BR112016007332B1

BR112016007332B1 - Aço fabricado por metalurgia do pó e método para fabricar o mesmo

Info

Publication number: BR112016007332B1
Application number: BR112016007332-0A
Authority: BR
Inventors: Sebastian Ejnermark; Thomas Hillskog; Lars Ekman; Rikard Robertsson; Victoria Bergqvist; Jenny Karlsson; Petter Damm; Ulrika Mossfeldt; Roland Edvinsson; Annika Engström Svensson; Berne Högman
Original assignee: Uddeholms Ab
Priority date: 2013-10-02
Filing date: 2014-10-02
Publication date: 2020-03-10
Also published as: PL2857126T3; CA2924877A1; US20160214177A1; AU2014330080A1; PT2857126T; CN105705667B; RU2675308C2; CA2924877C; DK2857126T3; BR112016007332A2; RU2016109549A; JP6488287B2; EP2857126A2; CN105705667A; KR102256012B1; ES2588539T3; WO2015050496A1; RU2016109549A3; MX2016004080A; EP2857126A3

Abstract

ï»¿----------------------- page 1----------------------- 1/1 resumo âaão ferramenta para trabalho a frio, resistente ã corrosão e ao desgasteâ. a invenã§ã£o refere-se a um aã§o ferramenta para trabalho a frio, resistente ã corrosã£o e ao desgaste. o aã§o compreende os seguintes componentes principais (em % em peso): c: 0,3-08; ni: 1,0-2,2; (c+n): 1,3-2,2; c/n: 0,17-0,50; si â¤ 1,0; mn: 0,2-2,0; cr: 13-30; mo: 0,5-3,0; v: 2,0-5,0; balanã§o, com opcionais elementos, ferro e impurezas.

Description

"AÇO FABRICADO POR METALURGIA DO PÓ E MÉTODO PARA FABRICAR O MESMO" CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção está relacionada a um aço ferramenta para trabalho a frio, resistente à corrosão e ao desgaste, e a um método para fabricar o aço para trabalho a frio, além do uso do aço ferramenta para trabalho a frio. ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] Os aços ferramenta do tipo martensítico com liga de nitrogênio foram recentemente introduzidos no mercado e obtiveram um considerável interesse, pelo fato de combinar uma alta resistência ao desgaste com uma excelente resistência à corrosão. Esses aços apresentam uma ampla faixa de aplicações, como, por exemplo, para moldagem de plásticos agressivos, para facas e outros componentes no processamento de alimentos e para reduzir a contaminação induzida por corrosão na indústria médica.

[0003] Geralmente, os aços são produzidos por meio de metalurgia do pó. A composição de aço básica é primeiramente atomizada e subsequentemente submetida a um tratamento de nitrogenação, a fim de introduzir a desejada quantidade de nitrogênio dentro do pó. Após isso, o pó é colocado dentro de uma cápsula e submetido à compressão isostática a quente (HIP), a fim de produzir um aço isotrópico.

[0004] A quantidade de carbono é geralmente reduzida para um nível acentuadamente baixo, se comparado com os convencionais aços ferramenta. Ao substituir a maior parte do carbono por nitrogênio, é possível se substituir carbetos ricos em cromo, do tipo M7C3 e M23C6 por partículas duras bastante estáveis do tipo nitretos-MN.

[0005] Dois importantes efeitos são alcançados. Primeiramente, a fase relativamente macia e anisotrópica do carbeto M7C3 %1700HV) é substituída pela fase acentuadamente dura e estável da pequena e uniformemente distribuída fase dura do tipo MN (~2800HV). Desse modo, a resistência ao desgaste é aperfeiçoada na mesma fração de volume da fase dura. Em segundo lugar, a quantidade de Cr, Mo e N na solução sólida à temperatura de têmpera é bastante aumentada, pelo fato de uma menor quantidade de cromo ser ligada na fase dura e pelo fato de os carbetos do tipo M23C5 e M7C3 não apresentarem nenhuma solubilidade para o nitrogênio. Assim, uma maior quantidade de cromo é deixada na solução sólida e a película superficial rica em fino cromo passivo é esticada, o que proporciona um aumento de resistência à corrosão geral e à corrosão alveolar.

