ES2141446T5 - Acero y procedimiento para la fabricacion de piezas de alta resistencia a la abrasion. - Google Patents

Acero y procedimiento para la fabricacion de piezas de alta resistencia a la abrasion.

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ES2141446T5 ES96400737T ES96400737T ES2141446T5 ES 2141446 T5 ES2141446 T5 ES 2141446T5 ES 96400737 T ES96400737 T ES 96400737T ES 96400737 T ES96400737 T ES 96400737T ES 2141446 T5 ES2141446 T5 ES 2141446T5
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Abstract

ACERO PARA LA FABRICACION DE PIEZAS CON ALTA RESISTENCIA A LA ABRASION CUYA COMPOSICION COMPRENDE, EN PESO: 0,24% INFERIOR O IGUALA C INFERIOR O IGUAL A 0,3%, 0% INFERIOR O IGUAL A SI INFERIOR O IGUAL A 2%, 0% INFERIOR O IGUAL A AL INFERIOR O IGUAL A 2%, 0% INFERIOR O IGUALA A MN INFERIOR O IGUAL A 2%, 0% INFERIOR O IGUAL A NI INFERIOR O IGUAL A 4%, 0% INFERIOR O IGUAL A CR INFERIOR O IGUAL A 3%, 0% INFERIOR O IGUAL A MO INFERIOR O IGUAL A 0,6%, 0% INFERIOR O IGUAL A W INFERIOR O IGUALA 1,2%, EVENTUALMENTE DE 0,0005% A 0,005% DE BORO, EVENTUALMENTE AL MENOS UN ELEMENTO TOMADO ENTRE NB, V, ZR Y TI, EN CONTENIDOS INFERIORES A 0,3, EVENTUALMENTE AL MENOS UN ELEMENTO TOMADO ENTRE SE, TE, CA, BI Y PB EN CONTENIDOS INFERIORES A 0,1%, SIENDO EL RESTO HIERRO E IMPUREZAS QUE RESULTAN DE LA ELABORACION; SATISFACIENDO LA COMPOSICION QUIMICA ADEMAS LAS SIGUIENTES RELACIONES: 0,6 INFERIOR O IGUALA AL+SI INFERIOR O IGUALA 2% Y 4,6XC + 1,05XMN + 0,54XNI + 0,66X (MO+W/2) + 0,5XCR+K INFERIOR O IGUAL A 1,6,CON K = 0 SI EL ACERO CONTIENE MENOS DE 0,0005% DE BORO Y K = 0,5 SI EL ACERO CONTIENE MAS DE 0,0005 DE BORO. PROCEDIMIENTO DE FABRICACION DE UNA PIEZA Y UTILIZACION.

Description

Acero y procedimiento para la fabricación de piezas de alta resistencia a la abrasión.
La presente invención se refiere a aceros para la fabricación de piezas de elevada resistencia a la abrasión.
En la industria mineral, se utilizan equipos tales como, por ejemplo, canalones, tamices, planchas de ataque, sometidos a desgastes abrasivos muy severos. Para fabricar estos equipos, se utilizan piezas, y especialmente chapas, de acero de alta resistencia a la abrasión, templado, y de dureza comprendida entre aproximadamente 550HB y 600HB. Estos aceros contienen de 0,35% a 0,5% de carbono, y de 0,5% a 3% de al menos un elemento de aleación tal como manganeso, cromo, níquel o molibdeno. Estos aceros tienen el inconveniente de ser muy difíciles de cortar y de soldar, tienen una débil capacidad de conformación y son, en general, frágiles.
El objeto de la presente invención es remediar este inconveniente proponiendo un acero que permite fabricar piezas, y especialmente chapas, fácilmente soldables y recortables, y que tienen una resistencia a la abrasión comparable a la de las piezas según la técnica anterior.
