COMPOSICIÓN DE ACERO INOXIDABLE MERTENSÍTICO, PROCEDIMIENTO PARA LA FABRICACIÓN DE UNA PIEZA MECÁNICA A PARTIR DE ESTE ACERO Y PIEZA OBTENIDA DE ESTE MODO.

- Acero inoxidable martensítico, caracterizado porque su composición es,

en porcentajes ponderales: - 9 % ≤ Cr ≤ 13 % - 1,5 % ≤ Mo ≤ 3 % - 8 % ≤ Ni ≤ 14 % - 1 % ≤ Al ≤ 2 % - 0,5 % ≤ Ti ≤ 1,5 % con Al + Ti ≤ 2,25 % - trazas ≤ Co ≤ 2 % - trazas ≤ W ≤ 1 % con Mo + (W/2) ≤ 3% - trazas ≤ P ≤ 0,02 % - trazas ≤ S ≤ 0,0050 % - trazas ≤ N ≤ 0,0060 % - trazas ≤ C ≤ 0,025 % - trazas ≤ Cu ≤ 0,5 % - trazas ≤ Mn ≤ 3 % - trazas ≤ Si ≤ 0,25 % - trazas ≤ 0 ≤ 0,0050 % y es tal que: - Ms (ºC) = 1302 - 42Cr - 63Ni - 30Mo + 20Al - 15W - 33Mn - 28Si - 30Cu - 13Co + 10Ti ≥ 50 - Cr eq / Ni eq ≤ 1,05 con Cr eq (%) = Cr + 2Si + Mo + 1,5Ti + 5,5Al + 0,6W Ni eq (%) = 2Ni + 0,5Mn + 30C + 25N + Co + 0,3Cu, siendo el resto hierro e impurezas inevitables. 11,75 %. %

La presente invención se refiere a un acero inoxidable martensítico y, en particular, se refiere a un acero aleado, que contiene principalmente los elementos cromo, níquel, molibdeno y/o tungsteno, titanio, aluminio y, eventualmente, manganeso, y que propone una combinación única de elevadas resistencia a la corrosión y de resistencia mecánica.

Para determinadas aplicaciones críticas, en las que las piezas mecánicas de acero están sometidas a esfuerzos muy importantes y para las cuales la masa de estas piezas es un factor importante, por ejemplo en los campos de la aeronáutica (cajones de trenes de aterrizaje) o del espacio, hay que recurrir a aceros martensíticos con resistencia mecánica muy alta y, así mismo, que ofrezcan también una buena tenacidad tal como la que se mide por medio del ensayo de rotura brusca K1C.

Los aceros martensíticos al carbono de baja aleación (es decir en los que ninguno de los elementos de aleación sobrepasa el 5 % en masa), templados y revenidos, son convenientes en la mayoría de los casos cuando las temperaturas de servicio permanezcan por debajo de su temperatura de revenido.

Entre estos aceros, aquellos que están aleados con silicio pueden soportar temperaturas de servicio un poco más altas puesto que su temperatura de revenido, para obtener los mejores compromisos entre la resistencia a la rotura (Rm) y la tenacidad (K1C), se encuentra situada de forma típica hacia 250/300ºC.

Cuando las temperaturas de servicio sobrepasan puntualmente o de forma permanente estos valores, es preciso recurrir a los aceros «maraging» (martensíticos a base de carbono endurecidos por precipitación de elementos intermetálicos), cuyo revenido se efectúa a 450ºC o por encima de este valor, en función del compromiso Rm/K1C buscado.

Frecuentemente se obtienen compromisos Rm/K1C del orden de

y donde m se expresa en metros, con estas categorías de aceros, por medio de una elaboración apropiada, que se domina actualmente con medios industriales conocidos.