[0006] Consequentemente, a fim de se obter satisfatórias propriedades de corrosão, o teor de carbono foi limitado para um valor inferior a 0,3%, preferivelmente, inferior a 0,1% de C, conforme indicado no documento de patente da Alemanha, DE 42 31 695 A1, e para um valor inferior a 0,12% de C, conforme indicado no documento de patente WO 2005/054531 Al.

DIVULGAÇÃO DA INVENÇÃO

[0007] O objetivo geral da presente invenção é de proporcionar um aço ferramenta para trabalho a frio, em liga com nitrogênio e produzido por metalurgia do pó (PM), tendo aperfeiçoadas propriedades, em particular, uma satisfatória resistência à corrosão, em combinação com uma alta dureza.

[0008] Um específico objeto da invenção é proporcionar uma liga de aço ferramenta para trabalho a frio, de composição martensítica em liga de nitrogênio, tendo aperfeiçoada resistência à corrosão com um teor de cromo fixo.

[0009] Um adicional objetivo é proporcionar um método de fabricação do dito material.

[0010] Os objetivos descritos, assim como, adicionais vantagens, são alcançados numa significativa proporção, mediante provisão de um aço ferramenta para trabalho a frio, o qual apresenta uma composição conforme estabelecida nas reivindicações referidas à liga.

[0011] A invenção é aqui definida pelas reivindicações anexas.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0012] A importância de elementos separados e de sua interação entre si, assim como das limitações dos ingredientes químicos da liga reivindicada será brevemente explicada a seguir. Todas as percentagens para a composição química do aço são fornecidas em % em peso, em toda a descrição.

Carbono (0,3-0,8%) [0013] Deve estar presente com um mínimo teor de 0,3%, preferivelmente, pelo menos 0,35%. Carbetos com altos teores de carbono, do tipo, M23C6 e M7C3 serão formados no aço. Portanto, o teor de carbono não deve exceder a 0,8%. O limite superior para o carbono pode ser estabelecido em 0,7% ou 0,6%. Preferivelmente, o teor de carbono é limitado em 0,5%. As faixas preferidas são de 0,32 - 0,48%, 0,35 - 0,45%, 0,37 - 0,44% e 0,38 - 0,42%. Em qualquer caso, a quantidade de carbono deve ser controlada, de modo que a quantidade de carbetos do tipo M23C6 e M7C3 no aço seja limitada a 10% em volume; preferivelmente, o aço é isento dos ditos carbetos.

Nitrogênio (1,0 - 2,2%) [0014] Opostamente ao carbono, o nitrogênio não pode ser incluído no M7C3. Portanto, o teor de nitrogênio deve ser muito maior que o teor de carbono, a fim de evitar a precipitação dos carbetos M7C3. A fim de obter o desejado tipo e quantidade das fases duras, o teor de nitrogênio é balanceado contra os teores dos formadores de carbetos fortes, particularmente, do vanádio. O teor de nitrogênio é limitado a 1,0 - 2,2%, preferivelmente, 1,1 - 1,8% ou 1,3 -1,7%. (C+N) (1,3 - 2,2%) [0015] A quantidade total de carbono e nitrogênio é uma característica essencial da presente invenção. A quantidade combinada de (C + N) deve se dispor na faixa de 1,3 - 2,2%, preferivelmente, de 1,7 - 2,1% ou 1,8 - 2,0%. (C/N) (0,17 - 0,50%) [0016] Um adequado balanço de carbono e nitrogênio é uma característica essencial da presente invenção. Ao controlar os teores de carbono e nitrogênio, o tipo e as quantidades das fases duras podem ser controlados. Em particular, a quantidade da fase hexagonal (M2X) será reduzida após a têmpera. A proporção de C/N, portanto, deve ser de 0,17-0,50. A proporção mais baixa pode ser de 0, 18, 0, 19, 0,20, 0,21, 0,22, 0,23, 0,24 ou 0,25. A proporção mais alta pode ser de 0,5, 0,48, 0,46, 0,45, 0,44, 0,42, 0,40, 0,38, 0,36 ou 0,34. O limite superior pode ser livremente combinado com o limite inferior. As faixas preferidas são de 0,20 -0,46 e de 0,22 - 0,45.

