Composición de acero para usos especiales, especialmente en el campo del automóvil.

Utilización de una composición de acero que presenta las siguientes cantidades,

donde los porcentajes se expresan en peso:

Carbono: 0,04 a 0,20%

Silicio: 1,00 a 2,50%

Cromo: 16,0 a 25,0%

Níquel: 8,0 a 15,0%

Nitrógeno: 0,10 a 0,20%

Cerio: 0,03 a 0,08%

y las cantidades suplementarias eventuales siguientes:

Manganeso: 1,00% como máximo

Fósforo: 0,045% como máximo

Azufre: 0,030% como máximo

estando constituido el complemento por Fe e impurezas eventuales, para la fabricación de un tubo de circuito de reciclaje de gas de escape (circuito EGR), en el que el tubo presenta una resistencia elevada a la fatiga por calor que se expresa en número de ciclos que supera 1.000.000 de ciclos, a temperaturas de al menos 700°C, bajo tensiones de 300 MPa en estado recocido y 800 MPa en estado batido en frío.

Composición de acero para usos especiales, especialmente en el campo del automóvil.

La invención se refiere a aceros especiales y se refiere mas en particular a la utilización de una composición de acero, especialmente en el campo del automóvil.

Existen numerosas composiciones de acero que corresponden en general a « tipos » cuyos contenidos en sus principales elementos constituyentes estan definidos por las normas.

Los industriales estan siempre buscando composiciones de acero para satisfacer necesidades especificas donde predominan exigencias particularmente severas.

Es en este contexto en que la Solicitante se ha planteado el problema de investigar composiciones de acero, y entonces las piezas que se pueden obtener a partir de estas composiciones, que sean susceptibles de satisfacer nuevas exigencias medioambientales y de resistencia a la fatiga por calor encontradas en particular en las aplicaciones del campo del automóvil.

El problema citado previamente se presenta bajo dos aspectos, por una parte las exigencias en materia de emisión de gas de escape y por otra parte las exigencias asociadas al problema de la vida util y del final de la vida de los automóviles, su desguace y reciclaje de sus componentes.

Se recordara al respecto que la Comunidad Europea ha especificado en su Oirectiva 70/220/ EEC los limites impuestos a los nuevos vehiculos ligeros (categorias M1 y N1) , es decir, un nivel de "emisión estandar", cuyos valores expresados en terminos de peso emitido por kil6metro (g/km) se refieren a las emisiones siguientes: CO, HC, HC+NOx, NOx, PM. El termino "PM" es la abreviatura de la expresión anglosajona "Particulate Material" que significa "materia en forma de particulas".

Estos valores han sido revisados regularmente a la baja al mismo tiempo de su actualización, cuyas etapas en el tiempo han sido o seran:

- en julio de 1.992 la norma Euro 1

- en enero de 1.996 1a norma Euro 2, 1O1 y O1º

- en enero de 2.000 la norma Euro 3

- en enero de 2.005 la norma Euro 4

- y a med. de 2.008 la norma Euro 5

Por otro lado, las exigencias referentes al fin de la vida de los vehiculos estan definidas en la Oirectiva Europea 2000/53/EC del 18 de septiembre de 2.000 y abarcan igualmente en los vehiculos los segmentos M1 y N1. Esta Oirectiva insiste entre otros en la obligación, para los constructores de automóviles, de investigar y poner en practica soluciones que permitan un reciclaje óptimo de los diferentes componentes.

Estas diferentes exigencias tienen consecuencias sobre las caracteristicas de los vehiculos y mas en particular sobre las caracteristicas tecnicas de los motores y de sus diferentes componentes.

Asi, las primeras exigencias han comprometido a los constructores de automóviles en la via de la reducción de consumos de motores mientras se mantiene, o aumenta, su potencia de modo que se alcancen los valores conocidos para los motores de cilindrada mas considerable segun las concepciones anteriores.

Este objetivo se ha podido alcanzar combinando dos factores, a saber por una parte la reducción de la cilindrada de los motores y por otra parte el aumento de su presión de funcionamiento con un aumento como consecuencia de la temperatura de funcionamiento, permitiendo todo mejorar el rendimiento termico de estos nuevos motores.

