Un material de acero inoxidable ferrítico que tiene resistencia térmica y tenacidad a baja temperatura excelentes para los componentes del pasaje del gas de escape de un automóvil,

que tiene una composición que comprende, en términos de % en masa, como máximo el 0,03% de C, como máximo el 1% de Si, del 0,6 al 2% de Mn, como máximo el 3% de Ni, del 10 al 25% de Cr, del 0,3 al 0,7% de Nb, de más del 1 al 2% de Cu, del 1 al 2,5% de Mo, del 1 al 2,5% de W, como máximo el 0,15% de Al, del 0,03 al 0,2% de V, como máximo el 0,03% de N y, opcionalmente, al menos uno de los siguientes: al menos uno de Ti y Zr en una cantidad de menos del 1% en total, B en una cantidad de como máximo el 0,02%, Co en una cantidad de como máximo el 2%, y al menos uno de ETR (elemento de tierras raras) y Ca en una cantidad de como máximo el 0,1% en total, con el resto hasta el total de Fe e impurezas inevitables, y que satisface las siguientes fórmulas (1) y (2), y que tiene una textura donde la cantidad total de Nb y Mo existentes como una fase de precipitación es como máximo el 0,2% en masa: (1),1,2Nb + 5Mo + 6Cu ≥q 11,5(2).15Nb + 2Mo + 0,5Cu ≥q 10,5

Material de acero inoxidable ferrítico para los componentes del pasaje del gas de escape de un automóvil.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere a un material de acero inoxidable ferrítico para su uso como los componentes del pasaje del gas de escape de un automóvil, en particular a un material de acero inoxidable ferrítico para su uso como los componentes del pasaje del gas de escape de un automóvil, que tiene resistencia térmica excelente y tenacidad a baja temperatura favorable para los componentes del pasaje del gas de escape corriente arriba, donde la temperatura del material puede estar por encima de 900ºC o, adicionalmente, por encima de 950ºC, por ejemplo, colectores de escape, conversores catalíticos, tubos delanteros y similares.

Hasta ahora, dos especies típicas de acero ferrítico se han usado apropiadamente para los componentes del pasaje del gas de escape de un automóvil, dependiendo del intervalo de temperatura de servicio de los componentes. Una es una especie de acero, tal como típicamente acero SUS429, aplicado principalmente a los componentes cuya temperatura final máxima del material puede estar a un nivel de 750ºC; y la otra es una especie de acero, tal como típicamente acero SUS444, aplicado principalmente a los componentes cuya temperatura final máxima del material puede estar a un nivel de 850ºC.

Para satisfacer los recientes requisitos de control de emisiones y regulación de kilometraje, las temperaturas del gas de escape tienden a ser más altas, y suponiendo que la temperatura del material en los componentes del pasaje del gas de escape corriente arriba puede subir realmente hasta aproximadamente 1000ºC, puede ser de esperar que los requisitos para materiales resistentes al calor aumenten para estos componentes. El acero SUS444 convencional (acero 18Cr-2Mo-0,5Nb) sería difícil de aplicar a los componentes que se exponen a dichas altas temperaturas. Para que los materiales sean duraderos al usarlos a dichas temperaturas tan altas, aquellos que meramente tienen una alta resistencia a tracción a altas temperaturas no son suficientes, y es una cuestión importante que el límite elástico al 0,2% de los materiales a alta temperatura, que es un índice de la tensión a la que los materiales empiezan a experimentar deformación plástica, sea alto.

Con el aumento de los diversos dispositivos que hay que ajustar en una sala de máquinas, la limitación al espacio de alojamiento para los componentes del pasaje del gas de escape está aumentando cada vez más. Por consiguiente, se requiere que los componentes del pasaje del gas de escape corriente arriba tengan una excelente operabilidad en diversas formas. En particular, no solo como planchas sino también como tubos, se requiere que los componentes tengan una excelente operabilidad duradera para un trabajado duro en formas complicadas. Además, también se requiere que los componentes del pasaje del gas de escape tengan buena tenacidad a baja temperatura.

