BR112012011594B1

BR112012011594B1 - Aço inoxidável austenítico e artigo de fabricação

Info

Publication number: BR112012011594B1
Application number: BR112012011594-4A
Authority: BR
Inventors: James M. Rakowski; David S. Bergstrom
Original assignee: Ati Properties Llc
Priority date: 2009-11-02
Filing date: 2010-10-14
Publication date: 2023-09-26
Also published as: RU2547064C2; KR20180049258A; JP5886203B2; AU2010313616A1; RU2586366C2; MX352103B; AU2010313616B2; US9822435B2; IL219143A; KR20170042833A; US8337749B2; KR20120091075A; IL219143A0; IN2012DN03340A; CN102695815A; EP2496725B1; US9121089B2; JP6214692B2; RU2012122711A; CN105839032A

Abstract

aço inoxidável austenítico pobre uma composição de aço inoxidável austenítico incluindo níveis de ni e mo relativamente baixos e exibindo resistência à corrosão, resistência à deformação em temperatura elevada e propriedades de formabilidade comparáveis a certas ligas incluindo níveis de ni de mo mais altos. modalidades do aço inoxidável austenítico incluem, em percentagens em peso, até 0,20 de c, 2,0 a 9,0 de mn, até 2,0 de si, 15,0 a 23,0 de cr, 1,0 a 9,5 de ni, até 3,0 de mo, até 3,0 de cu, 0,05 a 0,35 de n, (7,5(% de c)) (menor igual) (% de nb + % de ti + % de v+ % de ta + % de zr) (menor igual) 1,5, fe e impurezas acidentais.

Description

REFERÊNCIA REMISSIVA A PEDIDOS RELACIONADOS

[001] O presente pedido reivindica prioridade de acordo com 35 U.S.C. § 120 como uma continuação em parte do pedido de patente US 12/034.183, depositado 20 de fevereiro de 2008.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO CAMPO DA TECNOLOGIA

[002] A presente divulgação se refere a um aço inoxidável austenítico. Em particular, a presente divulgação se refere a uma composição de aço inoxidável austenítico estabilizada com custo eficaz, incluindo, inter alia, um nível baixo de Ni, não mais do que um nível incidental de Mo, alta resistência ao escoamento, e, pelo menos, resistência à corrosão e propriedades a alta temperatura comparáveis a certas ligas austeníticas de Ni mais elevado, tais como, por exemplo, a liga T-321 liga (UNS S32100).

DESCRIÇÃO DOS ANTECEDENTES DA TECNOLOGIA

[003] Aços inoxidáveis austeníticos exibem uma combinação de proprie-dades altamente desejáveis que os tornam úteis para uma grande variedade de aplicações industriais. Estes aços possuem uma composição de base de Fe, que é equilibrada pela adição de austenita promovendo e estabilizando elementos tais como Ni, Mn, e N, para permitir que adições de elementos promotores de ferrita, tais como Cr e Mo, que melhoram a resistência à corrosão, seja feita enquanto mantendo uma estrutura austenítica à temperatura ambiente. A estrutura austenítica fornece ao aço propriedades mecânicas altamente desejáveis, particularmente tenacidade, ductilidade e formabilidade.

[004] Um exemplo específico de um aço inoxidável austenítico é o aço inoxidável AISI tipo 316 (UNS S31600), que é uma liga contendo 16-18% de Cr, 10-14% de Ni e 2-3% de Mo. As faixas de ingredientes de liga nesta liga são mantidas dentro dos intervalos especificados, a fim de manter uma estrutura aus- tenítica estável. Como é entendido por um técnico versado no assunto, o conteúdo de Ni, Mn, Cu, e N, por exemplo, contribui para a estabilidade da estrutura austenítica. No entanto, os custos crescentes de Ni e Mo tem criado a necessidade de alternativas economicamente viáveis para S31600, as quais ainda apresentam alta resistência à corrosão e boa formabilidade.

[005] Outra liga alternativa é Grade 216 (UNS S21600), que é descrita na Patente US 3.171.738. A S21600 contém 17,5-22% de Cr, 5-7% de Ni, 7,59% de Mn e 2-3% de Mo. Embora a S21600 seja uma variante de Ni mais baixo e Mn mais alto da S31600, a resistência e as propriedades de resistência à corrosão da S21600 são muito maiores do que aquelas da S31600. No entanto, como com as ligas duplex, a formabilidade da S21600 não é tão boa como a da S31600. Além disso, como a S21600 contém a mesma quantidade de Mo que a S31600, não há redução de custos para Mo.

[006] Uma variante da S31600 também existe, a qual se destina princi-palmente para utilização a temperaturas elevadas. Esta liga é designada como Tipo 316Ti (UNS S31635). A diferença significativa entre S31600 e S31635 é a presença de uma pequena adição de titânio equilibrada com a quantidade de C e N presente no aço. O aço resultante, S31635, é menos propenso à formação deletéria de carbetos de Cr a temperaturas elevadas e durante a soldagem, um fenômeno conhecido como sensibilização. Tais adições podem também aumentar as propriedades de temperatura elevada, devido aos efeitos de resistência a formação de carbeto primário e secundário. O intervalo especificado para titânio em S31635 é dado pela seguinte equação:. No entanto, a S31635 utiliza matérias-primas caras.

[007] Outro exemplo de um aço inoxidável austenítico é o aço inoxidável Tipo 321 (UNS S32100), que inclui, em percentagens em peso, 17,00-19,00% de Cr, 9,00-12,00% de Ni, até 2,00% de Mn, até 0,08% de C, até 0,75% de Si,, até 0,045% de P, até 0,030% de S, até 0,10% de N, e equilíbrio de Fe. A liga Tipo 321 é estabilizada contra a formação de carbeto de Cr pela adição de titânio equilibrado até a quantidade de C e N presente no aço. Apesar da liga tipo 321 não incluir uma adição intencional de Mo, ela inclui um nível significativo de dispendiosos elementos de liga.

