Acero de alta resistencia con excelente insensibilidad frente a la fragilidad por hidrógeno.

Un acero de alta resistencia que tiene una resistencia frente a la tracción no mayor de 1800 N/mm2,

que consiste en un contenido de C de un 0,3 a un 0,7 % (por ciento en masa), un contenido de Cr de un 0,95 a un 5,0 %, un contenido de Mn de un 0,05 a un 0,6 %, y un contenido de Si de un 0,7 a un 2,5 %, y que contiene al menos uno de Mg, Sr, Ba, Li, Na y K, para cumplir las siguientes condiciones:

(1) los límites superiores de contenido de Mg, Sr, Ba, Li, Na y K son un 0,05 %, y

(2) el contenido de Mg, Sr, Ba, Li, Na y K cumplen la Expresión (1):

donde, Cr, Mn, Mg, Sr, Ba, Li, Na y K representan el contenido de Cr, Mn, Mg, Sr, Ba, Li, Na y K en porcentaje en masa, respectivamente, del acero de alta resistencia

que opcionalmente contiene además de un 0,002 a un 0,010 % de N, de un 0,0005 a un 0,005 % de O y de un 0,001 a un 0,025 % de S, y cumple al menos cualquiera de las siguientes condiciones (a) y (b):

(a) el acero de alta resistencia además contiene al menos uno de Ti, Zr, Hf y Nb en un contenido entre un 0,030 y un 0,50 %, y

(b) el acero de alta resistencia además contiene B en un contenido de entre un 0,0005 y un 0,01 %, y

que contiene opcionalmente además V y/o Mo con un contenido no mayor de un 2 % y mayor de un 0 %, que contiene opcionalmente además Ni con un contenido no mayor de un 2,0 % y mayor de un 0 % y/o Cu con un contenido no mayor de un 1,0 % y mayor de un 0 %,

y un equilibrio de hierro e impurezas inevitables.

Acero de alta resistencia con excelente insensibilidad frente a la fragilidad por hidrïgeno

Campo de la invenciïn La presente invenciïn se refiere a un acero de alta resistencia para usos estructurales y estructurales para maquinaria, tal como maquinaria de transporte. Mïs particularmente, la presente invenciïn se refiere a acero de alta resistencia que tiene una resistencia frente a la tracciïn no inferior a 1800 N/mm2 y que es excelente en cuanto a resistencia frente a la fragilidad por hidrïgeno, tal como acero para muelles de suspensiïn.

La mejora de la resistencia frente a la fragilidad por hidrïgeno es un problema importante con el acero de alta resistencia, tal como acero que tiene una resistencia frente a la tracciïn no inferior a 1800 N/mm2. La resistencia frente a la fragilidad por hidrïgeno es una propiedad del acero resistente frente a la fractura que depende del tiempo,

debido a la fragilidad del acero que resulta de la absorciïn de hidrïgeno durante el uso. Se han llevado a cabo varios estudios para mejorar la resistencia frente a la fragilidad por hidrïgeno. Se considera, en los ïltimos aïos, que el aumento del contenido de hidrïgeno de un acero con el tiempo a partir del aumento de hidrïgeno que penetra en el acero y capaz de moverse dentro del acero, concretamente, hidrïgeno susceptible de difusiïn, es uno de los factores de fractura por fragilidad. Se han llevado a cabo esfuerzos para evitar la fragilidad del acero por medio de inmovilizaciïn de hidrïgeno susceptible de difusiïn. Por ejemplo, una tïcnica divulgada en la Referencia de Patente 1 inmoviliza hidrïgeno por medio de la precipitaciïn de un carbonitruro en la estructura de capas de martensita atemperada y ferrita con el fin de evitar la fractura por fatiga.

Existen muchas propuestas para usar precipitados capaces de inmovilizar hidrïgeno. La tïcnica divulgada en la Referencia de Patente 2 evita la fragilidad por hidrïgeno por medio de la inmovilizaciïn del mismo con carbonitruro de Ti, Nb, Zr, Ta, Hf o Mo.

[Referencia de Patente 1] JP-A-2003-105485

[Referencia de Patente 2] JP-A-10-110247

Ademïs, el documento JP-A-2006-219709 A, como un documento intermedio, divulga un acero de alta resistencia con excelente resistencia frente a la fractura retardada. El documento JP 2005-320602 A divulga un mïtodo para formar una pelïcula de prevenciïn de la corrosiïn, en un perïodo corto, y aplicar la misma a estructuras de acero marinas con fines generales. El documento JP 10-001746 A divulga un acero para muelles excelente en cuanto a la resistencia frente a la fragilidad por hidrïgeno y la caracterïstica de fatiga, producciïn de un acero para muelles y un muelle que usa el acero para muelles.

