Acero para herramientas de trabajo en caliente y un procedimiento para fabricar un acero para herramientas de trabajo en caliente.

Un acero para herramientas de trabajo en caliente bajo en cromo constituido por (en % en peso):



C 0,08-0,40

N 0,015-0,30

C+N 0,30-0,50

Cr 1-4

Mo 1,5-3

V 0,8-1,3

Mn 0,5-2

Si 0,1-0,5

opcionalmente

Ni

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2012/053563.

Solicitante: UDDEHOLMS AB.

Nacionalidad solicitante: Suecia.

Dirección: 683 85 Hagfors SUECIA.

Inventor/es: JESPERSON, HENRIK, ANDERSSON,JORGEN, ANDRÉN,HANS-OLOF, SVENSSON,LARS-ERIK.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B22F1/00 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B22 FUNDICION; METALURGIA DE POLVOS METALICOS.B22F TRABAJO DE POLVOS METALICOS; FABRICACION DE OBJETOS A PARTIR DE POLVOS METALICOS; FABRICACION DE POLVOS METALICOS (fabricación de aleaciones mediante metalurgia de polvos C22C ); APARATOS O DISPOSITIVOS ESPECIALMENTE ADAPTADOS PARA POLVOS METALICOS. › Tratamiento especial de polvos metálicos, p. ej. para facilitar su trabajo, mejorar sus propiedades; Polvos metálicos en sí , p. ej. mezclas de partículas de composiciones diferentes.
  • C21D6/00 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). › Tratamiento térmico de aleaciones ferrosas.
  • C21D6/02 C21D […] › C21D 6/00 Tratamiento térmico de aleaciones ferrosas. › Endurecimiento por precipitación.
  • C21D9/00 C21D […] › Tratamiento térmico, p. ej. recocido, endurecido, revenido, temple, adaptado para artículos particulares; Sus hornos.
  • C22C33/02 C […] › C22 METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO DE ALEACIONES O METALES NO FERROSOS.C22C ALEACIONES (tratamiento de alegaciones C21D, C22F). › C22C 33/00 Fabricación de aleaciones ferrosas (mediante tratamiento con calor C21D 5/00, C21D 6/00). › por metalurgia de polvo.
  • C22C38/00 C22C […] › Aleaciones ferrosas, p. ej. aleaciones del acero (aleaciones de hierro colado C22C 37/00).
  • C22C38/22 C22C […] › C22C 38/00 Aleaciones ferrosas, p. ej. aleaciones del acero (aleaciones de hierro colado C22C 37/00). › con molibdeno o tungsteno.
  • C22C38/24 C22C 38/00 […] › con vanadio.

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Fragmento de la descripción:

Acero para herramientas de trabajo en caliente y un procedimiento para fabricar un acero para herramientas de trabajo en caliente. 5

Descripción

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a un acero para herramientas de trabajo en caliente bajo en cromo y un procedimiento para fabricar un artículo de acero para herramientas de trabajo en caliente bajo en cromo.

TÉCNICA ANTECEDENTE

El término "herramientas de trabajo en caliente" se aplica a un gran número de clases diferentes de herramientas para el trabajo o la conformación de metales a temperaturas relativamente altas, por ejemplo herramientas para fundición a presión, tales como troqueles, insertos y núcleos, piezas de entrada, boquillas, elementos expulsores, pistones cámaras de presión, etc.; herramientas para herramental de extrusión, tales como troqueles, portatroqueles, revestimientos, tacos de presión y vástagos, husillos, etc.; herramientas para prensado en caliente, tales como herramientas para prensado en caliente de aluminio, magnesio, cobre, aleaciones de cobre y acero; moldes para plásticos, tales como moldes para moldeo por inyección, moldeo por compresión y extrusión; junto con diversas otras clases de herramientas tales como herramientas para cizallado en caliente, anillos/collarines de contracción y piezas sometidas a desgaste pensadas para su uso en trabajo a altas temperaturas. El acero para herramientas de trabajo en caliente de baja aleación se usa en herramientas de pequeño a medio tamaño en aplicaciones donde las exigencias sobre la resistencia al revenido y la fatiga térmica son elevadas. La resistencia al revenido es la capacidad de un acero para herramientas de trabajo en caliente de mantener su dureza a una temperatura elevada durante un tiempo prolongado. Los aceros para herramientas de trabajo en caliente se desarrollan para resistencia y dureza durante una exposición prolongada a temperaturas elevadas y usan generalmente una cantidad sustancial de aleaciones que forman carburos.

