Método de preparación de un acero inoxidable de alta resistencia, alta tenacidad, resistente a la fatiga y endurecible por precipitación.

Método de preparación de una aleación de acero inoxidable endurecible por precipitación,

de alta resistencia yalta tenacidad que comprende las etapas de:

fundir una aleación de acero martensítico que tiene la siguiente composición en tanto por ciento en peso,aproximadamente

carbono 0,03 como máx.

manganeso 1,0 como máx.

silicio 0,75 como máx.

fósforo 0,040 como máx.

azufre 0,020 como máx.

cromo 10-13

níquel 10,5-11,6

titanio 1,5-1,8

molibdeno 0,25-1,5

cobre 0,95 como máx.

aluminio 0,25 como máx.

niobio 0,3 como máx.

boro 0,010 como máx.

nitrógeno 0,030 como máx.

y siendo el resto hierro e impurezas habituales;

añadir calcio a la aleación mientras está en estado fundido mediante lo cual el calcio se combina con el azufre y eloxígeno disponibles para formar inclusiones basadas en calcio seleccionadas del grupo que consiste en sulfuros decalcio, óxidos de calcio, oxisulfuros de calcio, y combinaciones de los mismos;

procesar dicha aleación para eliminar al menos una parte de dichas inclusiones basadas en calcio; y entoncessolidificar dicha aleación;

mediante lo cual no se usan adiciones de metales de las tierras raras en la aleación, y tras dichas etapas deprocesamiento y solidificación dicha aleación no contiene sustancialmente inclusiones basadas en tierras raras ycualquier inclusión residual basada en calcio está dispersa de manera escasa en la aleación.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2009/035548.

Solicitante: CRS HOLDINGS, INC..

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 1105 North Market Street, Suite 601 Wilmington, DE 19801 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: KRIEBLE,ROBERT WAYNE, MARTIN,WILLIAM JOSEPH, ZOGAS,THOMAS CONSTANTINE, WERT,DAVID ELMER, NOVOTNY,PAUL MICHAEL.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C21C7/064 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C21 METALURGIA DEL HIERRO.C21C PROCESOS DEL HIERRO FUNDIDO, p. ej. AFINADO, FABRICACION DE HIERRO O ACERO DULCE; TRATAMIENTO DE LAS ALEACIONES FERROSAS EN ESTADO LIQUIDO. › C21C 7/00 Tratamiento en estado líquido de las aleaciones ferrosas, p. ej. de aceros, no cubiertos por los grupos C21C 1/00 - C21C 5/00 (tratamiento de metales líquidos durante el moldeo B22D 1/00, B22D 27/00). › Defosforación; Desulfuración.
  • C22C38/44 C […] › C22 METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO DE ALEACIONES O METALES NO FERROSOS.C22C ALEACIONES (tratamiento de alegaciones C21D, C22F). › C22C 38/00 Aleaciones ferrosas, p. ej. aleaciones del acero (aleaciones de hierro colado C22C 37/00). › con molibdeno o tungsteno.
  • C22C38/50 C22C 38/00 […] › con titanio o circonio.

PDF original: ES-2401753_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Método de preparación de un acero inoxidable de alta resistencia, alta tenacidad, resistente a la fatiga y endurecible por precipitación.

Antecedentes de la invención Campo de la invención Esta invención se refiere a un método de preparación de aleaciones de acero inoxidable endurecibles por precipitación para reducir el tamaño y la distribución de inclusiones que afectan adversamente a la resistencia a la fatiga y la tenacidad a la fractura proporcionadas por tales aleaciones.

Descripción de la técnica relacionada La patente estadounidense n.º 5.681.528 y la patente estadounidense n.º 5.855.844 describen aceros inoxidables de alta resistencia, dúctiles a la entalla, de endurecimiento por precipitación. Estas aleaciones se usan para aplicaciones estructurales en la industria aeroespacial y en muchos usos no aeroespaciales adicionales. Los ensayos de las aleaciones conocidas por la industria aeroespacial han indicado que la longevidad a la fatiga proporcionada por las aleaciones, aunque se considera que es aceptable, deja algo que desear. La longevidad a la fatiga es un parámetro muy importante para el diseño de elementos estructurales aeroespaciales. Una longevidad a la fatiga mejorada permitiría o bien ahorros en el peso del producto o bien una vida útil de diseño más prolongada para los componentes estructurales. Se desea proporcionar una resistencia a la fatiga mejorada con relación a las aleaciones conocidas, mientras que se mantiene todavía la excelente combinación de resistencia, tenacidad y resistencia a la corrosión que proporcionan las aleaciones conocidas.

Los ensayos de fatiga mencionados anteriormente han demostrado que la mayoría de las roturas por fatiga se inician en las grandes inclusiones de segunda fase, que están presentes en el material como resultado de la composición y el procesamiento de la aleación. La aleación preparada según la presente invención está diseñada para proporcionar resistencia y tenacidad que son equivalentes a las de la aleación conocida, pero sin las grandes inclusiones de segunda fase resultantes que afectan adversamente a la resistencia a la fatiga de la aleación conocida.