Con este propósito, la invención tiene por objeto un acero cuya composición química comprende, en peso:
0,24% \leq C \leq 0,3%
0% \leq Si \leq 2%
0% \leq Al \leq 2%
0% \leq Mn \leq 2%
0% \leq Ni \leq 4%
0% < Cr \leq 3%
0% \leq Mo \leq 0,6%
0% \leq W \leq 1,2%
opcionalmente de 0,0005% a 0,005% de boro, opcionalmente al menos un elemento tomado entre Nb, V, Zr y Ti, en contenidos inferiores a 0,3%, opcionalmente al menos un elemento tomado entre Se, Te, Ca, Bi y Pb en contenidos inferiores a 0,1%, siendo el resto hierro y las impurezas que resultan de la elaboración,
satisfaciendo además la composición química las relaciones siguientes:
0,6% \leq Al+Si \leq 2%
y
4,6 x C+1,05xMn+0,54xNi+0,66x(Mo+W/2)+0,5xCr+K \geq 1,6
con
K=0 si el acero contiene menos de 0,0005% de boro resultante de impurezas residuales,
K=0,5 si el acero contiene más de 0,0005% de boro
teniendo el acero una estructura martensítica o martensítico-bainítica, conteniendo dicha estructura entre 5% y 15% de austenita, y una dureza comprendida entre 400HB y 500HB.
Preferiblemente, la composición química del acero comprende:
0,24% \leq C \leq 0,27%
0% \leq Si \leq 1%
0% \leq Al \leq 1%
0,3% \leq Mn \leq 1,6%
0% \leq Ni \leq 2%
0,5% \leq Cr \leq 1,8%
y satisface las relaciones:
0,15% \leq Mo+W/2 \leq 0,45%
y
0,6% \leq Si+Al \leq 1%
Mejor aún, la composición química puede satisfacer, además, la relación:
4,6xC+1,05xMn+0,54xNi+0,66x(Mo+W/2)+0,5xCr+K \leq 3,7
con
K=0 si el acero contiene menos de 0,0005% de boro resultante de impurezas residuales
K=0,5 si el acero contiene más de 0,0005% de boro
La invención se refiere también a un procedimiento de fabricación de una pieza de acero de alta resistencia a la abrasión según el cual:
- se provee una pieza de acero de conforme a la invención,
- se austeniza la pieza por calentamiento por encima de Ac_{3}, a continuación se la enfría hasta la temperatura ambiente de manera que, en todos los puntos de la pieza, la velocidad de enfriamiento entre la temperatura de austenización y 450ºC sea superior a 1ºC/segundo, y el tiempo de paso de la temperatura de 450ºC a la temperatura de 200ºC esté comprendido entre 50 segundos y 60 minutos, y preferiblemente comprendido entre 100 segundos y 30 minutos,
- opcionalmente, se efectúa un revenido a una temperatura inferior a 250ºC durante un tiempo inferior a 3 horas.
Para enfriar la pieza hasta la temperatura ambiente, desde la temperatura de austenización, se puede templar la pieza en aceite, que es especialmente el caso en que la pieza es una chapa de un espesor comprendido entre 10 mm y 100 mm.
Para enfriar la pieza hasta la temperatura ambiente, desde la temperatura de austenización, se puede también templar la pieza al aire. Es especialmente el caso en que la pieza es una chapa de un espesor comprendido entre 2 mm y 20 mm.
La invención se refiere por último a una pieza resistente a la abrasión constituida por acero según la invención que tiene una estructura martensítica o martensítico-bainítica que contiene entre 5% y 15% de austenita, y que tiene una dureza comprendida entre 400HB y 500HB.
Las piezas conforme a la invención, o fabricadas por el procedimiento conforme a la invención, pueden ser utilizadas para la fabricación de piezas de desgaste para equipos destinados, especialmente, a explotación de canteras y de minas, obras públicas, fábricas de cemento, siderurgia, tejerías, fábricas de ladrillos o agricultura.
La invención se va a describir ahora más en detalle pero de manera no limitativa.
