Producto forjado con una composición de acero que contiene el 0,15-0,75 % de C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo, V y Al y el cigüeñal fabricado con el misma.

Un producto forjado en forma de columna obtenido mediante la forja en caliente de un lingote de acero que contiene:



C: 0,15-0,75 % (significa % en peso, también de aquí en adelante);

Si: 0,1-0,6 %;

Mn: 0,3-1,4 %;

Ni: 0,1-2 %;

Cr: 0,5-2,5 %,

Mo: 0,1-0,5 %;

V: 0,01-0,20 %; y

Al: 0,015-0,04 %,

que satisface:

Ti: 0,002 % o inferior;

S: 0,0006 % o inferior;

N: 0,01 % o inferior; y

O: 0,002 % o inferior,

y el resto que comprende hierro con impurezas inevitables,

donde la densidad (DO) de las inclusiones cuyo eje principal supera los 5 μm observadas en la posición axial de una sección perpendicular a la dirección axial del producto forjado es de 70 nos/cm² o inferior, y, cuando el radio del producto forjado es R, la relación de la densidad (DR) de las inclusiones cuyo eje principal supera los 5 μm observadas en la posición R/3 respecto a la posición axial hacia la dirección radial y la densidad DO satisface la desigualdad (1) siguiente en ambas caras del producto forjado.

0,5 ≤ DR/DO ≤ 1,50 ... (1)

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E09012163.

Solicitante: KABUSHIKI KAISHA KOBE SEIKO SHO.

Nacionalidad solicitante: Japón.

Dirección: (Kobe Steel Ltd.) 10-26 Wakinohama-cho 2-chome Chuo-ku Kobe-shi Hyogo 651-8585 JAPON.

Inventor/es: DEURA,Tetsushi, Abiko,Takashi, SHINOZAKI,TOMOYA, NISHIHARA,MICHIO, OTSUKI,EIJI, HORI,SHUNSUKE.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B21K1/08 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B21 TRABAJO MECANICO DE LOS METALES SIN ARRANQUE SUSTANCIAL DE MATERIAL; CORTE DEL METAL POR PUNZONADO.B21K FABRICACION DE ARTICULOS METALICOS FORJADOS O PRENSADOS, p. ej. HERRADURAS, REMACHES, BULONES O RUEDAS (fabricación de artículos especiales por trabajo de las hojas metálicas sin arranque sustancial de material B21D; Trabajo de alambre B21F; fabricación de alfileres, agujas o clavos B21G; fabricación de artículos especiales por laminado B21H; máquinas de forjar, prensar, martillar en general B21J; fabricación de cadenas B21L; chapado B23K). › B21K 1/00 Fabricación de elementos de máquinas. › de cigüeñales.
  • B22D7/00 B […] › B22 FUNDICION; METALURGIA DE POLVOS METALICOS.B22D COLADA DE METALES; COLADA DE OTRAS MATERIAS POR LOS MISMOS PROCEDIMIENTOS O CON LOS MISMOS DISPOSITIVOS (trabajo de materias plásticas o sustancias en estado plástico B29C; tratamientos metalúrgicos, empleo de sustancias específicas que se añaden al metal C21, C22). › Colada de lingotes (equipos para el transporte del metal líquido B22D 35/00).
  • B22D7/10 B22D […] › B22D 7/00 Colada de lingotes (equipos para el transporte del metal líquido B22D 35/00). › Mazarotas ad hoc.
  • C21D7/13 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 7/00 Modificación de las propiedades físicas del hierro o el acero por deformación (aparatos para el trabajo mecánico de metales B21, B23, B24). › por trabajo en caliente.
  • C21D9/30 C21D […] › C21D 9/00 Tratamiento térmico, p. ej. recocido, endurecido, revenido, temple, adaptado para artículos particulares; Sus hornos. › para cigüeñal; árbol de levas.
  • C22C38/02 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). › que contienen silicio.
  • C22C38/04 C22C 38/00 […] › que contienen manganeso.
  • C22C38/06 C22C 38/00 […] › que contienen aluminio.
  • C22C38/12 C22C 38/00 […] › que contienen tungsteno, tántalo, molibdeno, vanadio o niobio.
  • C22C38/44 C22C 38/00 […] › con molibdeno o tungsteno.
  • C22C38/46 C22C 38/00 […] › con vanadio.
  • F16C3/06 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F16 ELEMENTOS O CONJUNTOS DE TECNOLOGIA; MEDIDAS GENERALES PARA ASEGURAR EL BUEN FUNCIONAMIENTO DE LAS MAQUINAS O INSTALACIONES; AISLAMIENTO TERMICO EN GENERAL.F16C ARBOLES; ARBOLES FLEXIBLES; MEDIOS MECANICOS PARA TRANSMITIR MOVIMIENTO EN UNA FUNDA FLEXIBLE; ELEMENTOS DE LOS MECANISMOS DEL CIGÜEÑAL; PIVOTES; UNIONES PIVOTANTES; PIEZAS ROTATIVAS DE INGENIERIA DISTINTAS A LAS PIEZAS DE TRANSMISION MECANICA, ACOPLAMIENTOS, EMBRAGUES O FRENOS; COJINETES.F16C 3/00 Arboles (árboles flexibles F16C 1/00; ejes portahélices para propulsión o gobierno marino B63H 23/34 ); Ejes; Manivelas; Excéntricas. › Cigüeñales.

