STEEL COMPOSITIONS, METHOD FOR OBTAINING SAME AND PARTS MADE FROM SAME.

Composición de acero caracterizada porque comprende, expresados en porcentajes en peso:

5 C 0,30-1,00% Si 3,50-4,50% Mn 7,00-10,00% Ni 3,50-4,50% Cr 20,00-27,00% 10 W 0,50-4,50% Nb 0-2,50% Co 0-1,00% N 0,20-0,50%, 15 estando constituido el complemento por hierro y por impurezas inevitables

La presente invención se refiere a un acero destinado mas particularmente a la realización de piezas mecánicas que pueden ser utilizadas en unas condiciones severas de uso, en instalaciones nucleares pero también en las industrias tales como las 5 agroalimentarias, las energéticas o la construcción mecánica.

En efecto, cuando unas piezas mecánicas deben ser sometidas a unas tensiones de uso que exigen una fuerte resistencia al desgaste por abrasión o erosión, una fuerte resistencia a la corrosión y un buen comportamiento frente al calor hasta 900ºC, los únicos materiales susceptibles de ser adecuados en tales condiciones son las aleaciones a base 10 de cobalto. Por otra parte, se puede destacar que incluso cuando se requieren únicamente dos de estas cualidades, no existe en la actualidad ninguna alternativa satisfactoria a estas aleaciones.

Ahora bien, las aleaciones a base de cobalto plantean problemas tanto económicos como técnicos. En efecto, el cobalto es una materia prima onerosa cuyas fuentes de 15 aprovisionamiento son poco numerosas. Por otra parte, este elemento es altamente indeseable en el medio nuclear puesto que forma isótopos de larga vida que son liberados por el desgaste de las piezas y son una de las principales fuentes de exposición a las radiaciones por parte de las personas que trabajan en estas instalaciones. Por lo tanto, el contenido en cobalto debe de ser limitado al máximo en los aceros o aleaciones que se 20 utilizan en particular en esta industria para la realización de asientos de válvula.

La patente US nº 3.912.503 describe unas composiciones de aceros inoxidables resistentes al desgaste y a la corrosión. Comprenden 0,12% en peso como máximo de carbono, 7 a 13% en peso de manganeso, 3 a 5% en peso de silicio, 12 a 19% en peso de cromo, 4 a 12% en peso de níquel, 0,03 a 0,3% en peso de nitrógeno, estando constituido 25 el complemento por hierro. Estas composiciones tienen un coeficiente de rozamiento cercano al de las aleaciones a base de cobalto pero presentan una dureza a temperatura ambiente únicamente de 200 Vickers, dureza que cae a 150 Vickers a partir de los 200ºC. Además, su ductilidad es mucho mayor para permitir una utilización para la realización de piezas mecánicas sometidas a fuertes tensiones. 30

La patente US nº 4.814.140 describe el mismo tipo de acero que la patente US nº 3.912.503 y permite mejorar la resistencia al gripado. Las composiciones reivindicadas comprenden como máximo 0,25% en peso de carbono, 2 a 7% en peso de

manganeso, 1 a 5% en peso de silicio, 12 a 20% en peso de cromo, 2 a 7,75% en peso de níquel, 0,35% en peso como máximo de nitrógeno, estando constituido el complemento por hierro. Pero las propiedades mecánicas, entre las que figuran la ductilidad, la dureza a temperatura ambiente y en caliente, son similares a las de las composiciones de la patente US nº 3.912.503 y éstas son por lo tanto también insuficientes para las aplicaciones 5 previstas.

Por lo tanto existe una necesidad de un material metálico de sustitución de las aleaciones a base de cobalto y que contenga la menor cantidad posible, incluso nada, pero que presente la asociación de las características de este tipo de aleación, a saber una resistencia a la abrasión y al desgaste elevada, una buena resistencia a la corrosión y 10 una buena dureza a temperatura ambiente y en caliente para unas temperaturas comprendidas entre 300 y 900C, mejorándolas si es posible.

Por lo tanto la presente invención tiene esencialmente como objetivo poner a disposición un material de este tipo.

Con este fin, un primer objeto de la invención está constituido por una composición 15 de acero que comprende, expresados en porcentajes en peso:

C 0,30-1,00%

Si 3,50-4,50%

Mn 7,00-10,00% 20

Ni 3,50-4,50%

Cr 20,00-27,00%

W 0,50-4,50%

Nb 0-2,50%

Co 0-1,00% 25

N 0,20-0,50%,

estando constituido el complemento principalmente por hierro y por impurezas inevitables.

En un modo de realización preferido de la invención, la composición de acero 30 comprende, expresados en porcentajes en peso:

C 0,50-0,80%

Si 3,50-4,50%

Mn 7,00-10,00%

Ni 3,50-4,50%

Cr 24,00-26,00% 5

W 0,50-1,50%

Nb 0-2,50%

Co 0-0,50%

N 0,20-0,50%

10

estando constituido el complemento principalmente por hierro y por impurezas inevitables.

Entre las impurezas inevitables, se citarán en particular el azufre y el fósforo que conviene mantener en los niveles más bajos compatibles con el procedimiento de fabricación o las materias primas empleadas. 15

Se obtienen las excelentes propiedades observadas para las composiciones de acero según la invención gracias al equilibrado preciso de los elementos.

