ES2678876T3

ES2678876T3 - Chapa de acero inoxidable ferrítico que tiene excelente resistencia al calor

Info

Publication number: ES2678876T3
Application number: ES14761253.5T
Authority: ES
Inventors: Norihiro Kanno; Junichi Hamada; Yoshiharu Inoue
Original assignee: Nippon Steel and Sumikin Stainless Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Stainless Steel Corp
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2014-03-06
Publication date: 2018-08-20
Anticipated expiration: 2034-03-06
Also published as: CN104968818A; EP2966187A4; KR20150103212A; JP6205407B2; KR101692660B1; CN104968818B; WO2014136866A1; JPWO2014136866A1; PL2966187T3; EP2966187B1; US10450623B2; EP2966187A1; US20150376733A1

Abstract

Una chapa de acero inoxidable ferrítico que tiene una excelente resistencia al calor, que consta de, en términos de % en masa: C: 0,02% o menos; N: 0,02% o menos; Si: más de 0,10% a 0,30% o menos; Mn: 0,10% a 0,80%; Cr: 15,0% a 21,0%; Cu: 2,50% a 3,15%; Nb: 0,30% a 0,80%; Mo: 1,00% a 2,50%; B: 0,0003% a 0,0030% y opcionalmente uno o más seleccionados de entre W: 2,0% o menos, Mg: 0,0050% o menos, Ni: 1,0% o menos, Co: 1,0% o menos y Ta: 0,50% o menos y/u opcionalmente uno o más seleccionados de entre Al: 1,0% o menos, V: 0,50% o menos, Sn: 0,5% o menos, Sb: 0,5% o menos, Ga: 0,1% o menos, Zr: 0,30% o menos y MTR (metal de tierras raras): 0,2% o menos, con un resto de Fe e impurezas inevitables, en el que el tamaño de partícula máximo de e-Cu que está presente en una estructura es de 20 nm a 200 nm, en el que el tamaño máximo de partícula se calcula como un diámetro de círculo equivalente.

Description

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DESCRIPCION

Chapa de acero inoxidable ferrltico que tiene excelente resistencia al calor CAMPO TECNICO

La presente invencion se refiere a una chapa de acero inoxidable ferrltico que al tener una excelente resistencia al calor es optima como elemento de un sistema de escape y similares en el que se requiere resistencia al calor, particularmente, buenas propiedades de fatiga termica.

ANTECEDENTES DE LA TECNICA

Los elementos del sistema de escape, tales como un tubo de escape de un automovil y similares, son atravesados por un gas de escape a alta temperatura descargado de un motor, y por lo tanto se requiere que el material que constituye los elementos del sistema de escape tenga varias propiedades tales como alta resistencia a la temperatura, resistencia a la oxidacion, buenas propiedades de fatiga termica y similares. El acero inoxidable ferrltico que tiene excelente resistencia al calor se ha utilizado para los elementos de escape.

La temperatura del gas de escape varla dependiendo del modelo de vehlculo. En los ultimos anos, la temperatura del gas de escape se ha situado aproximadamente en un intervalo de 800° C a 900° C en la mayorla de los vehlculos, y la temperatura de un tubo de escape por el cual pasa el gas de escape a alta temperatura procedente del motor aumenta para situarse en un intervalo de 750° C a 850° C, que es alto. Sin embargo, la nueva aplicacion de restricciones sobre los gases de escape y una mejora de la eficiencia del combustible han progresado en el reciente aumento de los problemas ambientales, y se considera que la temperatura de los gases de escape puede aumentar hasta ser tan alta como aproximadamente 1000° C.

Los aceros inoxidables como los que se han utilizado recientemente, SUS429 (acero con Nb- Si) y SUS444 (acero con Nb-Mo) son ejemplos caracterlsticos y la resistencia a la alta temperatura se mejora debido a la adicion de Si y Mo sobre la base de la adicion de Nb. Como el SUS444 contiene aproximadamente un 2% de Mo, SUS444 tiene una resistencia mas alta. Sin embargo, el SUS444 no puede utilizarse a altas temperaturas en la cuales la temperatura del gas de escape sea superior a 900° C y por lo tanto existe una demanda de acero inoxidable ferrltico que tenga una resistencia termica igual o superior a la del SUS444.

Se han desarrollado diversos materiales para los elementos del sistema de escape para hacer frente a la demanda. Por ejemplo, en el documento de patente 1, con el fin de mejorar las propiedades de la fatiga termica, se estudia un metodo que controla el numero de fases de Cu que tienen ejes mayores de 0,5 m m o mayores en un intervalo de 10 piezas / 25 m m2 o menos, y que controla el numero de fases compuestas de Nb que tiene ejes mayores de 0,5 m m o mayores para estar en un intervalo de 10 piezas / 25 m m2 o menos. Sin embargo, solo se consideran los precipitados gruesos de una fase Laves y una fase e-Cu, y no se describen precipitados que tienen tamanos de 0,5 mm o menos. Los documentos de patente 2 y 3 describen un metodo para obtener el refuerzo de la solucion solida de Cu y el refuerzo de la precipitacion debido a una fase e-Cu ademas del fortalecimiento de la solucion solida de Nb y Mo definiendo la cantidad de precipitados; y por lo tanto se logra una resistencia a la alta temperatura igual o mayor que la del SUS444. Sin embargo, no se describen las propiedades de la fatiga termica. Los documentos de patente 5 y 6 describen las tecnologlas en la que se anade W junto con Nb, Mo y Cu. El documento de patente 5 describe un metodo para utilizar el refuerzo de Cu, Nb, Mo y W en solucion solida, pero el documento de patente 5 no describe una vida util de fatiga termica. El documento de patente 6 describe un metodo en el cual los compuestos de Fe y P se utilizan como sitios de precipitacion para permitir que una fase de Laves y un e-Cu precipiten en forma minuciosa en un grano; y de este modo, se mejora la estabilidad de la resistencia al refuerzo de la precipitacion y la vida util de fatiga termica a 950° C. Sin embargo, con respecto a la duracion de la fatiga termica, se determinaron 2000 o mas ciclos como “pasados” y no se realizo un examen de duracion de la fatiga termica durante un perlodo mas largo.