Sumario de la invención La mejora en la longevidad a la fatiga deseada para las aleaciones de acero inoxidable endurecibles por precipitación conocidas se logra en gran medida preparando una aleación de acero inoxidable de alta resistencia, de alta tenacidad y endurecible por precipitación mediante el método de la reivindicación 1, según un primer aspecto de la presente invención.

Los intervalos de composición amplios, intermedios y preferidos del acero inoxidable martensítico, de endurecimiento por precipitación usado en la presente invención son tal como sigue, en tanto por ciento en peso:

Amplio Intermedio Preferido

C 0, 03 como máx. 0, 02 como máx. 0, 015 como máx.

Mn 1, 0 como máx. 0, 25 como máx. 0, 10 como máx.

Si 0, 75 como máx. 0, 25 como máx. 0, 10 como máx.

P 0, 040 como máx. 0, 015 como máx. 0, 010 como máx.

S 0, 020 como máx. 0, 010 como máx. 0, 005 como máx.

Cr 10-13 10, 5-12, 5 11, 0-12, 0

Ni 10, 5-11, 6 10, 75-11, 25 10, 85-11, 25

(continuación) Amplio Intermedio Preferido

Ti 1, 5-1, 8 1, 5-1, 7 1, 5-1, 7

Mo 0, 25-1, 5 0, 75-1, 25 0, 9-1, 1

Cu 0, 95 como máx. 0, 50 como máx. 0, 25 como máx.

Al 0, 25 como máx. 0, 050 como máx. 0, 025 como máx.

Nb 0, 3 como máx. 0, 050 como máx. 0, 025 como máx.

B 0, 010 como máx. 0, 001-0, 005 0, 0015-0, 0035

N 0, 030 como máx. 0, 015 como máx. 0, 010 como máx.

El resto de la aleación es hierro excepto por las impurezas habituales que se encuentran en calidades comerciales de tales aceros y cantidades minoritarias de elementos adicionales que pueden variar de unas cuantas milésimas de un tanto por ciento hasta cantidades mayores que no le restan valor de manera inaceptable a la combinación deseada de propiedades proporcionadas por esta aleación.

La tabulación anterior se proporciona como un resumen conveniente y no se pretende de ese modo restringir los valores inferiores y superiores de los intervalos de los elementos individuales de la aleación usada en esta invención para su uso en combinación unos con otros, ni restringir los intervalos de los elementos para su uso únicamente en combinación unos con otros. Por tanto, pueden usarse uno o más de los intervalos de elementos de la composición amplia con uno o más de los otros intervalos para los elementos restantes en la composición preferida. Además, puede usarse un mínimo o un máximo para un elemento de una realización preferida con el máximo o el mínimo para ese elemento de otra realización preferida. En la totalidad de esta solicitud, tanto por ciento (%) significa tanto por ciento en peso a menos que se indique de otro modo. El término “inclusión” engloba partículas y fases secundarias tales como sulfuros, óxidos, oxisulfuros, carburos, nitruros y carbonitruros.

Descripción detallada En la aleación preparada según la presente invención, se logra la combinación única de resistencia, tenacidad a la entalla y resistencia a la fisuración por corrosión bajo tensión equilibrando los elementos cromo, níquel, titanio y molibdeno. Al menos aproximadamente el 10%, mejor aún al menos aproximadamente el 10, 5%, y preferiblemente al menos aproximadamente el 11, 0% de cromo está presente en la aleación para proporcionar resistencia a la corrosión acorde con la de un acero inoxidable convencional en condiciones oxidantes. Al menos aproximadamente el 10, 5%, mejor aún al menos aproximadamente el 10, 75%, y preferiblemente al menos aproximadamente el 10, 85% de níquel está presente en la aleación porque beneficia la tenacidad a la entalla de la aleación. Al menos aproximadamente el 1, 5% de titanio está presente en la aleación para beneficiar la resistencia de la aleación a través de la precipitación de una fase rica en níquel-titanio durante el envejecimiento. Al menos aproximadamente el 0, 25%, mejor aún al menos aproximadamente el 0, 75%, y preferiblemente al menos aproximadamente el 0, 9% de molibdeno también está presente en la aleación porque contribuye a la tenacidad a la entalla de la aleación. El molibdeno también beneficia la resistencia a la corrosión de la aleación en medios reductores y en entornos que promueven el ataque por picaduras y la fisuración por corrosión bajo tensión.