El carbono está presente en un contenido relativamente elevado de 0,30 a 1,00% en peso. Esto permite, en particular, obtener la dureza necesaria para las piezas mecánicas, en particular gracias a la formación de precipitados de tipo carburo que 20 refuerza la estructura del material. Una buena dureza permite, entre otras cosas, obtener un acero resistente al desgaste. Dependiendo de las composiciones y del tratamiento térmico aplicado, la durezas obtenidas con los aceros según la invención están comprendidas entre 350 y 550 Vickers.

En un modo de realización preferido de la invención, el contenido en carbono de los 25 aceros según la invención está comprendido entre 0,40 y 0,50% en peso, cuando las piezas a realizar no necesitan una dureza y una resistencia al desgaste muy elevadas. En otro modo de realización preferido de la invención, el contenido en carbono de los aceros según la invención está comprendido entre 0,50 y 0,60% en peso, cuando las piezas a realizar necesitan una dureza y una resistencia al desgaste un poco más elevadas. En otro 30 modo de realización preferido de la invención, el contenido de carbono está comprendido entre 0,70 y 0,80% en peso para unas aplicaciones en las que la dureza y la resistencia al desgaste deben ser elevadas. Por lo tanto, se constata que se pueden ajustar estas dos

características del acero variando este contenido en carbono, dentro de ciertos límites predefinidos.

El silicio está presente en un contenido de 3,50 a 4,00% en peso. Desempeña una función determinada en la mejora del rozamiento y la resistencia al gripado debido a la formación de película adherente de óxido en la superficie de las piezas. Tiene asimismo 5 una función que favorece la resistencia a la corrosión.

El níquel es un elemento gammágeno que participa en el equilibrado de la composición. Está presente en un contenido de 3,50 a 4,50% en peso y asegura a las composiciones de acero una buena resistencia a la corrosión.

El manganeso está presente en un contenido de 7,00 a 10,00% en peso. Su 10 función es similar a la del níquel.

El cromo está presente en una cantidad de 20,00 a 27,00% en peso, preferentemente de 24 a 26% en peso. También desempeña una función importante en la buena resistencia contra la corrosión de los aceros según la invención. Se podrá eventualmente reemplazar una parte del cromo presente en la composición por molibdeno 15 sobre la base de 1% de molibdeno por 3% de cromo.

El tungsteno está presente en una cantidad de 0,50 a 4,50% en peso, preferentemente de 0,50 a 1,50% en peso. Permite en particular obtener un buen comportamiento en caliente de las composiciones según la invención.

El niobio está presente en una cantidad de 0 a 2,5% en peso. Es un elemento 20 carburígeno que contribuye a la dureza de la clase de acero y presentando a la vez una acción favorable respecto al comportamiento en caliente de las composiciones de acero.

El nitrógeno está presente en una cantidad de 0,20 a 0,50% en peso en las composiciones según la invención. Contribuye al equilibrio de la composición por su influencia gammágena, y a la dureza por su participación en la formación de carbonitruros 25 de niobio en particular.

El cobalto es un elemento indeseable cuyo contenido está limitado al 1% en peso como máximo, preferentemente...

Reivindicaciones

1. Composición de acero caracterizada porque comprende, expresados en porcentajes en peso:

5

C 0,30-1,00%

Si 3,50-4,50%

Mn 7,00-10,00%

Ni 3,50-4,50%

Cr 20,00-27,00% 10

W 0,50-4,50%

Nb 0-2,50%

Co 0-1,00%

N 0,20-0,50%,

15

estando constituido el complemento por hierro y por impurezas inevitables.

2. Composición de acero según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende de 24 a 26% en peso de cromo.

20

3. Composición de acero según una u otra de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada porque comprende de 0,50 a 1,50% de tungsteno.

4. Composición de acero según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque comprende de 3,50 a 4,00% en peso de silicio. 25

5. Composición de acero según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque comprende de 0,40 a 0,50% en peso de carbono.

6. Composición de acero según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, 30 caracterizada porque comprende de 0,50 a 0,60% en peso de carbono.

7. Composición de acero según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4,

caracterizada porque comprende de 0,70 a 0,80% en peso de carbono.

8. Composición de acero según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende, expresados en porcentajes en peso:

5

C 0,50-0,80%

Si 3,50-4,50%

Mn 7,00-10,00%

Ni 3,50-4,50%

Cr 24,00-26,00% 10

W 0,50-1,50%

Nb 0-2,50%

Co 0-0,50%

N 0,20-0,50%,

15

estando constituido el complemento por hierro y por impurezas inevitables.

9. Procedimiento de fabricación de piezas mecánicas, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

20

a- constituir una carga destinada a obtener una composición química según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8,

b- elaborar dicha carga,

c- conformar un semielaborado de dicha pieza mecánica por moldeado,

d- mecanizar dicha pieza mecánica a partir del semielaborado, 25

e- como opción, realizar un tratamiento térmico de empleo de dicha pieza mecánica.

10. Procedimiento de fabricación de piezas mecánicas según la reivindicación 9, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

30

a- constituir una carga destinada a obtener una composición química según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8,

b- fundir dicha carga en un crisol,

c- moldear por centrifugación un semielaborado de dicha pieza mecánica, y

d- mecanizar dicha pieza mecánica a partir del semielaborado,

e- como opción, realizar un tratamiento térmico de empleo de dicha pieza mecánica.

11. Piezas de acero que tienen una composición según cualquiera de las 5 reivindicaciones 1 a 8.

12. Piezas de acero según la reivindicación 11, caracterizadas porque se obtienen mediante un procedimiento según una u otra de las reivindicaciones 9 ó 10.