El acero según la invención contiene, en peso:
- más de 0,24% de carbono para permitir obtener una dureza suficiente, necesaria para una buena resistencia a la abrasión, pero menos de 0,3% y, preferiblemente, menos de 0,27% para obtener una buena soldabilidad, una buena cortabilidad, una buena aptitud para el doblado y una tenacidad satisfactoria;
- de 0% a 2% de silicio y de 0% a 2% de aluminio, siendo superior a 0,6% la suma de los contenidos de aluminio y de silicio para moderar la precipitación de carburos durante el tratamiento térmico, pero inferior a 2%, y preferiblemente, inferior a 1% a fin de facilitar la elaboración del acero y de no deteriorar su tenacidad;
- de 0% a 2% y, preferiblemente de 0,3% a 1,6% de manganeso, de 0% a 4% y, preferiblemente, de 0% a 2% de níquel, de 0% a 3% y, preferiblemente de 0,5% a 1,8% de cromo, de 0% a 0,6% de molibdeno, de 0% a 1,2% de wolframio, estando preferiblemente comprendida la suma del contenido de molibdeno y la mitad del contenido de wolframio entre 0,15% y 0,45%, de forma que se obtenga una templabilidad suficiente, pero no demasiado, para permitir obtener una estructura principalmente martensítica o martensítico-bainítica que contenga una notable proporción de austenita retenida; teniendo el cromo, el molibdeno y el wolframio, además, la ventaja de permitir la formación de carburos que favorecen la resistencia a la abrasión;
- opcionalmente, de 0,0005% a 0,005% de boro para ajustar la templabilidad;
- opcionalmente, al menos un elemento tomado entre Nb, V, Zr y Ti para obtener un endurecimiento por precipitación que no deteriore la soldabilidad;
- opcionalmente, al menos un elemento tomado entre Se, Te, Ca, Bi y Pb para mejorar la aptitud al mecanizado;
siendo el resto hierro e impurezas resultantes de la elaboración.
Para que la templabilidad sea suficiente, es preferible que la composición química del acero satisfaga la relación:
A=4,6xC+1,05xMn+0,54xNi+0,66x(Mo+W/2)+0,5xCr+K \geq 1,6
con,
K=0 si el acero contiene menos de 0,0005% de boro resultante de impurezas residuales, es decir, si no ha habido adición de boro
K=0,5 si el acero contiene más de 0,0005% de boro, es decir, si se ha adicionado boro.
Pero, para que la templabilidad no sea demasiado importante para no deteriorar la aptitud al conformado, especialmente por soldadura o por corte térmico, es preferible igualmente, que A sea inferior o igual a 3,7.
Este acero, debido a su relativamente bajo contenido en carbono, tiene una buena soldabilidad y una buena aptitud para el corte por medios térmicos, pero su resistencia a la abrasión depende de su estructura micrográfica y por tanto del tratamiento térmico al que se le somete.
Los inventores han comprobado que cuando este acero tenía una estructura constituida principalmente por martensita o por una mezcla de martensita y bainita (estructura martensítico-bainítica) y de 5% a 15% de austenita retenida enriquecida en carbono, de manera que tuviera una dureza comprendida entre 450HB y 500HB, su resistencia a la abrasión era muy comparable a la de los aceros martensíticos de dureza superior a 550HB y su aptitud a la conformación en frío por deformación plástica era mucho mejor. La buena resistencia a la abrasión resulta del hecho de que, bajo la acción de partículas abrasivas, la austenita retenida se transforma localmente en martensita muy dura al mismo tiempo que se beneficia de la capacidad de deformarse de forma importante del metal solicitado. Además, la presencia de una dispersión fina de carburos de cromo y de molibdeno en el constituyente martensítico mejora la resistencia al desgaste.
También los inventores han comprobado que, para obtener esta estructura, hacía falta austenizar el acero por calentamiento por encima de Ac_{3}, y después enfriarlo hasta la temperatura ambiente de forma que, la velocidad de enfriamiento entre la temperatura de austenización y 450ºC sea superior a 1ºC/segundo, y el tiempo de paso de la temperatura de 450ºC a la temperatura de 200ºC esté comprendido entre 50 segundos y 60 minutos, y preferiblemente, comprendido entre 100 segundos y 30 minutos. Este tratamiento térmico puede completarse opcionalmente por un revenido a una temperatura inferior a 250ºC durante un tiempo inferior a 3 horas.
Para fabricar una pieza resistente a la abrasión, se elabora un acero conforme a la invención, se le cuela en forma de un semiproducto que a continuación se conforma por deformación plástica en caliente, por ejemplo por laminado o por forjado. A continuación la pieza así obtenida se austeniza por calentamiento por encima de Ac_{3}, después se enfría hasta la temperatura ambiente de forma que, en todos los puntos, la velocidad de enfriamiento entre la temperatura de austenización y 450ºC sea superior a 1ºC/segundo, y el tiempo de paso de la temperatura de 450ºC a la temperatura de 200ºC esté comprendido entre 50 segundos y 60 minutos, y preferiblemente, comprendido entre 100 segundos y 30 minutos. Opcionalmente, la pieza se somete a un revenido a una temperatura inferior a 250ºC durante un tiempo inferior a 3 horas.
