ACERO AUSTENÍTICO INOXIDABLE ULTRARRESISTENTE.

Acero austenítico resistente a la corrosión con la siguiente composición en % en masa del 16 al 21% de cromo del 16 al 21% de manganeso del 0,

5 al 2,0% de molibdeno en total del 0,80 al 1,1% de carbono y nitrógeno, y con una razón de carbono/nitrógeno de desde 0,5 hasta 1,1, el resto hierro así como un contenido total 2,5% de impurezas debidas a la fundición

La presente invención se refiere a un acero austenítico, así como a un procedimiento para la producción del mismo y a un uso del acero.

La tenacidad de los aceros austeníticos se incrementa especialmente por los átomos de los elementos carbono y 5 nitrógeno disueltos de manera intersticial. Para disolver el elemento nitrógeno volátil en la masa fundida, se añaden por aleación sobre todo cromo y manganeso, que provocan una reducción de la actividad del nitrógeno. Mientras que el cromo solo ayuda en la formación de ferrita, con manganeso puede producirse mediante recocido de disolución una estructura austenítica y estabilizarse mediante temple en agua hasta temperatura ambiente. En el ejemplo de una aleación de hierro con, en cada caso, un 18% en masa de cromo y manganeso se representa en la figura 1, mediante 10 diagramas de fases calculados, la influencia del carbono y del nitrógeno. El cálculo se basa en los datos termodinámicos de las sustancias, compilados en bancos de datos de la bibliografía y que están procesados para la representación de equilibrios de fases, “Thermo-Calc, User's Guide, Version N, Thermo-Calc Software AB, Stockholm Technology Park, Estocolmo”.

De la figura 1a se deduce que al 1% en masa de C no se produce austenita homogénea. Los carburos ricos en cromo 15 impiden una pasivación suficiente de la matriz, de modo que el acero Cr18Mn18C1 (en este caso la composición hace referencia al % en masa) a pesar del alto contenido en cromo no figura entre los aceros inoxidables. Si se sustituye carbono por nitrógeno, entonces se produce mediante recocido de disolución a, por ejemplo, 1100ºC una estructura de acero inoxidable austenítica homogénea, tal como se representa en la figura 1b. La presión de aire de equilibrio pL trazada de 1 bar permite reconocer que la masa fundida admite aproximadamente un 0,55% en masa de nitrógeno, que 20 sin embargo en la solidificación ferrítica primaria tiende a la emisión de gases. Por tanto, sin un aumento de la presión no se alcanzará de ningún modo un contenido del 1% en masa de nitrógeno en la austenita. En el caso de un acero con un 1% en masa de carbono no existe el problema de depender de la presión.

La generación de aceros austeníticos inoxidables con alta tenacidad mediante átomos intersticiales queda limitada, tal como se representa en la figura 1a, por la escasa solubilidad del carbono en la austenita y, según la figura 1b, por la 25 escasa solubilidad del nitrógeno en la masa fundida a presión atmosférica normal.

Se conocen distintos planteamientos para superar este límite. Un planteamiento se refiere a la utilización simultánea de cromo y manganeso, planteamiento de (Cr + Mn). A este respecto se aumenta tanto el contenido en los elementos cromo y manganeso que potencian la solubilidad, que puede disolverse hasta el 1% en masa de nitrógeno a presión atmosférica en la masa fundida y en la austenita, se hace aquí referencia al acero A en la tabla 1 subsiguiente. Para 30 evitar deposiciones de nitruros, debe aumentarse la temperatura de recocido de disolución hasta aproximadamente 1150ºC. Una desventaja adicional es la restricción del intervalo de temperatura de forjado y el peligro de grietas de canto durante la conformación en caliente.

Otro planteamiento prevé la adición simultánea de carbono y nitrógeno, planteamiento de (C + N), tal como se expone, por ejemplo, en B. D. Shanina, V. G. Gavriljuk, H. Berns, F. Schmält: Steel research 73 (2002) 3, páginas 105-113. A 35 este respecto se saca provecho del aumento de la concentración de electrones libres en la red de austenita mediante la disolución simultánea de carbono y nitrógeno. De esta manera se estabiliza la austenita, es decir, se amplía el intervalo de solubilidad para los elementos intersticiales. Dado que el nitrógeno se sustituye en parte por carbono, puede evitarse su emisión como gas a partir de la masa fundida en caso de un menor contenido en cromo y manganeso, tal como es necesario según el planteamiento de (Cr + Mn). Hasta ahora, según el planteamiento de (C + N), se ha fundido a 40 presión atmosférica un acero de CrMn con un contenido en (C + N) de aproximadamente el 0,8% en masa, véase el acero B de la tabla 1 subsiguiente. Los aceros C y D según la siguiente tabla 1 han de incluirse también en este grupo.

