ACERO DE FORJA Y PRODUCTOS FORJADOS QUE SE OBTIENEN A PARTIR DEL MISMO.

Un acero de forja que satisface los siguientes requisitos relativos a la composición de componentes:

C:

0,2-0,6 % (en lo sucesivo, % indica, % en masa),

Si: 0,05 - 0,5 %,

Mn: 0,2 - 1,5 %,

Ni: 0,1 - 3,5 %,

Cr: 0,9 - 4 %,

Mo: 0,1 - 0,7 %,

Al: 0,005 - 0,1 %,

S: 0,008 % o menos (no incluye 0 %),

O: 0,0025 % o menos (no incluye 0 %),

Ca Total: 0,0030 % o menos (no incluye 0 %),

Mg Total: 0,0015 % o menos (no incluye 0 %);

y que además comprende al menos uno de los grupos siguientes (A), (B) y (C) (A) uno o más elementos escogidos entre el grupo que consiste en V, Nb, Ta y Hf, en una cantidad dentro del intervalo de 0,005-0,2 % para todos los elementos escogidos añadidos juntos;

(B) Ti: 0,05 % o menos (no incluye 0 %); y/o

(C) Cu: 1,0 % o menos (no incluye 0 %).

y en la que la parte restante está formada por hierro e impurezas inevitables;

y de manera simultánea, dicho acero de forja también satisface uno cualquiera de (I) a (IV) siguientes con respecto a Ca disuelto y Mg disuelto (en lo sucesivo, ppb y ppm indican respectivamente "ppb en masa" y "ppm en masa"):

(I) Ca disuelto: 2-500 ppb, y

Mg disuelto: 0,04-5 ppm;

(II) Ca disuelto: 2-100 ppb, y

Mg disuelto: 5-10 ppm;

(III) Ca disuelto: 2 ppb o menos (no incluye 0), y

Mg disuelto: 0,04-5 ppm; o

(IV) Ca disuelto: 2-500 ppb, y

Mg disuelto: 0,04 ppm o menos (no incluye 0).

Acero de forja y productos forjados que se obtienen a partir del mismo La presente invención se refiere a acero de forja y a productos forjados que se obtienen a partir del uso del acero de forja anterior. Mientras que los productos de forja fabricados a partir del acero de forja de la presente invención se usan de manera útil y amplia en campos industriales tales como maquinaria, barcos y embarcaciones, equipamiento eléctrico etc., la explicación siguiente se hace centrándose en la aplicación para cigüeñales usados como elemento de transmisión de energía en fuentes de impulsión marina como ejemplo de aplicación típica.

El cigüeñal de gran tamaño usado como elemento de transmisión de energía en fuentes de impulsión marina requiere unas características de fatiga superiores que raramente provocan la ruptura por fatiga, incluso en condiciones de un entorno de uso muy agresivo.

Como método para mejorar las características de fatiga del cigüeñal, el documento 1 que no es patente describe que se probó una mejora de las características de fatiga por medio del comando libre de la tecnología de procesado. Para ser más concreto, el documento 1 que no es patente indica que se adoptó un método RR (Roedere Ruget) para lograr una mejora considerable de la resistencia a la fatiga en comparación con el caso de un cigüeñal fabricado por medio del método de foja con troquel plano y también que se aplicó un procesado con rodillo en frío para mejorar la resistencia a la fatiga.

El documento 2 que no es patente examina la posibilidad de mejorar las características de fatiga del acero de baja aleación usado en los cigüeñales marinos. Para ser más preciso, el documento 2 que no es patente indica que (1) la inclusión en el acero resulta apta como punto de partida para la ruptura por fatiga y que es probable que dicha inclinación se haga más evidente a medida que se desarrolla el acero para que tenga una resistencia mayor; (2) cuanto mayor sea el tamaño de la inclusión, es probable que la resistencia a la fatiga sea menor; y (3) cualquier material de acero que contenga una inclusión alargada tiene tendencia a mostrar de manera sencilla anisotropía en la resistencia a la fatiga. El documento concluye que desde el punto de vista de la mejora de las características de fatiga del material de forja, resulta eficaz hacer que la inclusión sea de forma globular y de un tamaño más pequeño.

