ser de hasta 1 %.
W: hasta 4 %
El W proporciona un efecto similar al del molibdeno para mejorar la resistencia a la corrosion por picadura y grietas de cloruro. W tambien puede reducir la tendencia a la formacion de la fase sigma cuando se sustituye por molibdeno. Sin embargo, las adiciones de mas del 4 % pueden reducir la trabajabilidad en caliente de la aleacion. Por consiguiente, la composicion del acero inoxidable austenltico de la presente invencion tiene hasta el 4 % de W.
0,5 < (Mo+W/2) < 5
El molibdeno y tungsteno son ambos eficaces para estabilizar la pellcula de oxido pasivo que se forma en la superficie de los aceros inoxidables y protege frente a la corrosion por accion de los cloruros. Ya que el W es aproximadamente la mitad de eficaz (en peso) que el Mo para aumentar la resistencia a la corrosion, se requiere una combination de (Mo + W/2)> 0,5 % para proporcionar la resistencia a la corrosion necesaria. Sin embargo, tener demasiado Mo aumenta la probabilidad de formar fases intermetalicas, y demasiado W reduce la trabajabilidad en caliente del material. Por lo tanto, la combinacion de (Mo + W/2) debe ser inferior a 5 %. Por consiguiente, la composicion del acero inoxidable austenltico de la presente invencion tiene 0,5 < (Mo + W/2) < 5.
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El nlquel y cobalto actuan ambos para estabilizar la fase austenltica con respecto a la formacion de ferrita. Se requiere al menos el 5 % de (Ni + Co) para estabilizar la fase austenltica en presencia de los elevados niveles de los elementos estabilizadores de ferrita tales como Cr y Mo, que se deben anadir para asegurar una resistencia a la corrosion superior. Sin embargo, tanto Ni como Co son elementos costosos, por lo que es deseable mantener el contenido de (Ni + Co) inferior a 8 %. Por consiguiente, la composicion del acero inoxidable austenltico de la presente invencion tiene 5 < (Ni + Co) < 8.
El resto del acero inoxidable austenltico de la presente invencion incluye hierro e impurezas inevitables, tales como fosforo y azufre. Las impurezas inevitables se mantienen preferentemente en el nivel practico mas bajo, tal como lo entiende un experto en la tecnica.
El acero inoxidable austenltico de la presente invencion tambien puede definirse mediante las ecuaciones que cuantifican las propiedades que muestran, que incluyen, por ejemplo, el numero de equivalencia de resistencia a picaduras, numero de ferrita y temperatura MD30.
El numero de equivalencia de la resistencia a la picadura (PREN) proporciona una jerarquizacion relativa de la resistencia esperada de una aleacion a la corrosion por picadura en un ambiente que contiene cloruro. Cuanto mayor sea el PREn, mejor sera la resistencia a la corrosion esperada de la aleacion. El PREn se puede calcular mediante la siguiente formula:
PREn = %Cr + 3,3(%Mo) + 16(%N)
De manera alternativa, se puede anadir un factor de 1,65 (% W) a la formula anterior para tener en cuenta la presencia tungsteno en una aleacion. El tungsteno mejora la resistencia a la picadura de los aceros inoxidables y es aproximadamente la mitad de eficaz que el molibdeno en peso. Cuando se incluye tungsteno en el calculo, el numero de equivalencia de la resistencia a la picadura se designa PREw, que se calcula mediante la siguiente formula:
PREw = %Cr + 3,3(%Mo) + 1,65(%W) + 16(%N)
El tungsteno cumple un proposito similar al del molibdeno en la aleacion inventada. Como tal, el tungsteno puede anadirse como sustituto del molibdeno para proporcionar una resistencia a la picadura incrementada. De acuerdo con la ecuacion, se debe anadir el doble del porcentaje en peso de tungsteno por cada porcentaje de molibdeno eliminado para mantener la misma resistencia a la picadura. Las realizaciones de la aleacion de la presente invencion pueden tener un valor de PREw de mas de 26, y preferentemente es de hasta 30.
La aleacion de la invencion tambien puede definirse por su numero de ferrita. Un numero de ferrita positivo se correlaciona generalmente con la presencia de ferrita, que mejora las propiedades de solidification de una aleacion y ayuda a inhibir el craqueo en caliente de la aleacion durante las operaciones de trabajo en caliente y soldadura. Por tanto, se desea una pequena cantidad de ferrita en la microestructura solidificada inicial para una buena colabilidad y para la prevention del craqueo en caliente durante la soldadura. Por otra parte, demasiada ferrita puede dar lugar a problemas durante el servicio, incluyendo, pero sin limitation, inestabilidad microestructural, ductilidad limitada y propiedades mecanicas de alta temperatura alteradas. El numero de ferrita se puede calcular usando la siguiente ecuacion:
FN = 3,34(Cr + 1,5Si + Mo + 2Ti + 0,5Nb) - 2,46(Ni + 30N + 30C + 0,5Mn + 0,5Cu) - 28,6
La aleacion de la presente invencion tiene un numero de ferrita calculado de hasta 11 y que es un numero positivo, y mas preferentemente de aproximadamente 3 a 7. Sera evidente a partir de la siguiente discusion que determinadas aleaciones de acero inoxidable conocidas que incluyen contenidos relativamente bajos de nlquel y molibdeno tienen numeros de ferrita significativamente mas bajos que las aleaciones de acuerdo con la presente divulgation.
