Aleación de acero de tenacidad elevada y de resistencia elevada.

Una aleación de acero de tenacidad elevada, de resistencia elevada que tiene buena resistencia al templado,

aleación que comprende, en porcentaje de peso:

C 0,30-0,47

Mn 0,8-1,3

Si 1,5-2,5

Cr 1,5-2,5

Ni 3,0-5,0

Mo + 1/2 W 0,7-0,9

Cu 0,70-0,90

Co 0,01 máx.

V + (5/9) x Nb 0,10-0,25

Ti 0,01 máx.

Al 0,015 máx.

siendo el resto hierro e impurezas habituales en la que el fósforo se limita a un 0,01 % como máx. y el azufre se limita a una cantidad no superior a un 0,001 % como máx., y en la que**Fórmula**

Aleación de acero de tenacidad elevada y de resistencia elevada Antecedentes de la invención Campo de la invención La presente invención se refiere a aleaciones de acero de tenacidad elevada, de resistencia elevada, y en particular, a una aleación tal que se puede templar a una temperatura equitativamente más elevada sin pérdida significativa de resistencia a la tracción. La invención también se refiere a un artículo de acero templado, de tenacidad elevada, de resistencia elevada.

Descripción de la técnica relacionada Se conocen aceros martensíticos endurecibles con el tiempo que proporcionan una combinación de resistencia y tenacidad a la fractura muy elevada. Entre los aceros conocidos se encuentran los que se describen en la Patente de Estados Unidos Nº 4.076.525 y en la Patente de Estados Unidos Nº 5.087.415. El primero se conoce como aleación AF1410 y el último se comercializa con la marca comercial registrada AERMET. La combinación de resistencia y tenacidad muy elevada proporcionada por esas alteraciones es el resultado de sus composiciones e incluyen cantidades significativas de níquel, cobalto, y molibdeno, elementos que por lo general se encuentran entre los elementos para aleación más caros disponibles. En consecuencia, esos aceros se comercializan con un recargo significativo en comparación con otras aleaciones que no contienen tales elementos.

Más recientemente, se ha desarrollado una aleación de acero que proporciona una combinación de resistencia elevada y tenacidad elevada sin la necesidad de adiciones de aleación tales como cobalto y molibdeno. Uno de tales aceros se describe en la Patente de Estados Unidos Nº 7.067.019. El acero que se describe en esa patente es un acero de CuNiCr que se endurece al aire que no presenta cobalto mi molibdeno. En el ensayo, se ha mostrado que la aleación que se describe en la patenteâ?019 proporciona una resistencia a la tracción de aproximadamente 1930 MPa (280 ksi) junto con una tenacidad a la fractura de aproximadamente 99 MPaâ?m (90 ksi â?in) . La aleación se endurece y se templa para conseguir esa combinación de resistencia y tenacidad. La temperatura de templado está limitada a una temperatura no superior a aproximadamente 204 º C (400 º F) para evitar el ablandamiento de la aleación y una correspondiente pérdida de resistencia.

La aleación que se describe en la patente â?019 no es un acero inoxidable y por lo tanto, se debe revestir para resistir la corrosión. Las especificaciones del material para aplicaciones aeroespaciales de la aviación requieren que la aleación se caliente a 191 º C (375 º F) durante al menos 23 horas después de su revestimiento con el fin de eliminar el hidrógeno adsorbido durante el proceso de revestimiento. El hidrógeno se debe eliminar porque conduce a la fragilidad de la aleación y afecta de forma adversa a la tenacidad proporcionada por la aleación. Dado que esta aleación se templa a 204 º C (400 º F) , el tratamiento térmico de 23 horas a 191 º C (375 º F) después del revestimiento da como resultado un sobretemplado de las partes hechas con la aleación de modo que no se puede proporcionar una resistencia a la tracción de al menos 1930 MPa (280 ksi) . Sería deseable tener una aleación de CuNiCr que se pudiera endurecer y templar para proporcionar una resistencia a la tracción de al menos 1930 MPa (280 ksi) y una tenacidad a la fractura de aproximadamente 99 MPaâ?m (90 ksi â?in) , y que mantuviera la combinación de resistencia y tenacidad cuando se calienta aproximadamente 191 º C (375 º F) durante al menos 23 horas, después de su endurecimiento y templado.

