Acero inoxidable ferrítico con excelente resistencia térmica y tenacidad.

Acero inoxidable ferrítico que comprende C: 0,015% en masa o menos,

Si: 0,5% en masa o menos, Mn: 0,5% en masa o menos, P: 0,04% en masa o menos, S: 0,006% en masa o menos, Cr: 16 a 20% en masa, N: 0,015% en masa o menos, Nb: 0,3 a 0,55% en masa, Ti: 0,01% en masa o menos, Mo: 0,1% en masa o menos, W: 0,1% en masa o menos, Cu: 1,0 a 2,5% en masa, Al: 0,2 a 1,2% en masa, y el resto de Fe e impurezas inevitables.

Acero inoxidable ferrítico con excelente resistencia térmica y tenacidad.

Campo técnico 5

La presente invención se refiere a un acero que contiene Cr y, en particular, se refiere a un acero inoxidable ferrítico que tiene una alta resistencia térmica (resistencia a la fatiga térmica y resistencia a la oxidación) y que es excelente en tenacidad del material de base, el cual puede aplicarse de manera apropiada a elementos del sistema de escape que se utilizan en entornos de altas temperaturas, tales como tubos de escape de automóviles y motocicletas, 10 conductos de aire de escape de carcasas de convertidores y plantas de energía termoeléctrica, etc.

Antecedentes

Los elementos del sistema de escape que se utilizan en entornos de sistemas de escape de automóviles, tales como 15 colectores de escape, tubos de escape, carcasas de convertidores y silenciosos, requieren tener una resistencia a la fatiga térmica y una resistencia a la oxidación excelentes (en adelante, las dos propiedades se denominan colectivamente "resistencia térmica") . Actualmente, para tales fines que requieren una elevada resistencia térmica se utilizan ampliamente aceros que contienen Cr que incluyen en los mismos Nb y Si, tales como el Tipo 429 (14Cr-0, 9Si-0, 4Nb) . Sin embargo, la resistencia a la fatiga térmica del Tipo 429 ha sido insuficiente, ya que la temperatura 20 del gas de escape se eleva a más de 900 º C junto con una mejora en el rendimiento del motor.

Contra este problema, por ejemplo, se ha desarrollado un acero que contiene Cr que se ha mejorado en tensión a prueba de altas temperaturas añadiendo Nb y Mo al mismo, SUS444 (19Cr-0, 5Nb-2Mo) conforme a la norma JIS G4305, y un acero inoxidable ferrítico que incluye Nb, Mo, y W en el mismo (por ejemplo, véase la publicación de la 25 solicitud de patente Japonesa no examinada nº 2004-018921) . Sin embargo, dado que el coste de los materiales de metales raros, tales como Mo y W ha aumentado considerablemente en la actualidad, se ha requerido el desarrollo de materiales que tengan una resistencia térmica equivalente a la de los que contienen Mo, W, o similares, utilizando materias primas de bajo coste.

Como materias primas excelentes en resistencia térmica que no incluyan elementos costosos tales como Mo y W, por ejemplo, WO2003/004714 describe un acero inoxidable ferrítico como elemento para la trayectoria de los gases de escape en automóviles en el cual se añade Nb: 0, 50 % en masa o menos, Cu: 0, 8 a 2, 0 % en masa o menos, y V: 0, 03 a 0, 20% en masa a un acero al Cr entre un 10 y un 20% en masa; la publicación de la solicitud de patente japonesa no examinada nº 2006-117985 describe un acero inoxidable ferrítico excelente en resistencia a la fatiga 35 térmica en el cual se añade Ti: 0, 05 a 0, 30% en masa, Nb: 0, 10 a 0, 60% en masa, Cu: 0, 8 a 2, 0% en masa, y B: 0, 0005 a 0, 02% en masa a un acero al Cr entre un 10 y un 20% en masa; y la publicación de la solicitud de patente japonesa no examinada nº 2000-297355 describe un acero inoxidable ferrítico para elementos del sistema de gases escape de automóviles en el cual se añade Cu: 1 al 3% en masa a un acero al Cr entre un 15 y un 25% en masa. Estos aceros se caracterizan porque la resistencia a la fatiga térmica aumenta añadiendo Cu a los aceros. 40

Sin embargo, según estudios realizados por los presentes inventores, se ha encontrado que la adición de Cu, como en las técnicas de los documentos de patente mencionados anteriormente, aumenta la resistencia a la fatiga térmica, pero disminuye la resistencia a la oxidación del acero en sí y, en conjunto, la resistencia térmica se deteriora. Además, el SUS444 contiene Cr en una cantidad mayor que el Tipo 429 y también contiene una gran 45 cantidad de Mo. Por lo tanto, sigue habiendo el problema de que la ductilidad del material de base es baja.

Por consiguiente, un objetivo de la presente invención es disponer un acero inoxidable ferrítico que sea excelente en resistencia a la fatiga térmica y resistencia a la oxidación y también que presente una tenacidad equivalente o superior a la del Tipo 429 sin contener elementos costosos tales como Mo y W desarrollando una técnica que pueda 50 evitar una disminución de la resistencia a la oxidación por la adición de Cu. En la presente invención, el término "excelente en resistencia a la fatiga térmica y resistencia a la oxidación" significa que presenta características que son equivalentes o superiores a las del SUS444 y, en particular, que la resistencia a la oxidación a 950 º C y la resistencia a la fatiga térmica en una carga térmica cíclica entre 100 º C y 850 º C son equivalentes o superiores a las del SUS444. Además, el término "tenacidad que es equivalente a la del Tipo 429" significa que la relación de 55 superficies de fractura frágil de una lámina de acero laminada en frío con un grosor de 2 mm es equivalente a la del Tipo 429 en una prueba de impacto Charpy a - 40 º C.

