BRPI0820024B1 - Aço inoxidável austenítico pobre resistente à corrosão e artigo de fabricação incluindo este - Google Patents

Aço inoxidável austenítico pobre resistente à corrosão e artigo de fabricação incluindo este Download PDF

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(54) Título: AÇO INOXIDÁVEL AUSTENÍTICO POBRE RESISTENTE À CORROSÃO E ARTIGO DE FABRICAÇÃO INCLUINDO ESTE (51) Int.CI.: C22C 38/02; C22C 38/42; C22C 38/44; C22C 38/52; C22C 38/58 (30) Prioridade Unionista: 20/12/2007 US 61/015.338 (73) Titular(es): ATI PROPERTIES LLC (72) Inventor(es): DAVID S. BERGSTROM; JAMES M. RAKOWSKI; CHARLES P. STINNER; JOHN J. DUNN; JOHN F. GRUBB
1/17 “AÇO INOXIDÁVEL AUSTENÍTICO POBRE RESISTENTE À CORROSÃO E ARTIGO DE FABRICAÇÃO INCLUINDO ESTE”
REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS [001]O presente pedido reivindica prioridade sob 35 USC § 119 (e) para pedido de patente provisório U.S. co-pendente n° de série 61/015, 338, depositado em 20 de dezembro de 2007.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
CAMPO DE TECNOLOGIA [002]A presente invenção refere-se a um aço inoxidável austenítico. Em particular, a divulgação se refere a uma composição de aço inoxidável austenítico de custo efetivo tendo baixo níquel e baixo molibdênio ainda tendo resistência à corrosão melhorada e propriedades de enformação comparáveis em relação a certas ligas contendo níquel e molibdênio mais elevados.
DESCRIÇÃO DO FUNDAMENTO DA TECNOLOGIA [003]Os aços inoxidáveis austeníticos exibem uma combinação de propriedades altamente desejáveis que os tornam úteis para uma ampla variedade de aplicações industriais. Estes aços possuem uma composição base de ferro que é compensada pelo acréscimo de promoção de austenita e elementos de estabilização tais como níquel, manganês e nitrogênio, para permitir a adição de elementos de promoção de ferrita, tal como cromo e molibdênio, que aumentam a resistência à corrosão, a ser realizada, mantendo uma estrutura austenítica à temperatura ambiente. A estrutura de austenítico fornece o aço com propriedades mecânicas altamente desejáveis, particularmente tenacidade, ductilidade e capacidade de enformação.
[004]Um exemplo de um aço inoxidável austenítico é aço inoxidável EN
1.4432, que é um 16,5-18,5% de cromo, 10,5-13% de níquel, e 2,5-3,0% de molibdênio, contendo liga. As faixas de ingredientes de liga nesta liga são mantidas dentro dos limites especificados, a fim de manter uma estrutura de austenítico estável.
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Como é compreendido por um versado na técnica, níquel, manganês, cobre e conteúdo de nitrogênio, por exemplo, contribuem para a estabilidade da estrutura austenítica. No entanto, os custos crescentes de níquel e molibdênio, criaram a necessidade de alternativas economicamente viáveis para EN 1.4432 que ainda apresentam alta resistência à corrosão e boa capacidade de enformação. Recentemente, ligas duplex pobres UNS S32003 como (liga AL 2003™) foram utilizadas como alternativa de baixo custo para EN 1.4432, mas enquanto estas ligas tiverem boa resistência à corrosão, elas contêm cerca de 50% de ferrita, que lhes confere maior resistência e menor ductilidade do EN 1.4432 e, como conseqüência, elas não são tão moldáveis. Aços inoxidáveis duplex são também mais limitados no uso de temperaturas altas e baixas, em comparação com EN 1.4432.
[005]Outra liga austenítica é Classe 317 (UNS S31700). S31700 contém 18,0-20,0% de cromo, 11,0-15,0% de níquel e 3,0-4,0% de molibdênio. Devido ao seu maior conteúdo de Ni e Mo, S31700 é uma alternativa mais cara para EN 1.4432 e outra classe de austenítico comumente usada, tipo 316 (UNS S31600), que contém 16,0-18,0 de cromo, 10,0-14,0% de níquel, e 2,0-3,0% molibdênio. Embora a resistência à corrosão de S31700 seja superior ao do EN 1.4432 e S31600, suas matérias-primas de maior custo tornam o uso de S31700 demasiado caro para muitas aplicações.
[006]Outra alternativa de liga é a classe 216 (UNS S21600), que é descrita na patente norte-americana No. 3,171,738. S21600 contém 17,5-22% de cromo, 57% de níquel, 7,5-9% de manganês, 2-3% de molibdênio, e 0,25-0,50 de nitrogênio. S21600-se um níquel inferior, variante de manganês superior S31600 que contém nitrogênio muito alto, o que lhe confere maior resistência e melhora a resistência à corrosão. No entanto, a capacidade de enformação de S21600 não é tão boa como a do S31600 ou EM 1,4432, e o número muito reduzido de ferrita S21600 (-6,2) faz fundição e solda mais difícil. Também, porque S21600 contém uma quantidade sePetição 870180027045, de 04/04/2018, pág. 8/25
3/17 melhante de molibdênio como em EN 1.4432, a mudança para S21600 não oferece redução de custos para o molibdênio.
