BR112019011395B1

BR112019011395B1 - Pó de aço inoxidável ferrítico pré-ligado e método para a produção de um aço inoxidável duplex sinterizado

Info

Publication number: BR112019011395B1
Application number: BR112019011395-9A
Authority: BR
Inventors: Sunil Badwe
Original assignee: Höganäs Ab (Publ)
Priority date: 2016-12-07
Filing date: 2017-12-01
Publication date: 2023-10-31
Also published as: JP2020509167A; JP7028875B2; EP3551775A1; RU2753717C2; EP3333275A1; PL3333275T3; EP3333275B1; ZA201903576B; ES2848378T3; WO2018104179A1; KR102408835B1; BR112019011395A2; EP3551775B1; TW201833346A; AU2017370993A1; CN110168122A; US20190309399A1; RU2019121005A; RU2019121005A3; US20240117478A1

Abstract

a presente invenção refere-se a um pó de aço inoxidável adequado para a fabricação de aços inoxidáveis sinterizados preparados pelo processo duplex. as modalidades da presente invenção também podem se referir a um método para a produção do pó de aço inoxidável, do aço inoxidável sinterizado preparado pelo processo duplex, assim como métodos para a produção do aço inoxidável sinterizado preparado pelo processo duplex.

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção refere-se a um pó de aço inoxidável adequado para a fabricação de aços inoxidáveis duplex sinterizados. As modalidades da presente invenção se referem a um método para a produção do pó de aço inoxidável, do aço inoxidável duplex sinterizado, assim como métodos para a produção do aço inoxidável duplex sinterizado.

ANTECEDENTES

[002] Aços inoxidáveis duplex têm sido conhecidos na indústria por mais de 60 anos. Eles são amplamente utilizados na fundição tratada com calor, formas de pó forjadas e atomizadas a gás, em muitas aplicações que requerem uma combinação de alta resistência e alta resistência à corrosão. No entanto, estão disponíveis hoje em dia, na forma de pó atomizado em água para uso em aplicações de prensagem e sinterização.

[003] Usos comuns para aços inoxidáveis duplex incluem tubulação de instalações de processamento químico, indústria petroquímica, instalações de energia e automóveis. Eles também são utilizados na indústria de processamento de alimentos, componentes do processo de produtos farmacêuticos, indústria de papel e polpa, em instalações de dessalinização e na indústria de mineração. Aços inoxidáveis duplex são conhecidos por sua alta resistência à corrosão intergranular (IGC) e trincamento por corrosão sob tensão (SCC) em meios de cloreto. O cloreto é um desafio severo que leva a um meio de corrosão rápido para ligas à base de ferro.

[004] Acredita-se que as propriedades de alta resistência e alta resistência à corrosão no aço inoxidável duplex são adquiridas devido à presença de fases de ferrita e austenita em quantidades iguais. Tal estrutura é geralmente obtida pelo uso de um equilíbrio de estabilizantes de austenita, por exemplo, níquel (Ni), manganês (Mn), carbono (C), nitrogênio (N), cobre (Cu) e cobalto (Co), e estabilizantes de ferrita, por exemplo, cromo (Cr), silício (Si), molibdênio (Mo), tungstênio (W), titânio (Ti) e Nióbio (Nb).

[005] Como mencionado anteriormente, acredita-se que a alta resistência e a alta resistência à corrosão do aço inoxidável duplex surgem a partir de um equilíbrio de ferrita e austenita na microestrutura. A microestrutura depende não apenas da química, mas também do tratamento térmico realizado sobre o material. Todas as composições de aço preparado pelo processo duplex atualmente fazem uso de N na química, já que N é um forte estabilizante de austenita. O N, quando presente na liga juntamente com Cr, apresenta problemas de formação de nitretos que são prejudiciais às propriedades tais como resistência e resistência à corrosão. Além disso, durante a soldagem de aços inoxidáveis duplex, uma fase intermetálica conhecida como "Sigma" é formada em uma zona afetada pelo calor (ZAC) devido às taxas de resfriamento mais lentas. Esta fase Sigma é uma fase intermetálica sólida supersaturada contendo Cr e Mo. A área em torno da fase Sigma é depletida de Cr e Mo e torna-se fraca e menos resistente à corrosão. Frequentemente, os aços inoxidáveis duplex necessitam de processo de recozimento e têmpera para reduzir ou eliminar esta fase Sigma.

[006] Nos aços inoxidáveis duplex trabalhados ou fundidos, o aço é solidificado como aço ferrítico e a fase de austenita é precipitada da ferrita durante o resfriamento da liga. A taxa de resfriamento é crítica após a fundição ou em qualquer tratamento térmico, já que a taxa de resfriamento determina a porcentagem de austenita e quaisquer fases intermetálicas, precipitadas dentro da estrutura.