Mas recientemente, el documento de patente 7 divulga una tecnologla en la que se ha utilizado un carbonitruro de Nb ademas de una fase de Laves para mantener el refuerzo de la solucion solida de Nb y Mo y se ha obtenido una excelente vida util de fatiga termica (1 500 ciclos o mas) a 950° C mediante un efecto de dispersion minuciosa de una fase de Laves y una fase de e-Cu debida a B.

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DOCUMENTOS DE LA TECNICA ANTERIOR

Documentos de patente

Documento de patente 1: solicitud de patente japonesa no examinada, primera publicacion n° 2008-189974

Documento de patente 2: solicitud de patente japonesa no examinada, primera publicacion n° 2009-120893 Documento de patente 3: solicitud de patente japonesa no examinada, primera publicacion n° 2009-120894 Documento de patente 4: solicitud de patente japonesa no examinada, primera publicacion n° 2009-197306 Documento de patente 5: solicitud de patente japonesa no examinada, primera publicacion n° 2009-1 97307 Documento de patente 6: solicitud de patente japonesa no examinada, primera publicacion n° 2012-207252

Documento de patente 7: solicitud de patente japonesa no examinada, primera publicacion n° 201 1 -1 90468

El documento EP2012245A1 describe un acero inoxidable ferrltico, utilizado como componente de conducto de gas de escape tal como el tubo de escape del motor de un vehlculo.

DESCRIPCION DE LA INVENCION Problemas a resolver por la Invencion

La presente invencion pretende proporcionar un acero inoxidable ferrltico que tiene propiedades de fatiga termica mas excelentes que aquellos de la tecnica relacionada particularmente en un entorno en el que la temperatura mas alta de un gas de escape es de aproximadamente 1000° C y la temperatura de las piezas del tubo de escape de un automovil es de aproximadamente 950° C. El objetivo es permitir que las propiedades de fatiga termica se exhiban a un nivel suficientemente alto y que se estabilicen aun mas cuando el acero inoxidable ferrltico se usa en un intervalo de temperatura de aproximadamente 950° C durante un largo perlodo de tiempo.

Medios para resolver el problema

Los inventores de prevencion han realizado una investigacion exhaustiva para resolver los problemas. Como resultado obtuvieron los siguientes hallazgos. En acero con Cu-Nb-Mo agregado, en el caso en que el contenido de Cu se establece en mas de un 2,00% y el tamano de e-Cu en un grano de un producto se controla de tal manera que el tamano maximo de partlcula es de 20 nm a 200 nm, las propiedades de la fatiga termica a la temperatura mas alta de 950° C se mejoran para ser mejores que las del SUS444 y la vida util de fatiga termica llega a ser de 2500 ciclos o mas que es mas larga que la encontrada en la tecnica relacionada. En la tecnica relacionada, se considera que cuanto menos e-Cu precipita en un producto, mas preferibles son los resultados. Sin embargo, en el caso en el que el contenido de Cu es mas de un 2,00%, cuando el acero esta en el estado de precipitacion descrito anteriormente, las propiedades de fatiga termica rara vez son diferentes de las propiedades de fatiga termica en un estado en el que el e-Cu apenas se precipita en una etapa del producto y el e-Cu se precipita durante una prueba de fatiga termica y se puede asegurar una buena manejabilidad.

La figura 1 muestra un resultado que muestra la relacion entre el contenido de Cu y la vida util de fatiga termica a 950° C con respecto al acero que contiene 16,8% a 17,5% de Cr, 0,005% a 0,010% de C, 1,50% a 3,83% de Cu, 0,50% a 0,55% de Nb, 1,75% a 1,80% de Mo, 0,15% a 0,30% de Si, 0,15% a 0,25% de Mn y 0,008% a 0,012% de N. Se puede ver que en el caso en el que el contenido de Cu es mas del 2,00%, la vida util de fatiga termica llega a ser de 2500 ciclos o mas. Ademas, la figura 2 muestra un resultado que muestra la relacion entre el tamano de partlcula maximo de e-Cu en un grano y la vida util de fatiga termica a 950° C que se obtiene utilizando la misma muestra que en la figura 1. En este documento, el tamano de partlcula maxima de e-Cu en un grano se calcula como un diametro de clrculo equivalente. Las otras condiciones de medicion se describen en los Ejemplos.

Se puede ver que en el caso en el que el tamano maximo de partlcula de e-Cu que precipita es de 200 m m o menos, la vida util de fatiga termica a 950° C se encuentra constantemente en un intervalo de 2500 ciclos o mas y se obtiene una estabilidad de vida util. En el caso en el que el contenido de Cu es mas del 2,00%, si el tamano de e-Cu que precipita es 200 nm o menos, se encuentra poca diferencia en la vida util de fatiga termica a 950° C. Aunque no esta claro, se supone que la razon es la siguiente. Durante una prueba de fatiga termica repetida entre una alta temperatura y una baja temperatura, cuando e-Cu precipita a alta

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temperatura, el e-Cu coherente que tiene un cierto grado de un tamano de minuto ya esta disperso y asi la precipitacion y el crecimiento de e-Cu grueso que de nuevo precipita son suprimidos.

Las caracteristicas de un aspecto de la invencion para resolver el problema descrito anteriormente son las siguientes.

(1) Una chapa de acero inoxidable que tiene excelente resistencia al calor, que consta en terminos de % en masa de: C: 0,02% o menos; N: 0,02% o menos; Si: mas de 0,10% a 0,30% o menos; Mn: 0,010% a 0,80%; Cr: 15,0% a 21,0%; Cu:2,50% a 3,15%; Nb: 0,30% a 0,80%; Mo: 1,00% a 2,50%; y B: 0.0003% a 0,0030% y opcionalmente uno o mas seleccionados de: W: 2,0% o menos, Mg: 0,0050% o menos, Ni: 1,0% o menos, Co: 1,0% o menos y Ta: 0,50% o menos y/u opcionalmente uno o mas seleccionados de entre Al: 1,0% o menos, V: 0,50% o menos, Sn: 0,5% o menos, Sb: 0,5% o menos, Ga: 0.1% o menos, Zr: 0,30% o menos y MTR (metal de tierras raras): 0.2% o menos con un resto de Fe e impurezas inevitables, en las que el tamano de particula maximo de e-Cu que esta presente en una estructura es de 20 nm a 200 nm, en el que el tamano maximo de particula se calcula como un diametro de circulo equivalente.

