Pieza forjada de acero de grandes dimensiones de alta resistencia.

Una pieza forjada de acero de grandes dimensiones de alta resistencia que comprende:

unas composiciones que comprenden unas composiciones básicas que comprenden:

C: un 0,31 % en masa o más y un 0,5 % en masa o menos,

Si: un 0,02 % en masa o más y un 0,2 % en masa o menos,

Mn: un 0,1 % en masa o más y un 0,6 % en masa o menos,

Ni: un 2,6 % en masa o más y un 3,4 % en masa o menos,

Cr: un 0,8 % en masa o más y un 1,9 % en masa o menos,

Mo: un 0,25 % en masa o más y un 0,8 % en masa o menos, V: un 0,05 % en masa o más y un 0,2 % en masa o menos, y

Al: un 0,005 % en masa o más y un 0,1 % en masa o menos, y un resto que comprende Fe e impurezas inevitables; donde un contenido en S como la impureza inevitable es de un 0,008 % en masa o menos; y

donde la pieza forjada de acero de grandes dimensiones de alta resistencia consiste en una estructura martensítica o una estructura mixta de martensita y bainita; un tamaño de grano de la austenita anterior es de 19 μm o más y de 70 μm o menos; y un tamaño de bloque máximo de martensita es de 15 μm o menos y un tamaño de bloque mínimo de martensita es de 0,5 μm o más.

Pieza forjada de acero de grandes dimensiones de alta resistencia Campo de la invención

La presente invención se refiere a una pieza forjada de acero de grandes dimensiones de alta resistencia. Antecedentes de la invención

Se requiere una alta resistencia para cigüeñales de grandes dimensiones y árboles intermedios que se usan para barcos o generadores de energía. En general, estos árboles se producen mediante piezas forjadas de acero. Hoy en día, además de una mejora adicional de la resistencia, también se requiere para estas piezas forjadas de acero de grandes dimensiones una tenacidad excelente, que por lo general tiene una relación de compensación recíproca con la resistencia.

Con el fin de mejorar la resistencia y la tenacidad de las piezas forjadas de acero, se han desarrollado (1) acero de alta resistencia para una pieza forjada de acero de grandes dimensiones en la que las composiciones de componentes están limitadas (consúltese la publicación de solicitud de patente no examinada de Japón con N° 2005-344149); (2) acero para pieza forjada que se fabrica mediante la limitación de las composiciones de componentes y la especificación de una estructura que incluye principalmente bainita y martensita (consúltese la patente de Japón con N° 3896365); (3) un cigüeñal que se fabrica mediante la limitación de las composiciones de componentes y la limitación de un tamaño de grano de la austenita anterior (consúltese la publicación de solicitud de patente no examinada de Japón con N° 2010-248540); (4) acero de refinado térmico a base de níquel que se fabrica mediante la especificación de una cantidad de aluminio sobre los límites de grano (consúltese la publicación de solicitud de patente no examinada de Japón con N° 2000-212705); (5) acero para pieza forjada que se fabrica mediante la especificación de unas concentraciones de magnesio y aluminio (consúltese la publicación de solicitud de patente no examinada de Japón con N° 2008-25021 y la publicación de solicitud de patente no examinada de Japón con N° 2009-173961); y (6) una pieza forjada que se fabrica mediante la especificación de una tasa de contenido de azufre, unas condiciones de forjado en caliente, y similares (consúltese la publicación de solicitud de patente no examinada de Japón con N° 2003-147436).

