Acero inoxidable austenítico TWIP y nano-duplicado y método para producirlo.

Un método para producir un acero inoxidable austenítico TWIP y nano-duplicado, caracterizado por las etapas de:

- proporcionar un acero inoxidable austenítico que contiene no más de 0

,018% p de C, 0,25-0,75% p de Si, 1,5-2% p de Mn, 17,80-19,60% p de Cr, 24,00-25,25% de Ni, 3,75-4,85% p de Mo, 1,26-2,78% p de Cu, 0,04-0,15% p de N y el resto de Fe e impurezas inevitables;

- llevar el acero inoxidable austenítico a una temperatura por debajo de 0ºC, y

- conferir una deformación plástica al acero austenítico a esa temperatura hasta un alcance que corresponde a una deformación plástica de al menos 30%, de manera que se formen nano-duplicaciones en el material.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E11183207.

Solicitante: SANDVIK INTELLECTUAL PROPERTY AB.

Nacionalidad solicitante: Suecia.

Dirección: 811 81 SANDVIKEN SUECIA.

Inventor/es: CHAI, GUOCAI, MAGNUSSON,ULRIKA.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO... > ALEACIONES (tratamiento de alegaciones C21D, C22F) > Aleaciones ferrosas, p. ej. aleaciones del acero... > C22C38/44 (con molibdeno o tungsteno)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > METALURGIA DEL HIERRO > MODIFICACION DE LA ESTRUCTURA FISICA DE LOS METALES... > Modificación de las propiedades físicas por deformación... > C21D8/02 (durante la fabricación de productos planos o de bandas (C21D 8/12 tiene prioridad))
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO... > ALEACIONES (tratamiento de alegaciones C21D, C22F) > Aleaciones ferrosas, p. ej. aleaciones del acero... > C22C38/58 (con más de 1,5% en peso de manganeso)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO... > ALEACIONES (tratamiento de alegaciones C21D, C22F) > C22C38/00 (Aleaciones ferrosas, p. ej. aleaciones del acero (aleaciones de hierro colado C22C 37/00))
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO... > ALEACIONES (tratamiento de alegaciones C21D, C22F) > Aleaciones ferrosas, p. ej. aleaciones del acero... > C22C38/42 (con cobre)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO... > ALEACIONES (tratamiento de alegaciones C21D, C22F) > Aleaciones ferrosas, p. ej. aleaciones del acero... > C22C38/40 (con níquel)

PDF original: ES-2503566_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Acero inoxidable austenítico TWIP y nano-duplicado y método para producirlo Campo técnico

La invención se refiere a un material de acero inoxidable austenítico con plasticidad inducida duplicada (TWIP) y a un método para producir un material de acero inoxidable austenítico que contiene nano-duplicaciones.

Antecedentes

Los aceros inoxidables austeníticos forman un grupo importante de aleaciones. Los aceros inoxidables austeníticos se usan ampliamente en muchas aplicaciones diferentes porque tienen una excelente resistencia a la corrosión, ductilidad y buena resistencia. Los aceros inoxidables austeníticos recocidos son relativamente blandos. Aunque hay varias formas de reforzar los aceros inoxidables austeníticos, estas operaciones de reforzamiento conducen a menudo a una reducción no deseada de la ductilidad.

Últimamente, la introducción de nano-duplicaciones en materiales metálicos ha demostrado ser una forma efectiva de obtener materiales con una resistencia elevada y ductilidad elevada. Sin embargo, no todos los materiales son susceptibles de someterse a este tratamiento. Además, no hay un funcionamiento general mediante el cual se pueda inducir que las nano-duplicaciones puedan ser introducidas en un material. Diferentes métodos han mostrado tener efectos sobre la inducción de nano-duplicaciones en diferentes materiales. Una duplicación puede ser definida como dos cristales separados que comparten algo del mismo retículo cristalino. Para una nano-duplicación, la distancia entre dos cristales separados es de menos de 1.000 nm.