Cromo (13 - 30%) [0017] Quando está presente numa quantidade dissolvida de pelo menos 11%, o cromo resulta na formação de uma película passiva sobre a superfície do aço. O cromo deve estar presente no aço numa quantidade entre 13 e 30%, a fim de proporcionar ao aço uma satisfatória têmpera e resistência à oxidação e corrosão. Preferivelmente, o cromo está presente numa quantidade superior a 16%, a fim de garantir uma satisfatória resistência à corrosão alveolar. O limite inferior é ajustado de acordo com a aplicação pretendida, podendo ser de 17%, 18%, 19%, 20%, 21% ou 22%. Entretanto, o cromo é um forte formador de ferrita e a fim de evitar a presença de ferrita após a têmpera ou processo de revenimento, a quantidade necessária deve ser controlada. Por razões práticas, o limite superior pode ser reduzido para 26%, 24% ou mesmo 22%. As faixas preferidas incluem 16 - 26%, 18 -24%, 19 - 21%, 20 - 22% e 21 - 23%.

Molibdênio (0,5 - 3,0%) [0018] O molibdênio (Mo) é conhecido como tendo um efeito favorável sobre o revenimento. Também, é conhecido para melhorar a resistência à corrosão alveolar. O teor mínimo é de 0,5% e pode ser ajustado para 0,6%, 0,7%, 0,8% ou 1,0%. O molibdênio é um forte elemento formador de carbeto e também um forte formador de ferrita. Portanto, o teor máximo de molibdênio é de 3,0%. Preferivelmente, o Mo é limitado a 2,0%, 1,7% ou mesmo a 1,5%.

Tungstênio (< 1%) [0019] A princípio, o molibdênio pode ser substituído duas ou mais vezes por tungstênio. Entretanto, o tungstênio é caro e também complica a manipulação do metal de sucata. Desse modo, a quantidade máxima é limitada a 1%, preferivelmente, 0,2%, mais preferivelmente, sem que nenhuma adição seja feita.

Vanádio (2 a 5,0%) [0020] Formas de vanádio uniformemente distribuídas precipitaram principalmente os nitrocarbetos do tipo M(N,C) na matriz do aço. Nos aços em questão, M é principalmente vanádio, mas significativas quantidades de Cr e Mo podem estar presentes. Portanto, o vanádio deve estar presente numa quantidade de 2-5%. O limite superior pode ser ajustado para 4,8%, 4,6%, 4,4%, 4,2% ou 4,0%. O limite inferior pode ser de 2,2%, 2,4%, 2,5%, 2,6%, 2,7%, 2,8%, e 2,9%. Os limites superior e inferior podem ser livremente combinados dentro dos limites estabelecidos na reivindicação 1. As faixas preferidas incluem a faixa de 2 - 4%.

Nióbio (<2,0%) [0021] O nióbio é similar ao vanádio, pelo fato de formar nitrocarbetos do tipo M(N,C) e pode, em princípio, ser usado para substituir o vanádio, porém, exige duas vezes a quantidade de nióbio, quando comparado ao vanádio. Consequentemente, a adição máxima de Nb é de 2,0%. A quantidade combinada de (V + Nb/2) deve ser de 2,0 - 5,0%. Entretanto, o Nb resulta em um formato mais angular do M(N,C). Portanto, a quantidade máxima preferida é de 0,5%. Preferivelmente, nenhuma quantidade de nióbio é adicionada.

Silício (<1,0%) [0022] O silício é usado para desoxidação. O Si está presente no aço numa forma dissolvida. O silício é um forte formador de ferrita e, portanto, deve ser limitado a uma adição <1,0%.

Manganês (0,2 - 2,0%) [0023] O manganês contribui para aperfeiçoar a têmpera do aço e juntamente com o enxofre, o manganês contribui para melhorar a usinabilidade, mediante a formação de sulfetos de manganês. Desse modo, o manganês deve estar presente com um mínimo teor, por exemplo, de 0,2%, preferivelmente, de pelo menos 0,3%. Com teores de enxofre mais altos, o manganês impede a propriedade de fragilidade do aço no estado de fusão. O aço deve conter um máximo de 2,0%, preferivelmente, um máximo de 1% de Mn. As faixas preferidas de manganês são 0,2 - 0,5%, 0,2 - 0,4%, 0,3 - 0,5% e 0,3 - 0,4%. Níquel (< 5,0%) [0024] O níquel é opcional e pode estar presente numa quantidade de até 5,0%. O níquel proporciona ao aço um satisfatório têmpera e tenacidade. Devido ao alto custo, o teor de níquel no aço deve ser limitado o máximo possível. Desse modo, o teor de níquel é limitado a 1%, preferivelmente, a 0,25%.