Tabla 1

Acero

Cr

Mn

C

N

otros

A

21

23

<0,1

0,9

0,7 de Mo

B

14,7

17,2

0,39

0,43

-

C

12,9

19,3

0,38

0,49

-

D

19,2

18,4

0,5

0,54

0,5 de Ni

Entre los aceros fundidos en abierto con alto contenido intersticial no se encuentran los aceros de CrNi, dado que el 45 níquel así como el silicio reducen la solubilidad para el carbono y el nitrógeno. El límite elástico Rp0,2 del acero convencional de este grupo X5CrNi18-10 asciende aproximadamente a 220 MPa. Los aceros de cromo-manganeso conocidos alcanzan más del doble de ese valor. A esto se suma que presentan una alta resistencia a la rotura R real, lo que se debe a un fuerte endurecimiento en frío con una elevada elongación uniforme Ag de manera correspondiente. En

esta capacidad de endurecimiento en frío se encuentra también la causa de la alta resistencia al desgaste de estos aceros austeníticos de alta tenacidad.

A continuación se hace referencia brevemente a otros aceros austeníticos resistentes a la corrosión conocidos.

Un acero de cromo-manganeso conocido se describe, por ejemplo, en el documento CH 202283. A este respecto, el acero de cromo-manganeso comprende del 0,01 al 1,5% de carbono, del 5 al 25% de cromo y del 10 al 35% de 5 manganeso, así como un contenido en nitrógeno de desde el 0,07 hasta el 0,7%. Sin embargo, a partir de la tabla adjunta resulta evidente que según esta divulgación se utilizan en cambio tanto carbono como nitrógeno más bien en el intervalo inferior de las cantidades indicadas y con esto se consiguen ya resultados suficientemente buenos.

Además, por el documento US 4493733 se conoce un acero no magnético, resistente a la corrosión, que comprende el 0,4 o menos % de carbono, del 0,3 al 1% de nitrógeno, del 12 al 20% de cromo, del 13 al 25% de manganeso y menos 10 del 2% silicio. Además, el acero según la composición indicada puede contener hasta el 5% de molibdeno. También en este caso resulta especialmente evidente a partir de la tabla que se prefiere un contenido en carbono lo más reducido posible, para conseguir buenas propiedades del acero acabado.

Por el documento EP 0875591 se conoce otra aleación resistente a la corrosión, austenítica, utilizándose esta aleación especialmente para objetos y componentes, que al menos en parte entran en contacto con seres vivos. A este respecto, 15 la aleación comprende del 11 al 24% en peso de Cr, del 5 al 26% en peso de Mn, del 2,5 al 6% en peso de Mo, del 0,1 al 0,9% en peso de C y del 0,2 al 2% en peso de N. A este respecto se fija la atención especialmente en los elevados contenidos en carbono y se basa en el conocimiento de que el carbono en disolución sólida aumenta la resistencia frente a la corrosión en fisuras de aceros inoxidables austeníticos en disoluciones ácidas de cloruro.

Además, el documento DE 19513407 se refiere al uso de una aleación de acero austenítica para objetos compatibles 20 con la piel, comprendiendo la aleación de acero hasta el 0,3% en masa de carbono, del 2 al 26% en masa de manganeso, del 11 al 24% en masa de cromo, más del 2,5 al 5% en masa de molibdeno y más del 0,55 al 1,2% en masa de nitrógeno, el resto hierro e impurezas inevitables. A este respecto se expone, con respecto al porcentaje de carbono, que contenidos en carbono ya ligeramente elevados conducen a un perjuicio en la resistencia a la corrosión o a la corrosión por fisuras de tensión y, por tanto, el porcentaje de carbono debería ser tan pequeño como fuera posible, 25 preferiblemente menor del 0,1% en masa.

El documento D1US-A-4 514 236 da a conocer un acero austenítico, cuya composición en % en peso contiene:  0,5% de C; un 12-20% de Mn; ... [Seguir leyendo]

1. Acero austenítico resistente a la corrosión con la siguiente composición en % en masa

del 16 al 21% de cromo

del 16 al 21% de manganeso

del 0,5 al 2,0% de molibdeno 5

en total del 0,80 al 1,1% de carbono y nitrógeno,

y con una razón de carbono/nitrógeno de desde 0,5 hasta 1,1,

el resto hierro así como un contenido total  2,5% de impurezas debidas a la fundición.

