Acero inoxidable austenítico bajo en níquel conteniendo elementos estabilizantes.

Un acero inoxidable austenítico que comprende, en % en peso, hasta 0.

20 C, 2.0-9.0 Mn, hasta 2.0 Si, 16.0-23.0 Cr, 1.0-7.0 Ni, 0.5-2.0 Mo, hasta 3.0 Cu, 0.05-0.35 N, hasta 4.0 W, (7.5(%C)) ≤ (Nb + Ti + V + Ta + Zr) ≤ 1.5, hasta 0.01 B, hasta 1.0 Co, resto hierro e impurezas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

CAMPO DE TECNOLOGÍA

La presente divulgación se refiere a un acero inoxidable austenítico. En particular, la divulgación se refiere a una composición de acero inoxidable austenítico estabilizada con buena relación coste-eficacia con niveles bajos de níquel y molibdeno, con propiedades mejoradas a alta temperatura y propiedades de resistencia a la corrosión y de formabilidad al menos comparables a las aleaciones con más níquel.

DESCRIPCIÓN DE LOS ANTECEDENTES DE LA TECNOLOGÍA

Los aceros inoxidables austeníticos presentan una combinación de propiedades muy deseables que los hacen útiles para una amplia variedad de aplicaciones industriales. Estos aceros poseen una composición a base de hierro que es equilibrada por adición de elementos promotores de austenita y estabilizantes, como níquel, manganeso y nitrógeno, para permitir hacer adiciones de elementos promotores de ferrita, tales como cromo y molibdeno, que aumentan la resistencia a la corrosión, mientras se mantiene una estructura austenítica a temperatura ambiente. La estructura austenítica dota al acero de propiedades mecánicas muy convenientes, sobre todo de resistencia, ductilidad y formabilidad.

Un ejemplo específico de un acero inoxidable austenítico es el acero inoxidable AISI tipo 316 (UNS S31600) , que es una aleación que contiene 16-18% de cromo, 10-14% de níquel, y 2-3% de molibdeno. Los campos de valores de los ingredientes de aleación en esta aleación se mantienen dentro de los campos de valores especificados con el fin de mantener una estructura austenítica estable. Como es entendido por un experto en la técnica, los contenidos de níquel, manganeso, cobre, y nitrógeno, por ejemplo, contribuyen a la estabilidad de la estructura austenítica. Sin embargo, el incremento de los precios del níquel y el molibdeno ha hecho necesario crear alternativas al S31600 más rentables que sigan presentando una alta resistencia a la corrosión y una buena formabilidad.

Otra alternativa de aleación es Grado 216 (UNS S21600) , que es descrita en la patente U.S. Nº. 3.171.738 S21600, contiene 17, 5-22% de cromo, 5-7% de níquel, 7, 5-9% de manganeso, y 2-3% de molibdeno. A pesar de que S21600 es una variante de S31600 más baja en níquel y más alta en manganeso, las propiedades de tensión de rotura y tensión de rotura a la corrosión de S21600 son mucho más altas que las de S31600. Sin embargo, como ocurre con las aleaciones dúplex, la formabilidad de S21600 no es tan buena como la de S31600. También, debido a que S21600 contiene la misma cantidad de molibdeno que S31600, no hay ahorro de costes en molibdeno.

También existe una variante de S31600, la cual está pensada principalmente para uso a altas temperaturas. Esta aleación es designada como Tipo 316Ti (UNS S31635) . La diferencia significativa entre S31600 y S31635 es la presencia de una pequeña adición de titanio equilibrada con la cantidad de carbono y de nitrógeno presente en el acero. El acero resultante, S31635, es menos propenso a la perjudicial formación de carburos de cromo a altas temperaturas durante la soldadura, fenómeno conocido como sensibilización. Tales adiciones también pueden mejorar las propiedades a altas temperaturas debido a los efectos reforzantes de una formación primaria y secundaria de carburo. El nivel especificado para titanio en S31635 viene dado por la siguiente ecuación:

Sin embargo, S31635 utiliza materia prima costosa.

Otros ejemplos de aleaciones tal como se desvela en WO99/32682 incluyen numerosos aceros inoxidables en los que el níquel es sustituido por el manganeso para mantener una estructura austenítica, tal y como se hace con el Tipo de acero 201 (UNS S20100) y categorías similares. Sin embargo, se necesita ser capaz de producir una aleación que posea una combinación con propiedades mejoradas a alta temperatura similares a S31635 y propiedades tanto de resistencia a la corrosión y de formabilidad similares a S31600, conteniendo al mismo tiempo una menor cantidad de níquel y molibdeno que le hagan rentable. En particular, se necesita contar con una aleación que tenga, a diferencia de las aleaciones dúplex, una gama de aplicación de temperaturas comparable a la de los aceros inoxidables austeníticos estándar, por ejemplo, desde temperaturas criogénicas hasta 1300°F.

