Acero bainítico y métodos de fabricación del mismo.

Un método de fabricación de un Acero Bainítico que comprende entre 90 % y 50 % de bainita,

siendo el resto austenita, en el que el exceso de carbono permanece dentro de la ferrita bainítica a una concentración más allá de la consistente con el equilibrio con la partición parcial del carbono dentro de la austenita residual que incluye la etapa de transformar a bainita mediante enfriamiento de un acero que comprende en porcentaje en peso: carbono 0,6 % a 1,1 %, manganeso 0,3 % a 1,8 %, níquel hasta 3 %, cromo 0,5 % a 1,5 %, molibdeno hasta 0,5 %, vanadio hasta 0,2 %, 0,5 % a 2,0 % de silicio, y el resto hierro salvo por impurezas incidentales, suficientemente y rápidamente para evitar la formación de perlita desde una temperatura por encima de la temperatura de transición austenítica a una temperatura por encima de su temperatura de inicio de la martensita pero por debajo de la temperatura de inicio de la bainita y mantener al acero dentro de ese rango de temperaturas durante 3 días o menos.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E11184809.

Solicitante: THE SECRETARY OF STATE FOR DEFENCE.

Nacionalidad solicitante: Reino Unido.

Dirección: DSTL, Porton Down Salisbury, Wiltshire SP4 0JQ REINO UNIDO.

Inventor/es: BROWN, PETER, GARCIA-MATEO,CARLOS, BHADESHIA,HARSHAD.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C21D1/20 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C21 METALURGIA DEL HIERRO.C21D MODIFICACION DE LA ESTRUCTURA FISICA DE LOS METALES FERROSOS; DISPOSITIVOS GENERALES PARA EL TRATAMIENTO TERMICO DE METALES O ALEACIONES FERROSOS O NO FERROSOS; PROCESOS DE MALEABILIZACION POR DESCARBURACION, REVENIDO U OTROS TRATAMIENTOS (cementación por procesos de difusión C23C; tratamiento de la superficie de materiales metálicos utilizando al menos un proceso cubierto por la clase C23 y al menos un proceso cubierto por la presente subclase, C23F 17/00; solidificación unidireccional de materiales eutécticos o separación unidireccional de materiales eutectoides C30B). › C21D 1/00 Métodos o dispositivos generales para tratamientos térmicos, p. ej. recocido, endurecido, temple o revenido. › Temple isotérmico, p. ej. endurecido bainítico.
  • C22C38/22 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.

PDF original: ES-2523519_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Acero bainítico y métodos de fabricación del mismo

Esta invención se refiere a un acero bainítico y a los métodos de fabricación del mismo. En particular se refiere, pero no se limita a, los aceros adecuados para blindaje. La invención también se refiere a las microestructuras de transición que se pueden procesar después en acero bainítico.

Un acero principalmente bainítico es un acero convencional con al menos un 50 % de estructura de ferrita bainítica. La bainita se clasifica en dos grupos, bainita superior e inferior.

La bainita superior está libre de precipitado de carburo dentro de los granos de la ferrita bainítica, pero puede tener carburo precipitado en los límites.

La bainita inferior tiene carburo precipitado en el interior de los granos de la ferrita bainítica a un ángulo característico en los límites del grano. También puede haber carburos precipitados en los límites.

Más recientemente se ha descrito bainita libre de carburo que comprende entre 90 % y 50 % de bainita, siendo el resto austenita, en la que el exceso de carbono se mantiene dentro de la ferrita bainítica a una concentración más allá de la consistente con el equilibrio; también hay partición parcial del carbono en la austenita residual. Tal acero bainítico tiene plaquetas muy finas de bainita (100 nm de espesor o menos). En esta memoria descriptiva la expresión "Acero Súper Bainítico" se utiliza para tal acero.

El Documento WO 01/011096 A (LA SECRETARIA DE ESTADO DE DEFENSA) de 1502/2001 describe y reivindica un acero principalmente bainítico. Aunque este material tiene bajos costos de aleación en comparación con otros aceros de blindaje duros conocidos, la fabricación implica calentamientos durante largos períodos, particularmente en la transformación a bainita con el resultado de altos costos de energía y largas escalas de tiempo de producción. Este acero bainítico es también muy difícil de mecanizar, taladrar o conformar. Como resultado de ello, su utilidad industrial es limitada.

