ES2230308T3

ES2230308T3 - Acero de aleacion con nitrogeno, acero de compactacion por rociado, procedimiento para su reduccion y material compuesto fabricado del acero indicado.

Info

Publication number: ES2230308T3
Application number: ES01933846T
Authority: ES
Inventors: Claudia Ernst; Volker Schuler; Bernd Gehricke; Ingolf Schruff
Original assignee: EDELSTAHL WITTEN KREFELD GmbH; EDELSTAHL WITTEN-KREFELD GmbH
Current assignee: EDELSTAHL WITTEN KREFELD GmbH; EDELSTAHL WITTEN-KREFELD GmbH
Priority date: 2000-04-18
Filing date: 2001-04-18
Publication date: 2005-05-01
Anticipated expiration: 2021-04-18
Also published as: DK1274872T3; JP2004501276A; DE50103992D1; US20030156965A1; WO2001079575A1; DE10019042A1; ATE278816T1; EP1274872A1; EP1274872B1

Abstract

Procedimiento para la fabricación de un acero de aleación con nitrógeno con una resistencia al desgaste elevada con la siguiente composición (en masa - %): C: 0, 8-2, 5% N: 0, 03-0, 75% Si: 0, 15-1, 8% Mn: :51, 0% P: < 0, 03% S <- 0, 05% Cr: 5, 0-11, 5% Mo: 0, 5¿6, 0% V: <- 4, 0% Nb: <- 4, 0% W: < 3, 5% O2: < 0, 005% con hasta un 0, 05% de B, hasta un 0, 5% de Ti, hasta un 0, 5% de Zr, hasta un 0, 25% de Al como partículas de aleación facultativas y como resto hierro y las impurezas usuales, donde un factor de desgaste Sv correspondiente de las sumas de su contenido ponderado de Cr, Mo, V, Nb y W, cumple con las siguientes condiciones: 0, 55 < Sv < 3, 42 con Sv = (ACr / 9, 33) + (AMo / 17, 22) + (Av / 3, 92) + (ANb / 7, 15) + (Aw / 14, 14), ACr: el contenido de Cr en % de masa, AMo: el contenido de Mo en % de masa, Av: el contenido de V en % de masa, ANb: el contenido de Nb en % de masa, AW: el contenido de W en % de masa, y donde la relación de silicio - nitrógeno VSiN cumple con las siguientes condiciones: 0, 21 <- VSiN < 3, 31 con VSiN = ASi + 2AN ASi: el contenido de Si en % de masa, AN: el contenido de N en % de masa, que abarca los siguientes pasos de trabajo: - la compactación por dispersión de la colada del acero con el empleo de nitrógeno como gas dispersor. - la conformación en caliente del acero después de la compactación por dispersión de la colada con unas temperatura de comienzo de hasta 1150ºC, - el enfriamiento del acero conformado en caliente, - el recalentamiento del acero enfriado a una temperatura de austenitización de 1075ºC hasta 1225ºC, - el enfriamiento en agua del acero recalentado y - la normalización del acero enfriado en agua a una temperatura de 150ºC-625ºC.

Description

Acero de aleación con nitrógeno, acero de compactación por rociado, procedimiento para su reducción y material compuesto fabricado del acero indicado.

La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de un acero ledeburítico de aleación con nitrógeno con una resistencia elevada al desgaste.

Para herramientas y piezas de construcción, que requieren una alta resistencia al desgaste, a menudo se emplean aceros al cromo ledeburítico. Aceros de este tipo se indican por ejemplo en la relación de hierros y aceros bajo los números de materia prima 1.2080 (X21OCr12), 1.2201 (X165CrV12), 1.2376 (X96CrMoV12), 1.2378 (X2200rVMo12-2), 1.2379 (X155CrVMo12-1), 1.2380 (X2200rVM013-4), 1.2436 (X21OCrW12), 1.2601 (X165CrMoV12), 1.2880 (X165CrCoMo12) así como 1.2884 (X21OCrCoW12). Los aceros en cuestión presentan, según el caso, un contenido de carbono de más de un 0,9% de masa, un contenido de cromo de más de 10% de masa y diferentes adiciones de los elementos Molibdeno, Vanadio y Wolframio. Se usan principalmente para la fabricación de herramientas y elementos de construcción, que se emplean para la separación o la conformación en frío de metales o la elaboración de materias artificiales.