Otro tipo de aceros para herramientas son los aceros rápidos, que se usan para herramientas de corte en las que la resistencia y la dureza deben conservarse a temperaturas hasta o superiores a 760 ºC. Para reducir la cantidad de tungsteno y cromo requerida, por ejemplo, el 18 y el 4 % en peso, respectivamente, se desarrollaron variantes que usan molibdeno (5-10 % en peso) . El acero rápido se diferencia del acero de trabajo en caliente en la composición y el precio y no puede usarse como sustituto del acero de trabajo en caliente.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Un objeto de la presente invención es proporcionar un acero para herramientas de trabajo en caliente bajo en cromo 40 que tiene un perfil de propiedades mejorado, en particular una resistencia al revenido mejorada.

El acero de la presente invención es particularmente adecuado para herramientas pequeñas que no requieran una composición de acero que tenga una elevada templabilidad para su fabricación.

Este objeto se obtiene proporcionando un acero para herramientas de trabajo en caliente bajo en cromo tal como se define en la reivindicación 1, es decir, un acero constituido por (en % en peso) :

C 0, 08-0, 40 N 0, 015-0, 30

C+N 0, 30-0, 50 Cr 1-4 Mo 1, 5-3 V 0, 8-1, 3 Mn 0, 5-2

Si 0, 1-0, 5 opcionalmente Ni <3 Co 5 B <0, 01

el resto Fe aparte de las impurezas Pueden obtenerse objetos adicionales mediante el acero para herramientas de trabajo en caliente bajo en cromo según la invención que cumple una o más de las siguientes condiciones (en % en peso) :

C 0, 20-0, 38 con preferencia 0, 30-0, 35

N 0, 03-0, 30 con preferencia 0, 03-0, 10

C+N 0, 30-0, 50 con preferencia 0, 36-0, 44

Cr 1-3 con preferencia 1, 2-2, 6

Mo 1, 9-2, 9 con preferencia 2, 2-2, 8

V 1, 0-1, 3 con preferencia 1, 15-1, 25

Mn 1-2 con preferencia 1, 1-1, 9

Si 0, 1-0, 5 con preferencia 0, 2-0, 4

Ni <1 con preferencia <0, 25

Co <4 con preferencia <0, 20

B 0, 001-0, 01 con preferencia 0, 001-0, 005

Las realizaciones preferentes del acero para herramientas de trabajo en caliente bajo en cromo pueden cumplir una o más de las siguientes condiciones (en % en peso) :

C 0, 25-0, 35 con preferencia 0, 27-0, 34 N 0, 04-0, 30 con preferencia 0, 04-0, 10 C+N 0, 38-0, 42 Cr 1, 3-2, 5 con preferencia 1, 4-2, 3

Las realizaciones más preferentes del acero para herramientas de trabajo en caliente bajo en cromo pueden cumplir una o más de las siguientes condiciones (en % en peso) :

N 0, 042-0, 15 con preferencia 0, 045-0, 12 30 C+N 0, 39-0, 41 Cr 1, 3-2, 3 con preferencia 1, 4-2, 1

Las realizaciones aún más preferentes del acero para herramientas de trabajo en caliente bajo en cromo pueden cumplir una o más de las siguientes condiciones (en % en peso) :