La temperatura MD30 de una aleacion se define como la temperatura a la que una deformation en frlo del 30 % dara lugar a una transformation del 50 % de la austenita en martensita. Cuanto menor es la temperatura del MD30, mas resistente es un material a la transformacion en martensita. La resistencia a la formacion de martensita da lugar a una menor velocidad de endurecimiento del trabajo, lo que da lugar a una buena formabilidad, especialmente en aplicaciones de estirado. MD30 se calcula de acuerdo con la siguiente ecuacion:
MD30(°C) = 413 - 462(C + N) - 9,2(Si) - 8,1(Mn) - 13,7(Cr) - 9,5(Ni) - 17,1(Cu) - 18,5(Mo)
La aleacion de la presente invencion tiene una temperatura MD30 de menos de -10 °C, preferentemente inferior a aproximadamente -30 °C. Muchas de las aleaciones de acero inoxidable de bajo nlquel conocidas tienen valores de MD30 significativamente mayores que los de las aleaciones de acuerdo con la presente divulgacion.
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Ejemplos
La Tabla 1 incluye las composiciones y los valores de los parametros calculados para las Aleaciones Inventivas 1-3 y para las Aleaciones Comparativas, CA1, EN 1.4432, S31600, S21600, S31700 y S20100.
Las Aleaciones Inventivas 1-3 y Aleacion Comparativa CA1 se fundieron en un horno de vaclo de tamano de laboratorio y se vertieron en lingotes de 22,7 kg. Estos lingotes fueron recalentados y laminados en caliente para producir material de aproximadamente 0,635 cm de espesor. Este material fue recocido, chorreado y decapado. Parte de ese material se lamino en frlo hasta 0,254 cm de espesor, y el resto se lamino en frlo hasta 0,127 cm o 0,102 cm de espesor. El material laminado en frlo fue recocido y decapado. Las Aleaciones Comparativas EN1.4432, S31600, S21600, S31700 y S20100 estan disponibles en el mercado y los datos mostrados para estas aleaciones se tomaron de la literatura publicada o se midieron a partir de ensayos del material recientemente producido para la venta comercial.
Los valores de PREw calculados para cada aleacion se muestran en la Tabla 1. Usando la ecuacion tratada en el presente documento anteriormente, se esperarla que las aleaciones que tenlan un PREw mayor a 26 tuvieran una mejor resistencia a la picadura de cloruro que el material EN 1.4432. Se esperarla que un PREw mayor a 29 tuviera al menos una resistencia equivalente a la picadura de cloruros del S31700.
Tambien se ha calculado el numero de ferrita para cada aleacion en la Tabla 1. Los numeros de ferrita de las Aleaciones Inventivas 1-3 estan entre 5 y 7,5. Estos estan dentro del intervalo deseado para promover una buena soldabilidad y colabilidad.
Los valores de MD30 tambien se calcularon para las aleaciones de la Tabla 1. De acuerdo con los calculos, todas las Aleaciones Inventivas muestran una mayor resistencia a la formacion de martensita que S31600.