[007]Outros exemplos de aços inoxidáveis austenítico incluem numerosas ligas nas quais o níquel é substituído com manganês para manter uma estrutura austenítica, como é praticado com aço tipo 201 (UNS S20100) e classes semelhantes. No entanto, apesar de aço tipo 201 ser uma liga de níquel com baixa resistência à corrosão, tem propriedades de enformação pobres. Há uma necessidade de ser capaz de produzir uma liga tendo resistência à corrosão e capacidade de enformação tão boa ou melhor do que aquelas da EN 1.4432, ao conterem menor quantidade de níquel e molibdênio, a fim de ser rentável. Além disso, há a necessidade de uma tal liga ter, ao contrário de ligas duplex, uma faixa de aplicação de temperatura comparável aquela de aços inoxidáveis austeníticos padrão, por exemplo, de temperaturas criogênicas até 1000 °C.
[008]Assim, a presente invenção proporciona uma solução que não está atualmente disponível no mercado, que é uma composição de liga de aço inoxidável de austenítico enformável que tem propriedades de resistência à corrosão tão boas quanto ou superior as do EN 1.4432, mas provê redução de custos de matériasprimas. Assim, a invenção é uma liga austenítica que usa uma combinação dos elementos Mn, Cu, e N, para substituir Ni e Mo de modo a criar uma liga com resistência à corrosão comparável ou superior, capacidade de enformação e outras propriedades em relação a certos níqueis superiores e ligas de molibdênio, a um custo significativamente menor de material bruto. Opcionalmente, os elementos de W e Co podem ser usados independentemente ou em combinação para substituir os elementos Mo e Ni, respectivamente.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO [009]A invenção é um aço inoxidável austenítico que usa elementos menos caros, como manganês, cobre e nitrogênio, como substitutos para os elementos
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4/17 mais caros do níquel e molibdênio. O resultado é uma liga de baixo custo que tem resistência à corrosão e capacidade de enformação tão boas ou melhores do que aquelas da EN 1.4432 e, potencialmente, tão boas quanto o UNS S31700.
[010]Uma modalidade do aço inoxidável austenítico de acordo com a presente divulgação inclui, % em peso até 0,20 de C, 2,0-6,0 de Mn, até 2,0 de Si, 16,023,0 de Cr, 5,0-7,0 de Ni, até 3,0 de Mo, até 3,0 de Cu, 0,1-0,35 de N, até 4,0 de W, até 0,01 de B, até 1,0 de Co, ferro e impurezas, e tem um número de ferrita inferior a cerca de 11, e um valor de MD30 inferior a cerca de -10°C.
[011]Outra modalidade do aço inoxidável austenítico de acordo com a presente divulgação inclui, em % em peso, até 0,20 de C, 2,0-6,0 de Mn, até 2,0 de Si, 16,0-23,0 de Cr, 5,0-7,0 de Ni, até 3,0 de Mo, até 3,0 de Cu, 0,1-0,35 de N, até 4,0 de W, até 0,01 de B, até 1,0 de Co, ferro e impurezas, em que 0,5 <(Mo + W / 2) <5,0 e/ou 5,0 <(Ni + Co) <8,0. O aço tem um número de ferrita inferior a cerca de 11, e um valor de MD30 de menos de cerca de -10 °C [012]Ainda outra modalidade do aço inoxidável austenítico de acordo com a presente divulgação inclui, em % em peso, até 0,08 de C, 3,0-6,0 de Mn, até 2,0 de Si, 17,0-23,0 de Cr, 5,0-7,0 de Ni, 0,5-3,0 de Mo, até 1,0 de Cu, 0,14-0,35 de N, até 4,0 de W, até 0,008 de B, até 1,0 de Co, ferro e impurezas, e tem um número de ferrita inferior a cerca de 11, e um valor de MD30 inferior a cerca de - 10 °C. Em determinadas modalidades do aço 0,5 < (Mo + W/2) < 5,0 e/ou 5,0 < (Ni + Co) < 8,0.
[013]Uma modalidade adicional do aço inoxidável austenítico de acordo com a divulgação, consiste em até 0,20 de C, 2,0-6,0 de Mn, até 2,0 de Si, 16,0-23,0 de Cr, 5,0-7,0 de Ni, até 3,0 de Mo, até 3,0 de Cu, 0,1-0,35 de N, até 4,0 de W, até 0,01 de B, até 1,0 de Co, ferro em equilíbrio e impurezas, e tem um número de ferrita menor do que 11 e um valor de MD30 inferior a -10°C.
[014]O aço inoxidável austenítico descrito na presente divulgação pode ter um valor de PREw maior do que cerca de 26.
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5/17 [015]Em uma modalidade, um método de produzir um aço inoxidável austenítico de acordo com a presente divulgação inclui a fusão em um forno elétrico a arco, refinado em um AOD, fundido em lingotes ou placas continuamente fundidas, o reaquecimento de lingotes ou placas e laminação a quente para produzir bobinas ou chapas, laminação a frio para uma espessura especificada, e recozimento e decapagem do material. Outros métodos de acordo com a invenção podem incluir, por exemplo, fusão e/ou re-fusão em vácuo ou sob uma atmosfera especial, fundição em formas, ou a produção de um pó que se consolidado em chapas ou formas, e assim por diante.