(2) La chapa de acero inoxidable ferritico que tiene excelente resistencia al calor de acuerdo con (1 ), que comprende en terminos de % en masa: uno o mas seleccionados de entre W: 2,0% o menos, Mg: 0.0050% o menos, Ni: 1,0% o menos, Co1,0% o menos y Ta: 0,50% o menos.

(3) La chapa de acero inoxidable ferritico que tiene excelente resistencia al calor de acuerdo con (1) o (2), que comprende en terminos de % en masa: uno o mas seleccionados de entre Al: 1 ,0% o menos, V: 0,50% o menos, Sn: 0,5% o menos, Sb: 0,5% o menos, Ga: 0,1% o menos, Zr: 0,30% o menos y MTR (metales de tierras raras): 0,2% o menos.

(4) Un metodo para fabricar la chapa de acero inoxidable ferntico de acuerdo con una cualquiera de (1 ) a (3), comprendiendo el metodo un proceso de recocido de una chapa laminada en frio, en la que la temperatura de recocido final de la chapa laminada en frio es de 1000° C a 1100° C, con una tasa de enfriamiento promedio en el rango de temperatura desde el final de recocido final hasta 700° C de 20° C /segundo a 100° C /segundo y una tasa de enfriamiento promedio desde 700° C a 500° C de 3° C /segundo a 20° C /segundo.

En este documento, con respecto a un elemento en el que no esta definido el Hmite inferior de un intervalo de cantidad del mismo, el elemento esta destinado a ser incluido en el nivel de impurezas inevitables.

Efectos de la Invencion

De acuerdo con el aspecto de la invencion, se obtienen propiedades de fatiga termica mayores que las de SUS444. Es decir, es posible proporcionar acero inoxidable ferritico en el que las propiedades de fatiga termica a 950° C son mayores que las del SUS444. Particularmente, cuando el acero inoxidable ferritico de acuerdo con el aspecto de la invencion se aplica a un elemento del sistema de escape de un automovil o similar, es posible hacer frente a una situacion de alta temperatura en la cual la temperatura del gas de escape esta en o en torno a los 1000° C y en el que la temperatura de una parte del sistema de escape esta en o en torno a los 950° C.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

La figura 1 es un grafico que muestra la relacion entre un contenido de Cu y la vida util de fatiga termica a 950° C.

La figura 2 es un grafico que muestra la relacion entre un tamano de precipitacion (tamano maximo de particula) de e-Cu y la vida util de fatiga termica a la temperatura mas alta de 950° C.

REALIZACIONES PARA LLEVAR A CABO LA INVENCION

A continuacion, la invencion se describira en detalle. Primero se describira el motivo de la limitacion de la inversion. El termino “%” representa el % en masa a menos que se indique otra cosa.

El C deteriora la capacidad de moldeo y la resistencia a la corrosion y el C promueve la precipitacion de un carbonitruro de Nb; y por lo tanto, se produce una disminucion de la resistencia a la alta temperatura. Cuanto menor es el contenido de C, mas preferibles son los resultados. En consecuencia el contenido en C se establece en un 0,02% o menos. Sin

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embargo, una reduccion excesiva conduce a un incremento de los costes de refinacion y por lo tanto el contenido de C es preferiblemente del 0,003% al 0,015%.

Como en el caso del C, el N deteriora la capacidad de moldeo y la resistencia a la corrosion y el N promueve la precipitacion de carbonitruro de Nb; y por lo tanto se produce una disminucion de la resistencia a alta temperatura. El contenido de N es preferiblemente tan bajo como sea posible. En consecuencia, el contenido de N se establece en un 0,02% o menos. Sin embargo una reduccion excesiva conduce a un aumento del coste de refinacion y, por lo tanto, el contenido de N es preferiblemente del 0,005% al 0,018%.

El Si es un elemento util como agente desoxidante y el Si es un elemento muy importante para mejorar la resistencia a la oxidacion. El efecto se exhibe a un contenido de un 0,10% o mas. Sin embargo, en el caso en el que el contenido de Si es mas del 0,60% tiende a producirse un desprendimiento de escamas. En consecuencia el contenido de Si se establece de un 0,10% a 0,60%. Ademas, con respecto a las propiedades de fatiga termica, el Si promueve la precipitacion de un compuesto intermetalico, que se denomina fase Laves y contiene Fe, Nb, Mo y W como componentes principales, a una temperatura elevada. Por consiguiente, el contenido de Si es preferiblemente mas de 0,10% a 0,30% o menos.

El Mn es un elemento que se agrega como agente desoxidante, el Mn forma un oxido basado en Mn en una porcion de capa superficial durante el uso por un largo perlodo de tiempo y el Mn contribuye a la adhesividad de la escala o a la limitacion de la oxidacion anormal. El efecto se exhibe a un contenido de 0,10% o mas. Por otra parte, la adicion excesiva de Mn a un contenido de mas de 0,80% disminuye la elongacion uniforme a temperatura ambiente. Ademas, se forma MnS y, por lo tanto, se produce una disminucion de la resistencia a la corrosion o el deteriora de la resistencia a la oxidacion. Desde estos puntos de vista, el llmite superior del contenido de Mn se establece en un 0,80%. Ademas, el contenido de Mn es preferiblemente de 0,10% a 0,60% desde el punto de vista de la ductilidad a alta temperatura o la adhesividad de escala.

En esta realizacion, el Cr es un elemento esencial para asegurar la resistencia a la oxidacion. En el caso en el que el contenido de Cr es menos que un 1 5,0%, no se exhibe este efecto, y en el caso en el que el contenido de Cr es mas que un 21,0%, la manejabilidad disminuye, o se produce un deterioro en la tenacidad. Por consiguiente, el contenido de Cr se establece de un 15,0% a un 21,0%. Ademas, el contenido de Cr es preferiblemente del 17,0% al 19,0% cuando se consideran la ductilidad a alta temperatura y el coste de fabricacion.