No obstante, incluso los aceros (1) a (3) que se han descrito en lo que antecede no pueden mostrar una resistencia suficiente debido a que puede que un tamaño de bloque y un tamaño de grano de la estructura formada no sean adecuados y, por lo tanto, la tenacidad y la resistencia a la fatiga no pueden mejorarse de una forma equilibrada. Además, el contenido en aluminio en el acero (4) que se ha descrito en lo que antecede es alto y, por lo tanto, pueden generarse inclusiones no metálicas y compuestos intermetálicos para deteriorar la tenacidad y la resistencia a la fatiga. Se dice que el acero (5) mejora la resistencia. No obstante, no se pretende que el acero (5) mejore la tenacidad. Se dice que la pieza forjada de acero (6) tiene una alta resistencia y una alta tenacidad. No obstante, la existencia de la cantidad previamente determinada de azufre genera inclusiones no metálicas tales como MnS, y, como resultado, la resistencia a la fatiga se deteriora. Tal como se ha descrito en lo que antecede, ninguna de las piezas forjadas de acero convencionales tiene una resistencia, una tenacidad y una resistencia a la fatiga mejoradas de una forma equilibrada.

Sumario de la invención

La presente invención se logra a la vista de los problemas que se han descrito en lo que antecede y el objeto de la

presente invención es la provisión de una pieza forjada de acero de grandes dimensiones de alta resistencia que

tiene una resistencia y una tenacidad sumamente equilibradas y que tiene una alta resistencia a la fatiga.

La invención para solucionar el problema que se ha descrito en lo que antecede es una pieza forjada de acero de grandes dimensiones de alta resistencia que incluye:

unas composiciones que incluyen unas composiciones básicas que incluyen:

C: un 0,31 % en masa o más y un 0,5 % en masa o menos,

Si: un 0,02 % en masa o más y un 0,2 % en masa o menos,

Mn: un 0,1 % en masa o más y un 0,6 % en masa o menos,

Ni: un 2,6 % en masa o más y un 3,4 % en masa o menos,

Cr: un 0,8 % en masa o más y un 1,9 % en masa o menos,

Mo: un 0,25 % en masa o más y un 0,8 % en masa o menos,

V: un 0,05 % en masa o más y un 0,2 % en masa o menos, y Al: un 0,005 % en masa o más y un 0,1 % en masa o menos, y un resto que incluye Fe e impurezas inevitables;

donde un contenido en S como la impureza inevitable es de un 0,008 % en masa o menos; y

donde la pieza forjada de acero de grandes dimensiones de alta resistencia consiste en una estructura martensítica o una estructura mixta de martensita y bainita;

un tamaño de grano de la austenita anterior es de 19 pm o más y de 70 pm o menos; y

un tamaño de bloque máximo de martensita es de 15 pm y un tamaño de bloque mínimo de martensita es de

0,5 pm o menos.

La pieza forjada de acero de grandes dimensiones de alta resistencia tiene una resistencia y una tenacidad excelentes de una forma equilibrada y, además, proporciona una alta resistencia a la fatiga mediante la limitación de las composiciones y la estructura que se han descrito en lo que antecede tal como se ha descrito en lo que antecede y el ajuste del tamaño de grano de la austenita anterior y el tamaño de bloque dentro del intervalo que se ha descrito en lo que antecede.

En el presente caso, "de grandes dimensiones" en la pieza forjada de acero de grandes dimensiones de alta resistencia quiere decir una pieza forjada de acero que tiene una parte esférica o una parte cilindrica cuyo diámetro es 150 mm o más, una pieza forjada de acero que tiene una parte de tipo placa cuyo espesor es 150 mm o más, y una pieza forjada de acero que tiene un tamaño similar o un tamaño más grande.

Tal como se ha descrito en lo que antecede, la pieza forjada de acero de grandes dimensiones de alta resistencia de la presente invención tiene una resistencia y una tenacidad excelentes de una forma equilibrada y, además, tiene una alta resistencia a la fatiga. Por esta razón, la pieza forjada de acero de grandes dimensiones de alta resistencia puede usarse preferiblemente para cigüeñales de grandes dimensiones, árboles intermedios, y similares que se usan para barcos, generadores de energía, o similares.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una gráfica que ilustra una relación entre una relación x de una profundidad y una distancia desde una superficie hasta una parte central de una pieza forjada de acero de grandes dimensiones de alta resistencia y una fracción de una estructura martensítica fm(x) (%);

la figura 2 es una gráfica que ilustra una relación entre un tamaño máximo de un bloque martensítico y la energía

absorbida de Charpy que se mide mediante el uso de probetas de los ejemplos y los ejemplos comparativos;

la figura 3 es una gráfica que ilustra una relación entre la resistencia a la tracción y la energía absorbida de