[016]Ligas de acordo com a presente divulgação podem ser utilizadas em inúmeras aplicações. De acordo com um exemplo, ligas da presente divulgação podem ser incluídas em artigos de fabricação adaptados para uso em ambientes de baixa temperatura ou criogênicos. Exemplos adicionais de não-limitação dos artigos de fabricação que podem ser fabricados a partir de ou que incluem as ligas presentes são artigos resistentes à corrosão, painéis arquitetônicos resistentes à corrosão, conectores flexíveis, fole, tubo, tubos, forros tubo de entubagem, componente de conduta, partes trocadoras de calor de quadro de placa, partes de condensador, partes para equipamentos de processamento de produtos farmacêuticos, parte usada em aplicações sanitárias e partes para produção de etanol ou equipamento de processamento.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [017]Na presente descrição e nas reivindicações, com exceção dos exemplos de operação ou quando indicado em contrário, todos os números que expressam quantidades ou características dos ingredientes e produtos, condições de processamento, e semelhantes devem ser entendidos como sendo modificados em todas as instâncias pelo termo cerca de. Assim, salvo indicação em contrário, todos os parâmetros numéricos estabelecidos na seguinte descrição e nas reivindicações
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6/17 anexas são aproximações que podem variar dependendo das propriedades desejadas que se pretende obter no produto e métodos de acordo com a informação presente. No mínimo, e não como uma tentativa de limitar a aplicação da doutrina dos equivalentes ao escopo das reivindicações, cada um dos parâmetros numéricos deve pelo menos ser interpretado à luz do número de algarismos significativos relatados e aplicando técnicas de arredondamento comuns. Os aços inoxidáveis austeníticos da presente invenção serão agora descritos em detalhe. Na descrição que se segue, % representa % em peso, salvo disposição em contrário.
[018]A invenção é direcionada a um aço inoxidável austenítico. Em particular, a invenção é direcionada a uma composição de aço inoxidável austenítico que tem resistência à corrosão e capacidade de enformação tão boas ou melhores do que aquelas da EN 1.4432 e, potencialmente, tão boas quanto S31700. O aço inoxidável austenítico compreende, em % em peso de até 0,20 de C, 2,0-6,0 de Mn, até 2,0 de Si, 16,0-23,0 de Cr, 5,0-7,0 de Ni, Até 3,0 de Mo, até 3,0 de Cu, 0,1-0,35 de N, até 4,0 de W, até 0,01 de B, até 1,0 de Co, ferro e impurezas, e tem um número de ferrita de menos cerca de 11 e um valor de MD30 de menos de cerca de -10 °C.
[019]Uma modalidade do aço inoxidável austenítico de acordo com a presente divulgação inclui, em % em peso, até 0,20 de C, 2,0-6,0 de Mn, até 2,0 de Si, 16,0-23,0 de Cr, 5,0-7,0 de Ni, até 3,0 de Mo, até 3,0 de Cu, 0,1-0,35 de N, até 4,0 de W, até 0,01 de B, até 1,0 de Co, ferro e impurezas, em que 0,5 < (Mo + W/2) < 5,0 e/ou 5,0 < (Ni + Co) < 8,0. O aço tem um número de ferrita inferior a cerca de 11, e um valor de MD30 de menos de cerca de -10 °C [020]Ainda outra modalidade do aço inoxidável austenítico de acordo com a presente divulgação inclui, em % em peso, até 0,08 de C, 3,0-6,0 de Mn, até 2,0 de Si, 17,0-23,0 de Cr, 5,0-7,0 de Ni, 0,5-3,0 de Mo, até 1,0 de Cu, 0,14-0,35 de N, até 4,0 de W até 0,008 de B, até 1,0 de Co, ferro e impurezas, e tem um número de ferrita inferior a cerca de 11, e um Valor de MD30 inferior a cerca de - No 10 °C. Em cerPetição 870180027045, de 04/04/2018, pág. 12/25
7/17 tas modalidades do aço 0,5 < (Mo + W/2) < 5,0 e/ou 5,0 < (Ni + Co) < 8,0.
[021]Uma modalidade adicional do aço inoxidável austenítico de acordo com a divulgação, consiste em até 0,20 de C, 2,0-6,0 de Mn, até 2,0 de Si, 16,0-23,0 de Cr, 5,0-7,0 de Ni, até 3,0 de Mo, até 3,0 de Cu, 0,1-0,35 de N, até 4,0 de W, até 0,01 de B, até 1,0 de Co, ferro em equilíbrio e impurezas, e tem um número de ferrita de menos de 11 e um valor de MD30 inferior a -10°C.
C: até 0,20% [022]C atua para estabilizar a fase austenita e inibe a transformação martensítica induzida por deformação. No entanto, C também aumenta a probabilidade de formação de carbonetos de cromo, em especial durante a soldagem, o que reduz a resistência à corrosão e rigidez. Assim, o aço inoxidável austenítico da presente invenção tem até 0,20% de C. Em uma modalidade da invenção, o conteúdo de C pode ser de 0,08% ou menos.
Si: até 2,0% [023]Tendo mais de 2% Si promove a formação de fases de fragilização, tal como sigma, e reduz a solubilidade do nitrogênio na liga. Si também estabiliza a fase de ferrita, e superior a 2% Si requer estabilizadores de austenita adicionais para manter a fase austenítica. Assim, o aço inoxidável austenítico da presente invenção tem até 2,0% de silício. Em uma modalidades da liga, o conteúdo de Si pode ser de 1,0% ou menos. Em certas modalidades, os efeitos da adição de Si são equilibrados, ajustando o conteúdo de Si para 0,5-1,0%.