En consecuencia, la presente invención proporciona una solución que no está actualmente disponible en el mercado, que es una composición de aleación de acero inoxidable austenítico estabilizada conformable que tenga unas propiedades de resistencia a la corrosión comparables, y unas propiedades a alta temperatura mejoradas respecto a S31600 y S31635, al tiempo que proporcione ahorro de costes en materias primas. En consecuencia, la invención es una aleación austenítica estabilizada que utiliza niveles controlados de elementos formadores de carburo para mejorar las propiedades a altas temperaturas. La aleación austenítica también utiliza una combinación de los elementos Mn, Cu, y N, en sustitución del Ni y Mo de manera que cree una aleación con propiedades similares a las de aleaciones de mayor contenido en níquel y molibdeno con un coste significativamente menor en materias primas. Opcionalmente, los elementos W y Co pueden utilizarse de forma independiente o combinadamente para reemplazar los elementos Mo y Ni, respectivamente.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La invención es un acero inoxidable austenítico que utiliza elementos formadores de carburo y elementos menos costosos, como manganeso, cobre y nitrógeno, en sustitución de los elementos más costosos níquel y molibdeno. El resultado es una aleación de coste más bajo que tiene propiedades a alta temperatura mejoradas y propiedades de resistencia a la corrosión y formabilidad, al menos comparables a aleaciones más costosas, como S31600 y S31635. La aleación es de calibre fino y tiene una microestructura limpia con granos relativamente finos para formabilidad.

La invención, tal como se indica en las reivindicaciones, es un acero inoxidable austenítico que contiene, en % en peso, hasta 0, 20 C, 2, 0-9, 0 Mn, hasta 2, 0 Si, 16, 0-23, 0 Cr, 1, 0-7, 0 Ni, 0, 5-2, 0 Mo, hasta 3, 0 Cu, 0, 05-0, 35 N, (7, 5 (%C) )

≤ (Nb + Ti + V +Ta + Zr) ≤ 1, 5, hasta 4, 0 W, hasta 0, 01 B, hasta 1, 0 Co, resto hierro e impurezas. Ciertas realizaciones no limitativas, del acero inoxidable austenítico contienen tungsteno de tal manera que 0, 5 ≤ (Mo + W/2) ≤ 5, 0. Ciertas realizaciones del acero inoxidable austenítico pueden contener cobalto de tal manera que 1, 0 ≤ (Ni + Co) ≤ 8, 0. Ciertas realizaciones de acero inoxidable austenítico pueden contener al menos 0, 1% de niobio, o pueden contener niobio en una concentración de por lo menos (7, 5 (%C) ) .

Otra realización de la invención es un acero inoxidable austenítico, conteniendo en % en peso, hasta 0, 10 C, 2, 0-8, 0 Mn, hasta 1, 00 Si, 16, 0-22, 0 Cr, 1, 0-7, 0 Ni, 0, 5-2, 0 Mo, hasta 1, 00 Cu, 0, 08-0, 30 N, (7, 5 (%C) ) ≤ (Nb + Ti + V +Ta + Zr) ≤ 1, 5, 0, 05-0, 60 W, hasta 1, 0 Co, hasta 0, 040 P, hasta 0, 030 S, y hasta 0, 008 B, resto hierro e impurezas. Ciertas realizaciones del acero inoxidable austenítico pueden contener tungsteno de tal manera que 0, 5 ≤ (Mo + W/2) ≤ 2, 3. Ciertas realizaciones del acero inoxidable austenítico pueden contener cobalto de tal manera que 1, 0 ≤ (Ni + Co) ≤ 8, 0.

Ciertas realizaciones de acero inoxidable austenítico pueden contener al menos 0, 1% de niobio, o pueden contener niobio en una concentración de por lo menos (7, 5 (%C) ) .

En una realización alternativa de la presente invención, un acero inoxidable austenítico contiene, en % en peso, hasta 0, 08 C, hasta 0, 08 C, 3, 5-6, 5 Mn, hasta 1, 00 Si, 17, 0-21, 0 Cr, 0, 5-2, 0 Mo, 4, 0-6, 5 Ni, 0, 08-0, 30 N, (7, 5 (%C) ) ≤ (Nb

+ Ti + V +Ta + Zr) ≤ 1, 0, hasta 1, 0 Cu, hasta 0, 050 P, hasta 0, 030 S, resto hierro e impurezas. Ciertas realizaciones del acero inoxidable austenítico pueden contener tungsteno de tal manera que 0, 5 ≤ (Mo + W/2) ≤ 4, 0. Ciertas realizaciones del acero inoxidable austenítico pueden contener cobalto de tal manera que 4, 0 ≤ (Ni + Co) ≤ 7, 5. Ciertas realizaciones del acero inoxidable austenítico pueden contener al menos 0, 1% de niobio, o pueden contener niobio en una concentración de por lo menos (7.5 (%C) ) .

El acero inoxidable austenítico de la presente invención tiene un valor PREW superior a unos 22, un número de ferrita menor a unos 10 y un valor de MD30 de menos de unos 20 °C.