Brown y Baxter en MS&T 2004 Conference Proceedings páginas 434 a 438 describen un material similar haciendo notar que mientras el uso de aluminio y cobalto era exitoso en la reducción de los tiempos de procesado, el elevado costo del cobalto hacía que el mismo un material no económico industrialmente.

La presente invención proporciona un proceso sustancialmente más económico para la fabricación del Acero Súper Bainítico que los procesos existentes hasta la fecha. Los procesos de fabricación descritos en el presente documento también permiten un mecanizado, taladrado y conformado más fácil de tales materiales que los existentes hasta la fecha.

En la presente invención, en las reivindicaciones se da un método de fabricación de un acero bainítico que comprende entre 90 % y 50 % de bainita, siendo el resto austenita, en el que el exceso de carbono permanece dentro de la ferrita bainítica a una concentración más allá de la consistente con el equilibrio con la partición parcial del carbono en la austenita residual caracterizado porque incluye la etapa de transformar en bainita por enfriamiento de un acero que comprende en porcentaje en peso: carbono 0,6 % a 1,1 %, manganeso 0,3 % a 1,8 %, níquel hasta 3 %, cromo 0,5 % a 1,5 %, molibdeno hasta 0,5 %, vanadio hasta 0,2 %, 0,5 % a 2,0 % de silicio, y el resto hierro salvo por impurezas incidentales, suficientemente y rápidamente para evitar la formación de la perlita a partir de una temperatura por encima de su temperatura de transición de la austenita a una temperatura por encima de su temperatura de inicio de la martensita pero por debajo de la temperatura de inicio de la bainita y mantener al acero dentro de ese rango de temperaturas durante 3 días o menos.

El acero fabricado según el método de fabricación de acero puede ser muy duro, 550HV a 750HV.

Se prefiere el silicio al aluminio tanto por razones de costo como por facilidad de fabricación, por lo tanto para aceros de blindaje normalmente no se podría usar el aluminio. El contenido mínimo de silicio práctico es 0,5 % en peso y no debe exceder del 2 % en peso. El exceso de silicio hace que el proceso sea difícil de controlar.

Los rangos preferidos de algunos de los otros constituyentes del Acero Súper Bainítico son, en porcentaje en peso:

manganeso 0,5 % a 1,5 %;

cromo 1,0 % a 1,5 %;

molibdeno 0,2 % a 0,5 %;

vanadio 0,1 % a 0,2 %.

La presencia de molibdeno retrasa la transformación de la perlita. Por lo tanto, esto hace que la transformación final a bainita sea más fácil ya que se reduce el riesgo de transformación a perlita. La presencia de vanadio ayuda a la tenacidad.

Al variar el contenido de manganeso, se ha encontrado que se puede variar la velocidad de transición a la bainita,

cuanto más alto sea el contenido de manganeso más lenta será la transición. Sin embargo, desde un punto de vista práctico, se ha encontrado que un contenido de manganeso de aproximadamente 1 % en peso proporciona un compromiso razonable entre la velocidad de transición (y de ese modo más bajos costos de energía) y la capacidad de controlar el proceso. En realidad, el contenido de manganeso, incluso si está orientado al 1 % en peso, variará entre aproximadamente 0,9 % y 1,1 % en peso, y de ese modo en este contexto de esta invención, la palabra "aproximadamente" implica una posible variación de + o -10 % de las cifras citadas.

Se ha encontrado que los Aceros Súper Bainíticos hechos con los componentes dentro de los rangos preferidos tienen plaquetas de bainita extremadamente finas (el espesor promedio de la plaqueta es 40 nm o de menos espesor, y por lo general por encima de 20 nm de espesor) y dureza de 630HV o mayor.

Los Aceros Súper Bainíticos fabricados según la invención están sustancialmente libres de austenita en bloques.

En el método de fabricación se pueden incluir etapas adicionales:

enfriar inicialmente un acero con una composición como la caracterizada en los párrafos anteriores a un estado totalmente de perlita.

recocer el acero a un estado totalmente austenítico.

A continuación se enfría el acero y se transforma como se describió previamente.

La temperatura de inicio de la martensita varía considerablemente dependiendo de la composición exacta de la aleación. En las Figuras descritas a continuación se muestran ejemplos ilustrativos para varias composiciones. Para efectos prácticos, la temperatura de transformación estaría por encima de 190 °C para asegurar que la transformación tiene lugar de forma razonablemente rápida.

Las etapas adicionales se pueden incluir:

recalentar al acero en su forma de perlita para austenitizarlo, y permitir que el acero se enfríe de nuevo lo suficientemente lento a una fase totalmente de perlita.