Descripción de la invención La presente invención dispone un acero inoxidable ferrítico, que incluye C: 0, 015% en masa o menos, Si: 0, 5% en masa o menos, Mn: 0, 5% en masa o menos, P: 0, 04% en masa o menos, S: 0, 006% en masa o menos, Cr : de 16 a 20% en masa, N: 0, 015% en masa o menos, Nb: de 0, 3 a 0, 55% en masa, Ti: 0, 01% en masa o menos, Mo: 0, 1%

en masa o menos, W: 0, 1% en masa o menos, Cu: 1, 0 a 2, 5% en masa, Al: 0, 2 a 1, 2% en masa, y el resto de Fe e impurezas inevitables.

El acero inoxidable ferrítico de la presente invención puede incluir, además, uno o más seleccionados del grupo que consiste en B: 0, 003% en masa o menos, REM: 0, 08% en masa o menos, Zr: 0, 5% en masa o menos, V: 0, 5% en 5 masa o menos, Co: 0, 5% en masa o menos, y Ni: 0, 5% en masa o menos, además de la composición de componentes mencionada anteriormente.

De acuerdo con la presente invención, puede obtenerse un acero inoxidable ferrítico que tiene una resistencia térmica (resistencia a la fatiga térmica y resistencia a la oxidación) que es equivalente o superior a la del SUS444 y 10 también una tenacidad equivalente o superior a la del Tipo 429 (se hace referencia al acero nº 29 de la tabla 1 por sus componentes representativos) a bajo coste sin contener en el mismo Mo o W costoso. Por lo tanto, el acero de la presente invención puede aplicarse adecuadamente a los elementos del sistema de escape de un automóvil.

Breve descripción de los dibujos 15

[Figura 1] La figura 1 es una vista que ilustra una muestra de prueba de fatiga térmica.

[Figura 2] La figura 2 es un diagrama que ilustra condiciones de temperatura y de restricción en una prueba de fatiga térmica.

[Figura 3] La figura 3 es una gráfica que muestra un efecto del contenido de Cu en la resistencia a la fatiga térmica. 20

[Figura 4] La figura 4 es una gráfica que muestra un efecto del contenido de Al en la resistencia a la oxidación (aumento de peso por oxidación) .

[Figura 5] La figura 5 es una gráfica que muestra un efecto del contenido de Al en la resistencia a la oxidación (cantidad de desprendimiento de escamas) .

[Figura 6] La figura 6 es una gráfica que muestra un efecto del contenido de Si en la resistencia a la oxidación 25 (cantidad de desprendimiento de escamas) .

[Figura 7] La figura 7 es una gráfica que muestra un efecto del contenido de Mn en la tenacidad (relación de superficies de fractura frágil) .

[Figura 8] La figura 8 es una gráfica que muestra un efecto del contenido de Al en la tenacidad (relación de superficies de fractura frágil) . 30

[Figura 9] La figura 9 es una gráfica que muestra un efecto del contenido de Ti en la tenacidad (relación de superficies de fractura frágil) .

Mejores modos de llevar a cabo la invención Los presentes inventores han investigado intensamente para desarrollar un acero inoxidable ferrítico que sea excelente en resistencia a la fatiga térmica y en resistencia a la oxidación y que también sea excelente en tenacidad, sin incluir elementos costosos tales como Mo o W en el mismo, mientras se evita una disminución de la resistencia a la oxidación debido a la adición de Cu, lo cual es un problema en las técnicas convencionales. Como resultado, se ha encontrado que se obtiene una elevada resistencia a altas temperaturas en una amplia gama de temperaturas y 40 se aumenta la resistencia a la fatiga térmica por la adición combinada de Nb en el intervalo entre un 0, 3 y un 0, 55% en masa y Cu en el intervalo entre un 1, 0 y un 2, 5 % en masa; que la disminución de la resistencia a la oxidación debido a la adición de Cu puede evitarse añadiendo Al en el intervalo de un 0, 2% en masa o más; y que, por lo tanto, puede obtenerse una resistencia térmica (resistencia... [Seguir leyendo]

1. Acero inoxidable ferrítico que comprende C: 0, 015% en masa o menos, Si: 0, 5% en masa o menos, Mn: 0, 5% en masa o menos, P: 0, 04% en masa o menos, S: 0, 006% en masa o menos, Cr: 16 a 20% en masa, N: 0, 015% en masa o menos, Nb: 0, 3 a 0, 55% en masa, Ti: 0, 01% en masa o menos, Mo: 0, 1% en masa o menos, W: 0, 1% en 5 masa o menos, Cu: 1, 0 a 2, 5% en masa, Al: 0, 2 a 1, 2% en masa, y el resto de Fe e impurezas inevitables.

2. Acero inoxidable ferrítico según la reivindicación 1, que comprende, además, uno o más seleccionados del grupo que consiste en B: 0, 003% en masa o menos, REM: 0, 08% en masa o menos, Zr: 0, 5% en masa o menos, V: 0, 5% en masa o menos, Co: 0, 5% en masa o menos, y Ni: 0, 5% en masa o menos, además de la composición de 10 componentes.