2. Acero austenítico resistente a la corrosión según la reivindicación 1, caracterizado porque el contenido en carbono y nitrógeno asciende en total a del 0,80 al 0,95% en masa. 10

3. Acero austenítico resistente a la corrosión según la reivindicación 1, caracterizado porque el contenido en carbono y nitrógeno asciende en total a del 0,95 al 1,1% en masa.

4. Acero austenítico resistente a la corrosión según al menos una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el contenido en molibdeno asciende a del 0,5 al 1,2% en masa.

5. Acero austenítico resistente a la corrosión según al menos una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el 15 contenido en molibdeno asciende a del 1,2 al 2,0% en masa.

6. Acero austenítico resistente a la corrosión según al menos una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el contenido en níquel como impureza debida a la fundición asciende a menos del 0,2% en masa.

7. Acero austenítico resistente a la corrosión según al menos una de las reivindicaciones 1 a 6, fusible a presión atmosférica normal de aproximadamente 1 bar. 20

8. Acero austenítico resistente a la corrosión según la reivindicación 2, caracterizado porque el límite elástico al 0,2 tras el recocido de disolución supera los 450 MPa.

9. Acero austenítico resistente a la corrosión según la reivindicación 3, caracterizado porque el límite elástico al 0,2 tras el recocido de disolución supera los 550 MPa.

10. Acero austenítico resistente a la corrosión según al menos una de las reivindicaciones 1 a 9, utilizado para la 25 producción de piezas de alta tenacidad, inoxidables, resistentes al desgaste y/o no magnetizables.

11. Acero austenítico resistente a la corrosión según al menos una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por la siguiente composición X50CrMn19-19.

12. Acero austenítico resistente a la corrosión según al menos una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por la siguiente composición X35CrMn18-19. 30

13. Procedimiento para la producción de un acero austenítico resistente a la corrosión con la siguiente composición en % en masa

del 16 al 21% de cromo

del 16 al 21% de manganeso

del 0,5 al 2,0% de molibdeno 35

en total del 0,80 al 1,1% de carbono y nitrógeno,

y con una razón de carbono/nitrógeno de desde 0,5 hasta 1,1,

el resto hierro, así como un contenido total  2,5% de impurezas debidas a la fundición

mediante fundición a una presión atmosférica de aproximadamente 1 bar y posterior moldeo.

14. Procedimiento para la producción de un acero austenítico resistente a la corrosión según la reivindicación 13, 40 caracterizado porque el moldeo se selecciona del grupo que comprende colada, pulvimetalurgia, conformado y soldadura.

15. Procedimiento para la producción de un acero austenítico resistente a la corrosión según la reivindicación 13, caracterizado porque el acero se aplica como capa sobre un sustrato metálico.

16. Uso del acero austenítico resistente a la corrosión según al menos una de las reivindicaciones 1 a 12 o del acero producido según el procedimiento según las reivindicaciones 13 a 15, como piezas resistentes al desgaste para la extracción, preparación y entibación de materiales minerales. 5

17. Uso del acero austenítico resistente a la corrosión según al menos una de las reivindicaciones 1 a 12 o del acero producido según el procedimiento según las reivindicaciones 13 a 15, para anillos de retención no magnetizables, que pueden estar endurecidos en frío, y se utilizan en generadores eléctricos.

18. Uso del acero austenítico resistente a la corrosión según al menos una de las reivindicaciones 1 a 12 o del acero producido según el procedimiento según las reivindicaciones 13 a 15, para rodamientos no magnetizables, que pueden 10 estar endurecidos en frío y se utilizan en la proximidad de campos magnéticos intensos.

19. Uso del acero austenítico resistente a la corrosión según al menos una de las reivindicaciones 1 a 12 o del acero producido según el procedimiento según las reivindicaciones 13 a 15, para bastidores o soportes no magnetizables de bobinas magnéticas intensas para absorber las fuerzas mecánicas.

20. Uso del acero austenítico resistente a la corrosión según al menos una de las reivindicaciones 1 a 12 o del acero 15 producido según el procedimiento según las reivindicaciones 13 a 14, para elementos estructurales con una gran capacidad de trabajo con respecto al consumo de energía mediante deformación plástica.