El documento de patente US 20100018613 propone una aleación de acero de tenacidad elevada y de resistencia elevada, que tiene la siguiente composición general de porcentaje en peso: C 0, 35-0, 55, Mn 0, 6-1, 2, Si 0, 9-2, 5, P 0, 01 máx., S 0, 001 máx., Cr 0, 75-2, 0, Ni 3, 5-7.0, Mo + 1/2 W 0, 4-1, 3, Cu 0, 5-0, 6, Co 0, 01 máx., V + (5/9) x Nb 0, 21, 0, resto Fe.

Sumario de la invención Las desventajas de las aleaciones conocidas tal como se ha descrito anteriormente se resuelven en una gran medida mediante una aleación de acuerdo con la presente invención. De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona una aleación de acero de tenacidad elevada y de resistencia elevada, que tiene las siguientes composiciones generales y preferentes de porcentaje en peso.

Elemento General B Preferente C Preferente 5

C 0, 30 -0, 47 0, 30-0, 40 0, 40-0, 47

Mn 0, 8 -1, 3 0, 8-1, 3 0, 8-1, 3

2

Elemento General B Preferente C Preferente

Si 1, 5 -2, 5 1, 5-2, 5 1, 5-2, 5

Cr 1, 5 -2, 5 1, 5-2, 5 1, 5-2, 5

Ni 3, 0 -5, 0 3, 0-4, 5 4, 0-5, 0

Mo + Â W 0, 7 -0, 9 0, 7-0, 9 0, 7-0, 9

Cu 0, 70 -0, 90 0, 70-0, 90 0, 70-0, 90

Co 0, 01 máx. 0, 01 máx. 0, 01 máx.

V + (5/9) x Nb 0, 10 -1, 0 0, 10-0, 25 0, 10-0, 25

Ti 0, 01 máx. 0, 005 máx. 0, 005 máx.

Al 0, 015 máx. 0, 015 máx. 0, 015 máx.

Fe Resto Resto Resto

En el resto se incluyen las impurezas habituales encontradas en calidades comerciales de aleaciones de acero producidas para uso y propiedades similares. Entre dichas impurezas, el fósforo se limita preferentemente hasta un contenido no superior a un 0, 01 % y el azufre se limita preferentemente hasta un contenido no superior a un 0, 001 %. Dentro de los intervalos de porcentaje de peso mencionados anteriormente, silicio, cobre, y vanadio se equilibran de modo que

** (Ver fórmula) **

En la tabulación anterior, se puede usar uno o más de los intervalos con uno o más de los otros intervalos para los elementos restantes. Además, se puede usar un mínimo o un máximo para un elemento de una composición general o preferente con el mínimo o el máximo para el mismo elemento en otra composición preferente o intermedia. Aquí y a través de toda la presente memoria descriptiva el término "porcentaje" o el símbolo "%" se refiere a porcentaje en peso o porcentaje en masa, a menos que se especifique de otro modo.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un artículo de aleación de acero endurecido y templado que tiene resistencia y tenacidad a la fractura muy elevadas. El artículo se forma a partir de una aleación que tiene la composición de porcentaje de peso general o preferente que se ha expuesto anteriormente. El artículo de aleación de acuerdo con este aspecto de la invención se caracteriza adicionalmente porque se templa a una temperatura de 260 º C (500 º F) a 316 º C (600 º F) .

Descripción detallada La aleación de acuerdo con la presente invención contiene al menos un 0, 30 % y preferentemente al menos un 0, 32 % de carbono. El carbono contribuye a la capacidad de resistencia elevada y dureza proporcionada por la aleación. Cuando se desean resistencia y dureza más elevadas, la aleación contiene preferentemente al menos un 0, 40 % de carbono (por ejemplo, C Preferente) . El carbono también es beneficioso para la resistencia al templado de esta aleación. Demasiado carbono afecta de forma adversa a la tenacidad proporcionada por la aleación. Por lo tanto, carbono se limita a una cantidad no superior a un 0, 47 %. El inventor ha encontrado que cuando la aleación contiene una cantidad tan pequeña como un 0, 30 % de carbono, el límite superior para el carbono se puede limitar hasta una cantidad no superior a un 0, 40 % y la aleación se puede equilibrar con respecto a sus componentes (por ejemplo, B Preferente) para proporcionar una resistencia a la tracción de al menos 2000 MPa (290 ksi) .