Los aceros conocidos del tipo anteriormente aclarado se funden en un horno de arco eléctrico bajo una presión atmosférica. Después de la sangría de la colada, se continua el tratamiento con este procedimiento metalúrgico de caldereta, por ejemplo con un horno de caldereta o una instalación de desgasificación, para reducir los gases disueltos en el acero como las proporciones de hidrógeno, oxígeno y nitrógeno contenidos según el caso en el acero. Para la desoxidación se emplea con ello en particular el elemento silicio en un contenido de masa de entre un 0,1 y un 0,4%, para el fraguado del oxígeno disuelto en la colada fluida a óxidos. Estos se separan luego con la escoria de refinado.

La solubilidad de nitrógeno en la fabricación en horno eléctrico bajo escoria, bajo una presión atmosférica, es muy reducida de acuerdo con la naturaleza. Así por ejemplo aclaran H. Berns y J. Lueg en "Aceros de herramientas de aleación con nitrógeno", Nueva Planta Metalúrgica 36 (1991) 1, Págs. 13-18, que en una colada de hierro puro a una temperatura de 1600ºC solo entra un 0,04% de nitrógeno. Como quiera que estos contenidos se reducen además más en el curso del tratamiento metalúrgico de caldereta, contienen los aceros fabricados de esta forma de acuerdo con la experiencia, solo contenidos de nitrógeno que se encuentran entre un 0,005 y un 0,025 de % de masa.

Tanto en cuanto se requieren requerimientos particulares en relación con su grado de limpieza y de sedimentos, se funden de nuevo los aceros en cuestión de modo complementario en un procedimiento de refundición de arco voltáico al vacío o eléctrico bajo escoria. Después de la fundición de la colada en bloques o en continuo, respectivamente después de la refundición complementaria se llevan los bloques o las barras de fundición continua, a través de una conformación en caliente, como forjado o laminado, a las diferentes dimensiones de suministro.

Por motivo de su contenido de carbono respectivamente de carburo diferente presentan los aceros al cromo ledeburítico en situación de temple y normalizado una resistencia al desgaste distinguiblemente elevada. Con ello están distribuidos los carburos, debido a los sedimentos inevitables con la colada de bloques o continua, en forma de líneas y de modo irregular en la estructura de la materia prima. Esto es incluso válido cuando los aceros hayan sido refundidos de nuevo después de la fundición en bloques o continua.

La distribución de los carburos por ejemplo lleva siempre a problemas, cuando de uno de los aceros al cromo conocidos se ha de fabricar un elemento de construcción, por ejemplo una herramienta, que ha de presentar una buena estabilidad de los bordes de corte. De la misma forma en la práctica se ha comprobado que existen problemas cuando se ha de generar zonas de las herramientas con un contorno fino, como por ejemplo los fileteados en mordazas de laminado de rosca. La estructura presente, según el caso, de los carburos, trae consigo con tales empleos el peligro de desportilladuras y desprendimientos, que en consecuencia reducen la duración en servicio de la herramienta del caso considerablemente.

Aparte de la posición de la técnica explicada, se conoce un acero generado de modo convencional de JP (A) 09078199, que contiene (en % de peso) un 0,7-1,5% de C, como máximo un 1,6% de Si, como máximo un 1,0% de Mn, un 6,0-13,0% de Cr, Mo y / o W en porcentajes, que cumplen con las condiciones (Mo + 1/2 W) = un 0,7-3,0%, un 0,15-1,5% de V, un 0,025-0,15% de N y como resto hierro y las impurezas inevitables. Con unos contenidos de C que se encuentran por encima de un 0,9%, puede presentar este acero adicionalmente un 0,15-1,5% de Nb. El acero de herramientas compuesto de esta forma debe tener una elevada resistencia al desgaste, en combinación con una gran dureza. Una elevada dureza del acero conocido puede lograrse por medio de un temple convencional.

Consiste la tarea de la invención en indicar un procedimiento para la fabricación de una materia prima de acero, que presente una resistencia mejorada al desgaste y un mantenimiento de la forma.