Cobre (< 3,0%) [0025] O cobre (Cu) é um elemento opcional, que pode contribuir para aumentar a dureza e a resistência à corrosão do aço. Caso seja usado, uma faixa preferida é de 0,02 - 2%, e uma faixa ainda mais preferida é de 0,04 - 1,6%. No entanto, não é possível se extrair cobre do aço, uma vez que tenha sido adicionado. Isso drasticamente torna a manipulação da sucata mais difícil. Por essa razão, normalmente, o cobre não é deliberadamente adicionado.

Cobalto (< 10,0%) [0026] O cobalto é um elemento opcional. Ele contribui para aumentar a dureza da martensita. A quantidade máxima é de 10% e, caso seja adicionado, uma efetiva quantidade será de cerca de 4 a 6%. No entanto, por razões práticas, como a referida manipulação de sucata, não se faz uma deliberada adição de cobalto. Um teor máximo preferido é de 0,2%.

Enxofre (< 0,5%) [0027] O enxofre contribui para melhorar a usinabilidade do aço. Com a presença de teores de enxofre mais elevados, irá existir o risco de fragilidade do aço no estado de fusão. Além disso, um alto teor de enxofre pode proporcionar um efeito negativo com relação às propriedades de fadiga do aço. Desse modo, o aço deve conter < 0,5%, preferivelmente < 0,035%.

Be, Bi, Se, Mg e REM (Metais de Terra Rara) [0028] Esses elementos podem ser adicionados ao aço nas quantidades reivindicadas, a fim de melhorar mais ainda a usinabilidade, a processabilidade a quente e/ou a soldabilidade.

Boro (< 0,01%) [0029] O boro (B) pode ser usado para aumentar mais ainda a dureza do aço. A quantidade é limitada a 0,01%, preferivelmente, uma quantidade <0,004%.

Ti, Zr, Al e Ta [0030] Esses elementos são formadores de carbeto e podem estar presentes na liga, nas faixas reivindicadas, para alterar a composição das fases duras. Entretanto, normalmente, nenhum desses elementos é adicionado.

Fases Duras [0031] O teor total das fases duras - MX, M2X, M23C6 e M7C3 - não deve exceder a 50% em volume, onde M é um ou mais dos metais acima especificados, particularmente, V, Mo e/ou Cr, e X é C, N e/ou B, e em que os teores das ditas fases duras atendem às seguintes exigências (em % em volume): MX 3-25%, preferivelmente, 5-20% M2X < 10%, preferivelmente < 5% M23C6 + M7C3 < 10%, preferivelmente < 5%.

[0032] Mais preferivelmente, o teor de MX é de 5-15% em volume, o teor de M2X é < 3% em volume e o teor de M23C6 + M7C3 é < 3% em volume.

Mais preferivelmente, o aço é isento do componente M7C3.

PRE

[0033] O equivalente de resistência à corrosão alveolar (PRE) é normalmente usado para quantificar a resistência à corrosão alveolar dos aços inoxidáveis. Um valor mais alto indica uma maior resistência à corrosão alveolar. Para aços inoxidáveis martensíticos em liga de nitrogênio, a seguinte expressão pode ser usada: PRE = % Cr + 3,3% Mo + 30% N em que % Cr, % Mo e % N representam os teores calculados de equilíbrio, dissolvidos na matriz sob temperatura de austenitização (TA), em que o teor de cromo dissolvido na austenita é de pelo menos 13%. Os teores dissolvidos podem ser calculados através de "Thermo-Calc", para a real temperatura de austenitização (TA) e/ou medidos no aço após um rápido resfriamento.

[0034] A temperatura de austenitização (TA) se dispõe na faixa de 950 - 1200°C, tipicamente, de 1080 - 1150°C.

[0035] Pode ser concluído das razões expostas acima que a composição de austenita na temperatura de austenitização pode apresentar um considerável efeito com relação à resistência à corrosão alveolar do aço. O limite inferior para o valor calculado de PRE pode ser de 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32 ou 33.