Al menos está presente un 0, 8 % de en esta aleación, principalmente para desoxidar la aleación. Se ha encontrado que el manganeso también beneficia la resistencia elevada proporcionada por la aleación. Por lo tanto, cuando se desea una resistencia más elevada, la aleación contiene al menos un 1, 0 % de manganeso. Si está presente demasiado manganeso, entonces puede aparecer una cantidad indeseable de austenita retenida durante el endurecimiento y la inactivación de modo que la resistencia elevada proporcionada por la aleación se vea afectada de forma adversa. Por lo tanto, la aleación contiene hasta un 1, 3 % de manganeso. Por otro lado, la aleación contiene una cantidad no superior a un 1, 2 % o no superior a un 0, 9 % de manganeso.

El silicio beneficia la capacidad de endurecimiento y la resistencia al templado de esta aleación. Al menos un 1, 5 % y preferentemente al menos un 1, 9 % de silicio está presente en la aleación para proporcionar una dureza y resistencia más elevadas. Demasiado silicio afecta de forma adversa a la dureza, resistencia, y ductilidad de la aleación. Con el fin de evitar tales efectos adversos, el silicio se... [Seguir leyendo]

1. Una aleación de acero de tenacidad elevada, de resistencia elevada que tiene buena resistencia al templado,

aleación que comprende, en porcentaje de peso:

C 0, 30-0, 47

Mn 0, 8-1, 3

Si 1, 5-2, 5

Cr 1, 5-2, 5

Ni 3, 0-5, 0

Mo + Â W 0, 7-0, 9

Cu 0, 70-0, 90

Co 0, 01 máx.

V + (5/9) x Nb 0, 10-0, 25

Ti 0, 01 máx.

Al 0, 015 máx.

siendo el resto hierro e impurezas habituales en la que el fósforo se limita a un 0, 01 % como máx. y el azufre se limita a una cantidad no superior a un 0, 001 % como máx., y en la que

** (Ver fórmula) **

2. La aleación de acuerdo con la reivindicación 1 que comprende una cantidad no superior a un 0, 40 % de carbono o al menos un 0, 40 % de carbono.

3. La aleación de acuerdo con la reivindicación 1 o 2 que comprende una cantidad no superior a un 4, 5 % de níquel

o al menos un 4, 0 % de níquel.

4. La aleación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende una cantidad no superior a un 1, 2 % de manganeso o al menos un 1, 0 % de manganeso.

5. La aleación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende al menos un 1, 7 % de cromo.

6. La aleación de acuerdo con la reivindicación 1 en la que el carbono se limita a un 0, 30-0, 40 %, y el níquel se limita a un 3, 0-4, 5 %.

7. La aleación de acuerdo con la reivindicación 6 que comprende al menos un 3, 7 % de níquel.

8. La aleación de acuerdo con la reivindicación 6 o 7 que comprende una cantidad no superior a un 2, 2 % de silicio.

9. La aleación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8 que comprende al menos un 0, 32 % de carbono.

10. La aleación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9 que comprende una cantidad no superior a un 1, 2 % de manganeso.

11. La aleación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10 que comprende una cantidad no superior a un 0, 85 % de cobre.

12. La aleación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 11 en la que el % de V + (5/9) x % de Nb es al menos un0, 14 % oel%de V + (5/9) x% de Nbno es superior aun0, 22%.

13. La aleación de acuerdo con la reivindicación 1 en la que el carbono se limita a un 0, 40-0, 47 %, y el níquel se limita a un 4, 0-5, 0 %.

14. La aleación de acuerdo con la reivindicación 13 que comprende al menos un 4, 6 % de níquel.

15. La aleación de acuerdo con la reivindicación 13 o 14 que comprende una cantidad no superior a un 2, 2 % de silicio o al menos un 1, 9 % de silicio.

16. La aleación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15 que comprende al menos un 1, 0 % de manganeso.

17. La aleación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16 que comprende al menos un 1, 7 % de cromo o una cantidad superior a un 1, 9 % de cromo.

18. La aleación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 17 que comprende una cantidad no superior a un 0, 85 % de cobre.

19. Un artículo de aleación endurecido y templado que presenta resistencia y tenacidad a la fractura muy elevadas

formado a partir de una aleación tal como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizándose dicho artículo por una resistencia a la tracción de al menos 2000 MPa (290 ksi) y una tenacidad a la fractura KIc de al menos 55 MPaâ?m (50 ksiâ?in) después de haberse templado a una temperatura de 260 º C (500 º F) .