[007] Embora os aços inoxidáveis duplex trabalhados, em particular aços inoxidáveis duplex ‘laminados a quente’, têm sido comuns no uso industrial desde os anos 30, eles eram dificilmente utilizados na indústria de Metalurgia do Pó (PM). Existem algumas aplicações em que pós de aço inoxidável duplex atomizados com gás são utilizados em condição de prensagem isostática a quente (HIP). Os pós produzidos por atomização de gás possuem morfologia esférica. Tais pós são menos adequados para aplicações convencionais de compressão e sinterização. Devido à forma esférica, eles possuem resistência verde insuficiente, que é necessária para lidar com peças verdes de compressão e sinterização. Pós de forma irregular, tais como aqueles produzidos com atomização com água, possuem resistência verde muito mais elevada, já que a forma irregular dos pós tende a ligar entre si as partículas de pó. Atualmente não existe nenhum pó de aço inoxidável atomizado com água disponível para a produção de componentes de aço inoxidável duplex sinterizado. As composições químicas atuais utilizadas em pós atomizados com gás, e também em aços trabalhados, utilizam N como o principal elemento de liga para obtenção de equilíbrio de austenita- ferrita e obtenção de resistência mecânica necessária. A inclusão de N no pó aumenta a dureza do pó, reduzindo a compressibilidade em aplicações convencionais de compressão e sinterização. Isto pode resultar em densidade verde reduzida e subsequentemente densidade de sinterização reduzida.

[008] Houve várias tentativas de desenvolver aços inoxidáveis duplex sinterizados produzidos a partir de pós atomizados com água. Lawley et al tentaram desenvolver graus equivalentes de AISI 329 e AISI 2205 com resistência à tração máxima de 578 MPa. Dobrzanski et al misturaram pós ferríticos e austeníticos para produzir estrutura duplex com resistência à tração de 650 MPa. O mesmo grupo também estudou as propriedades de corrosão do aço inoxidável duplex com método eletroquímico e concluiu que os aços inoxidáveis duplex mostram melhor resistência à corrosão do que sua contraparte austenítica. Devido ao seu elevado teor de liga, estes aços são sensíveis à composição e também aos parâmetros de processamento. Estas ligas formam fases intermetálicas conhecidas como sigma, chi e gama que são ricas em Mo, W, N, Ni e Cr e reduzem tanto as propriedades mecânicas quanto as propriedades de corrosão. A fase Sigma se forma em uma faixa de temperatura de 700°C a 1000°C, enquanto que a fase chi se forma dentro da faixa de 300°C a 450°C. A fase gama (austenita) pode iniciar a formação ao redor de 600°C.

[009] A composição típica de aço inoxidável duplex trabalhado é Fe com 21 a 23% em peso de Cr, 4,5 a 6,5% em peso de Ni, 2,5 a 3,5% em peso de Mo e 0,08 a 0,2% em peso de N, tal como para SAF 2205. Existem numerosas patentes para a composição de aço inoxidável duplex próxima a esta composição. Quase todos os aços inoxidáveis duplex dependem do teor de N para maior resistência à corrosão e resistência aumentada.

[0010] Até agora os usos comerciais de aços inoxidáveis duplex na metalurgia de pó sinterizada (PM) são limitados ao uso de pós finos atomizados com gás que podem ser utilizados para o processo principalmente HIP. O principal obstáculo na utilização de pós atomizados com água de baixo custo para uso convencional de PM é o aumento de N e a possibilidade de precipitação intermetálica e de carbureto devido à taxa de resfriamento durante a sinterização. Também a sinterização convencional necessita de alguns agentes umectantes ou constituintes de fusão de baixa temperatura para aumentar a energia livre e acelerar a cinética da precipitação da fase de austenita dentro da matriz ferrítica.

[0011] Na literatura de patente existem alguns documentos que apresentam estruturas de aço inoxidável duplex sinterizado.

[0012] A SE538577C2 (Erasteel) divulga um aço inoxidável duplex sinterizado produzido a partir do pó atomizado por gás e tendo uma composição química com um máximo de 0,015% em peso de C, 4,5 a 6,5% em peso de Ni, 0,21 a 29,29% em peso de N, 3,0 a 3,5% em peso de Mo, 21 a 24% em peso de Cr, e opcionalmente um ou mais de 0 a 1,0% em peso de Cu, 0 a 1,0% em peso de W, 0 a 2,0% em peso de Mn, 0 a 1,0% em peso de Si em que N é igual ou maior do que 0,01*% em peso de Cr e os elementos remanescentes são Fe e impurezas inevitáveis.

[0013] A EP0167822A1 (Sumitomo) divulga um aço inoxidável sinterizado que compreende uma fase matriz e uma fase dispersa e um processo para a fabricação. A fase dispersa é uma estrutura metalúrgica de austenita e é dispersa por toda a fase matriz, que compreende uma estrutura metalúrgica austenítica tendo uma composição de aço diferente daquela da fase dispersa ou um aço inoxidável duplex ferrítico-austenítico.

[0014] A JP5263199A (Sumitomo) divulga a produção de um aço inoxidável sinterizado que compreende uma fase matriz e uma fase de dispersão. O método inclui a mistura de um pó de aço inoxidável ferrítico com um pó selecionado de um pó de aço inoxidável austenítico, um pó de aço inoxidável duplex austenítico-ferrítico, um pó de aço inoxidável duplex austenítico-martensítico e um pó de aço inoxidável de fase tripla austenítico-ferrítico-martensítico. A mistura em pó sendo compactada e sinterizada.

[0015] A EP0534864B1 (Sumitomo) divulga um aço inoxidável sinterizado que possui um teor de N de 0,10 a 0,35% em peso e produzido do pó de aço atomizado com gás tendo a mesma composição química que o aço inoxidável sinterizado.

SUMÁRIO

[0016] Quase todos os graus de duplex disponíveis possuem um teor de N entre 0,18 a 0,40% em peso para equilibrar o equilíbrio de austenita-ferrita na estrutura e aumentar a resistência. Embora o teor de N ajude as propriedades acima, ele pode apresentar obstáculos no pós-processamento, tal como tratamento térmico e operações de soldagem, através da formação de nitretos de cromo, o que limita o uso de aços inoxidáveis duplex em muitas aplicações. Na forma de pó, o N aumenta a tenacidade do pó tornando-o menos adequado para aplicações de compressão e sinterização.