Mn: 2,0-6,0% [024]Mn estabiliza a fase austenítica e, geralmente, aumenta a solubilidade de nitrogênio, um elemento de liga benéfico. Para suficientemente produzir estes efeitos, um conteúdo de Mn maior do que 2,0% é necessário. Ambos Mn e N são substitutos adequados para o elemento mais caro, Ni. No entanto, tendo mais do que 6,0% Mn iria degradar operacionalidade do material e sua resistência à corrosão
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8/17 em determinados ambientes. Também, porque a liga inventiva contém pelo menos 5% de Ni, mais do que 6,0%, Mn não deve ser necessário para suficientemente estabilizar a fase austenítica. Assim, o aço inoxidável austenítico da presente invenção tem 2,0-6,0% de Mn. Em uma modalidade, o conteúdo de Mn pode ser de 3,0-6,0%.
Ni: 5,0-7,0% [025]Ni atua para estabilizar a fase austenítica, bem como para aumentar a rigidez e capacidade de enformação. No entanto, devido ao elevado custo do níquel, que é desejável para manter o conteúdo de Ni baixo. Os inventores descobriram que uma faixa de 5,0-7,0% de níquel permitirá que a fase austenítica seja mantida, enquanto ainda permite que uma quantidade suficiente de ferrita de estabilização de elementos tal como Cr e Mo possa ser adicionada para fornecer um material que tem desempenho de corrosão similar ou superior para EN 1.4432, mantendo a dureza similar e capacidade de enformação a um custo menor. Assim, o aço inoxidável austenítico da presente invenção compreende de 5,0-7,0% de Ni.
Cr: 16,0-23,0% [026]Cr é adicionado para dar resistência à corrosão para aços inoxidáveis e também atua para estabilizar a fase austenítica com relação à transformação martensítica. Pelo menos 16% de Cr é necessário para fornecer resistência à corrosão adequada. Por outro lado, porque o Cr é um estabilizador de ferrita poderoso, um conteúdo de Cr superior a 23% requer a adição de elementos de liga mais caro, tal como níquel ou cobalto, para manter o conteúdo de ferrita aceitavelmente baixo. Tendo mais de 23% Cr também faz a formação de fases indesejáveis, tais como sigma, mais provavelmente. Assim, o aço inoxidável austenítico da presente invenção tem 16,0-23,0% de Cr. Em uma modalidade, o conteúdo de Cr pode ser de 17,023,0%.
N: 0,1-0,35% [027]N está incluído na liga como um substituto parcial para o elemento Ni
Petição 870180027045, de 04/04/2018, pág. 14/25
9/17 de estabilização de austenita e o elemento Mo de melhoramento de corrosão. Pelo menos 0,1% de N é necessário para a força e resistência à corrosão e para estabilizar a fase austenítica. A adição de mais de 0,35% de N pode exceder a solubilidade do N durante a fusão e solda, o que resulta em porosidade devido a bolhas de gás nitrogênio. Mesmo se o limite de solubilidade não for ultrapassado, um conteúdo de N de mais de 0,35% aumenta a propensão para a precipitação de partículas de nitreto, que degrada a resistência à corrosão e rigidez. Assim, o aço inoxidável austenítico da presente invenção inclui 0,1-0,35% de N. Em uma modalidade, o conteúdo de N pode ser de 0,14-,35%.
Mo: até 3,0% [028]Os presentes inventores buscaram limitar conteúdo de Mo da liga, mantendo as propriedades aceitáveis. Mo é eficaz na estabilização do filme de óxido passivo que se forma na superfície de aços inoxidáveis e protege contra a corrosão por pite pela ação de cloretos. Para obter esses efeitos, Mo pode ser adicionado a esta invenção até um nível de 3,0%. Um conteúdo de Mo superior a 3,0% causa a deterioração da operação a quente, aumentando a fração de solidificação (delta) de ferrita para níveis potencialmente prejudiciais. Alto conteúdo de Mo também aumenta a probabilidade da formação de fases intermetálicas deletérias, tal como a fase sigma. Assim, a composição do aço inoxidável austenítico da presente invenção inclui até 3,0% de Mo Em uma modalidade, o conteúdo de Mo pode ser de 0,5-3,0%.
Co: até 1,0% [029]Co atua como um substituto para o níquel para estabilizar a fase austenita. A adição de cobalto também atua para aumentar a resistência do material. O limite máximo de cobalto, é de preferência de 1,0%.
B: até 0,01% [030]Adições tão baixas quanto 0,0005% de B podem ser adicionadas para melhorar a operação a quente e qualidade da superfície de aços inoxidáveis. EntrePetição 870180027045, de 04/04/2018, pág. 15/25
10/17 tanto, as adições de mais de 0,01% degradam a resistência à corrosão e operação da liga. Assim, a composição de aço inoxidável austenítico da presente invenção tem até 0,01% de B. Em uma modalidade, o conteúdo de B pode ser de até 0.008%, ou pode ser de até 0.005%.
Cu: até 3,0% [031]Cu é um estabilizador de austenita e pode ser usado para substituir uma parte do níquel nesta liga. Também melhora a resistência à corrosão em ambientes de redução e melhora capacidade de enformação, reduzindo a energia de falha de empilhamento. Entretanto, as adições de mais de 3% de Cu foram mostradas para reduzir a trabalhabilidade a quente de aços inoxidáveis. Assim, a composição do aço inoxidável austenítico da presente invenção tem até 3,0% de Cu. Em uma modalidades, o conteúdo de Cu pode ser de até 1,0%.
W: até 4,0% [032]W proporciona um efeito semelhante ao de molibdênio na resistência à corrosão melhorada para insuflação de cloreto e corrosão. W também pode reduzir a tendência para a formação de fase sigma, quando substituído por molibdênio. Entretanto, as adições de mais de 4% podem reduzir a trabalhabilidade a quente da liga. Assim, a composição do aço inoxidável austenítico da presente invenção tem até 4,0% de W.