**(Ver fórmula)**

**(Ver fórmula)**

Estas clases de aceros son extremadamente sensibles a lo que usualmente se denomina «corrosión bajo tensión», pero que en realidad es una de las formas de fragilización por el hidrógeno externo producido por reacciones de corrosión superficial (picaduras, corrosión intergranular en particular). El umbral de propagación de fisuras en estos aceros en presencia de reacciones de corrosión (K1CSC) es mucho menor que su valor de K1C; para los aceros de baja aleación, que han sido tratados más allá de 1.600 MPa de Rm, el valor de K1CSC presenta un valor mínimo entre la temperatura ambiente y 80ºC que es del orden de

**(Ver fórmula)**

en medios acuosos con una baja concentración en cloruros. La facies de rotura es, de forma típica, intergranular, probablemente en relación con una oclusión y una acumulación de hidrógeno más allá de la concentración crítica sobre los carburos intergranulares ε o Fe3C formados durante el revenido.

A pesar de que la sensibilidad de los aceros maraging no inoxidables es menos marcada que en el caso de los aceros de baja aleación, como consecuencia de que es mas baja la difusión de hidrógeno en su matriz muy aleada y de que, aparentemente, los modos de oclusión del hidrógeno son menos nocivos, esta sensibilidad sigue siendo muy fuerte a temperaturas del orden de 20 hasta 100ºC, que corresponden a fases de utilización en servicio.

Hasta el presente, el único medio de protección contra estos fenómenos muy perjudiciales consistía en la protección de las superficies por medio de revestimientos anticorrosión tales como el cadmiado, que es muy utilizado en aeronáutica. Sin embargo, estos revestimientos plantean problemas importantes.

En efecto, estos revestimientos están sujetos al descascarillado y a la fisuración, lo que impone una vigilancia regular y atenta del estado de la superficie.

Por otra parte, el cadmio es un elemento fuertemente nocivo frente al medio ambiente y su utilización está severamente controlada por ciertas reglamentaciones.

Por otra parte, las diversas operaciones de revestimiento de tipo químico o electrolítico, desprenden hidrógeno, que es susceptible de perjudicar de forma irremediable a las piezas que deben ser protegidas, como consecuencia del fenómeno perfectamente conocido de la «rotura retardada» o de la «fatiga estática» antes de su puesta en servicio, y los métodos de prevención son muy pesados y costosos.

En todos los casos, el substrato macizo permanece intrínsecamente muy susceptible a la fisuración frágil, que está favorecida por el hidrógeno externo de cualquier procedencia.

En la actualidad, ningún acero de baja aleación y con resistencia muy elevada (Rm > 1.900 MPa) presenta un valor de K1CSC en los medios acuosos atmosféricos o urbanos que se aproxime al valor de K1C medido en atmósfera neutra, y el estudio fino de los mecanismos de propagación de fisuras en presencia de hidrógeno interno

o externo tendería a probar que las relaciones K1CSC/K1C de los aceros actuales con resistencia muy elevada son siempre claramente mucho menores que la unidad, salvo en el caso en que se introduzcan en estos aceros elementos de la clase de los platinoides. Estos elementos actúan como «repelentes» del hidrógeno, pero su coste prohibitivo impide actualmente su utilización como elementos de adición.

Por otra parte, existen también aceros maraging, con contenidos elevados en cromo (> 10 % de Cr) y que son considerados inoxidables en atmósferas «urbanas»; un ejemplo de acero representativo de esta categoría está descrito en los documentos US-A-3 556 776 y JP 02 310 339.

Sin embargo, ninguno de estos aceros maraging inoxidables, conocidos actualmente, permite alcanzar los niveles de resistencia mecánica que ofrecen los aceros maraging sin cromo y los aceros de baja aleación, es decir una resistencia a la tracción Rm de 1.900 MPa y por encima de este valor.