Un método para producir el acero inoxidable es fundiendo en un horno de arco eléctrico, refinando en una AOD, colando en lingotes o desbastes de colada continua,... [Seguir leyendo]

1. Un acero inoxidable austenítico que comprende, en % en peso, hasta 0.20 C, 2.0-9.0 Mn, hasta 2.0 Si, 16.0-23.0 Cr, 1.0-7.0 Ni, 0.5-2.0 Mo, hasta 3.0 Cu, 0.05-0.35 N, hasta 4.0 W, (7.5 (%C) ) ≤ (Nb + Ti + V + Ta + Zr) ≤ 1.5, hasta 0.01 B, hasta 1.0 Co, resto hierro e impurezas.

2. El acero inoxidable austenítico según la reivindicación 1, en el que:

3. El acero inoxidable austenítico según la reivindicación 1, con un valor PREw mayor que 22.

4. El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 1, en el que:

5. El acero inoxidable austenítico según la reivindicación 1, teniendo un valor PREw mayor que 22 hasta 30.

6. El acero inoxidable austenítico según la reivindicación 1, teniendo un número de ferrita menor que 10.

7. El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 1, teniendo un número de ferrita mayor que 0 hasta 10.

8. El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 1, teniendo un número de ferrita de 3 hasta 5.

9. El acero inoxidable austenítico según la reivindicación 1, teniendo un valor MD30 menor que unos 20°C.

10. El acero inoxidable austenítico según la reivindicación 1, teniendo un valor MD30 menor que -10°C. 15 11. El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 1, comprendiendo hasta 0.10 de C.

12. El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 1, comprendiendo de 0.5 a 1.0 de Si.

13. El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 1, comprendiendo 2.0-8.0 de Mn.

14. El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 1, comprendiendo 3.5-6.5 de Mn.

15. El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 1, comprendiendo 4.0-6.5 de Ni. 20 16. El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 1, comprendiendo 17.0-21.0 de Cr.

17. El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 1, que contiene, en % en peso, hasta 0.10 de C, 2.0-8.0 de Mn, hasta 1.00 de Si, 16.0-22.0 de Cr, 1.0-7.0 de Ni, 0.5-2.0 de Mo, hasta 1.00 de Cu, 0.08-0.30 de N, (7.5 (%C) ≤ (Nb + Ti + V + Ta + Zr) ≤ 1.5, 0.05-0.60 W, hasta 1.0 de Co, hasta 0.040 de P, hasta 0.030 de S, hasta 0.008 B, resto hierro, e impurezas incidentales.

18. El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 17, en el que:

19. El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 1 o la reivindicación 17, en el que:

20. El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 1, que comprende, en % en peso, hasta 0.08 de C, 3.5-6.5 de Mn,

hasta 1.00 de Si, 17.0-21.0 de Cr, 0.5-2.0 de Mo, 4.0-6.5 de Ni, 0.08-0.30 de N, (7.5 (%C) ) ≤ (Nb + Ti + V + Ta + Zr) ≤ 1.0, hasta 1.0 de Cu, hasta 0.050 de P, hasta 0.030 de S, resto hierro, e impurezas incidentales.

21. El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 1 o la reivindicación 20, en el que:

22. El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 1 o la reivindicación 20, en el que:

23. El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 1, la reivindicación 17 o la reivindicación 20, comprendiendo al menos 0.1 de Nb.

24. El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 1, la reivindicación 17 o la reivindicación 20, en el que:

25. Un artículo de fabricación que incluye un acero inoxidable austenítico comprendiendo, en % en peso, hasta 0.20 de C, 2.0-9.0 de Mn, hasta 2.0 de Si, 16.0-23.0 de Cr, 1.0-7.0 de Ni, 0.5-2.0 de Mo, hasta 3.0 de Cu, 0.05-0.35 de N, hasta

4.0 de W, (7.5 (%C) ) ≤ (Nb + Ti + V + Ta + Zr) ≤ 1.5, hasta 0.01 de B, hasta 1.0 de Co, resto hierro, e impurezas.

26. El artículo de fabricación de la reivindicación 25, en el que el acero inoxidable austenítico comprende al menos 0.1 de Nb.

27. El artículo de fabricación de la reivindicación 25, en el que el acero inoxidable austenítico contiene Nb en el intervalo

de (7.5 (%C) ) ≤ Nb ≤ 1.5.

28. El artículo de fabricación de la reivindicación 25, en el que el artículo está adaptado para su utilización en al menos uno de ambientes de baja temperatura y criogénicos.

29. El artículo de fabricación de la reivindicación 25, en donde el artículo es seleccionado del grupo que consta de un conector flexible, un fuelle, un tubo flexible, un revestimiento de chimenea, y un revestimiento de conducto de humos.

REFERENCIAS CITADAS EN LA DESCRIPCIÓN

La lista de referencias citadas por el solicitante es únicamente para comodidad del lector. No forma parte del documento de patente Europea. A pesar de que se ha tenido gran cuidado en la elaboración de las referencias, no pueden descartarse errores u omisiones, y la EPO queda eximida de toda responsabilidad a este respecto.

Documentos de patentes citados en la descripción • US 3171738 A [0004] • WO 9932682 A [0006