Tabla 1
Aleaciones Inventivas
Aleaciones Comparativas
1 2 3 CA1 EN 1.4432 S31700 S31600 S21600 S20100
C
0,019 0,013 0,024 0,019 0,02 0,016 0,017 0,018 0,02
Mn
5,8 5,5 5,9 4,7 1,2 1,6 1,24 8,3 6,7
Si
0,27 0,28 0,28 0,28 0,4 0,4 0,45 0,40 0,40
Cr
19,8 19,8 22,7 18,1 16,9 18,3 16,3 19,7 16,4
Ni
6,1 6,1 6,9 4,5 10,7 13,1 10,1 6,0 4,1
Mo
1,51 1,34 0,59 1,13 2,6 3,2 2,1 2,5 0,26
Cu
0,40 1,98 0,71 0,40 0,4 0,4 0,38 0,40 0,43
N
0,195 0,181 0,220 0,210 0,04 0,06 0,04 0,37 0,15
P
0,018 0,019 0,016 0,002 0,03 0,025 0,03 0,03 0,03
S
0,0015 0,0018 0,0022 0,0001 0,0010 0,001 0,0010 0,0010 0,0010
W
0,12 0,06 0,01 0,09 0,1 0,1 0,11 0,10 0,1
B
0,0025 0,0019 - 0,0001 0,0025 0,0025 0,0025 0,0025 0,0005
Fe
65,6 64,6 62,2 70,4 67,9 62,5 68,8 62,2 71,4
Co
0,10 0,07 0,09 0,10 0,3 0,33 0,35 0,10 0,10
FN
5,6 5,0 7,5 2,8 5,9 4,8 4,1 -6,2 -2,3
PREw
28,3 27,4 28,2 25,5 26,1 29,9 24,0 33,9 19,7
MD30
-99,4 -112,1 -149,7 -52,4 -16,2 -79,4 7,8 -217,4 0,7
ICMP
0,71 0,68 0,64 0,56 1,09 1,31 1,00 0,83 0,43
Rendimien to
54,4 52,2 59,3 49,1 43 48 43,5 55 43
Traccion
108,0 105,4 111,1 108,7 87 92 90,6 100 100
% E
42 38 32 68 55 46 56 45 56
OCH
0,37 0,36 0,33 0,45 - - 0,45 - -
SSCVN
56,0 50,3 42,3 61,7 - - 70 - -
CPT
29,2 23,8 29,8 14,6 23,0 34,1 12,9 - < 2,0
La Tabla 1 muestra un Indice de coste de materia prima (ICMP), que compara los costes de material para cada aleacion con los de S31600. El ICMP se calculo multiplicando el coste medio de octubre de 2007 para las materias primas Fe, Cr, Mn, Ni, Mo, W y Co por el porcentaje de cada elemento contenido en la aleacion y dividiendo por el coste de las materias primas en S31600. Como muestran los valores calculados, las Aleaciones Inventivas tienen valores de ICMP entre 0,64 y 0,71, lo que significa que el coste de las materias primas contenidas en ellas esta entre el 64 y 71% de los de S31600. Por el contrario, el ICMP de EN 1.4432 es 1,09. Sin embargo, el numero de ferrita para cada Aleacion Inventiva es comparable al enumerado para EN 1.4432 y los valores de MD30 de las Aleaciones Inventivas son sustancialmente mas bajos que los de EN 1.4432. El hecho de que se pueda fabricar un material que tenga formabilidad y resistencia a la corrosion al menos comparable a EN 1.4432, pero a un coste de materia prima
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significativamente menor, es sorprendente y no se anticipo de la tecnica anterior.
Las propiedades mecanicas de las Aleaciones Inventivas 1-3 han sido medidas y comparadas con las de las Aleaciones Comparativas CA1 y EN 1.4432, S31600, S21600, S31700 y S20100 disponibles en el mercado. El llmite elastico, la resistencia a la traccion, y el alargamiento porcentual medidos sobre una longitud de calibre de 5,08 cm, la energla de impacto de Charpy de muesca en V de 1/2 de tamano y la altura de la copa de Olsen se muestran en la Tabla 1 para estas aleaciones. Los ensayos de traccion se realizaron en material de calibracion de 0,254 cm, los ensayos de Charpy se realizaron en muestras de 0,500 cm de espesor y los ensayos de la copa de Olsen se llevaron a cabo en material de entre 0,102 cm y 0,127 cm de espesor. Todos los ensayos se realizaron a temperatura ambiente. Las unidades para los datos de la Tabla 1 son las siguientes: llmite elastico y resistencia a la traccion, ksi; alargamiento, en porcentaje; altura de la copa de Olsen, pulgadas; energla de impacto de Charpy, ft- lbs. Como puede verse a partir de los datos, las Aleaciones Inventivas mostraron una resistencia ligeramente mayor y un menor porcentaje de alargamiento que las presentadas para EN 1.4432, proporcionando por tanto propiedades de formabilidad al menos comparables a las de En 1.4432.
Se realizo un ensayo electroqulmico de la temperatura crltica de picadura de acuerdo con la Norma ASTM G150 en las muestras de las Aleaciones Inventivas 1-3 y de las Aleaciones Comparativas CA1, EN 1.4432, S31600, S31700 y S20100. Como puede observarse a partir de los resultados de la Tabla 1, la Aleacion Inventiva 2 tiene una temperatura crltica de picadura similar a la de EN 1.4432, mientras que las Aleaciones Inventivas 1 y 3 tienen temperaturas crlticas de picadura significativamente superiores a la de EN 1.4432 y mas del doble de la de S31600. El hecho de que una aleacion que tiene costes de materia prima entre un 29 % y 36 % mas bajos que los de S31600 tuviera una temperatura crltica de picadura de aproximadamente 16 °C mas alta mientras que sigue teniendo tenacidad y formabilidad comparables es sorprendente para los inventores.