La composición de acero de la invención tiene por objeto resolver estos problemas técnicos proponiendo un acero inoxidable martensítico, que tiene una resistencia intrínseca a la corrosión en medio atmosférico (ambiente marino o urbano) en el que ha sido erradicada la fuente externa de hidrógeno, y al mismo tiempo presenta una resistencia a la tracción elevada (del orden de 1.800 MPa y por encima de este valor) y una tenacidad equivalente a la de los aceros al carbono de baja aleación y con resistencia muy elevada.

Con esta finalidad, la invención tiene por objeto un acero inoxidable

• 9% ≤ Cr ≤ 13 %

• 1,5 % ≤ Mo ≤ 3%

• 8% ≤ Ni ≤14 %

• 1% ≤ Al ≤ 2%

• 0,5 % ≤ Ti ≤ 1,5 % con Al + Ti ≥ 2,25 %

• trazas ≤ Co ≤ 2%

• trazas ≤ W ≤ 1% con Mo + (W/2) ≤ 3%

• trazas ≤ P ≤ 0,02 %

• trazas ≤ S ≤ 0,0050 %

• trazas ≤ N ≤ 0,0060 %

• trazas ≤ C ≤ 0,025 %

• trazas ≤ Cu ≤ 0,5 %

• trazas ≤ Mn ≤ 3%

• trazas ≤ Si ≤ 0,25 %

• trazas ≤ O ≤ 0,0050 % y es tal que:

• Ms (ºC) = 1302 -42Cr -63Ni -30Mo + 20Al -15W -33Mn -28Si -30Cu 13Co + 10Ti ≥ 50

• Cr eq/Ni eq ≤ 1,05 con Cr eq (%) = Cr + 2Si + Mo + 1,5Ti + 5,5Al + 0,6W Ni eq (%) = 2Ni + 0,5Mn + 30C + 25N + Co + 0,3Cu, siendo el resto hierro e impurezas inevitables. De manera preferente 10 % ≤ Cr ≤ 11,75 %. De manera preferente 2 % ≤ Mo ≤ 3 %. De manera preferente 10,5 % ≤ Ni ≤ 12,5 %. De manera preferente 1,2 % ≤ Al ≤ 1,6 %. De manera preferente 0,75 % ≤ Ti ≤ 1,25 % De manera preferente trazas ≤ Co ≤ 0,5 % De manera preferente trazas ≤ P ≤ 0,01 % De manera preferente trazas ≤ S ≤ 0,0010 %

De manera preferente trazas ≤ S ≤ 0,0005 % De manera preferente trazas ≤ N ≤ 0,0030 % De manera preferente trazas ≤ C ≤ 0,0120 % De manera preferente trazas ≤ Cu ≤ 0,25 % De manera preferente trazas ≤ Si ≤ 0,25 % De manera preferente trazas ≤ Si ≤ 0,10 % De manera preferente trazas ≤ Mn ≤ 0,25 % De manera preferente trazas ≤ Mn ≤ 0,10 % De manera preferente trazas ≤ O ≤ 0,0020 %.

La invención tiene...

1. Acero inoxidable martensítico, caracterizado porque su composición es, en porcentajes ponderales: -9% ≤ Cr ≤ 13 % -1,5 % ≤ Mo ≤ 3% -8% ≤ Ni ≤ 14 % -1% ≤ Al ≤ 2% -0,5 % ≤ Ti ≤ 1,5 % con Al + Ti ≥ 2,25 % -trazas ≤ Co ≤ 2% -trazas ≤ W ≤ 1 % con Mo + (W/2) ≤ 3% -trazas ≤ P ≤ 0,02 % -trazas ≤ S ≤ 0,0050 % -trazas ≤ N ≤ 0,0060 % -trazas ≤ C ≤ 0,025 % -trazas ≤ Cu ≤ 0,5 % -trazas ≤ Mn ≤ 3% -trazas ≤ Si ≤ 0,25 % -trazas ≤ 0 ≤ 0,0050 % y es tal que:

• Ms (ºC) = 1302 -42Cr -63Ni -30Mo + 20Al -15W -33Mn -28Si -30Cu 13Co + 10Ti ≥ 50

• Cr eq / Ni eq ≤ 1,05 con Cr eq (%) = Cr + 2Si + Mo + 1,5Ti + 5,5Al + 0,6W Ni eq (%) = 2Ni + 0,5Mn + 30C + 25N + Co + 0,3Cu, siendo el resto hierro e impurezas inevitables.