Hasta ahora, diversos aceros inoxidables ferríticos que tienen resistencia térmica mejorada, tales como aquellos mencionados más adelante, se han desarrollado y se han llevado a un uso práctico.

La Referencia de Patente 1 muestra un acero inoxidable ferrítico cuya composición y textura están controladas de manera que puede tener, seguramente, una cantidad suficiente de Nb en solución sólida para que sea duradero para usarlo en un intervalo de temperatura por encima de 900ºC, y puede tener una resistencia a tracción de 20 MPa a 950ºC. Sin embargo, no hay descripción alguna respecto al límite elástico al 0,2%, y la durabilidad del acero en un caso en el que la temperatura del material haya subido realmente hasta aproximadamente 1000ºC no está confirmada. En esto, no se toma ninguna consideración especial para la resistencia a fatiga térmica y tenacidad a baja temperatura.

La Referencia de Patente 2 muestra un acero inoxidable ferrítico que tiene una excelente resistencia a alta temperatura a 900ºC y que tiene excelente tenacidad a baja temperatura. Sin embargo, ésta no tiene una descripción relacionada con límite elástico al 0,2%, y en ella, las medidas para un aseguramiento suficientemente de la durabilidad en un caso en el que la temperatura del material haya subido realmente hasta 1000ºC o así, no siempre puede decirse que sean satisfactorias.

La Referencia de Patente 3 describe un acero inoxidable ferrítico que tiene buena resistencia a alta temperatura a 950ºC y buena operabilidad. Sin embargo, ésta no muestra nada relacionado con el límite elástico al 0,2%, y en ésta, no hay certeza de que el material pueda ser o no realmente duradero a una exposición a aproximadamente 1000ºC o así. No se toma una consideración especial para la tenacidad a baja temperatura.

La Referencia de Patente 4 muestra una aleación de Fe-Cr cuyo coeficiente de expansión térmica es reducido. Sin embargo, no hay intención de mejorar la resistencia a alta temperatura del material en un intervalo de temperatura de aproximadamente 1000ºC o así.

La Referencia de Patente 5 describe un acero inoxidable ferrítico que tiene excelente resistencia a fatiga térmica y buena tenacidad a baja temperatura. En ésta, sin embargo, el material se evaluó para la resistencia a alta temperatura en términos del límite elástico al 0,2% del mismo a 600ºC, y su durabilidad no está clara en un caso en el que la temperatura del material haya subido realmente hasta aproximadamente 1000ºC.

La Referencia de Patente 6 muestra un acero inoxidable ferrítico para los componentes del sistema del gas de escape a usar a una temperatura de no menos de 700ºC. Respecto a la resistencia a alta temperatura, sin embargo, ésta solo muestra los datos de resistencia a tracción del material a 600ºC y 850ºC, y no está claro si el material podría resistir o no una exposición a temperaturas de 1000ºC o así. Además, ésta no posee una descripción respecto a la tenacidad a baja temperatura.

La Referencia de Patente 7 es una solicitud del mismo solicitante que el de la presente solicitud, y describe un acero inoxidable ferrítico que contiene más del 1 al 2% de Cu y no más del 0,5% de Nb, que adicionalmente opcionalmente contiene en un total no más del 4% de Mo y W. No hay una enseñanza sobre la característica de las relaciones entre Mo, Nb y Cu que efectúe un aumento de la resistencia a alta temperatura a un nivel de 1000ºC, mientras mantiene alta la resistencia a alta temperatura del mismo a un nivel de 600ºC.