[008] Outros exemplos de ligas incluem numerosos aços inoxidáveis em que Ni é substituído por Mn para manter uma estrutura austenítica, tal como é praticado com aço Tipo 201 (UNS S20100) e graus semelhantes. No entanto, permanece uma necessidade para uma alternativa resistente à corrosão de custo mais baixo para aços inoxidáveis austeníticos de liga relativamente alta, tal como a liga do Tipo 321, e que proporcione resistência e propriedades de dureza pelo menos comparáveis à liga do Tipo 321.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[009] Por conseguinte, a liga, de acordo com a presente divulgação fornece uma solução que não está atualmente disponível no mercado, que é uma composição de liga de aço inoxidável austenítico estabilizada exibindo, pelo menos, resistência à corrosão, resistência e propriedades de dureza comparáveis em relação ao aço inoxidável austenítico do Tipo 321, oferecendo uma significativa economia de custos de matérias-primas em relação a liga do tipo 321. Por conseguinte, a presente liga é um aço inoxidável austenítico estabilizado que inclui níveis controlados de elementos de formação de carbeto para melhorar a resistência à corrosão e as propriedades em temperatura elevada. A presente liga também inclui níveis combinados de Mn, Cu, e N suficientes para proporcionar uma liga exibindo certas propriedades, pelo menos, semelhantes às das ligas de Ni mais elevado, mas a um custo de matéria-prima significativamente menor.

[010] A liga, de acordo com a presente divulgação, é um aço inoxidável austenítico que utiliza uma combinação de Mn, Cu, e N como substitutos para o elemento Ni mais dispendioso. O resultado é uma liga tendo um custo mais baixo e, pelo menos, formabilidade, resistência à corrosão, e propriedades de resistência em temperatura elevada comparáveis em relação a, por exemplo, tipo 321. Modalidades da liga, de acordo com a presente divulgação, podem ser fabricadas para medidores de luz e incluem uma microestrutura limpa com grãos relativamente finos para melhorar a moldabilidade.

[011] Uma modalidade da liga, de acordo com a presente divulgação é dirigida para um aço inoxidável austenítico, incluindo, em percentagens, em peso, de até 0,20 de carbono (C), 2,0 - 9,0 de manganês (Mn), até 2,0 de silício (Si), 15,0 - 23,0 de cromo (Cr), 10,0 - 9,5 de níquel (Ni), até 3,0 de molibdênio (Mo), até 3,0 de cobre (Cu), 0,05 - 0,35 de nitrogênio (N), (7,5 (% C)) <(% de nióbio% + % de titânio + % de vanádio + % de tântalo + % de zircônio) <1,5, ferro (Fe), e impurezas incidentais. Certas modalidades do aço inoxidável auste- nítico podem incluir até 0,01% de boro (B). Certas modalidades podem incluir, pelo menos, 0,1% de nióbio, ou podem incluir nióbio em uma concentração de, pelo menos, (7,5 (% C).

[012] Outra modalidade, de acordo com a presente divulgação, é dirigida para um aço inoxidável austenítico, compreendendo, em percentagens, em peso, até 0,10 C, 2,0 - 8,0 de Mn, até 1,00 de Si, 16,0 - 22,0 de Cr, 1,0 - 7,0 Ni, 0,10 - 2,0 de Mo, até 1,00 Cu, 0,08 a 0,30 de N, (7,5% (C)) <(% de nióbio + % de titânio + % de vanádio + % de tântalo + % de zircônio) <1,5, até 0,040 de fósforo (P), até 0,030 de enxofre (S), Fe, e impurezas incidentais. Certas modalidades de aço inoxidável austenítico podem incluir até 0,01% de B. Certas modalidades podem incluir, pelo menos, 0,1% de nióbio, ou podem incluir nióbio em uma concentração de, pelo menos, (7,5 (% C)).

[013] Uma modalidade alternativa, de acordo com a presente divulgação é dirigida para um aço inoxidável austenítico que compreende, em percentagens, em peso, até 0,08 de C, 3,5 - 6,5 de Mn, até 1,00 de Si, 17,0 a 21,0 de Cr, 3,0 a 6,0 de Ni, 0,1 a 1,0 de Mo, até 1,0 de Cu, 0,08 a 0,30 de N, (7,5 (% C)) <(% de nióbio% + % de titânio + % de vanádio + % de tântalo + % de zircônio) <1,0, até 0,035 de P, até 0,005 de S, Fe, e impurezas incidentais. Certas modalidades de aço inoxidável austenítico podem incluir até 0,01% de B. Certas modalidades podem incluir, pelo menos, 0,1% de nióbio, ou podem incluir nióbio em uma concentração de, pelo menos, (7,5 (% C)).

[014] Em certas modalidades, o aço inoxidável austenítico, de acordo com a presente divulgação, tem um ou mais do valor de PREN maior do que 18, um número de ferrita inferior a 12, e um valor MD30 inferior a 34° C.

[015] Um método de produzir um aço inoxidável austenítico, de acordo com a presente divulgação é por fusão de uma carga em um forno a arco elétrico, refinamento em uma AOD, fundição em lingotes ou placas de fundição contínua, reaquecimento dos lingotes ou placas e laminação à quente dos mesmos para produzir placas ou bobinas, laminação a frio de bobinas até uma espessura es-pecificada e recozimento e decapagem do material. Outros métodos de produção do material inventado podem também ser utilizados, incluindo fusão e/ou re- fusão a vácuo ou sob uma atmosfera especial, fundição em formas, ou a produção de um pó que é consolidado em placas ou formas.