[0036] Os aços inoxidáveis de alto teor de nitrogênio são baseados numa substituição de carbono por nitrogênio. Ao substituir a maior parte do carbono por nitrogênio, torna-se possível substituir os carbetos ricos em cromo, do tipo M7C3 e M23C6, por partículas duras bastante estáveis, do tipo MN-nitretos. A quantidade de Cr, Mo e N na solução sólida sob a temperatura de têmpera/revenimento, portanto, é bastante aumentada, pelo fato de uma menor quantidade de cromo ser ligada na fase dura, e pelo fato de carbetos do tipo M23C6 e M7C3 não apresentarem nenhuma solubilidade com relação ao nitrogênio. Assim, uma maior quantidade de cromo é deixada na solução sólida e a película superficial rica em fina camada de cromo passiva é esticada, o que proporciona um aumento de resistência contra a corrosão geral e a corrosão alveolar. Consequentemente, deve ser esperado que a resistência à corrosão alveolar possa diminuir, caso o carbono substitua parte do nitrogênio. Assim, os aços inoxidáveis de alto teor de nitrogênio conhecidos no segmento da técnica apresentam um baixo teor de carbono.

[0037] No entanto, a presente invenção descobriu, de modo surpreendente, que é possível aumentar a resistência à corrosão mediante aumento do teor de carbono para um valor acima de 0,3%, conforme será discutido nos Exemplos apresentados a seguir.

FABRICAÇÃO DE AÇO

[0038] O aço ferramenta tendo a composição química reivindicada pode ser produzido através de convencional atomização de gás, seguido de nitrogenação do pó, antes da compressão isostática a quente (HIP). O teor de nitrogênio no aço após a atomização do gás é normalmente inferior a 0,2%. O nitrogênio restante é então adicionado durante o tratamento de nitrogenação do pó. Após a consolidação, o aço pode ser usado na forma comprimida isostaticamente a quente (HIP) ou conformado em um desejado formato. Normalmente, o aço é submetido à têmpera e revenimento antes de ser usado. A austenitização pode ser executada mediante recozimento sob uma temperatura de austenitização (TA), na faixa de 950-1200°C, tipicamente, na faixa de 1080-1150°C. Um típico tratamento consiste no recozimento à temperatura de 1080°C, durante 30 minutos. O aço pode ser temperado por meio de rápido resfriamento em um forno a vácuo, através de resfriamento profundo em nitrogênio líquido, com seguinte revenimento à temperatura de 200°C, duas vezes, por 2 horas (2x2h). EXEMPLO 1 [0039] Nesse Exemplo, um aço de acordo com a invenção é comparado a um aço tendo um teor de carbono mais baixo, apresentando um diferente balanço entre o carbono e o nitrogênio. Ambos os aços foram produzidos por meio de metalurgia do pó.

[0040] As composições básicas de aço foram fundidas e submetidas à atomização de gás. Em seguida, os pós obtidos foram submetidos a um tratamento de nitrogenação, a fim de introduzir a desejada quantidade de nitrogênio dentro dos pós. O teor de nitrogênio aumentou de cerca de 0,1% para o respectivo teor.

[0041] Em seguida, os pós nitrogenados foram transformados em corpos de aço sólido isotrópico, através de convencional tratamento de compressão isostática a quente (HIP), à temperatura de 1100°C, por 2 horas. A pressão aplicada foi de 100 MPa.

[0042] Os aços assim obtidos apresentaram as seguintes composições (em % em peso): e ainda balanço de ferro e impurezas.

[0043] Os aços foram austenitizados à temperatura de 1080°C durante 30 minutos e endurecidos por meio de rápido resfriamento, através de resfriamento profundo em nitrogênio líquido, em um forno a vácuo, com seguinte revenimento à temperatura de 200°C, duas vezes, por 2 horas (2x2h). O aço da invenção apresentou uma dureza de 60 HRC e o aço comparativo uma dureza de 58 HRC.

[0044] A microestrutura da liga consistiu de martensita revenida e fases duras. Duas diferentes fases duras foram identificadas na microestrutura de ambos os aços: MX e M2X.

[0045] No aço comparativo, a fase M2X foi a fase majoritária e a fase MX cúbica de superfície centrada foi a fase minoritária. No entanto, no aço da invenção, a fase MX foi a fase majoritária e a fase M2X foi a fase minoritária.