2. Acero según la reivindicación 1, caracterizado porque 10 % ≤ Cr ≤ 11,75 %. 3. Acero según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque 2% ≤ Mo ≤ 3 %. 4. Acero según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque 10,5 % ≤ Ni ≤ 12,5 %.

- 25 5. Acero según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque 1,2 % ≤ Al ≤ 1,6 %. 6. Acero según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque 0,75 % ≤ Ti ≤ 1,25 %. 7. Acero según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque trazas ≤ Co ≤ 0,5 %. 8. Acero según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque trazas ≤ P ≤ 0,01 %. 9. Acero según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque trazas ≤ S ≤ 0,0010 %. 10. Acero según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque trazas ≤ S ≤ 0,0005 %. 11. Acero según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque trazas ≤ N ≤ 0,0030 %. 12. Acero según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque trazas ≤ C ≤ 0,0120 %. 13. Acero según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque trazas ≤ Cu ≤ 0,25 %. 14. Acero según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque trazas ≤ Si ≤ 0,25 %. 15. Acero según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque trazas ≤ Si ≤ 0,10 %. 16. Acero según una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque trazas ≤ Mn ≤ 0,25 %.

17. Acero según la reivindicación 16, caracterizado porque trazas ≤ Mn ≤ 0,10 %.

18. Acero según una de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque trazas ≤ O ≤ 0,0020 %.

19. Procedimiento para la fabricación de una pieza mecánica de acero con elevadas resistencia mecánica y resistencia a la corrosión, caracterizado porque:

• se elabora un producto semiacabado mediante la preparación y a continuación

reivindicaciones 1 a 18;

• se ejecuta un tratamiento térmico de disolución sobre dicho producto semiacabado entre 850 y 950ºC, seguido inmediatamente por un tratamiento criogénico de refrigeración rápida hasta una temperatura menor o igual que 75ºC sin interrupción por debajo del punto de transformación Ms y durante un período de tiempo suficiente para asegurar una refrigeración completa en todo el espesor de la pieza;

• se ejecuta un revenido de envejecimiento entre 450 y 600ºC durante un período de tiempo de mantenimiento isotermo comprendido entre 4 y 32 horas. 20. Procedimiento según la reivindicación 19, caracterizado porque dicho

tratamiento criogénico es un temple en nieve carbónica.

21. Procedimiento según la reivindicación 19 o 20, caracterizado porque dicho tratamiento criogénico se efectúa a una temperatura de -80ºC durante, al menos, 4 horas.

22. Procedimiento según una de las reivindicaciones 19 a 21, caracterizado porque entre dicho tratamiento de disolución y dicho tratamiento criogénico, se procede a un temple isotermo a una temperatura mayor que el punto de transformación Ms.

23. Procedimiento según una de las reivindicaciones 19 a 22, caracterizado porque después del tratamiento criogénico y antes del revenido de envejecimiento, se procede a un conformado en frío y a un tratamiento térmico de disolución.

24. Procedimiento según una de las reivindicaciones 20 a 23, caracterizado porque se ejecuta, como mínimo, un tratamiento térmico de homogeneización entre

1.200 y 1.300ºC durante, como mínimo, 24 horas sobre el lingote o durante sus transformaciones en caliente en producto semiacabado, pero antes de la última de estas transformaciones en caliente.

25. Pieza mecánica en acero de elevadas resistencia a la corrosión y resistencia mecánica, caracterizada porque ha sido obtenida por el procedimiento según una de las reivindicaciones 19 a 24.

26. Pieza mecánica según la reivindicación 25, caracterizada porque se