[016] Um aço inoxidável austenítico, de acordo com a presente divulgação pode ser utilizado em numerosas aplicações. De acordo com um exemplo, ligas da presente divulgação podem ser incluídas nos artigos de produção adaptados para utilização em ambientes de baixa temperatura ou criogênicas. Exemplos adicionais e não limitativos de artigos de produção que podem ser fabricados a partir de ou incluir a presente liga são conectores flexíveis para aplicações automotivas e outras aplicações, fole, tubo flexível, forros de chaminé e forros de dutos de chaminé.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[017] Na presente descrição, exceto nos exemplos de operação ou quando indicado em contrário, todos os números que expressam quantidades ou características de ingredientes e produtos, condições de processamento, e se-melhantes, devem ser entendidos como sendo modificada em todos os casos pelo termo "sobre". Por conseguinte, a menos que indicado em contrário, todos os parâmetros numéricos constantes da descrição que se segue são aproximações que podem variar dependendo das propriedades desejadas na procura de se obter o produto e métodos, de acordo com a presente divulgação. No mínimo, e não como uma tentativa de limitar a aplicação da doutrina de equivalência ao escopo das reivindicações, cada parâmetro numérico deve, pelo menos, ser interpretado em função do número de dígitos significativos relatados e pela aplicação de técnicas de arredondamento comuns. Todas as faixas numéricas aqui descritas incluem todas as sub-faixas desta. Por exemplo, uma faixa de "1 a 10" é intendida incluir todas as sub-faixas entre e incluindo o valor mínimo recitado de 1 e o valor máximo recitado de 10.

[018] Modalidades de aço inoxidável austenítico, de acordo com a presente divulgação serão agora descritas em detalhe. Na descrição a seguir, "%" ou "por cento" referem-se a percentual em peso, salvo indicação em contrário. A presente divulgação é dirigida para um aço inoxidável austenítico exibindo, pelo menos, resistência à corrosão, propriedades de resistência de temperatura elevada e relativa formabilidade em comparação a liga do tipo 321, e com menor custo global de matérias-primas. A composição do aço inoxidável austenítico pode incluir, em percentagens em peso, de até 0,20 de C, 2,0 a 9,0 de Mn, até 2,0 de Si, 15,0 a 23,0 de Cr, 1,0 a 9,5 de Ni, até 3,0 de Mo, até 3,0 de Cu, 0,05 a 0,35 de N, (7,5 (% C) <(% de nióbio% + % de titânio + % de vanádio + % de tântalo + % de zircônio) <1,5, de Fe, e impurezas incidentais. Certas modalidades do aço inoxidável austenítico podem incluir até 0,01 de B. Certas modalidades de aço inoxidável austenítico podem incluir, pelo menos, 0,1% de nióbio, ou pode incluir nióbio em uma concentração de, pelo menos, (7,5 (% C)).

[019] Outra modalidade da invenção é um aço inoxidável austenítico, in-cluindo, em % em peso, até 0,10 de C, 2,0 a 8,0 de Mn, até 1 de Si, 16,0 a 22,0 de Cr, 1,0 a 7,0 de Ni, 0,10 a 2,0 de Mo, até 1,00 de Cu, 0,08 a 0,30 de N, (7,5 (% C)) <(% de nióbio% + % de titânio + % de vanádio + % de tântalo + % de zircônio) <1,0, até 0,040 P, até 0,030 de Si, Fe, e impurezas incidentais. Certas modalidades do aço inoxidável austenítico podem incluir até 0,01 de B. Certas modalidades de aço inoxidável austenítico podem incluir, pelo menos, 0,1% de nióbio, ou podem incluir nióbio em uma concentração de, pelo menos, (7,5 (% 0).

[020] De acordo com uma modalidade alternativa, a presente divulgação é dirigida para um aço inoxidável austenítico, incluindo, percentagens em peso, até 0,08 de C, 3,5 a 6,5 de Mn, até 1,00 de Si, 17,0 a 21,0 de Cr, 3,0 a 6,0 de Ni, 0,5 a 1,0 de Mo, até 1,0 de Cu, 0,08 a 0,30 de N, (7,5% (C)) <(% de nióbio% + % de titânio + % de vanádio + % de tântalo + % de zircônio) <1,0 até 0,035 de P, até 0,005 de S, Fe, e impurezas incidentais. Certas modalidades de aço inoxidável austenítico podem incluir até 0,01 de B. Certas modalidades de aço inoxidável austenítico podem incluir, pelo menos, 0,1% de nióbio, ou podem incluir nióbio em uma concentração de, pelo menos, (7,5 (% C)). C: até 0,20%

[021] C atua para estabilizar a fase austenita e inibe a transformação in-duzida por deformação martensítica. No entanto, C também aumenta a probabilidade de formação de carbonetos Cr, especialmente durante a soldagem, o que reduz a resistência à corrosão e dureza. Por conseguinte, o aço inoxidável aus- tenítico da presente invenção tem até 0,20% C. Em uma modalidade da invenção, o conteúdo de C pode ser de 0,10% ou menos. Alternativamente, o conteúdo de C pode ser de 0,08% ou menos, 0,03% ou menos, ou 0,02% ou menos. Si: até 2,0 %

[022] Tendo maior do que 2% de Si promove a formação de fases fragi-lização, tais como sigma, e reduz a solubilidade do N na liga. Si também estabiliza a fase ferrítica, e Si maior do que 2% requer estabilizadores austeníticos adicionais para manter a fase austenítica. Assim, em certas modalidades, o aço inoxidável austenítico da presente invenção tem até Si 2,0%. Em uma modalidade da invenção, o conteúdo de Si pode ser de 1,0 % ou menos. Si ajuda a minimizar a reatividade de certos elementos de liga com nióbio e auxilia com o equilíbrio da fase na liga. Em certas modalidades, de acordo com a presente divulgação, os efeitos da adição de Si são equilibrados, ajustando o conteúdo de Si para 0,5 a 1,0 %. Em outras modalidades, os efeitos da adição de Si são equilibrados pelo ajuste do conteúdo de Si com 0,1 a 0,4%. Alternativamente, em certas modalidades, de acordo com a presente divulgação o conteúdo de Si pode ser de 0,5% ou menos, 0,4% ou menos, ou 0,3% ou menos. Mn: 2,0 a 9,0%