En el documento US 2006/0014039 describe un método para inducir nano-duplicaciones en una hoja metálica de acero inoxidable. El acero inoxidable es depositado mediante depósito catódico sobre un sustrato. La nano- duplicación se consigue aplicando una desviación negativa al sustrato, que da lugar a un bombardeo de iones de argón desde la atmósfera protectora circundante. Este bombardeo altera la tensión residual intrínseca de crecimiento del revestimiento, de manera que se forman capas controladas de duplicaciones. Por tanto, el método descrito sólo es aplicable a la producción de revestimientos u hojas y no sobre piezas integrales de metal.

El documento EP 1.567.691 describe un método para inducir nano-duplicaciones en un material de cobre a través de un método de electro-depósito. Sin embargo, el método está restringido a funcionar con materiales de cobre.

Otra forma posible de introducir nano-duplicaciones en materiales metálicos es deformar plásticamente el material. Se proporciona un ejemplo en el artículo científico "316L austenite stainless steels strengthened by means of nano- scale twins" (Journal of Materials Science and Technology, 26, 4, 289-292, por Liu, G. Z., Tao N. R. & Lu, K). En este artículo se describe un método para inducir duplicaciones a escala nanométrica mediante deformación plástica a elevadas tasas de esfuerzo. Se aumenta así la resistencia del material. Por otra parte, la plasticidad (ductilidad) del material nano-duplicado es muy limitada, con un fallo por alargamiento de aproximadamente 6%. Para mejorar la plasticidad, la deformación plástica debe ir seguida de un recocido térmico con el fin de recristalizar parcialmente la estructura deformada.

Incluso aunque hay ejemplos satisfactorios de aumentar la resistencia de aceros inoxidables austeníticos, no hay ningún método general para inducir nano-duplicaciones que funciones sobre la disparidad completa de composiciones de los aceros inoxidables austeníticos. Además, no se ha informado de ninguna plasticidad inducida pro duplicaciones (TWIP) en aceros austeníticos. La TWIP significa que la formación de duplicaciones se ha producido durante la deformación plástica y que como consecuencia de la misma se ha conseguido un aumento tanto de la resistencia como de la ductilidad o alargamiento.

Sumario

Un objeto de la invención es proporcionar un material de acero inoxidable austenítico con resistencia mejorada y un método para producirlo. Un objeto adicional es proporcionar un material de acero inoxidable austenítico con ductilidad o alargamiento mejorado y todavía otro objeto adicional es proporcionar un material de acero inoxidable austenítico con resistencia mejorada y ductilidad o alargamiento mejorado, por ejemplo, un acero inoxidable austenítico con plasticidad inducida por duplicaciones. Estos objetos se consiguen mediante la invención según las reivindicaciones independientes.

Según un primer aspecto, la invención se refiere a un método para producir un acero inoxidable austenítico nano- duplicado, caracterizado por las etapas de: proporcionar un acero inoxidable austenítico que contenga no más de 0,018% p de C, 0,25-0,75% p de Si, 1,5-2% p de Mn, 17,80-19,60% p de Cr, 24,00-25,25% de Ni, 3,75-4,85% p de Mo, 1,26-2,78% p de Cu, 0,04-0,15% p de N y el resto de Fe e impurezas inevitables; llevar el acero inoxidable austenítico a una temperatura por debajo de 0°C y conferir una deformación plástica al acero austenítico a esa temperatura hasta un alcance que corresponda a una deformación plástica de al menos 30%, de forma que se formen nano-duplicaciones en el material.

Según un segundo aspecto, la invención se refiere a un material de acero inoxidable austenítico que contiene no más de 0,018% p de C, 0,25-0,75% p de Si, 1,5-2% p de Mn, 17,80-19,60% p de Cr, 24,00-25,25% p de Ni, 3,7- 4,85% de Mo, 1,26-2,78% p de Cu, 0,04-0,15% de N y el resto Fe e impurezas inevitables; en que la separación media a escala nanométrica en el material es por debajo de 1000 nm y la densidad de nano-duplicaciones es por encima de 35%.

Este material de acero inoxidable austenítico se forma mediante el método de la invención, y este material de acero tiene propiedades de tracción y ductilidad muy buenas, que son mucho mejores que las de un material de acero inoxidable austenítico de la misma composición sin nano-duplicaciones inducidas. Esto es cierto también para un material de acero inoxidable austenítico de la misma composición que no haya sido recocido o tratado en frío.