Esta tarea se soluciona por un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 para la fabricación de un acero con aleación de nitrógeno de una resistencia elevada al desgaste con la siguiente composición (en % de masa) :

\vskip1.000000\baselineskip

C:	0,8-2,5%
N:	0,03-0,75%
Si:	0,15-1,8%
Mn:	\leq 1,0%
P:	\leq 0,03%
S	\leq 0,05%
Cr:	5,0-11,5%
Mo:	0,5-6,0%
V:	\leq 4,0%
Nb:	\leq 4,0%
W:	\leq 3,5%
O_{2}:	\leq 0,005%

y como resto hierro y las impurezas usuales,

donde un factor de desgaste S_{v} correspondiente con las sumas de su contenido ponderado de Cr, Mo, V, Nb y W cumple con la siguiente condición:

0,55 < S_{v} < 3,42

con S_{v} = (A_{Cr}/9,33) + (A_{Mo}/17, 22) + (A_{v}/3,92) + (A_{Nb}/7, 15) + (A_{W}/14,14),

A_{Cr}: Contenido de Cr en % de masa,

A_{Mo}: Contenido de Mo en % de masa,

A_{v}: Contenido de V en % de masa,

A_{Nb}: Contenido de Nb en % de masa,

A_{W}: Contenido de W en % de masa,

y donde la relación de silicio - nitrógeno V_{SiN} cumple con la siguiente condición:

0,21 \leq V_{SiN} < 3,31

con V_{SiN} = A_{Si} + 2A_{N}

A_{Si}: Contenido de Si en % de masa,

A_{N}: Contenido de N en % de masa,

que abarca los siguientes pasos de trabajo:

-: la compactación por dispersión de la colada del acero bajo el empleo de nitrógeno como gas dispersor.

-: la conformación en caliente del acero después de la compactación por dispersión de la colada con unas temperatura de comienzo de hasta 1150ºC,

-: el enfriamiento del acero conformada en caliente,

-: el recalentamiento del acero enfriado a una temperatura de austenitización de 1075ºC hasta 1225ºC,

-: el enfriamiento en agua del acero recalentado y

-: la normalización del acero enfriado en agua a una temperatura de 150ºC-625ºC.

Un acero de aleación generado por compactación por dispersión de la colada de acuerdo con la invención se caracteriza, al contrario que los aceros fabricados de modo metalúrgico por colada, por un elevado contenido de carbono y un contenido de nitrógeno incrementado con al mismo tiempo un contenido elevado de elementos de formación de carburos particulares y de nitruros, por lo cual se logra una resistencia elevada al desgaste. Con ello están optimizadas las fases de dureza alcanzadas, que están presentes principalmente en forma de precipitaciones de carburo del tipo MC (con M = V, Nb, W) y M_{7}C_{3} (con M = Cr, Mo) así como en forma de precipitaciones de nitruros de carbono principalmente en la forma de fases M (C, N) (con (M = V, Nb, W) y M_{7} (C,N)_{3} (con M = Cr, Mo), por motivo de la adición de nitrógeno así como por el procedimiento de fabricación empleado en relación con su magnitud y están distribuidas de modo homogéneo en la microestructura. Esto lleva por una parte al hecho de que piezas de trabajo fabricadas del acero generado de acuerdo con la invención presentan una durabilidad incrementada incluso con una carga abrasiva. Por otra parte, el acero generado de acuerdo con la invención, por motivo de la homogeneidad de su estructura, a pesar de su elevado contenido de aleación y de fase de dureza, es bien conformable en caliente. Estas propiedades hacen que el acero generado de acuerdo con la invención sea particularmente adecuado para la fabricación de herramientas o de piezas de trabajo, que son sometidas a grandes requerimientos de desgaste, como se dan por ejemplo en general con la separación de materias primas o en la industria de la elaboración de materias artificiales, debido al contenido de los ingredientes de relleno de las materias artificiales modernas.

Se ha comprobado, que los aceros generados de acuerdo con la invención, fabricados por compactación por dispersión de la colada de aceros con aleación de nitrógeno, en comparación con aceros ledeburiticos del tipo tratado al principio, y referente al caso de empleo correspondiente, poseen una resistencia al desgaste más elevada y / o una dureza mejorada. Como resultado llevan las propiedades mejoradas del acero generado de acuerdo con la invención a un incremento de la duración en servicio de las herramientas o piezas de construcción fabricadas de estos aceros. Así, las herramientas de corte, que se han fabricado del acero generado de acuerdo con la invención, presentan una consistencia de corte y una estabilidad del filo cortante mejoradas. Aparte de esto poseen las piezas de construcción fabricadas de los aceros generados de acuerdo con la invención una resistencia mejorada a la formación de grietas. Por lo demás, el acero generado de acuerdo con la invención se puede templar a una dureza de hasta 68 HRC, por medio del empleo de un procedimiento de tratamiento térmico adecuado.