[0017] As modalidades da invenção superam o problema com nitretos, evitando o uso de N na química, por exemplo, tendo menos do que 0,10% em peso de N ou menos do que 0,07% em peso de N, ou menos do que 0,06% em peso de N, ou menos do que 0,05% em peso de N, ou menos de 0,04% em peso de N, ou menos de 0,03% em peso de N, e obtendo equilíbrio de fase e resistência por elementos alternativos. As modalidades da invenção podem permitir a produção de pó atomizado com água com compressibilidade moderada para uso em aplicações convencionais de compressão e sinterização. As modalidades desta composição também podem reduzir a precipitação de uma fase ‘Sigma’ prejudicial; independente da taxa de resfriamento durante a sinterização ou recozimento, principalmente devido ao menor teor de Mo. Assim, a minimização dos tratamentos térmicos pós-sinterização necessários para eliminar a fase "Sigma" e a minimização da precipitação da fase sigma durante a soldagem.

[0018] As modalidades da composição podem oferecer vantagens similares quando formadas por atomização de gás.

[0019] Diferente da PM convencional, as modalidades da composição produzem propriedades similares quando processadas com fundição, deposição direta de metal e técnicas de fabricação de aditivos.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0020] Um objetivo de certas modalidades da invenção é fornecer um pó de liga para PM convencional que produzirá uma estrutura duplex durante um ciclo de sinterização.

[0021] Outro objetivo de certas modalidades da presente invenção é fornecer um aço inoxidável sinterizado duplex.

[0022] Outro objetivo de certas modalidades da presente invenção é obter pelo menos 35% de resistência à tração mais elevada do que aços ferríticos tais como 430L e dobrar a resistência à corrosão em comparação com os aços austeníticos tais como 316L.

[0023] Ainda outro objetivo de certas modalidades da presente invenção é fornecer um método para produzir um aço inoxidável duplex sinterizado sem a necessidade de tratamento térmico pós- sinterização.

[0024] Os objetivos acima podem ser executados pelos seguintes aspectos e modalidades.

[0025] Em um primeiro aspecto da presente invenção, é fornecido um pó de aço inoxidável que compreende, ou consiste em, em percentual em peso: até 0,1% de C, 0,5 a 3% de Si, até 0,5% de Mn, 20 a 27% de Cr, 3 a 8% de Ni, 1 a 6% de Mo, até 3% de W, até 0,1% N, até 4% de Cu, até 0,04% de P, até 0,04% de S, impurezas inevitáveis até 0,8%, opcionalmente um ou mais de até 0,004% de B, até 1% de Nb, até 0,5% de Hf, até 1% de Ti, até 1% de Co, o resto Fe.

[0026] As impurezas inevitáveis não incluem os elementos listados de C, Si, Mn, Cr, Ni, Mo, W, N, Cu, P, S, B, Nb, Hf, Ti ou Co. As impurezas inevitáveis podem incluir impurezas que não podem ser controladas, ou controladas com dificuldade, durante a fabricação de aços. Estas podem vir das matérias-primas utilizadas e também do processo. Estas incluem, Al, O, Mg, Ca, Ta, V, Te ou Sn. As impurezas inevitáveis podem ser de até 0,8%, até 0,6%, até 0,3%. Uma impureza inevitável pode ser O. O pode estar presente até 0,6%, até 0,4% ou até 0,3%. Outra impureza inevitável pode ser Sn presente até 0,2%, o teor de Sn acima de 0,2% é neste contexto não considerado como uma impureza inevitável e assim será considerado como intencionalmente adicionado.

[0027] Em uma modalidade preferida do primeiro aspecto, é fornecido um pó de aço inoxidável que consiste em, em porcentagem em peso: até 0,06% de C, 1 a 3% de Si, até 0,3% de Mn, 23 a 27% de Cr, 4 a 7% de Ni, 1 a 3% de Mo, 0,8 a 1,5% de W, até 0,07% N, 1 a 3% de Cu, até 0,04% de P, até 0,03% de S, impurezas inevitáveis até 0,8%, opcionalmente um ou mais de até 0,004% B, até 1% Nb, até 0,5% Hf, até 1% Ti, até 1% Co, o resto Fe.

[0028] Em outra modalidade preferida do primeiro aspecto, é fornecido um pó de aço inoxidável que compreende em porcentagem em peso: até 0,03% de C, 2 ,5 a 2,5% de Si, até 0,3% de Mn, 24 a 26% de Cr, 5 a 7% de Ni, 1 a 1,5% de Mo, 1 a 1,5% de W, até 0,06% N, 1 a 3% de Cu, até 0,02% de P, até 0,015% de S, impurezas inevitáveis até 0,8%, opcionalmente um ou mais de até 0,004% B, até 1% Nb, até 0,5% Hf, até 1% Ti, até 1% Co, o resto Fe.

[0029] Nas modalidades do primeiro aspecto, o pó é ferrítico. Por exemplo, 99,5% ferrítico. Quantidades insignificantes de austenita, por exemplo, até 0,5%, podem ser toleradas.

[0030] Nas modalidades de acordo com o primeiro aspecto, o pó é produzido pela atomização com água.

[0031] Nas modalidades do primeiro aspecto, o pó é produzido através da atomização com gás.