El Cu es un elemento que es efectivo para mejorar las propiedades de la fatiga termica. Este efecto se produce por una operacion de endurecimiento por precipitacion debido a la precipitacion de e-Cu. En el caso en que se agregue mas de 2,00% de Cu, la operacion se manifiesta en gran medida en la vida util de la fatiga termica a aproximadamente 950° C. Por otro lado, en el caso en el que se agrega una cantidad excesiva de Cu, el alargamiento uniforme se deteriora y la resistencia a la fluencia a temperatura ambiente se vuelve demasiado alta y, por lo tanto, se produce un problema en terminos de capacidad de moldeo a presion. Ademas, en el caso de que se anada mas de 3,50% de Cu, se forma una fase austenltica en una zona de alta temperatura y, por lo tanto, y tiende a producirse una oxidacion anormal en una superficie. En consecuencia, el llmite superior de contenido de Cu se establece en 3,50%. En el caso en que el contenido de Cu es superior al 3,50%, existe una tendencia a que las propiedades de fatiga termica tambien esten saturadas (las propiedades de fatiga termica no mejoran adicionalmente). Ademas, el contenido de Cu es preferiblemente 2,50% a 3,15% cuando se considera la capacidad de fabricacion o la adhesividad de escala.

El Nb es un elemento que es necesario para el fortalecimiento de la solucion solida y el fortalecimiento de la precipitacion debido a una precipitacion minuciosa de una fase de Laves. La vida util de la fatiga termica se mejora por el fortalecimiento de la solucion solida y el fortalecimiento de la precipitacion. Ademas, el Nb fija el C y el N como carbonitruros y el Nb juega el papel de contribuir al desarrollo de la textura de re-cristalizacion que tiene un efecto en la resistencia a la corrosion o un valor r de una chapa producto. En el acero con Nb-Mo-Cu de esta realizacion, el refuerzo de la precipitacion se obtiene incluyendo 0,30% o mas de Nb. En consecuencia, el llmite inferior de contenido de Nb se establece en 0,30%. Ademas, la adicion de una cantidad excesiva de Nb de mas de un 0,80% promueve el engrosamiento de la fase de Laves; y como resultado, el Nb no afecta a la vida util de la fatiga termica, y el coste tambien aumenta. En consecuencia, el llmite superior del contenido de Nb es preferiblemente de 0,40% a 0,65% cuando se consideran la posibilidad de

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fabricacion y el coste.

El Mo mejora la resistencia a la corrosion y el Mo limita la oxidacion a alta temperatura. Ademas, el Mo es efectivo para el fortalecimiento de la precipitacion debido a la precipitacion minuciosa de la fase Laves y al fortalecimiento de la solucion solida. Sin embargo, la adicion de una cantidad excesiva de Mo promueve la precipitacion gruesa de la fase Laves, la capacidad de fortalecimiento de la precipitacion se deteriora y la capacidad de manejo se deteriora. En la invencion, en el acero con Cu-Nb-Mo anteriormente descrito, en el caso en que el contenido de Mo es un 1,00% o mas se obtiene un refuerzo de la precipitacion debido a la precipitacion minuciosa de la fase Laves y al fortalecimiento de la solucion solida. En consecuencia, el llmite inferior de contenido de Mo se establece en el 1,00%. La adicion de una cantidad excesiva de Mo de mas de un 2,50% promueve en engrosamiento de la fase de Laves; y como resultado, el Mo no afecta a la vida util de la fatiga termica y el coste tambien aumenta. En consecuencia, el llmite superior del contenido de Mo se establece en 2,50%. Ademas, el contenido de Mo es preferiblemente de 1,50% a 2,10% cuando se consideran la capacidad de fabricacion y el coste. El contenido de Mo es preferiblemente del 1,60% al 1,90% cuando se considera la resistencia a la oxidacion.

El B es un elemento que mejora la manejabilidad secundaria durante el proceso de prensado de un producto y este efecto se exhibe con un contenido de B de 0,0003% o mas. Sin embargo, la adicion de una cantidad excesiva de B deteriora el endurecimiento y la corrosion del llmite del grano. En consecuencia, el llmite superior del contenido de B se establece en 0.0030%. Ademas, el contenido de B es preferiblemente de 0,0003% a 0,0015% cuando se considera la capacidad de moldeo o el coste de fabricacion.

Se explicara la forma de existencia de e-Cu en una estructura cristalina de una chapa de acero. En el caso en el que el contenido de Cu es mas de un 2,00%, si el tamano maximo de partlcula de e-Cu en una etapa del producto es 200 nm o menos, es posible mejorar muy efectivamente las propiedades de fatiga termica a 950° C debido al fortalecimiento de la precipitacion de una fase e-Cu. Sin embargo, en el caso en el que el tamano maximo de partlcula de e-Cu es mayor de 200 nm, preferentemente se produce un crecimiento de e-Cu que tiene un tamano superior a 200 nm en lugar de la precipitacion del nuevo e-Cu a una temperatura alta, y por lo tanto el fortalecimiento de la precipitacion no funciona de manera efectiva. En consecuencia, el llmite superior del tamano de partlcula maximo de e-Cu se establece en 200 nm. Ademas, en el caso en el que se permite que se precipite e-Cu que tenga un tamano de partlcula maximo inferior a 20 nm, el e-Cu diminuto se dispersa densamente y, por lo tanto, la capacidad de manejo se deteriora. En consecuencia, el llmite inferior del tamano de partlcula maximo de e-Cu se establece en 20 nm. Ademas, con el fin de mejorar mas eficazmente las propiedades de fatiga termica mediante el refuerzo de la precipitacion de e-Cu, el tamano de partlcula maximo de e-Cu es preferiblemente de 30 nm a 100 nm. En este documento, en el caso en el que el tamano maximo de partlcula e-Cu es de 20 nm a 200 nm, la densidad de precipitacion de e-Cu que tiene un tamano de partlcula de 20 nm a 200 nm se convierte en un intervalo de 10 piezas / m m2 o mas. En el caso en el que el tamano de partlcula maximo de e-Cu excede 200 nm o el tamano maximo de partlcula es menor que 20 nm, la densidad de precipitacion de e-Cu que tiene un tamano de partlcula de 20 nm a 200 nm llega a ser inferior a 10 piezas / m m2. Esto tambien es cierto en el caso en el que el tamano maximo de partlcula es de 30 nm a 100 nm (un intervalo de tamano de partlcula preferible de e-Cu). Es decir, en el caso en el que el tamano de partlcula maximo de e-Cu es de 30 nm a 100 nm, la densidad de precipitacion de e-Cu que tiene un tamano de partlcula de 30 nm a 100 nm llega a ser de 10 piezas / m m2 o mas.