0,5 < (Mo + W/2) < 5,0 [033]Molibdênio e tungstênio são eficazes na estabilização do filme de óxido passivo que se forma na superfície de aços inoxidáveis e protege contra a corrosão por pite pela ação de cloretos. Uma vez que W é aproximadamente metade do efetivo (em peso) de Mo para aumentar a resistência à corrosão, uma combinação de (Mo + W / 2)> 0,5% é necessário para proporcionar a necessária resistência à corrosão. No entanto, ter muito Mo aumenta a probabilidade da formação de fases intermetálicas, e muito W reduz a trabalhabilidade a quente do material. Portanto, a
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11/17 combinação de (Mo + W / 2) deve ser inferior a 5%. Assim, a composição do aço inoxidável austenítico da presente invenção tem 0,5 <(Mo + W / 2) <5.0.
5,0 < (Ni + Co) < 8,0 [034]Níquel e cobalto ambos atuam para estabilizar a fase austenítica com relação à formação de ferrita. Pelo menos 5% (Ni + Co) é necessário para estabilizar a fase austenítica na presença de níveis elevados de ferrita de estabilização de elementos tais como Cr e Mo, que devem ser adicionados para garantir resistência à corrosão superior. No entanto, tanto Ni quanto Co são elementos caros, assim é desejável manter o conteúdo (Ni + Co) inferior a 8%. Assim, a composição do aço inoxidável austenítico da presente invenção tem 5,0 < (Ni + Co) < 8,0.
[035]O saldo do aço inoxidável austenítico da presente invenção inclui ferro e impurezas inevitáveis, tais como fósforo e enxofre. As impurezas inevitáveis são mantidas preferencialmente para o menor nível prático, como é entendido por um versado na técnica.
[036]O aço inoxidável austenítico da presente invenção também pode ser definido através de equações que quantificam as propriedades que ele apresenta, inclusive, por exemplo, o número equivalente de resistência à corrosão, o número de ferrita, e temperatura de MD30.
[037]O número equivalente de resistência a pite (PREn) fornece uma classificação relativa de resistência esperada de uma liga para corrosão por pite em um ambiente contendo cloretos. Quanto maior o PREn, melhor a resistência à corrosão esperada da liga. O PREn pode ser calculado pela seguinte fórmula:
PREn = % de Cr + 3,3 (% de Mo) + 16 (% de N) [038]Como alternativa, um fator de 1,65 (% de W) pode ser adicionado à fórmula acima para levar em consideração a presença de tungstênio em uma liga.
Tungstênio melhora a resistência à corrosão de aço inoxidável e é aproximadamente a metade tão eficaz quanto o molibdênio, em peso. Quando tungstênio é incluído no
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12/17 cálculo, a número equivalente de resistência ao pite é designado como PREw, que é calculado pela seguinte fórmula:
PREw = % de Cr + 3,3 (% de Mo) + 1,65 (% de W) + 16 (% de N) [039]Tungstênio serve como uma finalidade semelhante de molibdênio na liga inventada. Como tal, o tungstênio pode ser adicionado como um substituto para o molibdênio para proporcionar maior resistência à corrosão. Segundo a equação, duas vezes por cento do peso de tungstênio deve ser adicionado para cada cento de molibdênio removido para manter a mesma resistência à corrosão. Modalidades da liga da presente invenção podem ter um valor de PREw superior a 26, e de preferência é tão alto quanto 30.
[040]A liga da invenção também pode ser definida por seu número de ferrita. Um número positivo de ferrita geralmente se correlaciona com a presença de ferrita, o que melhora as propriedades de solidificação de liga e ajuda a inibir rachaduras quente da liga durante o trabalho a quente e operações de soldagem. Uma pequena quantidade de ferrita é assim desejada na microestrutura de solidificação inicial de uma boa fusibilidade e para a prevenção de fissuração a quente durante a soldagem. Por outro lado, ferrita demais pode resultar em problemas durante o serviço, incluindo, mas não limitado a, a instabilidade microestrutural, ductilidade limitada e propriedades mecânicas de temperatura elevadas prejudicadas. O número de ferrita pode ser calculado através da seguinte equação:
NF = 3,34 (Cr + 1,5 de Si + Mo + 2Ti + 0,5 de Cb) - 2,46 (Ni + 30N + 30C +
0,5 de Mn + 0,5 de Cu) - 28,6
A liga da presente invenção tem um número calculado de ferrita de até 11, de preferência um número positivo, e mais preferivelmente cerca de 3 a 7. Será aparente a partir da discussão que se segue que, as ligas de aço inoxidável conhecidas incluindo conteúdos de molibdênio e níquel relativamente baixos têm números de ferrita significativamente menores do que as ligas de acordo com a presente informação.
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13/17 [041]A temperatura de MD30 de uma liga é definida como a temperatura na qual a deformação a frio de 30% resultará em uma transformação de 50% da austenita em martensita. Quanto menor a temperatura de MD30 for, mai resistente um material é para transformação de martensítica. Resistência à formação de martensita resulta em menor taxa de trabalho duro, o que resulta em boa capacidade de enformação, especialmente em aplicações de desenho. MD30 é calculado de acordo com a seguinte equação:
MD30 (°C) = 413 - 462 (C + N) - 9.2 (Si) - 8.1 (Mn) - 13,7 (Cr) - 9.5 (Ni) - 17.1 (Cu) - 18,5 (Mo)
A liga da presente invenção tem uma temperatura de MD30 de menos de -10 °C, de preferência inferior a cerca de -30 °C. Muitos das ligas de aço inoxidável de níquel inferior conhecidas têm valores de MD30 significativamente superiores aos das ligas de acordo com a informação presente.