Los usos potenciales de esta nueva aleacion son numerosos. Como se ha descrito y se ha demostrado anteriormente, las composiciones de los aceros inoxidables austenlticos descritos en el presente documento pueden usarse en muchas aplicaciones en las que se requiere la formabilidad y la tenacidad de S31600, pero se necesita una mayor resistencia a la corrosion. Adicionalmente, debido al alto coste del nlquel y el molibdeno, se reconocera un significativos ahorro de coste cambiando de S31600 o EN 1.4432 a la Aleacion Inventiva. Otro beneficio es que, ya que las Aleaciones Inventivas son totalmente austenlticas, no seran susceptibles ni a una transicion ductil a fragil brusca (DBT) a una temperatura bajo cero o a una fragilidad de 473,9 °C. Por lo tanto, a diferencia de las aleaciones duplex, se pueden usar a temperaturas por encima de 343,3 °C y son los principales materiales candidatos para aplicaciones a baja temperatura y criogenicas. Se espera que la formabilidad y procesabilidad de las aleaciones descritas en el presente documento sean muy proximas a las de los aceros inoxidables austenlticos estandar. Los artlculos de fabricacion especlficos para los que las aleaciones de acuerdo con la presente divulgacion serlan particularmente ventajosas incluyen, por ejemplo, conectores flexibles para los gases de automocion y otras aplicaciones, fuelles, tuberlas flexibles y revestimientos de chimenea/conductos. Los expertos en la materia pueden fabricar facilmente estos y otros artlculos de fabricacion a partir de las aleaciones de acuerdo con la presente divulgacion usando tecnicas de fabricacion convencionales.

Claims (15)

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    15
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    REIVINDICACIONES
    1. Un acero inoxidable austenltico que consiste en, en % en peso, hasta 0,20 de C, 2,0-6,0 de Mn, hasta 2,0 de Si, 16,0-23,0 de Cr, 5,0-7,0 de Ni, 0,5 a 3,0 de Mo, hasta 3,0 de Cu, 0,1-0,35 de N, hasta 4,0 de W, hasta 0,01 de B, hasta 1,0 de Co y el resto hierro e impurezas, teniendo el acero un numero de ferrita mayor a 0 a inferior a aproximadamente 11 y un valor de MD30 inferior a -10 °C y en el que 0,5 < (Mo + W/2) < 5,0 y 5,0 < (Ni + Co) < 8,0.
  2. 2. El acero inoxidable austenltico de acuerdo con la reivindicacion 1, que tiene un valor de PREw mayor de 26.
  3. 3. El acero inoxidable austenltico de acuerdo con la reivindicacion 1, que tiene un numero de ferrita de 3 hasta 5.
  4. 4. El acero inoxidable austenltico de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que C no es mayor de 0,08.
  5. 5. El acero inoxidable austenltico de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que Si no es mayor de 1,0.
  6. 6. El acero inoxidable austenltico de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que Mn esta limitado a 3,0-6,0.
  7. 7. El acero inoxidable austenltico de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que Cr esta limitado a 17,0-23,0.
  8. 8. El acero inoxidable austenltico de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que N esta limitado a 0,14-0,35.
  9. 9. El acero inoxidable austenltico de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que B no es mayor de 0,008.
  10. 10. El acero inoxidable austenltico de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que Cu no es mayor de 1,0.
  11. 11. El acero inoxidable austenltico de acuerdo con la reivindicacion 1, que tiene un valor de MD30 inferior a -30 °C.
  12. 12. El acero inoxidable austenltico de acuerdo con la reivindicacion 1, que consiste en, en % en peso, hasta 0,08 de C, 3,0-6,0 de Mn, hasta 2,0 de Si, 17,0-23,0 de Cr, 5,0-7,0 de Ni, 0,5-3,0 de Mo, hasta 1,0 de Cu, 0,14-0,35 de N, hasta 4,0 de W, hasta 0,008 de B, hasta 1,0 de Co y el resto hierro.
  13. 13. Un artlculo de fabricacion que comprende un acero inoxidable austenltico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
  14. 14. El artlculo de fabricacion de la reivindicacion 13, en donde el artlculo esta adaptado para su uso en al menos uno de los ambientes de baja temperatura y criogenicos.
  15. 15. El artlculo de fabricacion de la reivindicacion 13, en donde el artlculo se selecciona de entre el grupo que consiste en un artlculo resistente a la corrosion,, un panel arquitectonico resistente a la corrosion, un conector flexible, un fuelle, un tubo, una tuberla, un revestimiento de chimeneas, un revestimiento de canal de humos, una pieza para placas de bastidores de intercambiadores de calor, una pieza de condensador, una pieza para equipos de procesamiento farmaceutico, una pieza sanitaria y una pieza para equipos de produccion o procesamiento de etanol.
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