PDF original: ES-2542516_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Producto forjado con una composición de acero que contiene el 0, 15-0, 75 % de C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo, V y Al y el cigüeñal fabricado con el misma 5

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un producto forjado obtenido mediante forja en caliente de un lingote de acero y a un cigüeñal obtenido usándolo, en particular a un producto forjado donde se controla el estado de dispersión de las inclusiones presentes en el acero.

Se usa una pieza en movimiento giratorio (un cigüeñal, por ejemplo) para maquinaria, un barco, un generador o similar, como miembro que transfiere la energía desde una fuente impulsora. La pieza en movimiento giratorio se fabrica usando, por ejemplo, un producto forjado obtenido mediante forja en caliente de un lingote de acero fabricado mediante un método de fabricación de lingotes, y son necesarias propiedades de fatiga donde apenas se produzca fallo por fatiga incluso en condiciones de uso severas.

Con respecto al acero de bajo contenido en aleación adoptado para un cigüeñal para un barco, "Study on fatigue strength properties of high strength crankshaft material", Journal of the JIME, 2001, Vol. 36, No. 6, p.385-390, describe que (1) una inclusión es susceptible de convertirse en el punto de partida de fallo por fatiga y dicha tendencia se vuelve visible a medida que el acero está más reforzado, (2) a medida que el tamaño de las inclusiones se hace más grande, se reducen las propiedades de fatiga, (3) el material de acero que contiene inclusiones alargadas es susceptible de presentar anisotropía de resistencia a la fatiga, y similares. También se describe que, para mejorar las propiedades de fatiga de un producto forjado, es eficaz hacer que la forma de las inclusiones sea esférica y que su tamaño sea pequeño.

Sucede que para fabricar un cigüeñal de gran tamaño usado para un barco o similar, naturalmente se requiere un lingote de gran tamaño. Cuando se fabrica un lingote de gran tamaño mediante un método de fabricación de lingotes, se forma una zona de cristal asentado en la parte inferior del lingote (que significa la parte terminal en la dirección de la gravedad) . El cristal asentado significa un núcleo cristalino de acero formado sobre la superficie de acero fundido (cara límite entre el material aislante térmico y el inhibidor de la oxidación y el acero fundido) durante y después de que el acero fundido se vierta sobre un molde, se funda desde su origen mediante convección de acero fundido dentro del molde, se divida físicamente, y se asiente en el acero fundido mediante diferencia de densidad con el acero fundido. Mientras el núcleo cristalino se asienta en el acero fundido, una parte de las inclusiones quedan atrapadas en el acero fundido, y las inclusiones se separan en la parte inferior del lingote de acero. La agregación de los cristales asentados y las inclusiones así formadas es la zona de cristal asentado. La formación de la zona de cristal asentado se convierte en causa de deterioro de las propiedades de fatiga en la parte inferior del lingote de acero. La zona de cristal asentado no aparece en un lingote de acero fabricado mediante un método de colado continuo.

Como tecnología para reducir e inhibir la acumulación de inclusiones en la zona de cristal asentado, la solicitud de patente japonesa publicada sin examinar Nº S49-35232 divulga que, en la fabricación de acero calmado mediante un método de vertido en la parte inferior o método de vertido en la parte superior, la superficie superior del acero fundido en el molde se ha de cubrir con un agente aislante térmico de alto contenido calórico de tipo combustión 45 temprana durante el vertido del acero fundido o inmediatamente después del vertido del acero fundido.

En la solicitud de patente japonesa publicada sin examinar Nº S59-178153, se describe que, para que las inclusiones no se concentren y permanezcan en la parte inferior de un lingote de acero, se ha de usar una pieza superior de material aislante térmico antioxidante, la temperatura de vertido del acero fundido se debe realizar en el 50 intervalo del punto de fusión más 75-100 ºC, y el 90 % o superior de la pieza superior de material aislante térmico antioxidante se ha de añadir antes de verter el acero fundido o en el 60 % o inferior del tiempo de vertido total.

Como se describe en las solicitudes de patente japonesa publicadas sin examinar Nº S49-35232 y S 59-178153, para inhibir la formación de la zona de cristal asentado, es eficaz aislar térmicamente la parte superior del lingote de 55 acero (que significa la parte terminal opuesta a la parte inferior) ; no obstante, la resistencia a la fatiga posiblemente puede variar entre la parte superior y la parte inferior del lingote de acero, y se ha dado un caso en el que no se pudo obtener un producto forjado homogéneo. Además, cuando se mide la resistencia a la fatiga de una posición axial del lingote de acero y de la parte periférica separada de la posición axial en dirección radial, se reconoce una diferencia en la resistencia a la fatiga según la posición de la medida.