Una consecuencia de esta elevación de temperatura de funcionamiento es el aumento de la temperatura de los gases de escape, la cual pasa de 400°C aproximadamente a 700°C aproximadamente o mas.

Por otro lado, para reducir en este tipo de motor los valores de las emisiones debido por una parte a « incombustibles », se ha adaptado un sistema de reciclaje de los gases de escape que se vuelven a inyectar en el circuito de alimentación del motor.

Los gases de escape se vuelven a inyectar asi o se vuelven a poner en circulación, mediante un « sistema de reciclaje de los gases de escape » denominado tambien "Exhaust Gas Recycling" (termino anglosaj6n conocido tambien por su abreviatura EGR) , estando constituido este sistema por diversos componentes, los tubos de acero.

Estos sistemas de reciclaje constan de componentes sometidos a tensiones particularmente elevadas. Es el caso

especialmente del tubo denominado "tubo EGR" que transporta los gases de escape en el intercambiador termico que sirve de refrigeración de los gases de escape antes de su inyección en el motor. Este tubo es atravesado en efecto por los gases de escape cuya temperatura puede alcanzar y sobrepasar 7O0°C. El intercambiador termico comprende un elemento tubular denominado "refrigerador" ("cooler" en ingles) que es atravesado por un liquido de refrigeración cuya temperatura en funcionamiento normal es habitualmente del orden de 80 a 100°C.

Por otra parte, las exigencias medioambientales en materia de vida util de los vehiculos y sus motores, asi como las exigencias en materia de desguace de los vehiculos han llevado a los constructores a investigar materiales particularmente resistentes. Estos materiales deben resistir a la corrosión que puede ser provocada por los gases y otros componentes corrosivos que resultan de la combustión de los carburantes e igualmente por los condensados que se forman cuando el motor esta parado. Oeben ademas tener una buena resistencia a la fatiga por calor debido a las tensiones mecanicas y vibratorias a las que estan sometidos estos elementos del entorno del motor. Pero estos materiales deben poseer igualmente caracteristicas de resistencia en el tiempo que les permita durante los recambios de piezas o durante el desguace de los vehiculos, recuperar los componentes usados o defectuosos que se puedan reciclar.

Ademas, los tubos que sirven en la fabricación de los elementos que deben ser ensamblados para constituir estos equipos deben ser aptos para experimentar deformaciones con el frio y operaciones de soldadura durante las etapas de producción y ensamblaje de los elementos con vistas a constituir el conjunto denominado EGR. Los materiales que constituyen estos elementos deben asi estar en condiciones de poder experimentar alargamientos minimos de 40% sin dano para su utilización posterior.

Por estas diferentes razones, los constructores buscan soluciones que apliquen estos metales o sus aleaciones presentando una buena resistencia a la corrosión, presentando una buena resistencia a la fatiga por calor y pudiendo ser reciclados.

En lo que se refiere a la resistencia (u oposición) a la fatiga, un umbral minimo a superar que sirve bastante corrientemente de valor significativo en el campo de la construcción mecanica y en particular de la construcción de automóviles, es el numero de 1.000.000 de ciclos.

En otras palabras, los constructores de automóviles, cuando caracterizan por ensayos de resistencia a la fatiga los resultados de los componentes destinados a la construcción de los vehiculos, llegan con frecuencia a desechar las soluciones tecnicas que no permiten alcanzar y superar este numero minimo de ciclos bajo ciertas condiciones o exigencias correspondientes a cada tipo de componente.

Es en este contexto en que la Solicitante ha investigado soluciones partiendo de composiciones de acero conocidas y cuyas propiedades no habian sido exploradas completamente.

La tecnica anterior se ilustra por los siguientes documentos:

- patente francesa FR-A1-2 283 238 (AVESTA JERNVERKS AB [SED) 26 de marzo de 1.976 (26-03-1.976)

- patente de EE.UU. A-4 224 062 (OARNFORS SVEN) 23 de septiembre de 1.980 (23-09-1.980)

- http://www.worldstainless.org/NR/rdonlyres/1563541A-23AO-4869-A5BF-O4F1FC963257/2415 /StainlessSteelApplicatlonsAutomotive.pdf Extracto de lnternet: URL:http://www.worldstainless.org/About+st ainless/What+can/Transportation/Automotive +Applications/Oocument+Listing.htm>