[0046] A suscetibilidade de materiais para a corrosão alveolar foi experimentalmente examinada por meio de varredura de polarização anódica. Uma célula eletroquímica com um eletrodo de referência saturado de Ag/AgCl e um contraeletrodo de malha de carbono foi usada para medições de polarização cíclica. A amostra moída com granulometria de malha 500 foi primeiramente registrada em um potencial circuito aberto (OCP), com uma solução de NaCl 0,1 M, para garantir que um potencial estável seja alcançado. A seguir, as medições de polarização cíclica foram realizadas com uma velocidade de exploração de 10 mV/min. O potencial de partida foi de -0,2 V vs. OCP, e o potencial final foi estabelecido como o OCP. Ao escolher um ajuste no software, a exploração de potencial ascendente foi automaticamente invertida, quando a densidade da corrente anódica alcançou 0,1 mA/cm2.

[0047] A figura 1 divulga uma curva esquemática de polarização anódica e a informação que pode ser obtida da curva. A exploração para frente fornece informação sobre o início da corrosão alveolar e a exploração inversa proporciona informação sobre o comportamento de repassivação da liga. (Eb) é o valor do potencial para a ruptura do alvéolo corrosivo, acima do qual novos pontos de corrosão alveolar serão iniciados e os pontos de corrosão existentes irão se propagar. Na medida em que o potencial é reduzido na exploração inversa, ocorre uma diminuição na densidade da corrente. A liga é repassivada quando a exploração inversa cruza a exploração direcionada para frente. (Ep) representa o potencial de repassivação ou potencial de proteção, isto é, o potencial abaixo do qual ocorre a corrosão. A diferença entre (Eb) e (Ep) é correlacionada à suscetibilidade à corrosão alveolar e à corrosão tipo fissura. Quanto maior for a diferença, maior será a suscetibilidade.

Tabela 1 - Resultado da Polarização Anódica [0048] A Tabela 1 indica que o aço da invenção com o aumento de teor de carbono apresenta uma tendência menor de sofrer corrosão localizada e, também, que o aço da invenção promove uma repassivação mais facilmente do que o aço comparativo. Consequentemente, o aço da invenção é muito menos sensível à corrosão alveolar e à corrosão tipo fissura.

[0049] Esses resultados foram totalmente inesperados, pelo fato de o aço da invenção apresentar teores mais baixos de Cr, Mo e N do que o aço comparativo. Assim, as razões de tal fato ainda não são totalmente compreendidas. No entanto, os presentes inventores suspeitam que as diferenças podem ser correlacionadas ao tipo e quantidade de fases duras que permanecem no aço após a austenitização e rápido resfriamento. EXEMPLO 2 [0050] A influência das quantidades relativas de carbono e nitrogênio na formação das diferentes fases duras no aço foi calculada em "Thermo-Calc", para um aço tendo teores variáveis de C e N, e a seguinte composição básica em % em peso: Cr: 19,8; Mo: 2,5; V: 2,75; Si: 0,3; Mn: 0,3; Balanço: Fe.

Tabela 2 - Resultados do Exemplo 2 à temperatura de 1080°C. Concentrações dos Elementos em % em peso. Fases Duras em % em volume. Cr, Mo e N indicam os teores calculados dissolvidos dos elementos na matriz, à temperatura de 1080°C. PRE é calculado a partir dos teores dissolvidos.

[0051] A figura 2 mostra a quantidade de fases duras em função da proporção C/N, podendo ser observado que essa quantidade de M2X diminui rapidamente com o aumento da proporção C/N. No entanto, a fase M23C6 já começa a se formar com uma proporção de C/N de cerca de 0,25.

[0052] A figura 3 divulga valores calculados de PRE em função da proporção C/N, e pode ser observado que os maiores valores são obtidos para os aços de acordo com a invenção. EXEMPLO 3 [0053] A influência das quantidades relativas de carbono e nitrogênio na formação das diferentes fases duras no aço foi calculada em "Thermo-Calc", para um aço tendo teores variáveis de C e N, e a seguinte composição básica em % em peso: Cr: 18,2; Mo: 1,04; V: 3,47; Si: 0,3; Mn: 0,3; Balanço: Fe.

Tabela 3 - Resultados do Exemplo 3 à temperatura de 1080°C. Concentrações dos Elementos em % em peso. Fases Duras em % em volume. Cr, Mo e N indicam os teores calculados dissolvidos dos elementos na matriz, à temperatura de 1080°C. PRE é calculado a partir dos teores dissolvidos.