No obstante, los documentos anteriores que no son patente no divulgan medios concretos sobre el modo de llevar a cabo la globalización de la forma de la inclusión así como la reducción de tamaño. Tampoco está claro el intervalo en el que debe controlarse la inclusión en cuanto a tipo y tamaño. Por tanto, se requieren otros estudios para llevar a cabo el control de la morfología de la inclusión útil para la mejora de las características de fatiga.

De manera casual, hasta ahora se han sugerido varios métodos relacionados con el control de morfología de inclusiones. Por ejemplo, se hace una sugerencia en el documento de patente 1, sobre un método en el que se reduce la cantidad tanto de sulfuros como de óxidos y se controla la morfología de la inclusión, como medio para producir acero estructural de baja aleación que presenta excelentes características en cuanto a resistividad al desgarro lamelar y resistividad a la fisuración inducida por hidrógeno. Con más detalles, la sugerencia incluye que con el fin de evitar la generación de sulfuros de Mn que resultan nocivos desde el punto de vista de la resistividad al desgarro lamelar y resistividad a la fisuración inducida por hidrógeno, resulta eficaz reducir la cantidad de azufre y oxígeno al tiempo que se añade un contenido de Ca y Mg de forma simultánea.

45 En el documento de patente 2, se describe que la adición de Mg y Ca funciona de manera eficaz para evitar el desarrollo de MnS que resulta apto para estirar durante el laminado en caliente y también el desarrollo de inclusiones de Al2O3 y sus derivados que tienden a estirarse en grupos, y además para llevar a cabo un control de la morfología de las inclusiones de tal manera que se modifique la morfología para obtener un mayor refinado.

50 El documento de patente 3 y el documento de patente 4 muestran que por medio de super-refinado de las impurezas de tipo óxido, es posible aumentar la resistencia a la fatiga en plano y la resistencia a la fatiga de pliegue en forma de diente con relación al material de transmisión. Para ser más preciso, estos documentos sugieren que deberían crearse MgO y MgO·Al2O3, que son menos cohesivos y experimentan coalescencia, como inclusiones de tipo óxido. También se aclara que la sustitución de parte del sulfuro de MnS por (Mn·Mg) S puede contribuir a evitar la tendencia 55 de estiramiento de las inclusiones y a reducir al anisotropía de la resistencia mecánica.

El documento de patente 5 divulga que como sulfuros, se puede hacer que estén presentes MnS, CaS, MgS, (Ca, Mn) S y (Ca, Mg, Mn) S con el fin de producir un acero estructural para máquinas con una maquinabilidad superior. El documento de patente 5 aclara de manera específica que se si puede controlar la morfología del sulfuro teniendo 60 REM, Ca y Mg presente, es posible evitar la anisotropía de la propiedad mecánica y también mejorar la maquinabilidad en un nivel mayor que en el acero de corte libre que contiene S.

No obstante, la tecnología de control de la morfología para inclusiones descrita anteriormente no va destinada a productos de forja usados en condiciones ambientales tan severas como las que se experimentan los elementos de transmisión de energía en las fuentes de impulsión marina. Por tanto, se requiere el estudio y el establecimiento de un método original de control de la inclusión, destinado al acero de forja que se usa en la fabricación de productos de forja, desde el punto de vista de proporcionar características de fatiga mucho mejores.

Se puede considerar que el documento de patente 6 va destinado a productos de forja usados en los elementos de transmisión de energía mencionados anteriormente, etc, en las fuentes de impulsión marina. El documento de patente 6 recomienda la cantidad presente para cada uno de S, Ca, Mg, Al y O e indica que se pueden mejorar las características de fatiga si las cantidades presentes de Ca y Mg son tales que satisfacen la fórmula (1) . No obstante, con el fin de materializar las características de fatiga mejoradas, pueden ser necesarios otros estudios sobre la base de un conocimiento más concreto de la morfología de las inclusiones que existen en los lingotes de acero de gran tamaño.

Documento 1 que no es patente, “Progress and Improvement of Cranksahaft”, Journal of the Marine Engineering Society of Japan, Octubre 1973, Vol. 8, Nº . 10, pp.54-59.