EXEMPLOS [042]A Tabela 1 inclui as composições e os valores de parâmetro calculados para os Exemplos de Ligas Comparativas 1 - 3 e para Ligas Comparativas, Ca1, EN 1.4432, S31600, S21600, S31700 e S20100.
[043]Exemplos de Ligas Comparativas 1 - 3 e Liga Comparativa Ca1 foram fundidas em um forno a vácuo de tamanho de laboratório e vertidas em lingotes de 50 lb. Esses lingotes foram re-aquecidos e laminados a quente para a produção de material de aproximadamente 0,250 de espessura. Este material foi recozido, despolido e tratado. Algum desse material foi laminado a frio a 0,100 de espessura, e o restante foi laminado a frio de 0,050 ou 0,040 de espessura. O material laminado a frio foi recozido e tratado. Ligas comparativas EN1.4432, S31600, S21600, S31700 e S20100 são comercialmente disponíveis e os dados mostrados destas ligas foram obtidos a partir da literatura publicada ou medidos a partir de testagem de materiais recentemente produzidos para venda comercial.
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14/17 [044]Os valores PREw calculados para cada liga são apresentados na Tabela 1. Usando a equação acima discutida, as ligas tendo um Prew superior a 26,0 seriam esperadas como tendo uma melhor resistência à corrosão de cloreto do que o material EN 1.4432. Um PREw superior a 29,0 seria esperado como tendo pelo menos resistência equivalente à corrosão de cloreto como S31700.
[045]O número de ferrita para cada liga na Tabela 1 também foi calculado. Os números de ferrita de Exemplos de Ligas Comparativas 1-3 são entre 5,0 e 7,5. Estes estão dentro da faixa desejada para promover a boa soldabilidade e fluidez.
[046]Os valores de MD30 também foram calculados para as ligas na Tabela
1. Segundo os cálculos, todas dentre os Exemplos de Ligas Comparativas exibem maior resistência à formação de martensita do que S31600.
Tabela 1
Exemplos de Ligas Comparativas Ligas Comparativas
l 2 3 CAI ΕΝ 14432 S31700 S31600 521000 520100
c 0.019 0,013 0.024 0.019 0.02 0.016 0,017 0,018 0,02
Mn 5.8 5,5 59 4.7 1 2 1.6 1.74 3.3 6.7
Si 0.27 0.28 0.2a 0.23 0.4 0.4 0.45 0.40 G.4O
Cu 19-S i9.a 22-7 ISl 16 9 13-3 16-3 19-7 16-4
Ni 6.1 6.1 6,9 4.5 10.7 13.1 10.1 6,0 4.1
Mo 1.5 L 1.34 0.59 1.13 2,6 3.2 2.1 2,5 0,26
Cu 0.40 i.oa 0.7 L 0.40 0.4 0.4 0.38 Ü.4Ú 0.43
N 0.195 0.131 0.220 0.210 0.04 0.06 0.04 0.37 G.I5
F 0-0IS 0,019 0-016 0-002 0.03 0.025 0-03 0.03 003
S 0.00 L 5 0.0018 0,0022 0.000] 0,0010 0.001 0.0010 0,0010 0,0010
W 0.12 0.06 0.01 0.09 0.1 0.1 0.11 0.10 0.1
R G.QQ25 0.0019 0.0001 0-0025 0.0025 0-0025 0-0025 0.0005
Fe 65,6 64.6 62.2 70,4 67.9 62.5 68,8 62.2 71.4
Co 0.10 0.07 0.09 0.10 0,3 0,33 0.35 0.10 0,10
FN 5.6 5.0 7.5 7.É 5.9 4.8 4.1 -6.2 -2.3
PKEvy 2B.3 27.4 2B-.2 25.5 26.1 29.9 24.0 33.9 19.7
MD.», -99.4 -J12-L -1497 -524 -16-2 -79-4 7.8 -217-4 0-7
RMCI 0.7 L 0.68 0.6-4 0.56 1.09 1.31 1.00 0.33 0,43
Tensão de esct um, 54,4 52.2 59.3 49.1 43 48 43.5 55 43
Resista traçà ϊ IÜÊ.Ú 105.4 lll.L 108.7 87 92 90.6 100 ico
% E 42 TB 32 63 55 46 56 45 56
OCH 0-37 0.36 0-3? 0,45 045
SSCVN 56Ό 50.3 47.3 61 7 - - 70 - -
CPT 29.2 23.8 29.a 14.6 23.0 34.3 12.9 - <2.0
[047]A Tabela 1 mostra um índice de custo de matérias-primas (RMCI), que
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15/17 compara os custos de material para cada liga aquele de S31600. O RMCI foi calculado multiplicando-se a média do custo de outubro de 2007 para o custo médio das matérias-primas Fe, Cr, Mn, Ni, Mo, W, Co pela percentagem de cada elemento contido na liga e dividindo-se pelo custo das matérias-primas em S31600. Como mostram os valores calculados, os Exemplos de Ligas Comparativas têm valores RMCI entre 0,64 e 0,71, o que significa que o custo das matérias-primas neles contidos são entre 64 e 71% daquelas em S31600. Em contrapartida, o RMCI para EN 1.4432 é de 1,09. No entanto, o número de ferrita para cada liga comparativa é comparável ao PT listados para 1,4432, e os valores para o MD30 para os Exemplos de Ligas Comparativas são substancialmente mais baixos do que para o EN 1.4432. Esse material poderia ser feito que tem capacidade de enformação e resistência à corrosão, pelo menos, comparável ao EN 1.4432, mas a um custo de matéria-prima significativamente menor, é surpreendente e não foi antecipado da técnica anterior.