Estas etapas se pueden repetir.

Otra posible etapa es templar el acero en su forma de perlita. Esto se hace mejor como etapa previa a las etapas de austenitización final y a las posteriores etapas de transformación.

Normalmente, en la práctica, cuando se llevan a cabo las etapas de formación de la perlita, se permite que el acero alcance la temperatura ambiente.

Es una característica del proceso descrito en los párrafos anteriores que, como la perlita, el acero se puede mecanizar, taladrar y conformar con relativa facilidad. En su forma de perlita, la aleación de acero es un producto comercial útil que se puede vender por sí mismo. Se puede cortar, mecanizar, taladrar o conformar antes de su venta, teniendo el comprador que llevar cabo las etapas de austenitización final y de transformación, o el productor podría llevar a cabo el mecanizado, taladrado o conformado, dejando a los compradores que lleven a cabo las etapas finales de transformar el acero en Acero Súper Bainítico.

El acero se puede laminar en caliente, mientras está en una fase de austenita.

Normalmente el acero laminado hecho de esta manera se corta en longitudes antes de la transformación en Acero Súper Bainítico.

Se ha encontrado que la transformación en Acero Súper Bainítico tiene lugar mejor entre 8 horas y 3 días, aunque lo más económicamente es en aproximadamente 8 horas. Se obtiene un buen compromiso entre una fabricación económica y la dureza si la etapa de transformación se encuentra dentro del rango de temperaturas de 220 °C a 260 °C e idealmente a 250 °C.

Si el acero es en placas gruesas, (por encima de 8 mm de espesor), la distribución de la temperatura dentro del acero cuando alcanza la temperatura de transformación de la bainita puede no ser uniforme. La temperatura en el centro de la placa, en particular, puede permanecer por encima de la deseada... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1.- Un método de fabricación de un Acero Bainítico que comprende entre 90 % y 50 % de bainita, siendo el resto austenita, en el que el exceso de carbono permanece dentro de la ferrita bainítica a una concentración más allá de la consistente con el equilibrio con la partición parcial del carbono dentro de la austenita residual que incluye la etapa de transformar a bainita mediante enfriamiento de un acero que comprende en porcentaje en peso: carbono 0,6 % a

I, 1 %, manganeso 0,3 % a 1,8 %, níquel hasta 3 %, cromo 0,5 % a 1,5 %, molibdeno hasta 0,5 %, vanadio hasta 0,2 %, 0,5 % a 2,0 % de silicio, y el resto hierro salvo por impurezas incidentales, suficientemente y rápidamente para evitar la formación de perlita desde una temperatura por encima de la temperatura de transición austenítica a una temperatura por encima de su temperatura de inicio de la martensita pero por debajo de la temperatura de inicio de la bainita y mantener al acero dentro de ese rango de temperaturas durante 3 días o menos.

2.- Un método de fabricación según la reivindicación 1, que incluye, previa a la transformación a bainita, las etapas de enfriar el acero en una estado completo de perlita y recocer al acero a un estado austenítico.

3.- Un método de fabricación en el que las etapas de la reivindicación 2 se repiten una o más veces antes de la transformación del acero a bainita.

4.- Un método según la reivindicación 2 o 3, en el que el acero se templa antes de la transformación a bainita.

5.- Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en el que se permite que el acero se enfríe a temperatura ambiente en su forma de perlita.

6.- Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, que incluye la etapa cortar, perforar, conformar o de manera similar configurar al acero mientras el acero es perlita.

7.- Un método de fabricación según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la temperatura de transformación de la bainita es 190 °C o más.

8 - Un método de fabricación según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la aleación de acero se lamina en caliente, mientras está en una fase de austenita.

9 - Un método según la reivindicación 8, en el que el acero laminado se corta en longitudes antes de la transformación en bainita.

10.- Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que la transformación a bainita tiene lugar entre aproximadamente 8 horas y 3 días.

II.- Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que la transformación se lleva a cabo dentro del rango de temperatura de 220 °C a 260 °C Inclusive.

12.- Un método según la reivindicación 11, en el que la transformación se lleva a cabo a 250 °C.

13.- Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que el acero se enfría desde una fase de austenita a una temperatura justo por encima de la temperatura a la que se iniciará la transformación a bainita y se mantiene por encima de esa temperatura hasta que el acero es sustancialmente uniforme en temperatura, antes de reiniciar el enfriamiento en el rango de temperatura de transformación.


 

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