En dichas circunstancias, es un objeto de la presente invenciïn proporcionar un acero de alta resistencia que sea mïs excelente que los aceros convencionales en cuanto a la resistencia frente a la fragilidad por hidrïgeno.

En un primer aspecto de la invenciïn, un acero de alta resistencia excelente en cuanto a la resistencia frente a la fragilidad por hidrïgeno tiene una resistencia frente a la tracciïn no inferior a 1800 N/mm2, que consiste en un contenido de C de un 0, 3 a un 0, 7 % (por ciento en masa) , un contenido de Cr de un 0, 95 un 5, 0 %, un contenido de Mn de un 0, 05 a un 0, 6 % y un contenido de Si de un 0, 7 a un 2, 5 %, y que contiene al menos uno de Mg, Sr, Ba, Li,

Na y K, de manera que cumpla las siguientes condiciones:

(1) los lïmites superiores de contenido de Mg, Sr, Ba, Li, Na y K son un 0, 05 %, y

(2) el contenido de Mg, Sr, Ba, Li, Na y K cumplen la expresiïn (1) :

donde, Cr, Mn, Mg, Sr, Ba, Li, Na y K representan el contenido de Cr, Mn, Ca, Mg, Sr, Ba, Li, Na y K en porcentaje en masa, respectivamente, del acero de alta resistencia, que opcionalmente contiene ademïs de un 0, 002 a un 0, 010 % de N, de un 0, 0005 a un 0, 005 % de O y de un 0, 001 a un 0, 025 % de S, y cumple al menos cualquiera de las siguientes condiciones (a) y (b) :

(a) el acero de alta resistencia ademïs contiene al menos uno de Ti, Zr, Hf y Nb en un contenido entre un 0, 030 y un 0, 50 %, y

(b) el acero de alta resistencia ademïs contiene B en un contenido de entre un 0, 0005 y un 0, 01 %, y puede contener V y/o Mo en un contenido no mayor de un 2 % y mayor de un 0 %, Ni en un contenido no mayor de un 2, 0 % y mayor de un 0 % y/o Cu en un contenido no mayor de un 1, 0 % y mayor de un 0 %, y el equilibrio de hierro e impurezas inevitables.

Preferentemente, el acero de alta resistencia excelente en cuanto a resistencia frente a la fragilidad por hidrïgeno de la presente invenciïn tiene una capa compuesta continua o discontinua que forma una superficie y que contiene al menos uno de Mg, Ca, Sr, Ba, Li, Na y K, y la capa compuesta ocupa un 20 % de una longitud de unitaria de una secciïn del acero en un campo de observaciïn o por encima. Preferentemente, la capa compuesta contiene Mg (OH) 2 y CaCO3.

El acero de alta resistencia de la presente invenciïn tiene una tenacidad de fractura (KIC) de, por ejemplo, 40 MPa!m o por encima.

De manera satisfactoria, la presente invenciïn equilibra los elementos resistentes a la corrosiïn y los elementos eficaces a la hora de suprimir el decapado por corrosiïn para proporcionar un acero de alta resistencia excelente en cuando a la resistencia frente a la fragilidad por hidrïgeno en comparaciïn con los aceros de alta resistencia convencionales. El revestimiento de la superficie del acero con la capa compuesta que contiene los elementos especificados puede evitar el decapado por corrosiïn, de manera que es posible mejorar la resistencia frente a la fragilidad por hidrïgeno del acero independientemente de la composiciïn del acero. La capa compuesta formada sobre la superficie de la pieza de acero excelente en cuanto a resistencia frente a la fragilidad por hidrïgeno mejora la resistencia frente a la fragilidad por hidrïgeno del acero. De este modo, la presente invenciïn proporciona un acero con elevada resistencia y excelente resistencia frente a la fragilidad por hidrïgeno.

La Figura 1 es una vista en secciïn que sirve de ayuda para explicar la capa compuesta discontinua que contiene un elemento capaz de formar un hidrïxido.

La Figura 2 es una vista de una muestra de ensayo para evaluar la resistencia frente a la fragilidad por hidrïgeno.