Ademas, se pueden anadir los siguientes elementos para mejorar propiedades tales como la resistencia a alta temperatura.

El W es un elemento que tiene el mismo efecto que el Mo y el W mejora las propiedades de fatiga termica. Este efecto se exhibe de manera estable a un contenido del 0,05% o mas. Sin embargo, en el caso en el que se agrega una cantidad excesiva de W, se promueve el endurecimiento de la fase Laves, se produce un engrosamiento de los precipitados y se deteriora la capacidad de fabricacion y la capacidad de manejo. Por consiguiente, el contenido de W es preferiblemente de 2,00% o menos. Ademas, el contenido de W es preferiblemente de 0,10% a 1,50% cuando se considera el coste, la resistencia a la oxidacion y similares.

El Mg es un elemento que mejora la capacidad de manejo secundaria y en el caso en el que

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se agrega un 0,0002% o mas de Mg, el efecto se exhibe de forma estable. Sin embargo, en el caso en el que se agrega mas de un 0,0050% de Mg, la capacidad de manejo se deteriora enormemente y, por consiguiente, el contenido de Mg es preferiblemente del 0,0002% al 0,0050%. Ademas, el contenido de Mg es preferiblemente del 0,0002% al 0,0020% cuando se considera el coste de la superficie.

El Ni es un elemento que mejora la resistencia a la corrosion. Sin embargo, en el caso en el que se agrega una cantidad excesiva de Ni, se forma una base austenltica en una zona de alta temperatura y, por lo tanto, se produce una oxidacion anormal y desprendimiento de escamas en la superficie. En consecuencia, el llmite superior de contenido de Ni se establece en 1,0%. Ademas, este efecto se exhibe en o por encima del 0,05% y el efecto se exhibe de manera estable desde el 0,1%, pero el contenido de Ni es preferiblemente del 0,1% al 0,6% cuando se considera el coste de fabricacion.

El Co es un elemento que mejora la resistencia a latas temperaturas. Sin embargo, en el caso en que se agrega mas de 1,0% de Co, la capacidad de fabricacion y la capacidad de manejo se deterioran en gran medida. En consecuencia, el contenido de Co se establece en 1,0% o menos. Ademas, el contenido de Co es preferiblemente de 0,05% a 0,50% cuando se considera el coste.

El Ta es un elemento que mejora la resistencia a alta temperatura y el Ta se puede agregar segun sea necesario. Sin embargo, en el caso en que se agrega una cantidad excesiva de Ta, se produce una disminucion en la ductilidad a temperatura ambiente o una disminucion de la tenacidad. En consecuencia, el llmite superior del contenido de Ta se establece en 0,50%. El contenido de Ta es preferiblemente de 0,05% a 0,30% para lograr un buen equilibrio entre la resistencia a alta temperatura, la ductilidad y la tenacidad.

El Al es un elemento desoxidante y es un elemento que mejora la resistencia a la oxidacion. El Al es un elemento fortalecedor que es efectivo para mejorar la resistencia mecanica. Esta operacion se exhibe de forma estable con un contenido de Al de 0,10% o mas. Sin embargo, la adicion de una cantidad excesiva de Al disminuye en gran medida la elongacion uniforme debido al endurecimiento y disminuye en gran medida la tenacidad. En consecuencia, el llmite superior del contenido de Al se establece en 1,0%. Ademas, el contenido de Al es preferiblemente de 0,1% a 0,3% cuando se consideran defectos de superficie, capacidad de

soldeo y capacidad de fabricacion. Por otro lado, en el caso de agregar Al para la

desoxidacion, menos del 0,10% de Al permanece en el acero como una impureza inevitable.

El V forma un carbonitruro diminuto en combinacion con el Nb y el V contribuye a una mejora de la vida util de la fatiga termica debido al hecho de una operacion de refuerzo de la precipitacion. Este efecto se exhibe de manera estable en el caso en que se agrega un 0,055 o mas de V. Sin embargo en el caso en que se agrega mas de 0,50% de V, se carboniza el carbonitruro de Nb; y de este modo, la resistencia a alta temperatura y la vida util de la fatiga termica y la capacidad de manejo tienden a disminuir. En consecuencia, el llmite superior del contenido de V se establece en 0,50%. Ademas, el contenido de V es preferiblemente de 0,05% a 0,30% cuando se considera el coste de fabricacion o capacidad de fabricacion.

El Sn es un elemento que mejora la vida util de la fatiga termica debido al fortalecimiento de la solucion solida, y este efecto se exhibe de forma estable con una adicion de 0,05% 0 mas de Sn. Ademas, el Sn tambien es un elemento que mejora la resistencia a la corrosion y este efecto se exhibe en el caso en que se agrega 0,01% o mas de Sn. Sin embargo, en el caso en que se agrega mas de un 0,50% de Sn, la capacidad de manejo se deteriora mucho. En consecuencia, el contenido de Sn se establece en 0,50% o menos. Ademas, el contenido de

Sn es preferiblemente del 0,05% al 0,30% cuando se considera el coste o la calidad de la

superficie.