[0054] A figura 4 mostra a quantidade de fases duras em função da proporção C/N, podendo ser observado que essa quantidade de M2X diminui rapidamente com o aumento da proporção C/N. Pode ser ainda observado que a fase M23C6 já começa a se formar com uma proporção de C/N de cerca de 0,3.

[0055] A figura 5 divulga valores calculados de PRE em função da proporção C/N, e novamente pode ser observado que os maiores valores são obtidos para os aços de acordo com a invenção.

[0056] Esses resultados indicam que um adequado balanço de carbono e nitrogênio é uma característica essencial da presente invenção. Um aumento cuidadosamente controlado do teor de carbono pode ser feito sem obtenção de problemas com os carbetos dos tipos M23C6 e M7C3 no aço. Esses resultados também revelam que se os teores de carbono e o nitrogênio são controlados conforme definido nas reivindicações, então, a quantidade de fase hexagonal M2X será reduzida após a têmpera. Essa fase é principalmente referida como Cr2N, mas, pode também incluir uma substancial quantidade de Mo. A redução da quantidade de M2X é um resultado da dissolução durante o procedimento de austenitização. Conquanto que uma parte desses elementos sob determinadas circunstâncias pode ser encontrada na fração aumentada de MX (figura 2), pode ser suposto que a dissolução de M2X resulta em quantidades aumentadas de Cr, Mo e N dissolvidas na matriz, com um correspondente aumento do número de PRE, sob um determinado limite. Após isso, o valor de PRE irá diminuir, como resultado da formação de M23C6, pelo fato de que essa fase é rica em Cr e Mo.

[0057] Outro mecanismo que pode contribuir para a melhorada resistência à corrosão divulgada na Tabela 1 e Figura 1, pode ser que as regiões limites que envolvem a fase dura M2X possam ser desprovidas de Cr e Mo, devido à formação da fase M2X rica em Cr e Mo.

[0058] Outra possibilidade de mecanismo que possa influenciar a resistência à corrosão é que o teor aumentado de carbono na fase dura MX pode resultar em uma menor solubilidade do Cr nessa fase. Isso iria resultar em uma fração de volume reduzido de MX, com uma maior quantidade de Cr sendo retida na solução sólida, o que ajuda a melhorar a resistência à corrosão.

[0059] Consequentemente, a presente invenção proporciona um aço ferramenta para trabalho a frio, com liga de nitrogênio, produzido por metalurgia do pó (PM), apresentando uma aperfeiçoada resistência à corrosão, em combinação com uma alta dureza.

APLICAÇÃO INDUSTRIAL

[0060] o aço ferramenta para trabalho a frio da presente invenção é particularmente útil em aplicações que exigem uma satisfatória resistência ao desgaste, em combinação com uma alta resistência à corrosão alveolar.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Aço fabricado por metalurgia do pó, consistindo de (% em peso): C: 0,3-0,8 N: 1,0-2,2 (C+N): 1,3-2,2 C/N: 0,17-0,50 Si < 1,0 Mn: 0,2-2,0 Cr: 13-30 Mo: 0,5-3,0 W < 1 (Mo+W/2): 0,5-3,0 V: 2,0-5,0 Nb < 2,0 (V+Nb/2): 2,0-5,0 (Ti+Zr+Al): < 7,0 Ta < 0,5 Co < 10,0 Ni < 5,0 Cu < 3,0 Sn < 0,3 B < 0,01 Be < 0,2 Bi < 0,3 Se < 0,3 Te < 0,3 Mg < 0,01 REM < 0,2 Ca < 0,05 S <0,5 balanço de ferro e impurezas.

2. Aço fabricado por metalurgia do pó, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o teor superior de V é limitado em 4,8%, 4,6%, 4,4%, 4,2% ou 4,0%.

3. Aço fabricado por metalurgia do pó, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o aço satisfaz pelo menos uma das seguintes exigências (em % em peso): C: 0,3-0,6 N: 1,1-1,8 (C+N): 1,7-2,1 C/N: 0,20-0,46 Cr: 15-30 Mo: 0,7-2,5 V: 2,5-4,5 Nb < 0,5.