Los inventores de la presente invenciïn examinaron aceros de alta resistencia en un esfuerzo por reducir el coste de los aceros de alta resistencia, con el fin de mejorar la resistencia, y para reducir la cantidad e hidrïgeno susceptible de difusiïn por medio de la mejora de la resistencia frente a la corrosiïn para evitar la penetraciïn de hidrïgeno en el interior de los aceros de alta resistencia. Los inventores han llevado a cabo experimentos para aumentar el contenido de Cr, concretamente, un elemento que mejora la resistencia frente a la corrosiïn de los aceros. Los experimentos mostraron que existe una estrecha correlaciïn entre la resistencia y la resistencia frente a la fragilidad por hidrïgeno, y que existe una tendencia al deterioro de la resistencia del acero frente a la fragilidad por hidrïgeno a pesar de la mejora de la resistencia del acero frente a la corrosiïn, cuando el contenido de Cr del acero supera un valor predeterminado. Se comprobï que la mejora de la resistencia frente a la corrosiïn no necesariamente viene acompaïada de la mejora de la resistencia frente a la fragilidad por hidrïgeno.

De manera mïs concreta, los experimentos para aumentar el contenido de Cr del acero demostraron que, cuando el contenido de Cr aumentï mïs allï de un 0, 3 %, mejorï la resistencia frente a la corrosiïn con el aumento del contenido de Cr y la resistencia frente a la fragilidad por hidrïgeno disminuyï con el aumento del contenido de Cr. Es decir, no es posible reducir la penetraciïn de hidrïgeno en el interior del acero incluso si se aumenta el contenido de Cr para mejorar la resistencia frente a la corrosiïn. Los inventores de la presente invenciïn llevaron a cabo estudios adicionales y comprobaron que cuando se forman picaduras por corrosiïn en una capa superficial del acero, el pH del agua recogida en las partes inferiores de las picaduras por corrosiïn disminuye en gran medida y se genera hidrïgeno incluso si el acero tiene una elevada resistencia frente a la corrosiïn, y la disminuciïn de pH favorece la corrosiïn para aumentar la profundidad de las picaduras. Por consiguiente, la penetraciïn de hidrïgeno 45 en el interior del acero aumenta y se favorece el deterioro de la resistencia frente a la fragilidad por hidrïgeno.

Los inventores de la presente invenciïn comprobaron, por medio de... [Seguir leyendo]

1. Un acero de alta resistencia que tiene una resistencia frente a la tracciïn no mayor de 1800 N/mm2, que consiste en un contenido de C de un 0, 3 a un 0, 7 % (por ciento en masa) , un contenido de Cr de un 0, 95 a un 5, 0 %, un contenido de Mn de un 0, 05 a un 0, 6 %, y un contenido de Si de un 0, 7 a un 2, 5 %, y que contiene al menos uno de Mg, Sr, Ba, Li, Na y K, para cumplir las siguientes condiciones:

(1) los lïmites superiores de contenido de Mg, Sr, Ba, Li, Na y K son un 0, 05 %, y

(2) el contenido de Mg, Sr, Ba, Li, Na y K cumplen la Expresiïn (1) :

donde, Cr, Mn, Mg, Sr, Ba, Li, Na y K representan el contenido de Cr, Mn, Mg, Sr, Ba, Li, Na y K en porcentaje en masa, respectivamente, del acero de alta resistencia que opcionalmente contiene ademïs de un 0, 002 a un 0, 010 % de N, de un 0, 0005 a un 0, 005 % de O y de un 0, 001 a un 0, 025 % de S, y cumple al menos cualquiera de las siguientes condiciones (a) y (b) :

(a) el acero de alta resistencia ademïs contiene al menos uno de Ti, Zr, Hf y Nb en un contenido entre un 0, 030 y un 0, 50 %, y

(b) el acero de alta resistencia ademïs contiene B en un contenido de entre un 0, 0005 y un 0, 01 %, y

que contiene opcionalmente ademïs V y/o Mo con un contenido no mayor de un 2 % y mayor de un 0 %, que contiene opcionalmente ademïs Ni con un contenido no mayor de un 2, 0 % y mayor de un 0 % y/o Cu con un contenido no mayor de un 1, 0 % y mayor de un 0 %, y un equilibrio de hierro e impurezas inevitables.

2. El acero de alta resistencia de acuerdo con la reivindicaciïn 1, provisto de una capa compuesta superficial continua o discontinua que contiene al menos uno de Mg, Ca, Sr, Ba, Li, Na y K y que ocupa un 20 % de una longitud unitaria de una secciïn del acero en un campo de observaciïn o por encima.

3. El acero de alta resistencia de acuerdo con la reivindicaciïn 2, donde la capa compuesta superficial contiene Mg (OH) 2 y CaCO3.

4. El acero de alta resistencia de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde el acero de alta resistencia tiene una tenacidad de fractura (KIC) de 40 MPa!m o mïs.