ACEROS INOXIDABLES COLADOS RESISTENTES AL CALOR Y A LA CORROSIÓN PROVISTOS DE RESISTENCIA Y DUCTILIDAD MEJORADAS A ELEVADA TEMPERATURA.

Una aleación de acero inoxidable austenítica resistente al calor y resistente a la corrosión que comprende:

de 18, 0 por ciento en peso a 25, 0 por ciento en peso de cromo; de 12, 0 por ciento en peso a 20, 0 por ciento en peso de níquel; de 0, 2 por ciento en peso a 0, 5 por ciento en peso de carbono; de 2, 0 por ciento en peso a 10 por ciento en peso de manganeso; y menos de 0, 03 por ciento en peso de azufre, e incluyendo además opcionalmente uno o más de los siguientes: de 1, 0 por ciento en peso a 2, 5 por ciento en peso de niobio; de 0, 1 por ciento en peso a 0, 5 por ciento en peso de nitrógeno; menos de 0, 04 por ciento en peso de fósforo; 0, 5 por ciento en peso de molibdeno o menos; 3, 0 por ciento en peso de cobre o menos; de 0, 2 por ciento en peso a 0, 75 por ciento en peso de silicio; 0, 2 por ciento en peso de titanio o menos; 5, 0 por ciento en peso de cobalto o menos; 3, 0 por ciento en peso de aluminio o menos; 0, 01 por ciento en peso de boro o menos; 3, 0 por ciento en peso de tungsteno o menos; 3, 0 por ciento en peso de vanadio o menos; en donde el resto está constituido por hierro e impurezas inevitables.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E09002293.

Solicitante: CATERPILLAR INC..

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 100 N.E. ADAMS STREET PEORIA, IL 61629 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: Maziasz,Philip J, McGreevy,Timothy E, Pollard,Michael James, Siebenaler,Chad W, Swindeman,Robert W.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 19 de Octubre de 2001.

Clasificación PCT:

  • C22C38/48 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C22 METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO DE ALEACIONES O METALES NO FERROSOS.C22C ALEACIONES (tratamiento de alegaciones C21D, C22F). › C22C 38/00 Aleaciones ferrosas, p. ej. aleaciones del acero (aleaciones de hierro colado C22C 37/00). › con niobio o tántalo.
  • C22C38/58 C22C 38/00 […] › con más de 1,5% en peso de manganeso.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Finlandia, Chipre.

PDF original: ES-2369392_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Aceros inoxidables colados resistentes al calor y a la corrosión provistos de resistencia y ductilidad mejoradas a elevada temperatura.

Campo técnico

Esta invención se refiere en general a aleaciones de acero colado de los tipos CN-12 con resistencia y ductilidad mejoradas a elevadas temperaturas. Más particularmente, esta invención se refiere a aleaciones de acero inoxidable CN-12 y a artículos producidos a partir de las mismas que tienen excelentes propiedades de resistencia a elevadas temperaturas, resistencia a la termofluencia y resistencia al envejecimiento, con contenidos reducidos en carburos de niobio, sulfuros de manganeso y carburos de cromo a lo largo de las juntas intergranulares y subestructurales.

Estado de la técnica

Existe la necesidad de disponer de aleaciones coladas resistentes a la oxidación y a la fisuración para su uso en componentes de motores de combustión interna, tales como colectores de escape y alojamientos de turbosobrealimentadores, y componentes de motores de turbinas de gases tales como alojamientos de combustores, así como otros componentes que han de funcionar en entornos extremos durante largos periodos de tiempo. La necesidad de disponer de aleaciones coladas con propiedades mejoradas de alta resistencia, resistencia a la oxidación, resistencia a la figuración, surge del deseo de incrementar las temperaturas operativas de motores diesel, motores de gasolina y motores de turbinas de gases en un intento de incrementar la eficiencia del combustible y del deseo de incrementar las horas y millas operativas garantizadas para motores diesel, motores de gasolina y motores de turbinas de gases.

Los materiales actuales utilizados para aplicaciones tales como colectores de escape, alojamientos de turbosobrealimentadores y alojamientos de combustores están limitados por su resistencia a la oxidación y corrosión así como por su resistencia a elevadas temperaturas y efectos perjudiciales de envejecimiento. De manera concreta, los materiales existentes para colectores de escape, tales como hierro dúctil colado de alto contenido en silicio y molibdeno (Hi-Si-Mo) y hierro dúctil austenítico (capa protectora de Ni) han de ser sustituidos por aceros inoxidables colados cuando se emplean para aplicaciones más severas tales como temperaturas operativas más elevadas o cuando se demandan tiempos de vida operativa más prolongados como consecuencia de una cobertura de garantía incrementada. Los aceros inoxidables colados disponibles actualmente en el comercio incluyen aceros inoxidables ferríticos tal como NHSR-F5N o aceros inoxidables austeníticos tales como NHSR-A3N, CF8C y CN-12. Sin embargo, estos aceros inoxidables colados actualmente disponibles son deficientes en términos de resistencia a la tracción y a la termofluencia a temperaturas que exceden de 600º C, no aportan una resistencia a la oxidación cíclica adecuada para temperaturas que superan 700º C, no proporcionan suficiente ductilidad a temperatura ambiente en estado recién colado o después de ponerse en servicio y envejecer, no tienen la estabilidad a largo plazo requerida de la microestructura original y carecen de resistencia a largo plazo a la fisuración durante ciclos térmicos severos. La EP 296 439 describe un acero inoxidable resistente al calor que contiene 2, 00-5, 00 de molibdeno.