Charpy que se mide mediante el uso de las probetas de los ejemplos y los ejemplos comparativos;

la figura 4 es una gráfica que ilustra una relación entre la resistencia a la tracción y la resistencia a la fatiga que

se mide mediante el uso de las probetas de los ejemplos y los ejemplos comparativos;

la figura 5 es un mapa de figura de polos inversa de la probeta del ejemplo 4;

la figura 6 es un mapa de figura de polos inversa de la probeta del ejemplo 11;

la figura 7 es un mapa de figura de polos inversa de la probeta del ejemplo comparativo 3;

la figura 8 es un mapa de figura de polos inversa de la probeta del ejemplo comparativo 7;

la figura 9 es un mapa de figura de polos inversa de la probeta del ejemplo comparativo 9;

la figura 10 es un diagrama de TTT que se usa como condiciones de análisis en un ejemplo de análisis;

las figuras 11 son unas gráficas que ilustran la dependencia con la temperatura de cada propiedad física que se

usan como las condiciones de análisis en el ejemplo de análisis;

las figuras 12 son unas gráficas que ilustran el comportamiento plástico en cada fase que se usan como las condiciones de análisis en el ejemplo de análisis;

la figura 13A es una gráfica que ilustra las condiciones de análisis A y B en el ejemplo de análisis y la figura 13B es una gráfica que ilustra los resultados de análisis; y

la figura 14A es una gráfica que ilustra una relación entre una profundidad de una pieza forjada... [Seguir leyendo]

1. Una pieza forjada de acero de grandes dimensiones de alta resistencia que comprende:

unas composiciones que comprenden unas composiciones básicas que comprenden:

C: un 0,31 % en masa o más y un 0,5 % en masa o menos,

Si: un 0,02 % en masa o más y un 0,2 % en masa o menos,

Mn: un 0,1 % en masa o más y un 0,6 % en masa o menos,

Ni: un 2,6 % en masa o más y un 3,4 % en masa o menos,

Cr: un 0,8 % en masa o más y un 1,9 % en masa o menos,

Mo: un 0,25 % en masa o más y un 0,8 % en masa o menos,

V: un 0,05 % en masa o más y un 0,2 % en masa o menos, y Al: un 0,005 % en masa o más y un 0,1 % en masa o menos, y un resto que comprende Fe e impurezas inevitables;

donde un contenido en S como la impureza inevitable es de un 0,008 % en masa o menos; y

donde la pieza forjada de acero de grandes dimensiones de alta resistencia consiste en una estructura

martensítica o una estructura mixta de martensita y bainita;

un tamaño de grano de la austenita anterior es de 19 pm o más y de 70 pm o menos; y

un tamaño de bloque máximo de martensita es de 15 pm o menos y un tamaño de bloque mínimo de

martensita es de 0,5 pm o más.

2. La pieza forjada de acero de grandes dimensiones de alta resistencia de acuerdo con la reivindicación 1, donde una fracción de estructura martensítica fm(x) (%) en la que una relación de una profundidad con respecto a una distancia desde una superficie hasta un centro se define como x (0 á x á 1) es

fm(x) = 100, en la que 0 áx á 0,1;

104 - 40x < fm(x) < 100, en la que 0,1 < x á 0,15;

122- 160x <fm(x) < 100, en la que 0,15 <xS 0,2;

230 - 700x < fm(x) < 100, en la que 0,2<xS 0,3;

110 - 300x á fm(x) á 112 - 40x, en la que 0,3 < x 0,35; (22 -20x) / 3 á fm(x) < 105 - 20x, en la que 0,35 < x < 0,5;

(32 - 40x) / 3 fm(x) < 95, en la que 0,5 < x < 0,8; y 0 < fm(x) < 95, en la que 0,8 < x á 1.