[0032] Nas modalidades do primeiro aspecto, o tamanho de partícula do pó está entre 53 micra e 18 micra de tal modo que pelo menos 80% em peso das partículas sejam menores do que 53 micra e no máximo 20% em peso das partículas sejam menores do que 18 micra.

[0033] Nas modalidades do primeiro aspecto, o tamanho de partícula do pó está entre 26 micra e 5 micra de tal modo que pelo menos 80% em peso das partículas sejam menores do que 26 micra e no máximo 20% em peso das partículas sejam menores do que 5 micra.

[0034] Nas modalidades do primeiro aspecto, o tamanho de partícula do pó está entre 150 micra e 26 micra de tal modo que pelo menos 80% em peso das partículas sejam menores do que 150 micra e no máximo 20% em peso das partículas sejam menores do que 26 micra.

[0035] Em um segundo aspecto da presente invenção é fornecido um método de produção de um pó de aço inoxidável de acordo com o primeiro aspecto que compreende as etapas de: - fornecer um metal fundido tendo uma composição química correspondente à composição química do pó de aço inoxidável de acordo com o primeiro aspecto; - submeter uma corrente do metal fundido à atomização com água; e - recuperar o pó de aço inoxidável obtido.

[0036] Em um terceiro aspecto da presente invenção é fornecido um aço inoxidável duplex sinterizado tendo uma composição química de acordo com o primeiro aspecto e suas modalidades.

[0037] Nas modalidades do terceiro aspecto, o equivalente de Ni (Nieq) é tal que 5 < Nieq < 11 e o equivalente de Cr (Creq) é tal que 27 < Creq < 38.

[0038] Nas modalidades do terceiro aspecto, o número equivalente de resistência à corrosão por pite (PREN) é 28 < PREN < 33.

[0039] Nas modalidades do terceiro aspecto, a microestrutura do aço inoxidável duplex sinterizado é caracterizada pela fase de austenita precipitada dentro da fase de ferrita.

[0040] Nas modalidades do terceiro aspecto, a microestrutura do aço inoxidável duplex sinterizado contém de 30 a 70% de austenita e de 30 a 70% de ferrita. Nas modalidades do terceiro aspecto, a microestrutura do aço inoxidável duplex sinterizado contém pelo menos 99,5% de austenita e ferrita, por exemplo, pelo menos 99,8% de austenita e ferrita. A porcentagem de austenita e ferrita pode ser determinada pelas normas ASTM E 562-11 e ASTM E 1245-03.

[0041] Nas modalidades do terceiro aspecto, a microestrutura do aço inoxidável duplex sinterizado é caracterizada por ser isenta de fases sigma e nitretos, por exemplo, tendo menos do que 1% de fases sigma e nitretos.

[0042] Em um quarto aspecto da presente invenção é fornecido um método para a produção de um aço inoxidável sinterizado que compreende as etapas de: - fornecer um pó de aço inoxidável de acordo com o primeiro aspecto, - opcionalmente misturar o pó de aço inoxidável com um lubrificante e opcionalmente outros aditivos, - submeter o pó de aço inoxidável ou a mistura a um processo de consolidação que forma um componente verde, - submeter o componente verde compactado a uma etapa de sinterização em uma atmosfera inerte ou redutora ou em vácuo a uma temperatura entre 1150°C a 1450°C, de preferência a uma temperatura entre 1275°C a 1400°C, durante um período de tempo de 5 minutos a 120 minutos, - submeter o componente sinterizado a uma etapa de resfriamento até a temperatura ambiente.

[0043] Exemplos de uma atmosfera inerte incluem nitrogênio, argônio e vácuo com preenchimento de argônio.

[0044] Um exemplo de uma atmosfera redutora é uma atmosfera de hidrogênio, uma atmosfera de uma mistura de hidrogênio e nitrogênio, ou uma atmosfera de amônia dissociada. Em exemplos limitados, atmosferas de dióxido de carbono ou monóxido de carbono podem ser utilizadas.

[0045] Nas modalidades do quarto aspecto, dito processo de consolidação inclui as etapas de: - compactação uniaxial em uma pressão de compactação de até 900 MPa em uma matriz para formar um componente verde, - ejeção do componente verde compactado obtido da matriz.

[0046] Nas modalidades do quarto aspecto, dito processo de consolidação inclui um de: técnicas de Moldagem por Injeção de Metal (MIM), Prensagem isostática a quente (HIP) ou Fabricação de Aditivo tais como Jateamento de Aglutinante.

[0047] Métodos de acordo com o quarto aspecto podem incluir um de Fusão de Leito de Pó a Laser (L-PBF), Sinterização Direta a Laser de Metal (DMLS) ou Deposição Direta de Metal (DMD).

[0048] Nas modalidades do quarto aspecto, resfriamento ou têmpera forçado é excluído da etapa de resfriamento.

Efeito dos elementos de liga

[0049] O efeito de elementos comuns de liga em aços inoxidáveis é bem conhecido. Cr é um elemento principal em aços inoxidáveis que forma uma camada de Cr2O3 sobre a superfície que depois impede que o oxigênio adicional passe pela camada, portanto, fornece um aumento da resistência à corrosão. O Ni é outro elemento principal que afeta as propriedades do aço inoxidável. O Ni aumenta a resistência e a tenacidade do aço e também quando presente com Cr, aumenta a resistência à corrosão. Mo e W ambos conferem resistência e tenacidade quando presentes junto com Ni. Mo também aumenta a resistência à corrosão junto com Cr e Ni. Si atua como desoxidante que evita a combinação de O no aço durante a fusão, Si também é um forte formador de ferrita. Cu é estabilizante de austenita. O Cu também aumenta a resistência à corrosão do aço inoxidável. Especialmente na PM convencional, o Cu ajuda a sinterização através da promoção da sinterização de fase líquida.