Referencia de Patente 1: JP 2959934

Referencia de Patente 2: JP 2696584

Referencia de Patente 3: JP 3468156

Referencia de Patente 4: JP 2005-206944A

Referencia de Patente 5: JP 2006-117985A

Referencia de Patente 6: JP 2000-303149A

Referencia de Patente 7: EP 1 930 461 A. El documento EP 478790 describe también un acero resistente al calor con una tenacidad a baja temperatura mejorada, que tiene 1,0-4,5 Mo, 0,1-2,5 Cu y, opcionalmente, volframio.

Un procedimiento capaz de producir de forma estable un material que presente una excelente durabilidad cuando se usa a una temperatura por encima de 900ºC y satisfaga tanto una buena tenacidad a baja temperatura como una buena operabilidad, aún no se ha establecido (véanse las Referencias de Patente anteriores).

Sumario de la invención

Un objetivo de la presente invención es proporcionar un material de acero inoxidable ferrítico para los componentes del pasaje del gas de escape de un automóvil, que satisfaga simultáneamente el límite elástico al 0,2% a una alta temperatura de 1000ºC, resistencia a fatiga térmica, tenacidad a baja temperatura y operabilidad, todo a un alto nivel y que, incluso cuando se usa en la condición en la que la temperatura del material realmente alcanza un intervalo de alta temperatura, de mayor de 900ºC e incluso mayor de 950ºC, aún presenta una durabilidad excelente.

Para conseguir el objetivo anterior, la invención proporciona un material de acero inoxidable ferrítico que tiene excelente resistencia térmica y tenacidad a baja temperatura para los componentes del pasaje del gas de escape de un automóvil, que tiene una composición que básicamente contiene, en términos de % en masa, como máximo el 0,03% de C, como máximo el 1% de Si, del 0,6 al 2% de Mn, como máximo el 3% de Ni, del 10 al 25% de Cr, del 0,3 al 0,7% de Nb, de más del 1 al 2% de Cu, del 1 al 2,5% de Mo, del 1 al 2,5% de W, como máximo el 0,15% de Al, del 0,03 al 0,2% de V, y como máximo el 0,03% de N, y que opcionalmente contiene al menos ...

1. Un material de acero inoxidable ferrítico que tiene resistencia térmica y tenacidad a baja temperatura excelentes para los componentes del pasaje del gas de escape de un automóvil, que tiene una composición que comprende, en términos de % en masa, como máximo el 0,03% de C, como máximo el 1% de Si, del 0,6 al 2% de Mn, como máximo el 3% de Ni, del 10 al 25% de Cr, del 0,3 al 0,7% de Nb, de más del 1 al 2% de Cu, del 1 al 2,5% de Mo, del 1 al 2,5% de W, como máximo el 0,15% de Al, del 0,03 al 0,2% de V, como máximo el 0,03% de N y, opcionalmente, al menos uno de los siguientes: al menos uno de Ti y Zr en una cantidad de menos del 1% en total, B en una cantidad de como máximo el 0,02%, Co en una cantidad de como máximo el 2%, y al menos uno de ETR (elemento de tierras raras) y Ca en una cantidad de como máximo el 0,1% en total, con el resto hasta el total de Fe e impurezas inevitables, y que satisface las siguientes fórmulas (1) y (2), y que tiene una textura donde la cantidad total de Nb y Mo existentes como una fase de precipitación es como máximo el 0,2% en masa:

(1),1,2Nb + 5Mo + 6Cu ≥q 11,5

(2).15Nb + 2Mo + 0,5Cu ≥q 10,5

2. El material de acero de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la composición contiene al menos uno de Ti y Zr en una cantidad de menos del 1% en total.

3. El material de acero de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que la composición contiene al menos uno de B en una cantidad de como máximo el 0,02% y Co en una cantidad de como máximo el 2%.

4. El material de acero de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la composición contiene al menos uno de ETR (elemento de tierras raras) y Ca en una cantidad de como máximo el 0,1% en total.

5. El material de acero de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que se usa para los componentes del pasaje del gas de escape, estando la temperatura del material en un intervalo de temperatura por encima de 900ºC.