4. Aço fabricado por metalurgia do pó, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o aço satisfaz pelo menos uma das seguintes exigências (em % em peso): C: 0,35-0,45 N: 1,3-1,7 (C+N): 1,8-2,0 C/N: 0,22-0,45 Cr: 16-28 Mo: 0,8-2,0 V: 2,5-3,8 Co: 4,0-6,0 Nb < 0,1 Cu: 0,02-2,0.

5. Aço fabricado por metalurgia do pó, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o aço satisfaz pelo menos uma das seguintes exigências (em % em peso): Cr: 18-26 Mo: 0,8-1,5 Se < 0,05 Cu: 0,05-1,5 Co < 0,2, exceto quando o Co é adicionado conforme definido na reivindicação 4, W < 0,2 Ti < 0,1 Nb < 0,05 REM < 0,05 B < 0, 004 .

6. Aço fabricado por metalurgia do pó, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a microestrutura compreende martensita temperada e fases de dureza consistindo de um ou mais de MX, M2X, M23C6 e M7C3, e em que o aço tem uma dureza de 58-64 HRC, preferivelmente, de 60-62 HRC.

7. Aço fabricado por metalurgia do pó, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o teor das fases de dureza M2X, M23C6 e M7C3 satisfaz as seguintes exigências (em % em volume): - MX: 5-25, preferivelmente 5-20, mais preferivelmente 5- 15; - M2X <10, preferivelmente <5, mais preferivelmente <1; - (M23C6+M7C3) <10, preferivelmente <5, mais preferivelmente <1 em que M é um ou mais dentre V, Mo e Cr, e X é um ou mais de C, N ou B.

8. Aço fabricado por metalurgia do pó, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o aço em uma temperatura de austenitização (Ta) de 1080°C tem um calculado PRE > 18, onde PRE = Cr + 3,3 Mo + 30 N e Cr, Mo e N representam os teores de equilíbrio calculados dissolvidos na matriz sob a temperatura (TA), e em que o teor de cromo dissolvido na austenita é de pelo menos 13%.

9. Aço fabricado por metalurgia do pó, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o aço em uma temperatura de austenitização (Ta) de 1080°C tem um calculado PRE > 20, onde PRE = Cr + 3,3 Mo + 30 N e Cr, Mo e N representam os teores de equilíbrio calculados dissolvidos na matriz sob a temperatura (Ta) , e em que o teor de cromo dissolvido na austenita é de pelo menos 16%.

10 . Aço fabricado por metalurgia do pó, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o aço em uma temperatura de austenitização (Ta) de 1080°C tem um calculado PRE > 22, onde PRE = Cr + 3,3 Mo + 30 N e Cr, Mo e N representam os teores de equilíbrio calculados dissolvidos na matriz sob a temperatura (Ta).

11 . Aço fabricado por metalurgia do pó, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o aço em uma temperatura de austenitização (Ta) de 1080°C tem um calculado PRE > 25, onde PRE = Cr + 3,3 Mo + 30 N e Cr, Mo e N representam os teores de equilíbrio calculados dissolvidos na matriz sob a temperatura (Ta).

12 . Método para fabricar um aço tendo uma composição do tipo definida em qualquer uma das reivindicações anteriores, compreendendo as etapas de atomizar uma liga de aço tendo uma composição química do tipo definida em qualquer uma das reivindicações anteriores, com exceção do teor de nitrogênio, submeter o pó a um tratamento de nitrogenação a fim de ajustar o teor de nitrogênio da liga para o teor definido em qualquer uma das reivindicações anteriores, preencher o pó dentro de uma cápsula e submeter a cápsula a um tratamento de HIP, formando o aço obtido e submetendo o mesmo ao endurecimento e têmpera.

13 . Método para fabricar um aço, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende uma etapa de têmpera à temperatura de 950-1200°C, preferivelmente, de 1080-1150°C, durante 30 minutos, uma etapa de resfriamento profundo do aço temperado em nitrogênio líquido, e uma etapa de revenido por duas vezes à temperatura na faixa de 180-250°C, preferivelmente, à temperatura de 200±10°C, durante 2 horas.

14 . Método para fabricar um aço, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende uma etapa de têmpera à temperatura de 950-1200°C, preferivelmente, de 1080-1150°C, durante 30 minutos, uma etapa de resfriamento profundo do aço temperado em nitrogênio líquido, e uma etapa de revenido por duas vezes à temperatura na faixa de 450-550°C, preferivelmente, à temperatura de 500±10°C, durante 2 horas.