[0050] As modalidades da invenção fornecem um pó adequado para a produção de aço inoxidável duplex sinterizado, assim como o aço inoxidável sinterizado. O pó e o aço inoxidável sinterizado tendo um teor baixo ou desprezível de N. Isso elimina o problema de formação de nitretos deletérios durante a fabricação do aço inoxidável sinterizado. O aço inoxidável sinterizado é preferivelmente produzido a partir de um pó atomizado com água compactado e sinterizado, visto que o baixo teor de N torna possível a produção de pó atomizado com água com razoável compressibilidade.

[0051] O Mo está normalmente presente no aço inoxidável já que promove fortemente a resistência à corrosão tanto uniforme quanto localizada. O Mo estabiliza fortemente a microestrutura ferrítica. Ao mesmo tempo, o Mo é propenso a precipitar as fases "Sigma" e "Chi" ricas em Mo no contorno de grão de ferrita-austenita. Estas são fases deletérias e afetam adversamente a resistência e a resistência à corrosão. Entretanto, devido ao teor mais baixo de Mo nas modalidades do pó da presente invenção, a possibilidade de formar a fase sigma em qualquer taxa de resfriamento é reduzida, o que elimina ou reduz a necessidade de tratamento térmico pós-processamento de recozimento. Isto também significa que a fase sigma não irá se formar durante a operação de soldagem, que é um processo de fabricação comum para aços inoxidáveis duplex.

[0052] O Cr fornece aos aços inoxidáveis sua resistência básica à corrosão e aumenta a resistência contra corrosão em alta temperatura.

[0053] O Ni promove uma microestrutura austenítica e geralmente aumenta a ductilidade e a tenacidade. O Ni também possui um efeito positivo à medida que reduz a taxa de corrosão dos aços inoxidáveis.

[0054] O Cu promove uma microestrutura austenítica. A presença de Cu no pó da presente invenção facilita o processo de sinterização através da facilitação da sinterização em fase líquida.

[0055] W é esperado de melhorar a resistência contra corrosão por formação de pites.

[0056] O Si aumenta a resistência e promove uma microestrutura ferrítica. Também aumenta a resistência à oxidação em altas temperaturas e em soluções fortemente oxidantes em temperaturas mais baixas.

[0057] Quando presentes no pó de acordo com certas modalidades da presente invenção, B, Nb, Hf, Ti, Co podem intensificar as propriedades. B quando adicionado em pequenas % pode ajudar na sinterização de fase líquida. No entanto, o excesso de B, se presente, pode formar boretos, que são prejudiciais para as propriedades mecânicas e de corrosão. Nb e Hf quando presentes podem estabilizar a microestrutura ao se combinar preferencialmente com carbono que formam carbonetos finos liberando Cr para a resistência à corrosão. Ti em aços inoxidáveis pode aumentar a resistência à tração e a tenacidade. Co aumenta as propriedades mecânicas de alta temperatura.

[0058] Elementos tais como C, Mn, S e P devem ser mantidos em um nível tão baixo quanto possível no pó das modalidades da presente invenção, já que eles podem ter um efeito negativo em relação à compressibilidade do pó e/ou propriedades mecânicas e preventivas de corrosão do componente sinterizado.

[0059] Outros elementos, aqui designados como impurezas inevitáveis, podem ser tolerados até um teor de 0,8% em peso do pó de acordo com a presente invenção.

[0060] A composição do pó de acordo com as modalidades da presente invenção é designada de tal modo que o pó produzido terá uma estrutura completamente ferrítica (por exemplo, pelo menos 99,5%) na forma de pó e a fase austenítica será precipitada durante o ciclo de sinterização. Isto irá permitir o controle da relação de ferrita e austenita através do ajuste dos parâmetros de sinterização.

[0061] Equivalentes de Ni e Cr são calculados com base nas seguintes fórmulas empíricas: Creq = Cr + 2Si + 1,5Mo + 0,75W Nieq = Ni + 0,5Mn + 0,3Cu + 25N + 30C

[0062] em que Cr, Ni, etc, são o nível de cada elemento na liga em % em peso.

[0063] O Número equivalente de resistência à corrosão por pite adicional é calculado como: PREN = Cr + 3,3Mo + 16N

[0064] em que Cr, Mo e N são o nível de cada elemento na liga em % em peso.

[0065] A composição é direcionada de tal modo que 5 < Nieq < 1 e 27 < Creq < 38. Isto coloca a liga no limite da região Ferrítica - Duplex no Schaeffler Diagram. Neste ponto, a liga é quase inteiramente ferrítica (por exemplo, pelo menos 99,5%). Elementos como Mo, W e Si são supersaturados na matriz ferrítica.

[0066] O pó das modalidades da presente invenção pode ser produzido por processos convencionais de fabricação de pó. Tais processos podem abranger a fusão das matérias-primas, seguido por atomização com água ou gás, que forma um pó pré-ligado, em que todos os elementos são distribuídos homogeneamente dentro da matriz de ferro. Uma grande vantagem com um pó pré-ligado em contraste com um pó pré-misturado, em que dois ou mais pós são misturados entre si, é que a segregação é evitada. Tal segregação pode provocar variações nas propriedades mecânicas, resistência à corrosão, etc.