[023] Mn estabiliza a fase austenítica e geralmente aumenta a solubilidade de N, um elemento de liga benéfico. Para produzir estes efeitos suficientemente, um conteúdo de Mn de não menos do que 2,0% é necessário. Ambos Mn e N são substitutos efetivos para o elemento mais caro, Ni. No entanto, tendo maior do que 9,0% de Mn degrada a viabilidade do material e a sua resistência à corrosão em certos ambientes. Além disso, devido à dificuldade em descarbo- netação do aço inoxidável com níveis elevados de Mn, tais como maior do que 9,0%, níveis elevados de Mn aumentam significativamente os custos de processamento de fabricação do material. Por conseguinte, a fim de equilibrar a resistência à corrosão, o equilíbrio de fase, ductilidade e outras propriedades mecânicas no aço inoxidável austenítico do presente invento, o nível de Mn é fixado em 2,0 a 9,0%. Em certas modalidades, de acordo com a presente divulgação, o conteúdo de Mn pode ser 2,0 a 8,0%, 3,5 a 7,0%, ou 7%. Ni: 1,0 a 9,5%

[024] Os presentes inventores procuraram limitar o conteúdo de Ni na liga mantendo, ao mesmo tempo, propriedades aceitáveis. Pelo menos, 1% de Ni é necessário para estabilizar a fase austenítica com respeito a ambas formações de ferrita e martensita. Ni também atua para melhorar a tenacidade e for- mabilidade. No entanto, devido ao custo relativamente elevado de Ni, é desejável manter o conteúdo de Ni tão baixo quanto possível. Embora Mn e N possam ser substitutos parciais para Ni, níveis elevados de Mn e N irá resultar em níveis inaceitáveis de endurecimento, reduzindo a formabilidade. Portanto, a liga deve conter uma concentração mínima de Ni para fornecer formabilidade aceitável. Os inventores descobriram que uma faixa de 1,0 a 9,5% de Ni pode ser usada além das outras faixas definidas de elementos para alcançar uma liga que possua a resistência à corrosão e formabilidade tão boa ou melhor do que aqueles de ligas de Ni mais elevadas. Por conseguinte, o aço inoxidável austenítico da presente invenção tem 1,0 a 9,5% de Ni. Em uma modalidade, o conteúdo de Ni pode ser 2,0 a 6,5%, ou pode ser 3,0 a 6,0%. Cr: 15,0 a 23,0%

[025] Cr é adicionado para conferir resistência à corrosão para os aços inoxidáveis, formando uma película passiva na superfície da liga. Cr também atua para estabilizar a fase austenítica com relação à transformação martensí- tica. Pelo menos, 15% de Cr são necessários para proporcionar resistência à corrosão adequada. Por outro lado, como Cr é um poderoso estabilizador de ferrita, um conteúdo de Cr superior a 23% requer a adição de mais dispendiosos elementos de liga, tais como Ni ou cobalto, para manter o conteúdo de ferrita aceitavelmente baixo. Tendo em mais de 23% de Cr também faz com que a formação de fases indesejáveis, tais como sigma, mais provável. Por conseguinte, o aço inoxidável austenítico da presente invenção tem 15,0 a 23,0% de Cr. Em uma modalidade, o conteúdo de Cr pode ser de 16,0 a 22,0%, ou, alternativamente, pode ser de 17,0 a 21,0%. N: 0,05-0,35%

[026] N está incluído na liga presente como um substituto parcial para o elemento Ni estabilizar a austenita e o elemento Mo melhorar a resistência a corrosão. N também melhora a resistência da liga. Pelo menos, 0,05% de N é necessário para resistência e a resistência à corrosão e para estabilizar a fase austenítica. A adição de mais do que 0,35% de N pode exceder a solubilidade de N durante a fusão e soldagem, o qual resulta em porosidade devido a bolhas de gás de nitrogênio. Mesmo se o limite de solubilidade não seja excedido, um conteúdo de N maior do que 0,35% aumenta a propensão para a precipitação de partículas de nitreto, que degrada a resistência à corrosão e dureza. Os presentes inventores determinaram que um conteúdo de N até 0,35% é compatível com os níveis possíveis de Nb na liga, sem a formação de um nível problemático de precipitados de carbonitreto de nióbio. Por conseguinte, o aço inoxidável auste- nítico da presente invenção tem 0,05 a 0,35% de N. Em uma modalidade, o conteúdo de N pode ser 0,08 a 0,30%, ou, alternativamente, pode ser 0,05 a 0,2%. Mo: até 3,0%

[027] Os presentes inventores procuraram limitar o conteúdo de Mo da liga mantendo ao mesmo tempo propriedades aceitáveis. Mo é eficaz na estabilização da membrana passiva de óxido que se forma sobre a superfície de aço inoxidável e protege contra furos de corrosão pela ação de cloretos. Em certas modalidades, o conteúdo de Mo pode ser de 0,1 a 3,0%, que é adequada para proporcionar a resistência necessária à corrosão em combinação com as quantidades apropriadas de Cr e N. Um conteúdo superior a 3,0% de Mo provoca a deterioração da viabilidade à quente, aumentando a fração de ferrita para níveis potencialmente prejudiciais. Conteúdo de Mo elevado também aumenta a probabilidade de formação de fases intermetálicas deletérias, tais como, fase sigma. Além disso, Mo é um elemento de liga cara. Consequentemente, a composição do aço inoxidável austenítico da presente invenção tem até 3,0% de Mo. Em certas modalidades, de acordo com a presente divulgação, a liga não inclui qualqueradição intencional de Mo. Em outras modalidades, o conteúdo de Mo pode ser de 0,1 a 1,0% ou pode ser de 0,5 a 1,0%. B: até 0,01%