En la actualidad, la calidad resistente a la corrosión de acero inoxidable austenítico colado CN-12, se encuentra comercialmente en uso para aplicaciones en automóviles, pero no es óptima para aplicaciones de servicio prolongado (por ejemplo, aplicaciones diesel) . El CN-12 proporciona resistencia y estética adecuadas para automóviles en la vida de servicio anticipada en comparación con el hierro colado, pero carece de la resistencia mejorada a la termofluencia que ha de ser óptima cuando se procede al montaje de turbo-sobrealimentadores (70 libras) en colectores de escape diesel. En la actualidad, el acero inoxidable austenítico CN-12 comercialmente disponible incluye aproximadamente 25% en peso de cromo, 13% en peso de níquel, cantidades más pequeñas de carbono, nitrógeno, niobio, silicio, manganeso, molibdeno y azufre. La adición de azufre se considera esencial o deseable para la capacidad de mecanizado del material colado. La cantidad de azufre añadido oscila desde 0, 11% en peso a 0, 15% en peso.

Los aceros inoxidables austeníticos colados CF8C comercialmente disponibles incluyen de 18% en peso a 21% en peso de cromo, 9% en peso a 12% en peso de níquel y cantidades más pequeñas de carbono, silicio, manganeso, fósforo, azufre y niobio. El CF8C incluye habitualmente alrededor de 2% en peso de silicio, alrededor de 1, 5% en peso de manganeso y alrededor de 0, 04% en peso de azufre. El CF8C es una calidad estabilizada en niobio de acero inoxidable austenítico sumamente adecuada para aportar resistencia a la corrosión acuosa a temperaturas por debajo de 500º C. En la forma normalizada el CF8C tiene una inferior resistencia en comparación con CN12 a temperaturas por encima de 600º C.

Por lo tanto, es deseable disponer de una aleación de acero y de artículos producidos a partir de una aleación de acero que tengan una resistencia mejorada a elevadas temperaturas así como una ductilidad mejorada para aplicaciones en componentes de motores que requieren severos ciclos térmicos, altas temperaturas operativas y una cobertura de garantía prolongada.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona una aleación de acero inoxidable como la indicada en la reivindicación 1 adjunta. En las reivindicaciones dependientes se definen modalidades preferidas de la invención.

Diversas ventajas de la presente invención llegarán a ser evidentes tras la lectura de la siguiente descripción detallada y reivindicaciones adjuntas.

Mejor modo de llevar a cabo la invención La presente invención está dirigida a aleaciones del tipo CN-12. La tabla 1 presenta los intervalos mínimos y máximos óptimos y permisibles para los elementos composicionales de aleaciones de acero inoxidable CN-12 y CF8C producidas de acuerdo con la presente invención, en donde los elementos composicionales de las aleaciones de acero inoxidable CF8C únicamente se muestran con fines comparativos. También se pueden incorporar boro, 10 aluminio y cobre. Sin embargo, podrá observarse que los intervalos permisibles para cobalto, vanadio, tungsteno y titanio pueden no alterar de forma significativa el comportamiento del material resultante. De manera concreta, en base a la información actual, el cobalto puede oscilar desde 0 a 5% en peso, el vanadio puede oscilar desde 0 a 3% en peso, el tungsteno puede oscilar desde 0 a 3% en peso y el titanio puede oscilar desde 0 a 0, 2% en peso sin alterar de forma significativa el comportamiento de las aleaciones. En consecuencia, queda contemplado que la inclusión de estos elementos en cantidades que caen fuera de los intervalos de la tabla 1 aportará todavía aleaciones ventajosas y caerán dentro del espíritu y alcance de la presente invención.