- Extracto de lnternet: URL:www.outokumpu.com>

- ºANOERSSON ET AL: 'Low cycle fatigue of four stainless steels in 20% CO-80% H2" 1NTERNAT1ONAL JOURNAL OF FAT1GUE, BUTTERWORTH SC1ENT1F1C LTO, GU1LOFORO, GB, vol. 29, nO 1, enero de 2.007 (01-2.007) , paginas 119-127, 1SSN: 0142-1123

- SANOSTROEM R ET AL: "Elevated temperature low cycle fatigue of the austenitic stainless steels type 316 and 253 MA -1nfluence of microstructure and damage mechanisms" H1GH TEMPERATURE TECHNOLOGY, SC1ENT1F1C LTO. GU1LOFORO, UK, vol. 7, 1.989, paginas 2-10,

- L1NOE L ET AL; "Thermo-mechanlcal and low cycle fatigue behaviour of the austenitic stainless steel 253 MA" SWEO1SCH 1NST1TUT FOR METAL RESEARCH, vol. 1M-1999-15,... [Seguir leyendo]

1. Utilización de una composición de acero que presenta las siguientes cantidades, donde los porcentajes se expresan en peso: Carbono: 0, 04 a 0, 20% Silicio: 1, 00 a 2, 50% Cromo: 16, 0 a 25, 0% Niquel: 8, 0 a 15, 0% Nitrógeno: 0, 10 a 0, 20% Cerio: 0, 03 a 0, 08% y las cantidades suplementarias eventuales siguientes: Manganeso: 1, 00% como maximo F6sforo: 0, 045% como maximo Azufre: 0, 030% como maximo estando constituido el complemento por Fe e impurezas eventuales, para la fabricación de un tubo de circuito de reciclaje de gas de escape (circuito EGR) , en el que el tubo presenta una resistencia elevada a la fatiga por calor que se expresa en numero de ciclos que supera 1.000.000 de ciclos, a temperaturas de al menos 700°C, bajo tensiones de 300 MPa en estado recocido y 800 MPa en estado batido en frio.

2. Utilización de una composición de acero segun la reivindicación 1, en la que la composición presenta las 10 siguientes cantidades: Carbono: 0, 04 a 0, 20% Silicio: 1, 00 a 2, 50% Cromo: 18, 0 a 22, 0% Niquel: 9, 0 a 12, 0%

Nitrógeno: 0, 10 a 0, 20% Cerio: 0, 03 a 0, 08%

3. Utilización de una composición de acero segun una de las reivindicaciones 1 y 2, en la que la composición presenta las siguientes cantidades: Carbono: 0, 04 a 0, 08% Silicio: 1, 00 a 2, 00% Cromo: 18, 0 a 20, 0% Niquel: 9, 0 a 11, 0%

Nitrógeno: 0, 12 a 0, 20% Cerio: 0, 03 a 0, 08%

4. Utilización de una composición de acero segun una de las reivindicaciones 1 y 2, en la que la composición presenta las siguientes cantidades: Carbono: 0, 05 a 0, 12% Silicio: 1, 40 a 2, 50%

Cromo: 20, 0 a 22, 0% Niquel: 10, 0 a 12, 0%

Nitrógeno: 0, 12 a 0, 20% Cerio: 0, 03 a 0, 08%

5. Utilización de una composición de acero segun una de las reivindicaciones 1 a 4, en la que el tubo se obtiene por soldadura longitudinal de una banda de metal.

6. Utilización de una composición de acero segun una de las reivindicaciones 1 a 4, en la que el tubo se obtiene por laminado.

7. Utilización de una composición de acero segun una de las reivindicaciones 1 a 4, en la que el tubo se obtiene por extrusión.

8. Utilización de una composición de acero segun una de las reivindicaciones 1 a 4, en la que el tubo se obtiene por estirado.

9. Tubo de circuito de reciclaje de gas de escape (circuito EGR) de un motor termico de vehiculo automóvil obtenido 10 por transformación de un tubo tal como se define en una de las reivindicaciones 1 a 8.

10. Tubo segun la reivindicación 9, en el que la transformación comprende una hidroformación.

11. Tubo segun una de las reivindicaciones 9 y 10, caracterizado por que se obtiene en estado formado en frio.