[028] Adições tão baixas quanto 0,0005% de B, opcionalmente, podem ser adicionadas à liga da presente divulgação para melhorar a viabilidade a quente e qualidade da superfície de aços inoxidáveis. Contudo, a adição de mais de 0,01% de B degrada a resistência à corrosão e viabilidade da liga. Assim, certas modalidades de uma composição de aço inoxidável austenítico, de acordo com a presente divulgação pode incluir até 0,01% de B. Numa modalidade, o conteúdo de B pode ser de até 0,008%, ou pode ser de até 0,005%. Em outra modalidade, o conteúdo de B pode ser de 0,001 a 0,003%. Cu: até 3,0%

[029] Cu é um estabilizador austenítico e pode ser usado para substituir uma porção do Ni na presente liga. Também melhora a resistência à corrosão na redução ambiental e melhora a conformabilidade através da redução do em- pilhamneto de falha de energia. Contudo, a adição de mais de 3% de Cu tem sido mostrado para reduzir a viabilidade à quente dos aços inoxidáveis austení- ticos. Consequentemente, a composição de aço inoxidável austenítico da presente invenção tem até 3,0% de Cu. Em uma modalidade, o conteúdo de Cu pode ser de até 1,0%. Em outra modalidade, o conteúdo pode ser de 0,4 a 0,8% de Cu. W: até 4,0%

[030] W proporciona um efeito semelhante ao de molibdênio em melhorar a resistência à corrosão por pite por cloretos e corrosão por fenda. W pode também reduzir a tendência para formação de fase sigma quando substituído por molibdênio. Contudo, a adição de mais de 4% pode reduzir a viabilidade à quente da liga. Consequentemente, a composição do aço inoxidável austenítico da presente invenção tem até 4,0% de W. Numa modalidade, o conteúdo pode ser de 0,05-0,60% de W.

[031] Ambos, níquel e cobalto, atuam para estabilizar a fase austenítica com respeito à formação de ferrita. Pelo menos 1% de (Ni + Co) é necessário para estabilizar a fase austenítica, na presença de elementos estabilizadores de ferrita, tais como Cr e Mo, que deve ser adicionado para assegurar a resistência à corrosão adequada. No entanto, tanto Ni e Co são elementos dispendiosos, por isso, é desejável manter o conteúdo (Ni + Co) inferior a 9,5%. Em uma modalidade, o conteúdo de (Ni + Co) pode ser maior do que 4,0% mas inferior a 7,5%.

[032] Nióbio (Nb) reage com o C, e em menor extensão N, para formar carbonetos e carbonitretos sob a forma de pequenas partículas. Estas partículas impedem eficazmente a formação de carbonetos de crômio deletérios durante o serviço de temperatura elevada e durante a soldagem, o que melhora a resistênciaà corrosão. Estas partículas, quando produzidas utilizando um tratamento de calor eficaz, também podem melhorar a resistência de temperatura elevada e resistência à fluência. Uma adição mínima de (7,5 x % de C) fornece um átomo de Nb para cada átomo de C presente dissolvido no metal. Níveis mais elevados de Nb irá consumir N benéficos, por isso, é desejável manter o conteúdo de Nb menor do que 1,5%. Outros elementos que formam carbonetos estáveis, incluindo, mas não limitado a titânio (Ti), vanádio (V), tântalo (Ta), e zircônio (Zr) podem ser adicionados em substituição de nióbio. No entanto, tais substitutos reagem mais fortemente do que com N do que Nb e, por conseguinte, são controlados para proporcionar um efeito benéfico, tal como uma soldabilidade melhorada. Os inventores determinaram que a soma das percentagens, em peso, de Nb, Ti, V, Ta e Zr devem ser mantida na faixa de (7,5% (C)) até 1,5%. De outra forma, (7,5% (C)) <(% de Nb + % de Ti + % de V + % de Ta + % de Zr) < 1,5%. Em certas modalidades, (7,5% (C)) < (% de Nb + % de Ti + % de V + % de Ta + % de Zr) < 1,0%. Em certas modalidades preferidas, a liga inclui, pelo menos, 0,1% de Nb, e a soma das percentagens, em peso, de Nb, Ti, V, Ta e Zr está na faixa de (7,5% (C)) até 1,5% ou um 1,0%. Em certas modalidades, Ti, V, Ta e Zr estão presentes apenas como impurezas incidentais ou são mantidos a níveis tão baixos quanto possível. Em certas modalidades, a fim de otimizar a resistênciaà corrosão, resistência a temperatura elevada, resistência à deformação e propriedades de soldabilidade da liga, certas modalidades da liga incluem um conteúdo de Nb de, pelo menos, (7,5 (% C)), e Ti, V, Ta e Zr estão presentes apenas como impurezas incidentais. Em certas modalidades, o conteúdo de Ti pode ser inferior a 0,01%. Além disso, em certas modalidades, o conteúdo de Ti pode ser de 0,001% a 0,005. Os presentes inventores determinaram que um conteúdo de Nb até 1,5% é compatível com conteúdo de N da liga de 0,05 a 0,35% em que a combinação não resulta em um nível de precipitados de carbo- nitreto de nióbio que degrada inaceitavelmente a resistência à fluência.

[033] Em certas modalidades, de acordo com a presente divulgação, o equilíbrio de aço inoxidável austenítico estabilizado da presente invenção inclui Fe e impurezas inevitáveis, tais como P e S. As impurezas inevitáveis são de preferência mantidas a um nível mais baixo, prático e economicamente justificável, como é entendido por um técnico versado no assunto.

[034] Elementos que formam nitretos muito estáveis, tal como Al, devem ser mantidos a níveis baixos.

[035] O aço inoxidável austenítico estabilizado da presente invenção também podem ser definidos pelas equações que quantificam as propriedades que elas exibem, incluindo, por exemplo, colocando número resistência equivalência, número de ferrita, e MD30 de temperatura.