Cuando el cromo, níquel, titanio y/o molibdeno no están equilibrados apropiadamente, se inhibe la capacidad de la aleación para transformarse completamente en una estructura martensítica usando técnicas de procesamiento convencionales. Además, un equilibro inapropiado de cromo, níquel, titanio y molibdeno en esta aleación altera la capacidad de la aleación para mantenerse completamente martensítica de manera sustancial cuando se trata en disolución y se endurece por envejecimiento. En tales condiciones, la resistencia proporcionada por la aleación se reduce significativamente. Por tanto, el cromo, níquel, titanio y molibdeno presentes en esta aleación están restringidos. Más particularmente, el cromo está limitado a no más de aproximadamente el 13%, mejor aún a no más de aproximadamente el 12, 5%, y preferiblemente a no más de aproximadamente el 12, 0% y el níquel está limitado a no más de aproximadamente el 11, 6% y preferiblemente a no más de aproximadamente el 11, 25%. El titanio está restringido a no más de aproximadamente el 1, 8% y preferiblemente a no más de aproximadamente el 1, 7% y el molibdeno está restringido a no más de aproximadamente el 1, 5%, mejor aún a no más de aproximadamente el 1, 25%, y preferiblemente a no más de aproximadamente el 1, 1%.

El azufre en esta aleación tiende a combinarse con el manganeso y/o titanio para formar sulfuros de manganeso (MnS) y/o sulfuros de titanio (TiS) que afectan adversamente a la tenacidad a la fractura, tenacidad a la entalla y resistencia a la tracción sobre probeta entallada de la aleación. Una forma de producto de esta aleación que tiene una gran sección transversal, es decir, >0, 7 pulgadas2 (>4 cm2) , no experimenta suficiente procesamiento termomecánico para homogeneizar la aleación y neutralizar el efecto adverso de las inclusiones de sulfuro. Se realiza preferiblemente una pequeña adición de calcio a la aleación para beneficiar la resistencia a la fatiga de la aleación mediante combinación con azufre para facilitar la eliminación del azufre de la aleación. En la aleación conocida, se usan pequeñas adiciones de cerio, lantano y/u otros metales de las tierras raras para beneficiar las propiedades de tenacidad y tenacidad a la fractura, especialmente en grandes tamaños en sección.... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Método de preparación de una aleación de acero inoxidable endurecible por precipitación, de alta resistencia y alta tenacidad que comprende las etapas de: fundir una aleación de acero martensítico que tiene la siguiente composición en tanto por ciento en peso, 5 aproximadamente carbono 0, 03 como máx. manganeso 1, 0 como máx. silicio 0, 75 como máx. fósforo 0, 040 como máx. azufre 0, 020 como máx. cromo 10-13 níquel 10, 5-11, 6 titanio 1, 5-1, 8 molibdeno 0, 25-1, 5 cobre 0, 95 como máx. aluminio 0, 25 como máx. niobio 0, 3 como máx. boro 0, 010 como máx. nitrógeno 0, 030 como máx.

y siendo el resto hierro e impurezas habituales; añadir calcio a la aleación mientras está en estado fundido mediante lo cual el calcio se combina con el azufre y el oxígeno disponibles para formar inclusiones basadas en calcio seleccionadas del grupo que consiste en sulfuros de calcio, óxidos de calcio, oxisulfuros de calcio, y combinaciones de los mismos;

procesar dicha aleación para eliminar al menos una parte de dichas inclusiones basadas en calcio; y entonces solidificar dicha aleación; mediante lo cual no se usan adiciones de metales de las tierras raras en la aleación, y tras dichas etapas de procesamiento y solidificación dicha aleación no contiene sustancialmente inclusiones basadas en tierras raras y cualquier inclusión residual basada en calcio está dispersa de manera escasa en la aleación.

2. Método según la reivindicación 1, en el que la etapa de fusión comprende fusión a vacío de la aleación de acero martensítico y la etapa de adición se realiza durante dicha fusión a vacío.

3. Método según la reivindicación 2, en el que la etapa de procesamiento comprende refundir a vacío la aleación.

4. Método según la reivindicación 1, en el que la etapa de procesamiento comprende refundir a vacío la aleación.

5. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la etapa de fusión comprende fundir una 20 aleación de acero martensítico que tiene la siguiente composición en tanto por ciento en peso, aproximadamente

carbono 0, 02 como máx.

manganeso 0, 25 como máx.

silicio 0, 25 como máx.

fósforo 0, 015 como máx.

azufre 0, 010 como máx.

cromo 10, 5-12, 5

níquel 10, 75-11, 25

titanio 1, 5-1, 7

molibdeno 0, 75-1, 25

cobre 0, 50 como máx.

aluminio 0, 050 como máx.

niobio 0, 050 como máx.

boro 0, 001-0, 005

nitrógeno 0, 015 como máx.

y siendo el resto hierro e impurezas habituales.

6. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la etapa de fusión comprende fundir una aleación de acero martensítico que tiene la siguiente composición en tanto por ciento en peso, aproximadamente carbono 0, 015 como máx. manganeso 0, 10 como máx. silicio 0, 10 como máx. fósforo 0, 010 como máx. azufre 0, 005 como máx. cromo 11, 0-12, 0 níquel 10, 85-11, 25 titanio 1, 5-1, 7 molibdeno 0, 9-1, 1 cobre 0, 25 como máx. aluminio 0, 025 como máx. niobio 0, 025 como máx.

boro 0, 0015-0, 0035 nitrógeno 0, 010 como máx.

y siendo el resto hierro e impurezas habituales.


 

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