El Sb es eficaz para mejorar la resistencia a la corrosion y se puede agregar 0,5% o menos de Sb segun sea necesario. Particularmente, el llmite inferior del contenido de Sb es preferiblemente del 0,005% desde el punto de vista de la corrosion en grietas. Ademas, el llmite inferior del contenido de Sb es preferiblemente del 0,01% desde el punto de vista de la capacidad de fabricacion o el coste. El llmite superior del contenido de Sb es preferiblemente del 0,1% desde el punto de vista del coste.

Se puede agregar un 0,1% o menos de Ga para mejorar la resistencia a la corrosion o para limitar la capacidad de fragilizar por hidrogeno. El llmite inferior del contenido en Ga es preferiblemente del 0,0005% desde el punto de vista de la formacion de un sulfuro o un

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hidruro. El contenido de Ga es preferiblemente del 0,0010% 0 mas y mas preferiblemente del 0,0020% 0 mas desde el punto de vista de la capacidad de fabricacion o el coste.

Como en el caso del Nb, Ti y similares, el Zr forma un carbonitruro, el Zr limita la formacion de carbonitruro de Cr, y el Zr mejora la resistencia a la corrosion. En consecuencia, es preferible agregar 0,01% o mas de Zr segun sea necesario. Ademas, incluso en el caso en que se agrega mas de 0,30% de Zr, el efecto se satura (el efecto no mejora mas), y esta adicion se convierte en una causa de defectos superficiales debido a la formacion de un gran oxido. Por consiguiente, el contenido de Zr es preferiblemente de 0,01% a 0,30% y mas preferiblemente de 0,20% o menos. El Zr es un elemento que es mas caro que el Ti y el Nb, y por lo tanto es preferible que el contenido de Zr se establezca del 0,02% a 0,05% cuando se considera el coste de fabricacion. Un MTR (metal de tierras raras) es un elemento que exhibe un efecto de mejora de la resistencia a la oxidacion o adhesividad de una pellcula de oxido. El llmite inferior del contenido de MTR (contenido total de los elementos metalicos de tierras raras) es preferiblemente 0,002% para exhibir el efecto. El efecto se llega a saturar (el efecto no mejora mas) con un contenido de MTR del 0,2%. En este documento, el MTR (elemento de tierras raras) sigue una definicion general y representa un termino colectivo para dos elementos de escandio (Sc) e itrio (Y) y 15 elementos (lantanidos) a partir del lantano (La) hasta el lutecio (Lu). Entre estos elementos MTR, se puede agregar uno solo o puede agregarse una mezcla de dos o mas.

Con respecto a otros componentes, en esta realizacion no hay una limitacion particular. Sin embargo, en esta realizacion, se puede agregar del 0,001% a 0,1% de Hf, Bi y similares segun sea necesario. Por otro lado, es preferible que la cantidad de elementos generalmente nocivos tales como As, Pb y similares, o impurezas se reduzca tanto como sea posible.

Con respecto a un metodo para fabricar una chapa de acero, hasta un proceso de calentamiento en el recocido de acabado, es posible emplear procesos en un metodo para fabricar acero inoxidable ferrltico general. Por ejemplo, el acero inoxidable ferrltico que tiene una composicion en el intervalo de esta realizacion se funde para preparar un bloque. El bloque se calienta a una temperatura de 1000° C a 1300° C, y el bloque se somete a laminado en caliente en un rango de temperatura de 1100° C a 700° C para preparar una chapa laminada en caliente que tiene un espesor de 4 mm a 6 mm. Luego, el recocido se realiza a una temperatura de 800° C a 1100° C y se realiza un decapado para obtener una lamina recocida y decapada. La lamina recocida y decapada se somete a un laminado en frlo para preparar una chapa laminada en frlo que tiene un espesor de 1,0 mm a 2,5 mm. Luego, se realiza el recocido de acabado a una temperatura de 1000° C a 1100° C, y luego se realiza el decapado. Es posible fabricar una chapa de acero a traves de estos procesos. Sin embargo, con respecto a la velocidad de enfriamiento despues del recocido de acabado, en el caso en que la velocidad de enfriamiento en un intervalo de temperatura de hasta 700° C es baja, el e-Cu se vuelve grueso y precipita segun una fase de Laves y similares de forma precipitada. En este caso, existe la posibilidad de que no se exhiban las propiedades de fatiga termica y la capacidad de manejo tal como la ductilidad a temperatura ambiente y similares puedan deteriorarse. Por consiguiente, es preferible que la velocidad de enfriamiento promedio en un rango de temperatura desde la temperatura de recocido final hasta los 700° C se controle para que sea de 20° C /segundo o mas. En el caso en que la velocidad de enfriamiento promedio se controla para ser de 20° C /segundo a 100° C / segundo, se logra el objetivo. En el caso en que la velocidad de enfriamiento promedio se controla para que sea de 20° C /segundo a 30° C / segundo, se exhibe suficientemente el efecto obtenido debido al control de la velocidad de enfriamiento. Ademas, la velocidad de enfriamiento promedio es preferiblemente de 30° C / segundo o mas, y mas preferiblemente 50° C / segundo o mas cuando se considera una mejora de la capacidad de fabricacion. Ademas, en un intervalo de temperatura de 700° C a 500° C en el que la precipitacion de Cu ocurre en gran medida, si se realiza un enfriamiento excesivo, una fase e-Cu diminuta que tiene un tamano de menos de 20 nm precipita densamente, y por lo tanto la capacidad de manejo a temperatura ambiente se deteriora. Ademas, si se realiza un enfriamiento excesivo para que e-Cu no precipite, la forma del espesor de la chapa se deteriora. En consecuencia, es preferible controlar que la velocidad de enfriamiento este en un intervalo constante. En esta realizacion, es necesario permitir que e-Cu tenga un tamano de partlcula maximo de 20 nm o mayor para precipitar, y por lo tanto no se prefiere el enfriamiento excesivo, y es preferible realizar un enfriamiento a una velocidad de enfriamiento de 20° C /segundo o menos. Sin embargo, en el caso en que la velocidad de enfriamiento es demasiado baja, el e - Cu se vuelve mas grueso, y por lo tanto el efecto de mejorar las propiedades de fatiga termica no se exhiben de manera efectiva. En consecuencia, el llmite inferior de la velocidad de enfriamiento se establece en 3° C /segundo. Ademas, la velocidad de enfriamiento es