[036] O número de equivalência a resistência à corrosão por pite (PREN) fornece uma classificação relativa da resistência esperada em uma liga de corrosão localizada em um ambiente de cloreto. Quanto maior for o PREN, melhor a resistência esperada para a corrosão da liga. O PREN pode ser calculado pela seguinte fórmula:

[037] Alternativamente, um fator de 1,65 (% de W) pode ser adicionado a fórmula acima, para ter em conta a presença de tungstênio em uma liga metá-lica.Tungstênio aumenta a resistência à corrosão de aços inoxidáveis e é cerca de metade tão eficaz como molibdênio, em peso. Quando tungstênio é incluído no cálculo, o número de equivalência a resistência de furos é designado como PREW, que é calculado pela seguinte fórmula:

[038] A liga da presente invenção tem um valor de PREN superior a 18. Em certas modalidades, o valor de PREN pode ser de 8 a 24. Em certas modalidades, o valor de PREN pode ser de 18 a 22. Em certas modalidades, o valor de PREN pode ser de 20 a 22.

[039] A liga da invenção também pode ser definida pelo seu número de ferrita. Um número positivo de ferrita geralmente se correlaciona com a presença de ferrita, o que melhora as propriedades de solidificação da liga e ajuda a inibir a fissuração a quente da liga durante a viabilidade à quente e as operações de soldagem. Uma pequena quantidade de ferrita é assim desejada na microestru- tura solidificada inicial para boa fusibilidade e para a prevenção de craqueamento a quente durante a soldagem. Por outro lado, muita ferrita pode resultar em problemas durante o serviço, incluindo, mas não limitados, a instabilidade microes- trutural, ductilidade limitada, e deficientes propriedades mecânicas de alta temperatura. O número de ferrita pode ser calculado usando a seguinte equação: A liga da presente invenção tem um número de ferrita de até 12, e de preferência é um número positivo. Em certas modalidades, de acordo com a presente divulgação, o número de ferrita pode ser maior do que 0 a 10, ou pode ser de 1 a 4.

[040] A temperatura MD30 de uma liga é definida como a temperatura à qual a deformação a frio de 30% irá resultar em uma transformação de 50% da austenita em martensita. A menor temperatura MD30, é mais resistente material para formação de martensita. A resistência a martensita resulta de formação de uma menor taxa de trabalho de endurecimento, o que resulta em boa conforma- bilidade, especialmente em aplicações de desenho. MD30 é calculada de acordo com a seguinte equação: A liga da presente invenção tem uma temperatura MD30 inferior a 34° C, de pre-ferência inferior a 10° C. Em certas modalidades, a temperatura MD30 pode ser inferior a -10o C. Em certas modalidades, a temperatura MD30 pode ser inferior a -20° C.

EXEMPLOS Exemplo 1

[041] A Tabela 1 inclui as composições e os valores de parâmetros cal-culados para as ligas experimentais 1 a 5 e ligas Comparativas S31600, S31635, S21600, e S20100.

[042] As ligas experimentais 1 a 5 foram fundidas em um forno de vácuo de tamanho laboratorial e vertidas em 50 lb-lingotes. Estes lingotes foram rea- quecidos e laminados a quente para produzir material sobre 0,250" de espessura. Este material foi recozido, explodido e conservado. Algum desse material foi laminado a frio a 0,100" de espessura, e o restante foi laminado a frio a 0,050 ou 0,040" de espessura. O material laminado a frio foi recozido e deca- pado. As ligas Comparativas S31600 e S31635 e S21600, e S20100 estavam comercialmente disponíveis quando o teste foi realizado e os dados apresentados para estas ligas foram retirados da literatura publicada ou medido a partir de testes de material produzido para venda comercial.

[043] Os valores PREW calculados para cada liga são mostrados na Tabela 1. Usando a equação discutida acima, as ligas com um PREW maior do que 24,0 seria esperado ter uma melhor resistência à corrosão por pite por cloreto do que o material Comparativo de liga S31635, enquanto aqueles que têm um menor PREW seria colocado mais facilmente.

[044] O número de ferrita para cada liga na Tabela 1 também foi calculada. O número de ferrita para cada uma das Ligas experimentais 1 a 5 está na faixa menor do que 10.

[045] Os valores MD30 também foram calculados para as ligas da Tabela 1. De acordo com os cálculos, as ligas experimentais 1 a 5, particularmente Ligas experimentais 4 e 5, apresentam resistência semelhante à formação martensita a ligas comparativas S31600 e S31635. Tabela 1

[046] A Tabela 1 também mostra um índice de custo da matéria-prima (RMCI), que compara os custos de material para cada liga à da liga Comparativa S31635. O RMCI foi calculado multiplicando a média dos custos de outubro 2007 das matérias-primas de Fe, Cr, Mn, Ni, Mo, W, e Co pela percentagem de cada elemento contido na liga e dividindo pelo custo das matérias-primas em liga Comparativo S31635. Como os valores calculados mostram, cada uma das ligas experimentais 1 a 5 tendo uma RMCI menor do que 0,65, o que significa que o custo das matérias-primas neles contidos são menores do que 65% daqueles na liga Comparativa S31635 com base nos valores de custo de outubro de 2007. Um material que poderia ser feito que tivesse propriedades semelhantes às da liga comparativa S31635, a um custo de material significativamente menor em matéria-prima é surpreendente e não foi previsto a partir do estado da técnica.