[048]As propriedades mecânicas dos Exemplos de Ligas Comparativas 1 - 3 foram medidas e comparadas com as da Liga Comparativa CA1 e disponíveis comercialmente EN 1.4432, S31600, S21600, S31700 e S20100. Tensão de escoamento, resistência à tração, percentual de alongamento medidos ao longo de um comprimento de gage de 2 polegadas, a energia de impacto Charpy de tamanho de 1/2 de entalhe em V, e altura do copo Olsen são apresentados na Tabela 1 para estas ligas. Os ensaios de tração foram realizados em 0,100” de calibre de material, os testes de Charpy foram realizados em amostras de 0,197 de espessura, e os testes de copo Olsen foram executados em material entre 0,040 e 0,050 polegadas de espessura. Todos os testes foram realizados à temperatura ambiente. Unidades para os dados na Tabela 1 são as seguintes: tensão de escoamento e resistência à tração, ksi; alongamento percentual, altura do copo Olsen, polegadas; energia de impacto Charpy, ft-lbs. Como pode ser visto a partir dos dados, os Exemplos de Ligas Comparativas exibiram força ligeiramente maior e alongamento porcentual menor
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16/17 que os relatados para EN 1.4432, proporcionando assim, pelo menos, propriedades de enformação comparáveis do EN 1.4432.
[049]Um teste eletroquímico de temperatura crítica de pite foi realizado em conformidade com a norma ASTM G150 em amostras de Exemplos de Ligas Comparativas 1 - 3 e Ligas comparativas CA1, EN 1.4432, S31600, S31700 e S20100. Como pode ser visto a partir dos resultados da Tabela 1, liga comparativa 2 tem uma temperatura crítica de pite semelhante a do EN 1.4432, enquanto Exemplos de Ligas Comparativas 1 e 3 têm temperaturas críticas de pite significativamente maiores do que as do EN 1.4432 e mais do que o dobro da do S31600. Aquela uma liga tendo os custos das matérias-primas entre 29% e 36% inferiores aqueles em S31600 teria uma temperatura crítica de pite aproximadamente de 16 °C maior enquanto ainda tendo resistência e capacidade de enformação semelhante é surpreendente para os inventores.
[050]Os usos potenciais dessa nova liga são numerosos. Conforme descrito acima e comprovado, as composições de aço inoxidável austenítico descritas aqui são capazes de serem usadas em muitas aplicações onde a capacidade de enformação e tenacidade de S31600 são necessárias, mas maior resistência à corrosão é necessária. Além disso, devido ao elevado custo do níquel e molibdênio, uma redução de custos significativa será reconhecida pela mudança de S31600 ou EN 1.4432 para a Liga comparativa. Outro benefício é, porque os Exemplos de Ligas Comparativas são totalmente austeníticas, elas não serão suscetíveis a uma transição abrupta dúctil-a-frágil (DBT) com temperatura abaixo de zero ou fragilização a 473,89 °C (885 °F). Portanto, ao contrário de ligas duplex, elas podem ser usadas em temperaturas acima de 343,33 °C (650 °F) e são materiais candidatos principais para a baixa temperatura e aplicações criogênicas. Espera-se que a capacidade de enformação e processamento das ligas descritas serão muito próximos aos dos aços inoxidáveis austeníticos padrão. Artigos específicos de fabricação para os quais as ligas de
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17/17 acordo com a presente divulgação seriam particularmente vantajosas incluem, por exemplo, conectores flexíveis, fole, tubo, tubos, forros tubo de entubagem, componente de conduta, partes trocadoras de calor de quadro de placa, partes de condensador, partes para equipamentos de processamento de produtos farmacêuticos, parte usada em aplicações sanitárias e partes para produção de etanol ou equipamento de processamento.
[051]Embora a descrição acima tenha, necessariamente, apresentado apenas um número limitado de modalidades, aqueles versados na técnica relevante irão perceber que várias mudanças no aparelho e métodos e outros detalhes dos exemplos que foram descritos e ilustrados neste documento podem ser feitas por aqueles versados na técnica, e todas essas modificações permanecerão dentro do princípio e escopo da presente divulgação como aqui expressa e nas reivindicações anexadas. Entende-se, portanto, que a invenção não se limita às modalidades particulares divulgadas ou incorporadas aqui, mas se destina a cobrir as modificações que estão dentro do princípio e escopo da invenção, tal como definido pelas reivindicações. Também será apreciado por aqueles versados na técnica que mudanças poderiam ser feitas para as modalidades acima, sem se afastar do conceito inventivo amplo da mesma.
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Claims (25)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Aço inoxidável austenítico CARACTERIZADO por consistir, em % em peso, em:
    até 0,20 de C,
  2. 2,0 a 6,0 de Mn, mais do que 0,5 a menos do que 1,0 de Si,
    16,0 a 23,0 de Cr,
    5,0 a 7,0 de Ni, menos do que 1,5 de Mo,
    0,1 a 0,30 de N, até 4,0 de W,
    0,0005 a 0,01 de B, até 1,0 de Co, com o restante sendo ferro e impurezas, o aço tendo um número de ferrita entre 5,6 e 11, um valor de MD30 menor do que -10°C, um valor de PREw maior que 26 até 30, e em que 0,5 < (Mo + W/2) < 3,5.