La presente invención se desarrolló considerando dicha circunstancia, y su fin es proporcionar un producto forjado excelente en sus propiedades de fatiga donde la resistencia a la fatiga es alta en las dos piezas terminales del producto forjado y la variación de la resistencia a la fatiga en dirección radial del producto forjado es baja, y un cigüeñal fabricado a partir del producto forjado.

El producto forjado en relación con la presente invención que podría resolver los problemas descritos anteriormente es un producto forjado en forma de columna obtenido mediante forja en caliente de un lingote de acero que contiene:

C: 0, 15-0, 75 % (significa % en peso, también de aquí en adelante) , Si: 0, 1-0, 6 %, Mn: 0, 3-1, 4 %, Ni: 0, 1-2 %, Cr: 0, 52, 5 %, Mo: 0, 1-0, 5 %, V: 0, 01-0, 20 %, Al: 0, 015-0, 04 % respectivamente, que satisface: Ti: 0, 002 % o inferior, S:

0, 0006 % o inferior, N: 0, 01 % o inferior, O: 0, 002 % o inferior, y el resto que comprende hierro con impurezas inevitables, donde la densidad (DO) de las inclusiones cuyo eje principal supera los 5 µm observadas en la posición axial de una sección perpendicular a la dirección axial del producto forjado es de 70 nos/cm² o inferior, y, cuando el radio del producto forjado se hace R, la relación de la densidad (DR) de las inclusiones cuyo eje principal supera los 5 µm observadas en la posición R/3 respecto a la posición axial en la dirección radial y la densidad DO satisface la desigualdad (1) siguiente en ambas caras de producto forjado.

0, 5 DR/DO 1, 50 ... (1)

Se prefiere que el producto forjado tenga forma cilíndrica circular.

La presente invención también incluye un cigüeñal fabricado a partir del producto forjado. El diámetro del eje del cigüeñal puede ser de 200 mm o superior, y el cigüeñal se puede usar para un motor diésel para la generación de energía o para un barco, por ejemplo.

De acuerdo con la presente invención, entre los factores que afectan a las propiedades de fatiga de un producto forjado, se contemplan inclusiones gruesas cuyo eje principal supera los 5 µm y están dispersas de forma homogénea en el producto forjado; por lo tanto se puede proporcionar un producto forjado excelente en sus propiedades de fatiga, donde la resistencia a la fatiga del producto forjado es elevada, y la diferencia de la resistencia a la fatiga es baja entre la posición axial del producto forjado y la parte periférica separada de la posición axial en dirección radial. Un cigüeñal fabricado a partir del producto forjado es excelente en sus propiedades de fatiga.

La FIG. 1 es una gráfica que muestra la relación entre la relación de DR y DO (DR/DO) y la resistencia a la fatiga en la parte superior de un lingote de acero; y La FIG. 2 es una gráfica que muestra la relación entre la relación de DR y DO (DR/DO) y la resistencia a la fatiga en la parte inferior de un lingote de acero.

Como se ha divulgado en las solicitudes de patente japonesa publicadas sin examinar Nº S49-35232 y S59-178153, se sabía que incluso si la zona de cristal asentado formada en la parte inferior del lingote de acero se reducía mejorando el aislamiento térmico de la parte superior del lingote de acero, la resistencia a la fatiga variaba entre la parte superior y la parte inferior del lingote de acero. Por consiguiente, en el producto forjado obtenido también a partir del lingote de acero, la resistencia a la fatiga variaba entre las dos partes terminales. Además, se sabía que la resistencia a la fatiga también variaba entre la posición axial del producto forjado y la parte periférica separada de la posición axial, y que la diferencia... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un producto forjado en forma de columna obtenido mediante la forja en caliente de un lingote de acero que contiene: 5

C: 0, 15-0, 75 % (significa % en peso, también de aquí en adelante) ; Si: 0, 1-0, 6 %; Mn: 0, 3-1, 4 %; Ni: 0, 1-2 %;

Cr: 0, 5-2, 5 %, Mo: 0, 1-0, 5 %;

V: 0, 01-0, 20 %; y Al: 0, 015-0, 04 %, que satisface:

Ti: 0, 002 % o inferior;

S: 0, 0006 % o inferior;

N: 0, 01 % o inferior; y O: 0, 002 % o inferior, y el resto que comprende hierro con impurezas inevitables, donde la densidad (DO) de las inclusiones cuyo eje principal supera los 5 µm observadas en la posición axial de una sección perpendicular a la dirección axial del producto forjado es de 70 nos/cm² o inferior, y, cuando el radio del producto forjado es R, la relación de la densidad (DR) de las inclusiones cuyo eje principal supera los 5 µm observadas en la posición R/3 respecto a la posición axial hacia la dirección radial y la densidad DO satisface la desigualdad (1) siguiente en ambas caras del producto forjado.

0, 5 DR/DO 1, 50 ... (1)

2. El producto forjado en forma de columna de acuerdo con la reivindicación 1, que tiene forma cilíndrica circular.

3. Un cigüeñal fabricado a partir del producto forjado en forma de columna de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2.

4. El cigüeñal de acuerdo con la reivindicación 3 usado para un motor diésel para la generación de energía o para un barco, donde el diámetro del eje es de 200 mm o superior. 35


 

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