[047] As propriedades mecânicas das Ligas Experimentais 1 a 5 foram medidas e comparadas com aquelas de Ligas Comparativas S31600, S31635, S21600, e S20100. A resistência ao escoamento medida, resistência à tração, percentual de alongamento ao longo de um comprimento de calibre de 2 polegadas e altura do cup Olsen são mostrados na Tabela 1. Os ensaios de tensão foram realizados em material de calibre 0,100", os ensaios Charpy foram realizados em amostras de espessura de 0,197" e os testes Olsen cup foram executados em material entre 0,040 e 0,050 polegada de espessura. Todos os testes foram realizados à temperatura ambiente. Unidades para os dados da Tabela 1 são as seguintes: resistência à deformação e resistência à tensão, ksi; alongamento, percentual; altura cup Olsen, polegadas. Como pode ser visto a partir dos dados, as ligas experimentais 1 a 5, e em particular as ligas experimentais 4 e 5, exibiram propriedades comparáveis às do material S31635. Ligas experimentais 1 a 5, no entanto, incluíram menos da metade da concentração de níquel e também molibdênio significativamente menor do que a da Liga Comparativa S31635. A concentração significativamente mais baixa de elementos de liga dispendiosos níquel e molibdênio é, tal que, o RMCI de Ligas Comparativas 4 e 5 é de, pelo menos, 40% menor do que a Liga Comparativa S31635. Apesar de seus níveis substancialmente reduzidos de níquel e molibdênio, no entanto, as ligas experimentais 4 e 5 tiveram uma microestrutura austenítica e exibiram resistência ao escoamento e à tensão significativamente melhor do que a Liga Comparativa S31635.

Exemplo 2

[048] A Tabela 2 inclui as composições e os valores dos parâmetros cal-culados para as ligas experimentais 6 a 10 e Ligas comparativas do tipo S32100 e 216Cb . Como mostrado na Tabela 2, as ligas experimentais 6 a 10 geralmente incluem aumento dos níveis de Mn, N, e Nb e níveis reduzidos de Ni em comparação com a Liga Comparativa S32100. Ligas Experimentais 6 a 10 também incluem níveis diminuídos de Mo em comparação com a Liga Comparativa T216Cb e as Ligas Experimentais 1 a 5.

[049] Ligas Experimentais 6 a 10 foram fundidas em um forno de vácuo de tamanho laboratorial e vertidas em lingotes de 50 lb. Esses lingotes foram reaquecidos e laminados à quente para a produção de material de cerca de 0,250" de espessura. Este material foi recozido, jateado e atacado. Alguns desses materiais foram laminados à frio até 0,100" de espessura, e o restante foi laminado à frio até 0,050" ou 0,040" de espessura. O material laminado à frio foi recozido e decapado. A liga comparativa S32100 está comercialmente disponível, e os dados mostrados para esta liga foram tomados da literatura publicada ou medidos a partir de testes de material recentemente produzido para venda comercial. A Liga Comparativa T216Cb é descrita na publicação de Patente US 2009-0162237 A1 (Pedido de Patente US 12/034.183), e os dados mostrados para esta liga foram medidos a partir de testes de materiais produzidos de acordo com a descrição do mesmo, ou retirados de literatura publicada.

[050] Valores PREN calculados para cada liga são mostrados na Tabela 2. Usando a equação discutida acima, as ligas com um PREN maior do que 18 seriam esperadas de ter uma melhor resistência à corrosão por pite por cloreto do que o material da Liga Comparativa S32100, enquanto que aqueles tendo um PREN inferior a 24 seriam de esperar fendas mais prontamente do que o material da Liga Comparativa T216Cb. Os valores PREN para cada uma das ligas experimentais 6 a 10 encontram-se numa faixa preferida de 18 a 24.

[051] O número de ferrita para cada liga na Tabela 2 também foi calculado. O número de ferrita para cada um das Ligas Experimentais 6 a 10 está na faixa preferida de menos do que 12. De acordo com os cálculos, as ligas Experimentais 8 a 10 exibiram formabilidade melhorada em comparação com a Liga Comparativa S32100.

[052] Os valores MD30 foram também calculados para as ligas da Tabela 2. De acordo com os cálculos, Ligas experimentais 6 a 10 e ligas experimentais particularmente 3 e 5, exibiram resistência melhorada à formação de martensita em comparação com a Liga Comparativa S32100.Tabela 2

[053] A Tabela 2 também mostra um índice de custo da matéria-prima (RMCI), que compara os custos de material para cada liga aos da Liga Comparativa S32100. O RMCI foi calculado multiplicando a média do custo de outubro 2009 para as matérias-primas de Fe, Cr, Mn, Ni, Mo, Cu, Nb e Ti pela percentagem de cada elemento contido na liga e dividindo pelo custo das matérias-primas da Liga Comparativa S32100. Como mostram os valores calculados, as Ligas Experimentais 6 a 10 tem um RMCI inferior ou igual a 0,73, o que significa que o custo das matérias-primas neles contidas são menores do que ou igual a 73% aqueles na Liga Comparativa S32100. Que um material que é uma alternativa adequada para a Liga Comparativa S32100 poderia ser feito a um custo significativamente menor de material em matéria-prima é surpreendente e inesperado.

[054] As propriedades mecânicas das Ligas Experimentais 6 a 10 foram medidas e comparados com as Ligas Comparativas S32100 e T216Cb. A resistência ao escoamento medida, resistência à tensão e percentual de alongamento ao longo de um comprimento de calibre de 2 polegadas são mostrados na Tabela 2. Os ensaios de tensão foram realizados em material de calibre de 0,100”. Todos os testes foram realizados à temperatura ambiente. Unidades para os dados da Tabela 2 são as seguintes: resistência à deformação e resistência à tensão, ksi; alongamento, percentual. Como pode ser visto a partir dos dados, as Ligas Experimentais 6 a 10 exibiram resistência ao escoamento e resistência à tensão significativamente melhores do que para a Liga Comparativa S32100 apesar dos seus níveis substancialmente reduzidos de Ni. A quantidade de aumento de resistência em comparação com o rendimento da Liga Comparativa S32100 é surpreendente e não foi previsto a partir do estado da técnica. As Ligas Experimentaistambém incluíram significativamente menos Mo do que as Ligas Comparativas T216Cb. A concentração significativamente mais baixa de elementos dispendiosos de liga de Ni e Mo é tal que o RMCI das Ligas Experimentais 9 e 10 é pelo menos 32% menor do que o RMCI para Liga Comparativa S32100.