C 0, 20-0, 35 con preferencia 0, 30-0, 34 N 0, 042-0, 12 con preferencia 0, 045-0, 12 C+N 0, 39-0, 41 Cr 1, 4-1, 9 con preferencia 1, 5-1, 7

Mo/V 1, 8-2, 3 con preferencia 1, 9-2, 1 Cr/V <2 con preferencia <1, 8

Según el concepto inventivo, el acero para herramientas de trabajo en caliente bajo en cromo puede tener una composición (en % en peso) según los ejemplos expuestos a continuación:

C 0, 20-0, 40 N 0, 03-0, 30 C+N 0, 30-0, 50 Cr 1, 2-2, 3

Mo 1-3 V 0, 8-1, 3 Mn 1-2 Si 0, 1-0, 4 Ni <1

opcionalmente Co 3-5 B 0, 001-0, 01 Mo/V 1, 8-2, 3 Cr/V <2

el resto Fe aparte de las impurezas, o C 0, 20-0, 40 N 0, 03-0, 30

C+N 0, 30-0, 50 Cr 1, 2-2, 3 Mo 1, 5-3 V 0, 8-1, 3 Mn 1-2

Si 0, 1-0, 4 Ni <1 opcionalmente Co 3-5 B 0, 001-0, 01

Mo/V 1, 8-2, 3 Cr/V <2 el resto Fe aparte de las impurezas, o C 0, 20-0, 40

N 0, 04-0, 30 C+N 0, 30-0, 50 Cr 1, 2-2, 3 Mo 1-3 V 0, 8-1, 3

Mn 1-2 Si 0, 1-0, 4 Ni <1 Co <0, 2 opcionalmente B 0, 001-0, 01 Mo/V 1, 8-2, 3 Cr/V <2 el resto Fe aparte de las impurezas, o C 0, 20-0, 38 N 0, 04-0, 30 C+N 0, 36-0, 44 Cr 1, 2-2, 3 Mo 1, 9-2, 9

V 0, 8-1, 3 Mn 1-2 Si 0, 1-0, 4 Ni <0, 25 Co <0, 20

opcionalmente B 0, 001-0, 01 Mo/V 1, 8-2, 3 Cr/V <2 el resto Fe aparte de las impurezas, o 50 C 0, 30-0, 34 N 0, 04-0, 09 C+N 0, 37-0, 43 Cr 1, 4-1, 9

Mo 2, 2-2, 8 V 1, 0-1, 3 Mn 1-2 Si 0, 2-0, 4 Ni <0, 25

Co <0, 20 opcionalmente B 0, 001-0, 005 Mo/V 1, 8-2, 3

Cr/V <2 el resto Fe aparte de las impurezas.

Otro objeto es proporcionar un artículo de acero para herramientas de trabajo en caliente bajo en cromo que tiene un perfil de propiedades mejorado, en particular una resistencia al revenido mejorada.

De acuerdo con la presente invención este objeto se obtiene mediante un procedimiento tal como se define en la reivindicación 11, es decir, un procedimiento que comprende las etapas de:

a) proporcionar un acero para herramientas de trabajo en caliente bajo en cromo tal como se define en cualquiera de 15 las reivindicaciones;

b) conformar un artículo de acero a partir de la composición de acero;

c) austenitizar el artículo de acero obtenido en la etapa b) a una temperatura de 1200 ºC como máximo durante un 20 tiempo del orden de media hora seguido por temple; y d) revenir el artículo de acero templado al menos dos veces a una temperatura entre 500 y 700 ºC durante un tiempo del orden de 2 horas.

Las realizaciones preferentes del procedimiento se exponen en las reivindicaciones dependientes 12-15.

En un acero resistente a la fluencia que tiene un alto contenido de cromo, es decir, 9-12 % en peso, es posible disolver carbonitruros de vanadio ya a temperaturas relativamente bajas, es decir, 1020-1050 ºC. Sin embargo, si el contenido de cromo es bajo, menos de aproximadamente el 4-5 % en peso, se formarán carbonitruros primarios de vanadio en la colada, y después son prácticamente imposibles de disolver.