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preferiblemente de 5° C / segundo a 15° C /segundo cuando se considera la capacidad de fabricacion. Ademas, las condiciones de laminacion en caliente de la chapa laminada en caliente, el espesor de la chapa laminada en caliente, si la chapa laminada en caliente se somete o no al recocido, las condiciones de laminado en frlo, y una temperatura de recocido, atmosfera, y similares de la chapa laminada en caliente y la chapa laminada en frlo se puede seleccionar apropiadamente. Ademas, el laminado en frlo y el recocido se pueden repetir una pluralidad de veces, o se puede aplicar un laminado en frlo o un nivelador de tension despues del laminado en frlo y el recocido. Ademas, el espesor de lamina de un producto se puede seleccionar de acuerdo con el espesor del elemento que se solicita.

EJEMPLOS

El acero que tiene una composicion de componentes que se muestra en la Tabla 1 y Tabla 2 se fundio para moldear un bloque de 50 Kg. El bloque se sometio a laminacion en caliente a una temperatura de 1100° C a 700° C para obtener una chapa laminada en caliente que tiene un espesor de 5 mm. Luego, la chapa laminada en caliente fue recocida a una temperatura de 900° C a 1000° C y la chapa laminada en caliente se sometio posteriormente a un decapado. La laminacion en frlo se realizo para obtener un espesor de 2 mm, y se realizaron un recocido y decapado para obtener una chapa producto. La temperatura de recocido de la chapa laminada en frlo se establecio entre 1000° C y 1100° C. Los numeros A1 a A23 de la Tabla 1 representan ejemplos de la invencion y los numeros 18 a 39 de la Tabla 2 representan ejemplos comparativos. En la Tabla 1 y la Tabla 2, un valor subrayado representa un valor fuera de rango de esta realizacion, y “-“ representa ninguna adicion.

Como muestra de la chapa laminada en frlo y recocida, se recogio una muestra de pellcula delgada mediante un metodo de pulido electrolltico y se observo una estructura con un microscopio electronico de transmision (FE-TEM). Se observo una porcion arbitraria a 20.000 veces de aumento y se tomaron 10 fotograflas de e-Cu que precipitaron en un grano. Con este aumento, fue posible observar un estado de distribucion de e-Cu de una manera aproximadamente uniforme. Las fotograflas fueron escaneadas por un escaner y fue sometido a un proceso de imagen en color solamente el e-Cu. Posteriormente, el area de cada partlcula utilizando un software de analisis de imagen “Scion Image” desarrollado por Scion Corporation. Se calculo un diametro de clrculo equivalente a partir del area de la partlcula y se midio el tamano de partlcula de e-Cu. El Fe, Cu, Nb, Mo y Cr se cuantificaron con un aparato EDS (analizador de rayos X fluorescente dispersivo de energla) equipado con un FE- TEM para clasificar el tipo de precipitados. El e-Cu es aproximadamente Cu puro y, por lo tanto un precipitado, en el que el contenido de Cu era mayor que la cantidad agregada de Cu que se denomino e-Cu. La evaluacion de e-Cu se realizo de dos maneras, incluida la evaluacion del tamano maximo se partlcula y la evaluacion de la densidad de precipitacion. Con respecto a la evaluacion del tamano maximo de partlcula, se evaluo como “buena” una chapa de acero en la que el tamano maximo de partlcula de e-Cu era de 20 nm a 200 nm, y el resultado de la evaluacion se ha listado como “B” en las tablas. En la chapa de acero, una chapa de acero en la que el tamano maximo de partlcula de e-Cu era de 30 nm a 100 nm se evaluo como “excelente”, y el resultado de la evaluacion fue listado como “A” en las tablas. Una chapa de acero en la cual el tamano maximo de partlcula de e-Cu estaba en un rango de menos de 20 nm o en un rango de mas de 200 nm fue evaluada como “mala” y el resultado de la evaluacion fue listado como “C” en las tablas. Con respecto a la evaluacion de la densidad de precipitacion, una chapa de acero en la que la densidad de precipitacion de e-Cu que tiene un tamano de 20 nm a 200 nm era de 10 piezas / m m2 o mas se evaluo como “buena” y el resultado de la evaluacion fue listado como “B” en las tablas. Ademas, una chapa de acero en la que la densidad de precipitacion de e-Cu que tiene un tamano de 30 nm a 100 nm era de 10 piezas / m m2 o mas se evaluo como “excelente” y el resultado de la evaluacion fue listado como “A” en las tablas. Una lamina de acero en la que la densidad de precipitacion de e-Cu que tiene un tamano de 20 nm a 200 nm era inferior a 10 piezas / m m2 se evaluo como “mala” y el resultado de la evaluacion fue listado como “C” en las tablas.

La chapa producto que se obtuvo como se describio anteriormente se arrollo en forma de tubo y los extremos de la chapa se soldaron mediante soldadura TIG para preparar un tuberla que tenia un diametro de 30 mm (f). Ademas, esta tuberia se corto en una longitud de 300 mm para preparar un muestra de fatiga termica con una pendiente de 20 mm. El siguiente ciclo de tratamiento termico se repitio con respecto a la muestra con una tasa de restriccion

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del 20% en el aire utilizando un probador de fatiga termica de tipo servo-aspirador (el calentamiento se realizo con un dispositivo por induccion de alta frecuencia) y fue evaluada la vida util de la fatiga termica.

El ciclo de tratamiento termico (1 ciclo): la temperatura se elevo de 200° C a 950° C durante 150 segundos. Posteriormente, la muestra se mantuvo a 950° C durante 120 segundos. Posteriormente, la temperatura se redujo de 950° C a 200° C durante 150 segundos.