    2. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por ter um valor de MD30 menor que -30 °C.
  3. 3. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que C está limitado até 0,08% em peso.
  4. 4. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1,
    CARACTERIZADO pelo fato de que Mn está limitado a entre 3,0 e 6,0% em peso.
  5. 5. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1,
    CARACTERIZADO pelo fato de que Cr está limitado a entre 17,0 e 23,0% em peso.
  6. 6. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1,
    CARACTERIZADO pelo fato de que N está limitado a entre 0,14 e 0,30% em peso.
  7. 7. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1,
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    CARACTERIZADO pelo fato de que Mo está limitado a entre 0,5 e menos do que 1,5% em peso
  8. 8. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que B está limitado a entre 0,0005 e 0,008% em peso.
  9. 9. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que Mo está limitado a entre 0,5 e menos do que 1,5% em peso e em que
    5,0 < (Ni + Co) < 8,0.
  10. 10. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 9,
    CARACTERIZADO por ter um valor de MD30 inferior a -30 °C.
  11. 11. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1,
    CARACTERIZADO pelo fato de que Mo está entre 0,5 e 1,5% em peso, e possui um valor de MD30 menor que -30 ° C.
  12. 12. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por consistir, em % em peso, em:
    até 0,08 de C,
    3,0 a 6,0 de Mn, mais do que 0,5 a menos do que 1,0 de Si,
    17,0 a 23,0 de Cr,
    5,0 a 7,0 de Ni,
    0,5 a menos do que 1,5 de Mo,
    0,14 a 0,30 de N, até 4,0 de W,
    0,0005 a 0,008 de B, até 1,0 de Co, com o restante sendo ferro e impurezas,
    Petição 870170003162, de 16/01/2017, pág. 28/34
    3/5 o aço tendo um número de ferrita entre 5,6 e 11, um valor de MD30 inferior a -10 °C, um valor de PREw maior que 26 até 30, e em que 0,5 < (Mo + W/2) < 3,5.
  13. 13. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que Cr está limitado a entre 16,0 e 19,8% em peso.
  14. 14. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1,
    CARACTERIZADO pelo fato de que Mo está limitado até 1,0% em peso.
  15. 15. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1,
    CARACTERIZADO pelo fato de que Mn está limitado a entre 3,5 e 6,0% em peso.
  16. 16. Artigo de fabricação, incluindo um aço inoxidável austenítico CARACTERIZADO por consistir, em % em peso, em:
    até 0,20 de C,
    2,0 a 6,0 de Mn, mais do que 0,5 a menos do que 1,0 de Si,
    16,0 a 23,0 de Cr,
    5,0 a 7,0 de Ni, menos do que 1,5 de Mo,
    0,1 a 0,30 de N, até 4,0 de W,
    0,0005 a 0,01 de B, até 1,0 de Co, com o restante sendo ferro e impurezas, o aço com um número de ferrita entre 5,6 e 11, um valor de MD30 inferior a 10°C, um valor de PREw maior que 26 até 30 e em que 0,5 < (Mo + W/2) < 3,5.
  17. 17. Artigo de fabricação, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que o aço inoxidável austenítico tem um valor de MD30 menor que -30 °C.
    Petição 870170003162, de 16/01/2017, pág. 29/34
    4/5
  18. 18. Artigo de fabricação, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que Mo está entre 0,5 e menos do que 1,5% em peso.
  19. 19. Artigo de fabricação, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que o artigo é adaptado para o uso em pelo menos um dentre um ambiente de baixa temperatura e um ambiente criogênico.
  20. 20. Artigo de fabricação, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que o artigo é selecionado do grupo consistindo de um artigo resistente à corrosão, um painel arquitetônico resistente à corrosão, um conector flexível, um fole, um tubo, uma tubulação, um forro de chaminé, um forro de combustão, uma parte da chapa de armação de trocador de calor, uma parte de condensador, uma parte dos equipamentos de processamento farmacêutico, uma parte sanitária, uma parte para equipamentos de produção de etanol, e uma parte para equipamento de processamento de etanol.
  21. 21. Artigo de fabricação, de acordo com a reivindicação 16,
    CARACTERIZADO pelo fato de que Cr está entre 16,0 e 19,8% em peso.
  22. 22. Artigo de fabricação, de acordo com a reivindicação 16,
    CARACTERIZADO pelo fato de que Mo está limitado a entre 0,5 e menos do que 1,5% em peso.
  23. 23. Artigo de fabricação, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que Mo está limitado a até 1,0% em peso.
  24. 24. Artigo de fabricação, de acordo com a reivindicação 16, incluindo um aço inoxidável austenítico CARACTERIZADO por consistir, em % em peso, em:
    até 0,08 de C,
    3,0 a 6,0 de Mn, mais do que 0,5 a menos do que 1,0 de Si,
    17,0 a 23,0 de Cr,
    Petição 870170003162, de 16/01/2017, pág. 30/34
    5/5
    5,0 a 7,0 de Ni, menos do que 1,5 de Mo,
    0,14 a 0,30 de N, até 4,0 de W,
    0,0005 a 0,008 de B, até 1,0 de Co, com o restante sendo ferro e impurezas, o aço tendo um número de ferrita entre 5,6 e 11, um valor de MD30 inferior a -10 °C, um valor de PREw maior que 26 até 30, e em que 0,5 < (Mo + W/2) < 3,5.
  25. 25. Artigo de fabricação, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que Mn está limitado a entre 3,5 e 6,0% em peso.
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