Bloque o chapa de acero con elevadas prestaciones para piezas de grandes dimensiones.

Bloque o chapa de acero de alta resistencia cuya composición química comprende,

en peso:**Fórmula**

siendo el resto hierro e impurezas resultantes de la elaboración, caracterizado por el hecho de que el bloque o lachapa tiene un espesor superior a 20 mm, el acero tiene una estructura bainítica, martensito-bainítica o martensíticay por el hecho de que la separación de dureza Brinell entre las zonas más duras y las zonas menos duras delbloque o de la chapa, resultantes de las venas segregadas, es inferior a 20% de la dureza Brinell media del bloque

Bloque o chapa de acero con elevadas prestaciones para piezas de grandes dimensiones [0001] La presente invención se refiere a un acero de alta resistencia destinado en especial a la fabricación de piezas de grandes dimensiones como por ejemplo piezas de moldes para materia plástica, piezas para herramientas como por ejemplo matrices, o piezas de desgaste tales como piezas destinadas a resistir la abrasión.

Para muchas aplicaciones, las piezas de mecánica que están sometidas a fuerzas o a solicitaciones al desgaste muy elevadas deben fabricarse con aceros que tienen resistencias mecánicas elevadas correspondientes a unas durezas comprendidas entre 300 y 500 HB, pero que deben sin embargo permanecer suficientemente tenaces, mecanizables, soldables, etc... Estos piezas se obtienen, en general, por recorte y mecanizado de chapas o de bloques de gran espesor. Un bloque que es de forma generalmente de paralelepípedo se obtiene por forjado de un lingote. Una chapa se obtiene por laminado de un lingote o de una losa.

Para estos objetos que suelen tener forma de paralelepípedo, el espesor es la dimensión menor. Para los bloques o las chapas consideradas aquí, el espesor es superior a 10 mm y puede alcanzar 1 metro.

En bloques o chapas de este tipo constituidos por los aceros precitados, se constata a menudo la existencia de puntos duros que resultan de segregaciones. Estas segregaciones corresponden a variaciones locales de composición química resultantes de fenómenos de solidificación de los lingotes a partir de los cuales se fabrican los bloques. Estos puntos duros presentan varios inconvenientes. Efectivamente, pueden tener como consecuencia hacer que el mecanizado o el pulido regular sean difíciles, lo cual puede plantear problemas de realización de piezas para las cuales la precisión geométrica y la calidad de superficie son importantes. Estas variaciones de dureza también pueden tener como consecuencia la generación de zonas frágiles que pueden ser emplazamientos preferentes de inicio de fisura, perjudiciales en especial para la tenacidad global de las piezas, y también para la capacidad de soldadura o la aptitud para el recorte térmico de las piezas.

Estos problemas de segregación son más marcados cuanto mayor es la sección de las piezas consideradas son de sección importante. Es el caso, en particular de las piezas cuya sección puede alcanzar varios decímetros o incluso más de un metro, en especial debido a la necesidad de añadir elementos de aleación en cantidad importante para obtener un templado suficiente para permitir realizar estas piezas.

US 5 759 299 describe un acero destinado a fabricar raíles y no aborda la cuestión de las venas segregadas.

FR 2 241 624 describe chapas laminadas en caliente de espesor comprendido entre 3 y 13 mm destinadas a ser embutidas para fabricar para-choques de automóvil, paneles de carrocería, depósitos de aceite y ruedas, así como soportes de para-choques, elementos de chasis y piezas tubulares. La cuestión de las venas segregadas no se aborda más en este documento.

Con el fin de reducir la importancia de las zonas segregadas, se utilizan a veces técnicas de fabricación de lingote del tipo refusión con escoria electro-conductora (ESR) o refusión en vacío. Estas técnicas son especialmente eficaces para obtener piezas de grandes dimensiones muy homogéneas, y que tienen por lo tanto propiedades de utilización satisfactorias. Sin embargo, presentan el inconveniente de ser extremadamente costosas. Por ello, estas técnicas se utilizan esencialmente para piezas para las cuales se exigen prestaciones muy elevadas y que, teniendo en cuenta sus utilizaciones, pueden soportar costes de fabricación muy elevados.

Con el fin de reducir el efecto de esta segregación, también se ha propuesto utilizar tratamientos térmicos de homogenización. Estos tratamientos térmicos, tienen como objetivo atenuar las variaciones de composición química locales por difusión de los elementos químicos desde las zonas más cargadas hacia las zonas menos cargadas. Presentan el inconveniente de ser extremadamente largos y por lo tanto de ser extremadamente costosos.

El objetivo de la presente invención es dar remedio a estos inconvenientes proponiendo un acero que permite obtener características mecánicas elevadas que pueden alcanzar 400HB, incluso450 HB, incluso en el núcleo de piezas muy masivas, presentando a la vez variaciones de dureza debidas a las segregaciones relativamente reducidas.

A tal efecto, la invención tiene por objeto un bloque o una chapa de acero según la reivindicación 1.

Las reivindicaciones dependientes 2 a 7 precisan características facultativas de este bloque o de esta chapa.