[0067] Quando utilizado para a produção de componentes sinterizados, o pó das modalidades da presente invenção pode ser compactado em um equipamento de compactação uniaxial convencional a uma pressão de compactação de até 900 MPa.

[0068] A distribuição adequada de tamanho de partícula do pó de aço inoxidável a ser utilizado na compactação uniaxial convencional é tal que o tamanho de partícula do pó está entre 53 micra e 18 micra de tal modo que pelo menos 80% em peso das partículas sejam menores do que 53 micra e no máximo 20% em peso das partículas sejam menores do que 18 micra. Antes da compactação, o pó das modalidades da presente invenção pode ser misturado com lubrificantes convencionais, tais como, mas não limitado a estes, Acrawax, Estearato de Lítio, Intralube, em um teor de até 1% em peso. Outros aditivos misturados em até 0,5% em peso, podem ser agentes de aumento da capacidade de processamento mecânico tais como CaF2, muscovita, bentonita ou MnS.

[0069] Outros métodos de técnicas de consolidação podem ser utilizados, tais como técnicas de Moldagem de Metal por Injeção (MIM), Prensagem isostática a quente (HIP), extrusão ou Fabricação de Aditivos tais como Jateamento de Aglutinante, Fusão de Leito de Pó a Laser (L-PBF), Sinterização Direta a Laser de Metal (DMLS) ou Deposição Direta de Metal (DMD).

[0070] Em um processo de MIM, a distribuição adequada de tamanho de partícula do pó de aço inoxidável a ser utilizado é tal que o tamanho de partícula do pó está entre 26 micra e 5 micra de tal modo que pelo menos 80% em peso das partículas sejam menores do que 26 micra e no máximo 20% em peso das partículas sejam menores do que 5 micra.

[0071] Em um processo de HIP ou extrusão, a distribuição adequada de tamanho de partícula do pó de aço inoxidável a ser utilizado é tal que o tamanho de partícula do pó está entre 150 micra e 26 micra de tal modo que pelo menos 80% em peso das partículas sejam menores do que 150 micra e no máximo 20% em peso das partículas sejam menores do que 26 micra.

[0072] A distribuição de tamanho de partícula pode ser medida por uma operação de peneiramento convencional de acordo com a norma ISO 4497:1983 ou através da difração a laser (Sympatec) de acordo com a norma ISO 13320:1999.

[0073] Após a compactação ou consolidação, o corpo compactado ou consolidado é submetido a um processo de sinterização em temperaturas suficientemente elevadas na faixa de 1150°C a 1450°C, de preferência em temperaturas suficientemente elevadas na faixa de 1275°C a 1400°C durante um período de tempo de 5 minutos a 120 minutos. Dependendo da forma e tamanho das partes a serem sinterizadas, outro período de tempo de sinterização tal como 10 minutos a 90 minutos ou 15 minutos a 60 minutos pode ser aplicado. A atmosfera de sinterização pode ser vácuo, inerte ou redutora, tal como uma atmosfera de hidrogênio, uma atmosfera de uma mistura de hidrogênio e nitrogênio ou amônia dissociada. Durante o processo de sinterização, os elementos supersaturados na matriz de ferrita precipitam como uma fase austenítica. A austenita começará a precipitar-se nos contornos do grão, irá crescer com sinterização adicional e precipitará dentro do próprio grão.

[0074] Em contraste com outros materiais de aço inoxidável duplex conhecidos, a composição das modalidades da presente invenção não deve formar fases sigma ou outras fases sólidas e deletérias, por exemplo, fase Chi e nitretos, durante o resfriamento a partir de uma temperatura elevada, independentemente da taxa de resfriamento. Por exemplo, a quantidade de fase sigma ou outras fases sólidas e prejudiciais é menor que 0,5%. O resfriamento ou têmpera forçado não é desse modo necessário de aplicar-se. Neste contexto, o resfriamento forçado significa que as partes sinterizadas são submetidas a um gás de resfriamento em uma pressão acima da pressão atmosférica. Têmpera significa que as partes sinterizadas são submersas em um meio líquido de resfriamento.

[0075] Uma microestrutura como mostrada na Figura 1 tipicamente será formada contendo ferrita e austenita. A presença de ambas as fases é responsável pelas propriedades mecânicas e de corrosão elevadas. Nenhuma, ou quantidades significativamente limitadas, fase deletéria tais como sigma e chi é formada durante o resfriamento que é normal para aços inoxidáveis duplex conhecidos atuais. Como uma outra consequência, esta propriedade irá reduzir ou eliminar a formação de tais fases durante a soldagem onde a zona afetada pelo calor (ZAC) experimenta taxas de resfriamento variáveis. Em outra consequência, esta composição limitará a precipitação de tais fases durante processos tais como fundição, extrusão, MIM, HIP e produção de aditivos.

[0076] As modalidades da liga inventada têm mostrado propriedades mecânicas e de corrosão que são comparáveis ou excedem os produtos trabalhados e de PM fabricados com ligas de aço inoxidável duplex conhecidas.