El paso a velocidad moderada del dominio 450ºC/200ºC tiene por efecto permitir la retención de austenita metaestable, al mismo tiempo que se favorece la formación de carburos de cromo y de molibdeno finos, repartidos de forma homogénea en el constituyente martensítico o martensítico-bainítico.
Cuando la consistencia maciza de la pieza se preste, para enfriar la pieza hasta la temperatura ambiente, desde la temperatura de austenización, se puede templar la pieza en aceite. Este es especialmente el caso en que la pieza es una chapa de espesor comprendido entre 10 mm y 100 mm.
De la misma forma, cuando la consistencia maciza de la pieza lo permita, para enfriar la pieza hasta la temperatura ambiente, desde la temperatura de austenización, se puede también templar la pieza al aire. Es especialmente el caso cuando la pieza es una chapa de espesor comprendido entre 2 mm y 20 mm.
Se obtiene así una pieza, y especialmente una chapa, resistente a la abrasión, constituida por acero según la invención que tiene una estructura martensítica o martensítico-bainítica que contiene entre 5% y 15% de austenita, y que tiene una dureza comprendida entre 400HB y 500HB.
A título de ejemplo, se han fabricado chapas con los aceros A y B conformes a la invención, y con los aceros C y D según la técnica anterior.
Las composiciones de estos aceros eran, en milésimas de % en peso:
C Si Al Mn Ni Cr Mo B
A 247 817 63 1290 495 726 328 2,8
B 251 263 704 1305 439 715 342 2,6
C 254 310 65 1329 445 702 351 2,6
D 415 307 62 1285 293 712 349 2,7
Las características de las chapas TA1, TA2, y TB, conformes a la invención, y de las chapas TA3, TC y TD, dadas a título de comparación, eran:
Chapa Acero Espesor, Austenización, Temple Revenido, Dureza Dureza Índice
mm ºC ºC después de bajo la resistencia a
tratamiento, capa la abrasión
HB sometida a
abrasión,
HB
TA1 A 35 900 aceite 200 463 525 97
TA2 A 5 900 aire 200 455 526 105
TB B 35 900 aceite 200 466 529 102
TA3 A 35 900 agua 200 476 492 70
TC C 35 900 aceite 200 468 495 79
TD D 35 900 agua 200 552 561 100
La chapa TD, conforme a la técnica anterior, tiene una estructura totalmente martensítica, una dureza superior a 550HB y un índice de resistencia a la abrasión de 100; pero debido al contenido de carbono del acero, es difícilmente soldable.
La chapa TA3, constituida por acero conforme a la invención, ha sido templada en agua, lo que le confiere una estructura diferente a la que se requiere por la invención, y tiene un índice de resistencia a la abrasión de 70, sensiblemente menor que los de las chapas TA1, TA2 y TB según la invención, que son comparables al de la chapa TD de referencia.
Las chapas TA1 y TB se distinguen igualmente de la chapa TD por sus aptitudes para ser dobladas; Las chapas TA1 y TB pueden doblarse con un radio igual a 6 veces el espesor, mientras que la chapa TD no puede doblarse con un radio inferior a 15 veces el espesor.
Debido a sus propiedades, las piezas en general, y las chapas en particular, conformes a la invención, están especialmente adaptadas a la fabricación de todo tipo de piezas de desgaste sometidas a una abrasión severa e incorporadas, especialmente, a equipos destinados a la manipulación de productos a granel en todo tipo de industrias. A título de ejemplo, estas piezas pueden ser planchas de ataque y zapatas de refuerzo debajo de planchas de cangilones en equipos de carga/transporte o palas excavadoras, chapas guía-cadenas de excavadoras y dragalinas, cremalleras, coronas de arrastre, poleas, armazones laterales de molinos de martillos o de muelas, rejillas de tamices para su empleo en obras públicas, en la explotación de canteras o graveras; fondos y rascadores para transportadores de cadenas, armazones de tolvas o transportadores de carbón, rebordes para conductos helicoidales descendentes, peines de lavaderos de mineral, palles de clasificadores, piezas para maquinaria de derribo o de transporte, faldones de ciclones en las explotaciones mineras o hulleras; armazones de tamices o de aparatos elevadores de la industria minera, planchas para cucharas autoprensoras, fondos de vagonetas para coque, extractores vibradores, armazones de cámaras de granallado, placas guía o de desplazamiento para la siderurgia; cuchillas de disgregadores, paletas y fondos de amasadoras, fondos de extrusores de muelas, moldes, piezas de turbo-disgregadores, tolvas dosificadoras para fábricas de tejas o ladrillos; herramientas y dientes de descompactadoras o destoconadoras, tenazas de madera, cuchillas, tajaderas, batidoras, martillos, placas pulidoras, piezas para roturadoras o desempedradoras, largueros para desbastadoras, dientes para perforadoras, barras de rastrojeras para la agricultura o trabajo en suelos.