[055] Os usos potenciais dessas novas ligas são inúmeros. Tal como descrito e evidenciado acima, as composições de aço inoxidável austenítico aqui descritas são capazes de substituir S32100 em muitas aplicações. Além disso, devido ao custo elevado de Ni, uma economia de custos significativa será reconhecida por comutação de S32100 para a composição da liga da invenção. Outra vantagem é que, como estas ligas são totalmente austeníticas, elas não serão suscetíveis ou a uma transição dúctil-quebradiça rápida (DBT) em temperatura sub-zero ou a ser quebradiças a 885°F a temperaturas elevadas. Portanto, ao contrário das ligas duplex, elas podem ser usadas a temperaturas acima de 650°F e são materiais de primeiros candidatos a aplicações de baixa temperatura e criogênicas. Artigos específicos de fabricação para os quais as ligas de acordo com a presente divulgação seriam particularmente vantajosas incluem, por exemplo, conectores flexíveis para escape automotivo e outras aplicações, fole, tubo flexível e forros de chaminé/dutos de chaminé. Técnicos versados no assunto podem facilmente fabricar estes e outros artigos de fabricação a partir das ligas de acordo com a presente divulgação utilizando técnicas de fabricação convencionais.

[056] Embora a descrição anterior tenha necessariamente apresentado apenas um número limitado de modalidades, técnicos versados no assunto apre-ciarão que várias alterações no aparelho e nos métodos e outros detalhes dos exemplos que foram descritos e ilustrados aqui podem ser feitos por técnicos versados no assunto, e todas essas modificações permanecerão dentro do princípio e do escopo da presente divulgação, tal como aqui expresso e nas reivindicações anexas. Entende-se, portanto, que a presente invenção não está limitada às modalidades particulares divulgadas ou incorporadas aqui, mas destina-se a abranger as alterações que estejam dentro do princípio e escopo da invenção, tal como definido pelas reivindicações. Também será apreciado por técnicos versados no assunto que alterações podem ser feitas às modalidades acima sem se afastar do amplo conceito inventivo da mesma.

Claims

1. Aço inoxidável austenítico CARACTERIZADO pelo fato de que consiste de, em percentagens em peso: até 0,20 de C; 2,0 a 9,0 de Mn; até 2,0 de Si; 15,0 a 23,0 de Cr; 3,0 a 6,0 de Ni; 0,1 a 0,5 de Mo; 0,05 a 0,35 de N; Fe; e impurezas incidentais; em que o aço inoxidável tem um valor de PREN de 18 a 22.

2. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que tem um número de ferrita inferior a 12.

3. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que tem um número de ferrita maior do que 0 até 10.

4. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que tem um número de ferrita na faixa de 1 até 4.

5. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que tem um valor de MD30 inferior a 34°C.

6. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que tem um valor de MD30 inferior a 10°C.

7. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que tem um valor de MD30 inferior a -10°C.

8. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o C é limitado a até 0,10.

9. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o Mn é limitado de 2,0 a 8,0.

10. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o Mn é limitado de 4,0 a 7,0.

11. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o Si é limitado de 0,5 a 1,0.

12. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o Cr é limitado de 16,0 a 22,0.

13. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que (7,5 (% de C)) < (% de Nb + % de Ti + % de V + % de Ta + % de Zr) < 1,0.

14. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o nióbio é pelo menos 0,1.

15. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que (7,5 (% de C)) < % de nióbio < 1,5.

16. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o B é limitado de 0,001 a 0,01.

17. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o B é limitado de 0,001 a 0,003.

18. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o Ti é limitado de 0,001 a 0,5.

19. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que consiste de, em percentagens em peso: até 0,10 de C; 2,0 a 8,0 de Mn; até 1,00 de Si; 16,0 a 22,0 de Cr; 3,0 a 6,0 de Ni; 0,1 a 0,5 de Mo; 0,08 a 0,30 de N; até 0,01 de Ti; até 0,050 de P; até 0,030 de S; Fe; e impurezas incidentais; em que o aço inoxidável tem um valor de PREN de 18 a 22.

20. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que o nióbio é pelo menos 0,1.

21. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que (7,5 (% de C)) <nióbio < 1,5.

22. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que o P é limitado de 0,010 a 0,05.

23. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que o S é limitado de 0,0001 a 0,001.

24. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que consiste de, em percentagens em peso: até 0,08 de C; 3,5 a 6,5 de Mn; até 1,00 de Si; 17,0 a 21,0 de Cr; 3,0 a 6,0 de Ni; 0,1 a 0,5 de Mo; 0,08 a 0,30 de N; até 0,005 de Ti; até 0,035 de P; até 0,005 de S; Fe; e impurezas incidentais; em que o aço inoxidável tem um valor de PREN de 18 a 22.

25. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de que o nióbio é limitado a pelo menos 0,1.

26. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de que (7,5 (% de C)) < % de Nb < 1,5.

27. Artigo de fabricação CARACTERIZADO pelo fato de que compreende o aço inoxidável austenítico conforme definido na reivindicação 1.

28. Artigo de fabricação, de acordo com a reivindicação 27, CARACTERIZADO pelo fato de que o aço inoxidável austenítico é limitado a pelo menos 0,1 de nióbio.

29. Artigo de fabricação, de acordo com a reivindicação 27, CARACTERIZADO pelo fato de que o aço inoxidável austenístico contém (7,5 (% de C)) < % de nióbio < 1,5.

30. Artigo de fabricação, de acordo com a reivindicação 27, CARACTERIZADO pelo fato de que o artigo é adaptado para utilização em pelo menos um de ambiente de baixa temperatura e ambiente criogênico.

31. Artigo de fabricação, de acordo com a reivindicação 27, CARACTERIZADO pelo fato de que o artigo é selecionado do grupo consistindo em um conector flexível, um fole, um tubo flexível, um forro de chaminé, e um revesti-mento de duto de chaminé.

32. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o Si é limitado a menos de 0,5.

33. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o Cr é limitado de 17,0 a 21,0.