[0077] Em resumo, certas vantagens das modalidades desta invenção podem incluir menos tendências de precipitar as fases sigma e chi deletérias que afetam as propriedades mecânicas e de corrosão. Isto é particularmente de interesse na soldagem. A maioria dos componentes de aço inoxidável duplex são soldados após elas serem formadas. A soldagem confere diferentes taxas de resfriamento em diferentes partes de ZAC. Estas taxas de resfriamento tendem a precipitar as fases sigma e chi juntamente com nitretos devido ao nitrogênio presente nas ligas conhecidas atuais. A ausência destas fases pode eliminar os pós-tratamentos térmicos, que envolvem normalmente o recozimento em temperaturas acima de 1200°C, seguido por resfriamento rápido. Isto na maioria dos casos se tornará difícil quando as peças são soldadas a uma estrutura maior, o que limita o uso de aço inoxidável duplex.

LEGENDAS DAS FIGURAS

[0078] A Figura 1 mostra a microestrutura de aço inoxidável sinterizado da invenção, as fases de austenita e ferrita estão presentes em proporções iguais na condição sinterizada, pontos pretos são porosidades.

[0079] A Figura 2 divulga uma comparação da resistência à tração (UTS) e propriedades de corrosão do aço inoxidável sinterizado da invenção em comparação com 300 e 400 ligas (graus SAE).

[0080] A Figura 3 mostra uma comparação de propriedades mecânicas do aço inoxidável sinterizado da invenção em diferentes condições de sinterização.

EXEMPLOS EXEMPLO 1

[0081] Um pó de aço inoxidável, tendo um tamanho de partícula abaixo de malha 325, isto é, 95% em peso das partículas passaram por uma peneira de 45 μm, foi misturado com 0,75% em peso de Acrawax como um lubrificante. A análise química do pó de aço inoxidável foi de 0,01% em peso de C, 1,52% em peso de Si, 0,2% em peso de Mn, 0,013% em peso de P, 0,008% em peso de S, 24,9% em peso, de Cr, 2,0% em peso de Cu, 1,3% em peso de Mo, 1,0% em peso de W, 0,05% em peso de N, equilíbrio Fe.

[0082] A mistura de pó obtida foi comprimida em uma prensa uniaxial e compactada em barras de resistência de ruptura transversal (TRS), de acordo com a norma ASTM B528-16 a uma pressão de compactação de 750 MPa. As barras de TRS comprimidas foram então sinterizadas na atmosfera de hidrogênio de 100% a 1343°C com uma taxa ascendente de 7°C/minuto durante 45 minutos. Isto foi seguido por resfriamento de forno na taxa de 5°C/minuto. As amostras foram então montadas e polidas para exame de microestrutura. As amostras polidas foram então atacadas eletroquimicamente com NaOH a 33% em 3V durante 15 segundos. O ataque eletroquímico com NaOH revela a fase de ferrita como castanha-amarelada, austenita como branca (não afetada) e fases sigma em laranja escura nos contornos de grão dentro da matriz de ferrita. A microestrutura observada é conforme mostrada na Figura 1. A microestrutura mostra uma mistura de aproximadamente 50/50 de ferrita (castanha) e austenita (branca). Não há sinal de qualquer fase sigma (laranja escura) na microestrutura. Os pontos pretos são a porosidade na amostra.

EXEMPLO 2

[0083] Vários pós de aço inoxidável de acordo com as modalidades da invenção, e como amostras comparativas, foram produzidos por atomização com água. A composição química dos pós de aço inoxidável é mostrada na tabela 1. As fusões de aço inoxidável tendo várias composições químicas foram fundidas em um forno de indução, o metal fundido foi submetido à corrente de água para obter pó de aço. O pó obtido foi então secado e peneirado em malha -325. O pó peneirado foi de -45 micra, isto é, 95 % em peso das partículas de pó eram menores de 45 micra. Os pós foram então misturados com 0,75% em peso do lubrificante Acrawax.

[0084] A fim de testar as propriedades mecânicas, isto é, resistência à tração (UTS), tensão de escoamento (YS) e alongamento, amostras TS (alteres) pela norma ASTM B925-15 foram prensadas com uma pressão de compactação de 750 MPa. As barras foram então sinterizadas conforme mencionado no Exemplo 1. As barras sinterizadas foram então testadas quanto às propriedades mecânicas pela norma ASTM E8/E8M-16a. Exame metalográfico também foi conduzido para estabelecer a relação entre austenita e ferrita nas amostras sinterizadas. Os resultados do teste são mostrados na tabela 2 em comparação com os dados publicados das amostras forjadas de aços inoxidáveis duplex conhecidos (DSS 329 Wrought), e condições atomizadas com gás e prensadas (DSS 329 PM GA).

[0085] A Tabela 2 mostra que os pós de aço inoxidável de acordo com a presente invenção podem ser utilizados para a produção de aço inoxidável duplex sinterizado tendo propriedades mecânicas desejadas. Tabela 1, composições químicas de vários pós de aço inoxidável, método de produção e tipo de processo para a produção de amostras sinterizadas. 4 Pré-mistura de 316L, 434L e pós elementares de Si, W e Cu Petição 870230044652, de 26/05/2023, pág. 25/36 Tabela 2, propriedades mecânicas e estrutura metalográfica para amostras sinterizadas produzidas a partir dos pós de aço inoxidável de acordo com a tabela 1. 5 Pré-mistura de 316L, 434L e pós elementares de Si, W e Cu Petição 870230044652, de 26/05/2023, pág. 26/36