La invención también se refiere a procesos según las reivindicaciones 8 y 9.

La invención se describirá ahora de manera más precisa pero no limitativa frente a la figura única adjunta e ilustrada por unos ejemplos.

La figura adjunta es un gráfico que muestra la concentración de carbono que hay que obtener en función de la dureza deseada para un acero de elevadas prestaciones según la invención, después de un revenido a 550°C (curva 1) o después de un revenido por debajo de 500°C (curva 2) , para una composición de base: 0, 15% de silicio, 3, 3% de manganeso, 3% de cromo, 0, 25% de molibdeno y para bloques que han sido enfriados por aire después de una normalización a 900°C.

Con la finalidad de realizar piezas de espesores muy elevados, siendo el espesor superior a 10 mm y pudiendo alcanzar 500 mm e incluso sobrepasar 1 metro, y para que la dureza media sea bien homogénea entre el núcleo y la superficie, es necesario utilizar un acero cuya capacidad de templado sea suficiente con la finalidad de obtener una estructura homogénea sin que sea necesario realizar un templado en un medio de templado demasiado brusco. Efectivamente, cuanto más brusco es el medio de templado, más elevadas son las variaciones de velocidades de refrigeración en el interior del bloque y, por ello, más elevados son los riesgos de obtener una heterogeneidad de estructura. En cambio, cuando la capacidad de templado es suficiente, una refrigeración con aire, y en particular con aire lento, que conduce a unas diferencias relativamente modestas de refrigeración entre la superficie y el núcleo permite obtener una estructura satisfactoria que entonces es bien homogénea. Naturalmente, estas condiciones de templado no tienen incidencia directa en el problema de las variaciones locales de dureza resultantes de las segregaciones.

Con la finalidad de obtener una capacidad de templado suficiente, se considera en general que es necesario utilizar composiciones químicas muy cargadas con elementos de aleación. Sin embargo, estos elementos de aleación tienen como efecto inducir segregaciones que pueden ser importantes.

Aunque generalmente se considere que, cuanto más elevada es la tendencia de los elementos de aleación a segregarse, más elevada es su incidencia en la separación de dureza de las venas segregadas, los inventores han constatado de manera totalmente nueva e inesperada que no había correlación entre la intensidad del sobreendurecimiento en vena segregada en elementos de aleación y las propensiones respectivas a segregarse de cada uno de estos elementos de aleación.

La propensión a segregar de los elementos de aleación y sus efectos en las durezas de las venas segregadas se ilustra mediante los ensayos siguientes, en cuyo transcurso se han realizado seis coladas de acero en lingote de tres toneladas cuyas composiciones, expresadas en 10-3% en peso, se indican en la tabla 1.

Tabla 1.

C Si Mn Cr Mo Ni

1 170 200 1500 2800 100 1500

2 170 500 1500 2800 100 1500

3 170 200 2800 2800 100 1500

4 170 200 1500 1300 100 1500

5 170 200 1500 2800 400 1500

6 170 200 1500 2800 100 200

Estos lingotes se han laminado para hacer a partir de ellos chapas gruesas de 50 mm que han sido recortadas de tal manera que puedan constituir muestras en las cuales se han medido a la vez la dureza media y los endurecimientos debidos a las segregaciones. Las muestras extraídas de cada una de las chapas se han examinado por un lado en el estado bruto de refrigeración en el cual tenían una estructura martensítica, y por otro lado en el estado revenido a una temperatura de 500°C en el cu al tenían una estructura martensítica revenida.

En cada una de las muestras, se han medido de forma concurrente, en las venas segregadas:

- las concentraciones de segregación medias de cada una de las diferentes aleaciones (Si, Mn, Cr, Mo, Ni) mediante dosificaciones con microsonda. La tendencia a segregar propia de cada... [Seguir leyendo]

1. Bloque o chapa de acero de alta resistencia cuya composición química comprende, en peso:

siendo el resto hierro e impurezas resultantes de la elaboración, caracterizado por el hecho de que el bloque o la chapa tiene un espesor superior a 20 mm, el acero tiene una estructura bainítica, martensito-bainítica o martensítica y por el hecho de que la separación de dureza Brinell entre las zonas más duras y las zonas menos duras del bloque o de la chapa, resultantes de las venas segregadas, es inferior a 20% de la dureza Brinell media del bloque.

2. Bloque o chapa de acero de alta resistencia según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la 3. Bloque o chapa de acero de alta resistencia según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que:

7. Bloque o chapa de acero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que la composición química es tal que:

8. Procedimiento para fabricar un bloque o una chapa de acero según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7,

caracterizado por el hecho de que, después de la conformación por deformación plástica en caliente por forjado o por laminado, se realiza un templado por refrigeración con aire.

9. Procedimiento para fabricar un bloque o una chapa de acero según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7,

caracterizado por el hecho de que, después de la conformación por deformación plástica en caliente por forjado o 10 por laminado, se realiza una austenitización a la cual le sigue un templado por refrigeración con aire.