En el acero de la presente invención, la cantidad total de carbono y nitrógeno se regulará a 0, 30 (C+N) 0, 50, con preferencia 0, 36 (C+N) 0, 44. El contenido nominal será del orden del 0, 40 % en peso. Al mismo tiempo, es ventajoso regular el contenido de nitrógeno a entre 0, 015 y 0, 30 N, con preferencia 0, 015 y 0, 15 N, e incluso con más preferencia 0, 015 - 0, 10 y el carbono puede regularse con preferencia a al menos 0, 20 % en peso. Los intervalos preferentes se exponen en las reivindicaciones del producto.

Cuando el contenido de nitrógeno se equilibra hasta aproximadamente del 0, 05 al 0, 10 % en peso se formarán carbonitruros de vanadio, los cuales se disolverán parcialmente durante la etapa de austenitización y luego precipitarán durante la etapa de revenido como partículas de tamaño nanomético.... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un acero para herramientas de trabajo en caliente bajo en cromo constituido por (en % en peso) :

C 0, 08-0, 40 N 0, 015-0, 30 C+N 0, 30-0, 50 Cr 1-4 Mo 1, 5-3

V 0, 8-1, 3 Mn 0, 5-2 Si 0, 1-0, 5 opcionalmente Ni <3

Co5 B <0, 01 el resto Fe aparte de las impurezas 2. Un acero para herramientas de trabajo en caliente bajo en cromo según la reivindicación 1 que cumple 20 una o más de las siguientes condiciones (en % en peso) :

C 0, 20-0, 38 con preferencia 0, 30-0, 35 N 0, 03-0, 30 con preferencia 0, 03-0, 10 C+N 0, 30-0, 50 con preferencia 0, 36-0, 44

Cr 1-3 con preferencia 1, 2-2, 6 Mo 1, 9-2, 9 con preferencia 2, 2-2, 8 V 1, 0-1, 3 con preferencia 1, 15-1, 25 Mn 1-2 con preferencia 1, 1-1, 9 Si 0, 1-0, 5 con preferencia 0, 2-0, 4

Ni <1 con preferencia <0, 25 Co <4 con preferencia <0, 20 B 0, 001-0, 01 con preferencia 0, 001-0, 005

3. Un acero para herramientas de trabajo en caliente bajo en cromo según la reivindicación 1 o 2 que 35 cumple una o más de las siguientes condiciones (en % en peso) :

C 0, 25-0, 35 con preferencia 0, 27-0, 34 N 0, 04-0, 30 con preferencia 0, 04-0, 10 C+N 0, 38-0, 42

Cr 1, 3-2, 5 con preferencia 1, 4-2, 3

4. Un acero para herramientas de trabajo en caliente bajo en cromo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que cumple una o más de las siguientes condiciones (en % en peso) :

N 0, 042-0, 15 con preferencia 0, 045-0, 12 C+N 0, 39-0, 41 Cr 1, 3-2, 3 con preferencia 1, 4-2, 1

5. Un acero para herramientas de trabajo en caliente bajo en cromo según cualquiera de las 50 reivindicaciones anteriores que cumple una o más de las siguientes condiciones (en % en peso) :

C 0, 20-0, 35 con preferencia 0, 30-0, 34 N 0, 042-0, 12 con preferencia 0, 045-0, 12 C+N 0, 39-0, 41

Cr 1, 4-1, 9 con preferencia 1, 5-1, 7 Mo/V 1, 8-2, 3 con preferencia 1, 9-2, 1 Cr/V <2 con preferencia <1, 8

6. Un acero para herramientas de trabajo en caliente bajo en cromo según la reivindicación 1 constituido

por (en % en peso) :

C 0, 20-0, 40 N 0, 03-0, 30

C+N 0, 30-0, 50 Cr 1, 2-2, 3 Mo 1-3 V 0, 8-1, 3 Mn 1-2

Si 0, 1-0, 4 Ni <1 opcionalmente Co 3-5 B 0, 001-0, 01

Mo/V 1, 8-2, 3 Cr/V <2 el resto Fe aparte de las impurezas.