[0086] Uma modalidade do pó da invenção com composição como no Exemplo 1 foi também sinterizada em várias temperaturas e atmosferas abaixo, para mostrar o efeito sobre as propriedades mecânicas. Tais dados estão traçados em gráfico na Figura 3. A. 2500°F durante 45 minutos em gás de hidrogênio B. 2450°F durante 45 minutos em gás de hidrogênio C. 2450°F durante 60 minutos em gás de hidrogênio D. 2300°F durante 60 minutos em gás de hidrogênio E. 2250°F durante 60 minutos em gás de hidrogênio F. 2250°F durante 60 minutos em amônia dissociada

EXEMPLO 3

[0087] De modo a executar um teste de corrosão, barras TRS como no Exemplo 1 foram produzidas junto com barras para 316L e 434L como representantes de graus austeníticos e ferríticos. As amostras foram então testadas quanto à corrosão em solução de NaCI a 5% na temperatura ambiente pela norma ASTM B895-16. A corrosão foi comparada pelas horas gastas para o início da corrosão sobre as amostras. Os dados comparativos são traçados em gráfico na Figura 2 junto com as UTS e YS para estas amostras. O diâmetro das bolhas na Figura 3 representa o número de horas tomadas para o início da corrosão sobre as amostras. O teste de corrosão para o pó da invenção foi descontinuado após 3700 horas, já que não houve nenhum sinal de corrosão e já excedeu 3 vezes aquele das amostras de 316L.

Claims

1. Pó de aço inoxidável ferrítico pré-ligado, caracterizado pelo fato de que consiste em: até 0,1% de C, 0,5 a 3% de Si, até 0,5% de Mn, 20 a 27% de Cr, 3 a 8% de Ni, 1 a 6% de Mo, até 3% de W, até 0,1% N, até 4% de Cu, até 0,04% de P, até 0,04% de S, impurezas inevitáveis até 0,8%, opcionalmente um ou mais de até 0,004% de B, até 1% de Nb, até 0,5% de Hf, até 1% de Ti, até 1% de Co, o resto Fe, e em que o pó ferrítico é pelo menos 99,5% ferrítico em peso e contém até 0,5% de austenita em peso.

2 . Pó de aço inoxidável ferrítico pré-ligado de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que consiste em: até 0,06% de C, 1 a 3% de Si, até 0,3% de Mn, 23 a 27% de Cr, 4 a 7% de Ni, 1 a 3% de Mo, 0,8 a 1,5% de W, até 0,07% N, 1 a 3% de Cu, até 0,03% de P, até 0,03% de S, impurezas inevitáveis até 0,8%, opcionalmente um ou mais de até 0,004% B, até 1% Nb, até 0,5% Hf, até 1% Ti, até 1% Co, o resto Fe, e em que o pó ferrítico é pelo menos 99,5% ferrítico em peso e contém até 0,5% de austenita em peso.

3. Pó de aço inoxidável ferrítico pré-ligado de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que consiste em: até 0,03% de C, 1,5 a 2,5% de Si, até 0,3% de Mn, 24 a 26% de Cr, 5 a 7% de Ni, 1 a 1,5% de Mo, 1 a 1,5% de W, até 0,06% N, 1 a 3% de Cu, até 0,02% de P, até 0,015% de S, impurezas inevitáveis até 0,8%, opcionalmente um ou mais de até 0,004% B, até 1% Nb, até 0,5% Hf, até 1% Ti, até 1% Co, o resto Fe, e em que o pó ferrítico é pelo menos 99,5% ferrítico em peso e contém até 0,5% de austenita em peso.

4. Pó de aço inoxidável ferrítico pré-ligado de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o pó de aço inoxidável ferrítico pré-ligado é produzido pela atomização com água.

5. Pó de aço inoxidável ferrítico pré-ligado de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o pó de aço inoxidável ferrítico pré-ligado é produzido pela atomização com gás.

6. Pó de aço inoxidável ferrítico pré-ligado de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o tamanho de partícula do pó está entre 53 micra e 18 micra de tal modo que pelo menos 80% das partículas sejam menores do que 53 micra e no máximo 20% das partículas sejam menores do que 18 micra.

7. Pó de aço inoxidável ferrítico pré-ligado de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o tamanho de partícula do pó está entre 26 micra e 5 micra de tal modo que pelo menos 80% das partículas sejam menores do que 26 micra e no máximo 20% das partículas sejam menores do que 5 micra.

8. Pó de aço inoxidável ferrítico pré-ligado de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o tamanho de partícula do pó está entre 150 micra e 26 micra de tal modo que pelo menos 80% das partículas sejam menores do que 150 micra e no máximo 20% das partículas sejam menores do que 26 micra.

9. Método para a produção de um aço inoxidável duplex sinterizado, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: - fornecer um pó de aço inoxidável ferrítico pré-ligado como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, - opcionalmente misturar o pó de aço inoxidável ferrítico pré-ligado com um lubrificante e opcionalmente outros aditivos, - submeter o pó de aço inoxidável ferrítico pré-ligado ou a mistura a um processo de consolidação que forma um componente verde, - submeter o componente verde compactado a uma etapa de sinterização em uma atmosfera inerte ou redutora ou em vácuo a uma temperatura entre 1150°C a 1450°C, de preferência a uma temperatura entre 1275°C a 1400°C, durante um período de tempo de 5 minutos a 120 minutos, - submeter o componente sinterizado a uma etapa de resfriamento até a temperatura ambiente.

10. Método para a produção de um aço inoxidável duplex sinterizado de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o processo de consolidação inclui: - compactação uniaxial em uma pressão de compactação de até 900 MPa em uma matriz para formar um componente verde, - ejeção do componente verde compactado obtido da matriz.