Claims (9)

1. Acero para la fabricación de piezas de elevada resistencia a la abrasión caracterizado porque su composición química comprende, en peso:
0,24% \leq C \leq 0,3%
0% \leq Si \leq 2%
0% \leq Al \leq 2%
0% \leq Mn \leq 2%
0% \leq Ni \leq 4%
0% \leq Cr \leq 3%
0% \leq Mo \leq 0,6%
0% \leq W \leq 1,2%
opcionalmente de 0,0005% a 0,005% de boro para ajustar la templabilidad, opcionalmente al menos un elemento tomado entre Nb, V, Zr y Ti, con contenidos inferiores a 0,3%, opcionalmente al menos un elemento tomado entre Se, Te, Ca, Bi y Pb con contenidos inferiores a 0,1%, siendo el resto hierro y las impurezas resultantes de la elaboración,
satisfaciendo además la composición química las relaciones siguientes:
0,6% \leq Al+Si \leq 2%
y
4,6xC+1,05xMn+0,54xNi+0,66x(Mo+W/2)+0,5xCr+K \geq 1,6
con
K=0 si el acero contiene menos de 0,0005% de boro resultante de impurezas residuales,
K=0,5 si el acero contiene más de 0,0005% de boro
teniendo el acero una estructura martensítica o martensítico-bainítica, conteniendo dicha estructura entre 5% y 15% de austenita, y una dureza comprendida entre 400HB y 500HB.
2. Acero según la reivindicación 1, caracterizado porque su composición química comprende, en peso:
0,24% \leq C \leq 0,27%
0% \leq Si \leq 1%
0% \leq Al \leq 1%
0,3% \leq Mn \leq 1,6%
0% \leq Ni \leq 2%
0,5% \leq Cr \leq 1,8%
satisfaciendo además la composición química las relaciones:
0,15% \leq Mo+W/2 \leq 0,45
y
0,6% \leq Si+Al \leq 1%
3. Acero según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado porque su composición química satisface, además, la relación:
4,6xC+1,05xMn+0,54xNi+0,66x(Mo+W/2)+0,5xCr+K \leq 3,7
con
K=0 si el acero contiene menos de 0,0005% de boro resultante de impurezas residuales,
K=0,5 si el acero contiene más de 0,0005% de boro
4. Procedimiento de fabricación de una pieza de acero de elevada resistencia a la abrasión, caracterizado porque,
- se provee una pieza de acero cuya composición química está definida por una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3,
- se austeniza la pieza por calentamiento por encima de Ac_{3}, a continuación se la enfría hasta la temperatura ambiente de manera que, en todos los puntos de la pieza, la velocidad de enfriamiento entre la temperatura de austenización y 450ºC sea superior a 1ºC/segundo, y el tiempo de paso de la temperatura de 450ºC a la temperatura de 200ºC esté comprendido entre 50 segundos y 60 minutos, y preferiblemente comprendido entre 100 segundos y 30 minutos,
- opcionalmente se efectúa un revenido a una temperatura inferior a 250ºC durante un tiempo inferior a 3 horas.
5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque, para enfriar la pieza hasta la temperatura ambiente, desde la temperatura de austenización, se templa la pieza en aceite.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque la pieza es una chapa de espesor comprendido entre 10 mm y 100 mm.
7. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque, para enfriar la pieza hasta la temperatura ambiente, desde la temperatura de austenización, se templa la pieza al aire.
8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque la pieza es una chapa de espesor comprendido entre 2 mm y 20 mm.
9. Pieza resistente a la abrasión, caracterizada porque está constituida por acero según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3.
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