Tabla 1

Composición en porcentaje en peso OPTIMA PERMISIBLE OPTIMA PERMISIBLE Elemento CN-12 MIN CN-12 MAX CN-12 MIN CN-12 MAX CF8C MIN CF8C MAX CF8C MIN CF8C MAX Cromo 22, 0 25, 0 18, 0 25, 0 18, 0 21, 0 18, 0 25, 0 Níquel 12, 0 16, 0 12, 0 20, 0 12, 0 15, 0 8, 0 20, 0 Carbono 0, 30 0, 45 0, 2 0, 5 0, 07 0, 1 0, 05 0, 15 Silicio 0, 50 0, 75 0, 2 3, 0 0, 5 0, 75 0, 20 3, 0 Manganeso 2 5, 0 0, 5 10, 0 2, 0 5, 0 0, 5 10, 0 Fósforo 0 0, 04 0 0, 04 0 0, 04 0 0, 04 Azufre 0 0, 03 0 0, 10 0 0, 03 0 0, 1 Molibdeno 0 0, 3 0 0, 5 0 0, 5 0 1, 0 Cobre 0 0, 3 0 3, 0 0 0, 3 0 3, 0 Niobio 1, 5 2, 0 1, 0 2, 5 0, 3 1, 0 0 1, 5 Nitrógeno 0, 1 0, 5 0, 1 0, 5 0, 1 0, 3 0, 02 0, 5 Titanio 0 0, 03 0 0, 2 0 0, 03 0 0, 2 Cobalto 0 0, 5 0 5, 0 0 0, 5 0 5, 0 Aluminio 0 0, 05 0 3, 0 0 0, 05 0 3, 0 Boro 0 0, 01 0 0, 01 0 0, 01 0 0, 01 Vanadio 0 0, 01 0 3, 0 0 0, 01 0 3, 0 Tungsteno 0 0, 6 0 3, 0 0 0, 1 0 3, 0 Niobio: carbono 3, 5 5, 0 3 5, 0 9 11 8 11 Carbono + nitrógeno 0, 5 0, 75 0, 4 1, 0 0, 15 0, 4 0, 1 0, 5

De manera sorprendente, los inventores han comprobado que reduciendo sustancialmente el contenido en azufre de aceros inoxidables austeníticos se incrementan las propiedades de termofluencia. Los inventores creen que la capacidad de mecanizado no se altera de manera importante dado que piensan que la morfología de carburos controla las características de mecanizado de este sistema de aleación. Si bien el azufre puede ser un componente importante de aceros inoxidables colados para otras aplicaciones debido a que contribuye de forma importante a la capacidad de mecanizado de dichos aceros, el mismo limita... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Una aleación de acero inoxidable austenítica resistente al calor y resistente a la corrosión que comprende:

de 18, 0 por ciento en peso a 25, 0 por ciento en peso de cromo; de 12, 0 por ciento en peso a 20, 0 por ciento en peso de níquel; de 0, 2 por ciento en peso a 0, 5 por ciento en peso de carbono; de 2, 0 por ciento en peso a 10 por ciento en peso de manganeso; y menos de 0, 03 por ciento en peso de azufre, e incluyendo además opcionalmente uno o más de los siguientes: de 1, 0 por ciento en peso a 2, 5 por ciento en peso de niobio; de 0, 1 por ciento en peso a 0, 5 por ciento en peso de nitrógeno; menos de 0, 04 por ciento en peso de fósforo; 0, 5 por ciento en peso de molibdeno o menos; 3, 0 por ciento en peso de cobre o menos; de 0, 2 por ciento en peso a 0, 75 por ciento en peso de silicio; 0, 2 por ciento en peso de titanio o menos; 5, 0 por ciento en peso de cobalto o menos; 3, 0 por ciento en peso de aluminio o menos; 0, 01 por ciento en peso de boro o menos; 3, 0 por ciento en peso de tungsteno o menos; 3, 0 por ciento en peso de vanadio o menos; en donde el resto está constituido por hierro e impurezas inevitables.

2. Una aleación de acero inoxidable según la reivindicación 1, en donde el niobio y el carbono están presentes en una relación en peso de niobio a carbono que va desde 3 a 5, 0.

3. Una aleación de acero inoxidable según la reivindicación 1, en donde el nitrógeno y el carbono están presentes en una cantidad acumulativa que va desde 0, 4% en peso a 1, 0% en peso.

4. Una aleación de acero inoxidable según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde preferentemente el contenido en cromo es de 22, 0% en peso a 25, 0% en peso, y/o en donde preferentemente el contenido en níquel es de 12, 0% en peso a 16, 0% en peso, y/o en donde preferentemente el contenido en carbono es de 0, 30% en peso a 0, 45% en peso, y/o en donde preferentemente el contenido en manganeso es de 2, 0% en peso a 5, 0% en peso.

5. Una aleación de acero inoxidable según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el contenido en niobio es de 1, 5% en peso a 2, 0% en peso.

6. Una aleación de acero inoxidable según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la aleación es totalmente austenítica y en donde cualquier formación de carburo es sustancialmente carburo de niobio.

7. Una aleación de acero inoxidable según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la aleación está sustancialmente libre de sulfuros de manganeso.

8. Una aleación de acero inoxidable según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la aleación está sustancialmente libre de carburos de cromo a lo largo de las juntas intergranulares y subestructurales.

9. Una aleación de acero inoxidable según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la aleación está sustancialmente libre de fase sigma de Fe--Cr.

10. Un artículo formado a partir de la aleación de acero inoxidable austenítica resistente al calor y resistente a la corrosión según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

 

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