7. Un acero para herramientas de trabajo en caliente bajo en cromo según la reivindicación 1 constituido 20 por (en % en peso) :

C 0, 20-0, 40 N 0, 03-0, 30 C+N 0, 30-0, 50

Cr 1, 2-2, 3 Mo 1, 5-3 V 0, 8-1, 3 Mn 1-2 Si 0, 1-0, 4

Ni<1 opcionalmente Co 3-5 B 0, 001-0, 01 Mo/V 1, 8-2, 3

Cr/V <2 el resto Fe aparte de las impurezas.

8. Un acero para herramientas de trabajo en caliente bajo en cromo según la reivindicación 1 constituido por (en % en peso) :

C 0, 20-0, 40 N 0, 04-0, 30 C+N 0, 30-0, 50 Cr 1, 2-2, 3

Mo 1-3 V 0, 8-1, 3 Mn 1-2 Si 0, 1-0, 4 Ni <1

Co <0, 2 opcionalmente B 0, 001-0, 01 Mo/V 1, 8-2, 3 Cr/V <2

el resto Fe aparte de las impurezas.

9. Un acero para herramientas de trabajo en caliente bajo en cromo según la reivindicación 1 constituido por (en % en peso) :

C 0, 20-0, 38 N 0, 04-0, 30 C+N 0, 36-0, 44 Cr 1, 2-2, 3

Mo 1, 9-2, 9 V 0, 8-1, 3 Mn 1-2 Si 0, 1-0, 4 Ni <0, 25

Co <0, 20 opcionalmente B 0, 001-0, 01 Mo/V 1, 8-2, 3 Cr/V <2

el resto Fe aparte de las impurezas.

10. Un acero para herramientas de trabajo en caliente bajo en cromo según la reivindicación 1 constituido por (en % en peso) :

C 0, 30-0, 34 N 0, 04-0, 09 C+N 0, 37-0, 43 Cr 1, 4-1, 9 Mo 2, 2-2, 8

V 1, 0-1, 3 Mn 1-2 Si 0, 2-0, 4 Ni <0, 25 Co <0, 20

opcionalmente B 0, 001-0, 005 Mo/V 1, 8-2, 3 Cr/V <2 el resto Fe aparte de las impurezas.

11. Un procedimiento para fabricar un acero para herramientas de trabajo en caliente bajo en cromo que tiene mayor resistencia al revenido, que comprende:

a) proporcionar un acero tal como se define en cualquiera de las reivindicaciones anteriores; 40 b) conformar un artículo de acero a partir del acero;

c) austenitizar el artículo de acero obtenido en la etapa b) a una temperatura de 1200 ºC como máximo durante un tiempo del orden de media hora seguido por temple; y 45 d) revenir el artículo de acero templado durante un tiempo de 2 horas al menos dos veces a una temperatura entre 500 y 700 ºC.

12. Un procedimiento según la reivindicación 11, que comprende llevar a cabo la austenitización del 50 artículo de acero a una temperatura de 1050 - 1150 ºC, con preferencia a 1080 - 1150 ºC.

13. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 11 o 12, que comprende llevar a cabo el revenido del artículo de acero templado a una temperatura de 550 - 680 ºC, con preferencia 600 - 650 ºC e incluso con más preferencia a 625 - 650 ºC.

14. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 11-13, que comprende además incorporar el nitrógeno fabricando en primer lugar un polvo de acero de esencialmente la composición deseada, salvo el nitrógeno, nitrurando luego este polvo en estado sólido mediante gas nitrógeno para proporcionar la composición deseada, y después prensando en caliente el polvo para formar un lingote.

15. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 11-14, que comprende además las etapas de homogeneización, forja y recocido de ablandamiento del lingote antes de la austenitización.


 

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