Breve descripción de los dibujos

Se describirá seguidamente la invención en detalle haciendo referencia a las figuras que se acompañan, en las cuales:

la Fig. 1 muestra un diagrama de flujo lógico que ilustra el método según la invención;

la Fig. 2a muestra una de las curvas de la esfuerzo frente a deformación para el acero inoxidable austenítico con TWIP según la invención y un acero inoxidable austenítico convencional;

la Fig. 2b-c muestra comparaciones de las curvas de esfuerzo frente a deformación a 4 temperaturas diferentes;

la Fig. 2d muestra una interpolación de la influencia de la temperatura a la que se realiza el estiramiento al que comienza la nano-duplicación en porcentaje de deformación;

la Fig. 3 muestra las propiedades del acero austenítico de duplicaciones inducidas en comparación con las propiedades de aceros disponibles en el comercio;

la Fig. 4 muestra la microestructura del acero inoxidable austenítico nano-duplicado según la invención en un aumento bajo;

la Fig. 5 muestra el modelo de difracción TEM del acero inoxidable austenítico nano-duplicado según la invención;

las Figs. 6a-c muestran las nano-duplicaciones del acero inoxidable austenítico según la invención en las investigaciones de TEM;

la Fig. 7 muestra los fallos de orientación del acero inoxidable austenítico nano-duplicado según la invención en un mapeo EBSD;

la Fig. 8 muestra una comparación de curvas de esfuerzo frente a deformación del acero inoxidable austenítico nano-duplicado según esta invención y un acero inoxidable austenítico de resistencia elevada convencional tratado

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Reivindicaciones:

1. Un método para producir un acero inoxidable austenítico TWIP y nano-duplicado, caracterizado por las etapas de:

- proporcionar un acero inoxidable austenítico que contiene no más de 0,018% p de C, 0,25-0,75% p de Si, 1,5-2% p de Mn, 17,80-19,60% p de Cr, 24,00-25,25% de Ni, 3,75-4,85% p de Mo, 1,26-2,78% p de Cu, 0,04-0,15% p de N y el resto de Fe e impurezas inevitables;

- llevar el acero inoxidable austenítico a una temperatura por debajo de 0°C, y

- conferir una deformación plástica al acero austenítico a esa temperatura hasta un alcance que corresponde a una deformación plástica de al menos 30%, de manera que se formen nano-duplicaciones en el material.

2. El método según la reivindicación 1, en el que el material se lleva a una temperatura por debajo de -50°C antes de conferir la deformación plástica al material.

3. El método según la reivindicación 1, en el que el material se lleva a una temperatura por debajo de -75°C antes de conferir la deformación plástica al material.

4. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la deformación plástica es conferida al material mediante estiramiento.

5. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que la deformación plástica es conferida al material por compresión, por ejemplo, a partir de estratificación.

6. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el material es plásticamente deformado hasta un alcance que corresponde a una deformación plástica de al menos 40%.

7. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el material es plásticamente deformado hasta un alcance que corresponde a una deformación plástica de al menos 50%.

8. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la deformación plástica es conferida al material de forma intermitente con menos de 10% por deformación, preferentemente menos de 6% por deformación y, más preferentemente, menos de 4% por deformación.

9. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la deformación es conferida al material a una velocidad de más de 0,15% por segundo, preferentemente más de 0,35% por segundo.

10. El método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la deformación es conferida al material a una velocidad de menos de 3,5% por segundo, preferentemente menos de 1,5% por segundo.

11. Un material de acero inoxidable austenítico, caracterizado porque es un acero austenítico nano-duplicado que contiene no más de 0,018% p de C, 0,25-0,75% p de Si, 1,5-2% p de Mn, 17,80-19,60% p de Cr, 24,00-25,25% de Ni, 3,75-4,85% p de Mo, 1,26-2,78% p de Cu, 0,04-0,15% p de N y el resto de Fe e impurezas inevitables; y porque la separación media a escala nanométrica en el material es de menos de 1000 nm y porque la densidad de nano- duplicaciones es de más de 35%.

12. El material de acero inoxidable austenítico según la reivindicación 11, en el que la separación media a escala nanométrica en el material es de menos de 500 nm.

13. El material de acero inoxidable austenítico según la reivindicación 11, en el que la separación media a escala nanométrica en el material es de menos de 300 nm.