En este documento, el numero de ciclos cuando una grieta atravesaba el espesor de la chapa se definio como la vida util de la fatiga termica. La penetracion de confirmo mediante un examen visual cada 100 ciclos transcurridos. Una lamina de acero en la que la vida util de la fatiga termica fue de 2500 ciclos o mas se evaluo como “buena” y el resultado de la evaluacion fue listado como “B” en las tablas. Una lamina de acero en la que la vida util de la

fatiga termica fue de 2800 ciclos o mas se evaluo como “excelente” y el resultado de la

evaluacion fue listado como “A” en las tablas. Una lamina de acero en la que la vida util de la

fatiga termica era inferior a 2500 ciclos se evaluo como “mala” y el resultado de la evaluacion

fue listado como “C” en las tablas.

Se preparo una muestra numerada como JIS13B en la que se establecio una direccion longitudinal como la direccion de laminacion. Ademas, se realizo una prueba de traccion para medir el alargamiento de rotura (elongacion total). En este documento, en el caso en que la elongacion de rotura a temperatura ambiente es 26% o mayor, es posible procesar una chapa de acero de una pieza de escape tlpica. En consecuencia, una chapa de acero que tuvo un alargamiento de rotura de 26% o superior se evaluo como “buena” y el resultado de la evaluacion fue listado como “B” en las tablas. Una chapa de acero con un alargamiento de rotura de menos de 26% se evaluo como “mala” y el resultado de la evaluacion fue listado como “C” en las tablas.

Los resultados de evaluacion obtenidos se muestran en la Tabla 3 y la Tabla 4.

Tabla 1

: No. Contenidos de los components [% en masa)

: C N Si Mn Cr Cu Nb Mo B Otros

: A1 0.011 0.01S 0.2S 0.29 1S.1 2.57 0.77 2.39 0.0005 ■

: A2 0.005 0.011 0.50 0.35 17.6 2.85 0.45 1.70 0.OO08 ■

: A3 0.005 0.012 0.24 0.75 17. S 3.01 0.44 1.71 0.0009 ■

: A4 0.007 0.010 0.20 0.13 20.6 2.09 0.53 1.85 0.0008 ■

: A5 0.006 0.010 0.15 0.38 1S.7 3.05 0.56 1.68 0.0021 ■

: AS 0.007 0.009 0.29 0.33 1S.4 2.72 0.47 1.65 0.0014 W:0.06

Ejemplos de la invention: A7 0.005 0.010 0.12 0.56 1S.3 2.38 0.60 1.90 0.0010 W:1.37

AS: o.ooe 0.013 0.30 0.52 19.0 2.81 0.38 1.55 0.0007 W:0.45

: A9 0.006 0.010 0.18 0.48 18.5 3.17 0.50 1.89 0.0006 ■

: A10 0.005 0.011 0.29 0.58 18.5 2.87 0.45 2.07 0.0006 ■

: A11 0.008 0.013 0.14 0.40 17.5 2.95 0.57 1.85 0.0011 ■

: A12 0.005 0.011 0.15 0.42 17.2 2.81 0.51 1.28 0.0007 W:1.62

: A13 0.005 0.011 0.33 0.58 18.0 2.80 0.55 2.02 0.0011 Mg:0.0005

: A14 o.ooe 0.012 0.30 0.40 17.5 3.10 0.40 1.99 0.0006 Ni:0.3

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Una chapa de acero inoxidable ferrltico que tiene una excelente resistencia al calor, que consta de, en terminos de % en masa:

C: 0,02% o menos;

N: 0,02% o menos;

Si: mas de 0,10% a 0,30% o menos;

Mn: 0,10% a 0,80%;

Cr: 15,0% a 21,0%;

Cu: 2,50% a 3,15%;

Nb: 0,30% a 0,80%;

Mo: 1,00% a 2,50%;

B: 0,0003% a 0,0030% y opcionalmente uno o mas seleccionados de entre W: 2,0% o menos, Mg: 0,0050% o menos, Ni: 1,0% o menos, Co: 1,0% o menos y Ta: 0,50% o menos y/u opcionalmente uno o mas seleccionados de entre Al: 1,0% o menos, V: 0,50% o menos, Sn: 0,5% o menos, Sb: 0,5% o menos, Ga: 0,1% o menos, Zr: 0,30% o menos y MTR (metal de tierras raras): 0,2% o menos,

con un resto de Fe e impurezas inevitables,

en el que el tamano de partlcula maximo de e-Cu que esta presente en una estructura es de 20 nm a 200 nm, en el que el tamano maximo de partlcula se calcula como un diametro de clrculo equivalente.
2. La chapa de acero inoxidable ferrltico que tiene una excelente resistencia al calor de acuerdo con la reivindicacion 1, que comprende en terminos de % en masa:

uno o mas seleccionados de entre W: 2,0% o menos, Mg: 0,0050% o menos, Ni1,0% o menos, Co: 1,0% o menos y Ta: 0,50% o menos.
3. La chapa de acero inoxidable ferrltico que tiene una excelente resistencia al calor de acuerdo con la reivindicacion 1, que comprende en terminos de % en masa:

uno o mas seleccionados de entre Al: 1,0% o menos, V: 0,50% o menos, Sn: 0,5% o menos, Sb: 0,5% o menos, Ga: 0,1% o menos, Zr: 0,30% o menos y MTR (metal de tierras raras): 0,2% o menos.
4. Un metodo de fabricacion de la chapa de acero inoxidable ferrltico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, comprendiendo el metodo:

un proceso de recocido de una chapa laminada en frlo, en el que la temperatura de recocido final de la chapa laminada en frlo es de 1000° C a 1100° C,

una velocidad de enfriamiento promedio en un intervalo de temperatura desde el final de un recocido de acabado hasta 700° C que es de 20° C / segundo a 100° C / segundo, y

una velocidad de enfriamiento promedio en un intervalo de temperatura de 700° C a 500° C que es de 3° C / segundo a 20° C/segundo.

FIG. 1

imagen1

RANGO DE LA PRESENTE REALIZACION

imagen2

FIG. 2

imagen3

3 BOO 3000 2500 2000 3500 1000 500 0

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RANGO DE LA PRESENTE

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REALIZACION -----------1 — ----------r------------T------------t------------

0 100 200 300 400 500

TAMANO DE PARTICULA MAXIMO DE Cu (nm)