Documento 2 que no es patente, “Research on Fatigue Characteristics of High-strength crankshaft materials”, Journal of the Marine Engineering Society of Japan, Vol. 36, Nº . 6, pp. 385-390 Documento 1 de patente, Publicación de Solicitud de Patente Japonesa Examinada Nº . 58-35255 (JP-B-5835255) . Documento 2 de patente, Publicación de Solicitud de Patente Japonesa Examinada Nº . 57-59295 (JP-B-57

59295) . Documento 3 de patente, Publicación de Solicitud de Patente Japonesa No Examinada Nº . 07-188853 (JP-A07-188853) . Documento 4 de patente, Publicación de Solicitud de Patente Japonesa No Examinada Nº . 07-238342 (JP-A07-238342) .

Documento 5 de patente, Publicación de Solicitud de Patente Japonesa No Examinada Nº . 2000-87179 (JPA-2000-87179) . Documento 6 de patente, Publicación de Solicitud de Patente Japonesa No Examinada Nº . 2004-225128 (JPA-2004-225128) .

Se ha llevado a cabo la invención a la vista de las circunstancias anteriores y tiene el objeto de proporcionar acero de forja con inclusiones refinadas para hacer posible productos forjados (incluyendo partes) que presentan excelentes características de fatiga y también proporcionar productos forjados (incluyendo partes) (cigüeñales en particular) que se obtienen a partir del uso del acero de forja anteriormente mencionado y que pueden exhibir excelentes características de fatiga.

El acero de forja de acuerdo con un primer aspecto de la presente invención cumple con las siguientes condiciones referentes a las cantidades presentes.

C: 0, 2-0, 6 % (en lo sucesivo, % indica, % en masa) Si: 0, 05 – 0, 5 % Mn: 0, 2 –1, 5 % Ni: 0, 1 –3, 5 % Cr: 0, 9 –4 % Mo: 0, 1 –0, 7 % Al: 0, 005 – 0, 1... [Seguir leyendo]

1. Un acero de forja que satisface los siguientes requisitos relativos a la composición de componentes:

C: 0, 2-0, 6 % (en lo sucesivo, % indica, % en masa) , Si: 0, 05 – 0, 5 %, Mn: 0, 2 – 1, 5 %, Ni: 0, 1 – 3, 5 %, Cr: 0, 9 –4 %, Mo: 0, 1 – 0, 7 %, Al: 0, 005 – 0, 1 %, S: 0, 008 % o menos (no incluye 0 %) , O: 0, 0025 % o menos (no incluye 0 %) , Ca Total: 0, 0030 % o menos (no incluye 0 %) , Mg Total: 0, 0015 % o menos (no incluye 0 %) ; y que además comprende al menos uno de los grupos siguientes (A) , (B) y (C)

(A) uno o más elementos escogidos entre el grupo que consiste en V, Nb, Ta y Hf, en una cantidad 10 dentro del intervalo de 0, 005-0, 2 % para todos los elementos escogidos añadidos juntos;

(B) Ti: 0, 05 % o menos (no incluye 0 %) ; y/o

(C) Cu: 1, 0 % o menos (no incluye 0 %) .

y en la que la parte restante está formada por hierro e impurezas inevitables; y de manera simultánea, dicho acero de forja también satisface uno cualquiera de (I) a (IV) siguientes con respecto a Ca disuelto y Mg disuelto (en lo sucesivo, ppb y ppm indican respectivamente “ppb en masa” y “ppm en masa”) :

(I) Ca disuelto: 2-500 ppb, y Mg disuelto: 0, 04-5 ppm;

(II) Ca disuelto: 2-100 ppb, y Mg disuelto: 5-10 ppm;

(III) Ca disuelto: 2 ppb o menos (no incluye 0) , y 25 Mg disuelto: 0, 04-5 ppm; o (IV) Ca disuelto: 2-500 ppb, y Mg disuelto: 0, 04 ppm o menos (no incluye 0) .

2. El acero de forja de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el diámetro de un círculo que se asume de área 30 equivalente a la pieza de inclusión mayor tamaño existente en dicho acero de forja es menor que 100 μm.

3. Productos forjados (incluyendo partes) fabricados a partir del acero de forja de acuerdo con la reivindicación 2.

4. Los productos forjados de acuerdo con la reivindicación 3, en los que, de forma particular, se prefieren cigüeñales 35 como dichos productos forjados.