Las ventajas de un acero generado de acuerdo con la invención, como se ha mencionado, se alcanzan por sus partículas de aleación en combinación con un modo de fabricación particular, la compactación por dispersión de la colada, conocido de por sí. Con la compactación por dispersión de la colada de acero se pulveriza en un difusor de gas una colada de acero en un flujo de gas protector en gotas en forma de esferas. Por el gas se enfrían las gotas de metal rápidamente a una temperatura, que se encuentra entre líquido y sólido, a menudo hasta debajo de sólido. Las gotas enfriadas de esta forma, que se mueven con una elevada velocidad y poseen una consistencia sólida o pastosa se compactan por motivo de su propia energía cinética sobre un substrato a una densa unión íntima del material. Se puede influenciar directamente la conformación de la estructura del bloque pulverizado a través de la rápida solidificación de la fase fluida. En particular está descrita la compactación por dispersión de la colada en los artículos "fundición próxima a la forma neta a través de deposición de rociado de metal - el proceso Osprey", Otto H. Metelmann et al., Ingeniería de Hierro y Acero, Noviembre 1988, págs. 25-29, o en "El proceso Osprey: principios y aplicaciones". A.G. Leatham et al. El Diario Internacional de Metalurgia de Polvo, volumen 29, nº 4, págs. 321-329.

En particular, la compactación por dispersión de la colada ha resultado ser un procedimiento eficaz, para la introducción del mencionado contenido de nitrógeno en el acero llamado ledeburítico. Por lo contrario que con el procedimiento habitual aplicado con un coste intensivo, para la nitrogenación de aceros como el procedimiento eléctrico de refundición de presión bajo escoria, bajo unas presiones parciales de nitrógeno de hasta 42 bares o la nitrogenación metalúrgica con polvo de metal por medio de amoníaco, se caracteriza la compactación por dispersión de la colada tanto por su efectividad como también por su economía. Con el ensayo del procedimiento de acuerdo con la invención se logró ajustar contenidos de hasta un 0,85% de masa de nitrógeno por rociado con un gas de nitrógeno en el bloque solidificado. Aparte de esto existe con este modo de proceder la posibilidad de llevar a cabo una aleación previa antes de la dispersión con materia de cementación como nitrógeno de cromo o ferrocromo de nitruración con una cantidad de base en nitrógeno disuelto y continuar con la nitrogenación de gotitas de metal en el flujo de gas.

A diferencia con la fundición, la compactación por dispersión de la colada posibilita la fabricación de productos libres de poros y de sedimentos, que presentan una estructura homogénea y una alta densidad. Con ello se pueden lograr unas propiedades de producto similares con una flexibilidad mayor en relación con la forma y menos pasos en el procedimiento en comparación con la fabricación polvometalúrgica de productos análogos.

Aceros generados de acuerdo con la invención con propiedades particularmente sobresalientes presentan aparte de las demás partículas de la aleación un contenido de C de un 1,0-1,9% de masa, un contenido de N de un 0,05-0,5% de masa, un contenido de Si de un 0,15-1,5% de masa, un contenido de Cr de un 5,0-10,0% de masa, un contenido de Mo de un 0,5-5,5% de masa, un contenido de V de \leq un 3,5% de masa, un contenido de Nb de \leq un 3,5% de masa y un contenido de W de \leq un 3,0%. Aceros compuestos de esta forma poseen una resistencia particularmente elevada al desgaste.

Una parte de carbono de más de un 1% de masa y un contenido de nitrógeno de más de un 0,05% de masa es ventajoso, para lograr una dureza de más de 60 HRC. Al mismo tiempo por la presencia de carbono y de nitrógeno se influencia de modo ventajoso también la cantidad de fases de dureza obtenidas y con ello el comportamiento de desgaste.

En particular por la aleación con nitrógeno se muestra con la compactación por dispersión de la colada una acción homogeneizarte sobre la microestructura y una limitación de la magnitud de la fase de dureza. Esto tiene unos efectos positivos sobre las propiedades de dureza de aceros generados de acuerdo con la invención. Contenidos del elemento nitrógeno, que sobrepasan un valor de un 0,75% de masa, favorecen por lo contrario un empeoramiento del comportamiento de desgaste por motivo de un contenido de austenitización restante y una magnitud de fases de dureza fuertemente reducidas.

El silicio contenido de modo usual solo en cantidades reducidas por motivo de la desoxidación está previsto en un acero de acuerdo con la invención con un contenido de masa de un 0,1% hasta de preferencia un 1,5% de masa, ya que permanece disuelto en la matriz de base e incrementa la dureza secundaria. Adicionalmente se ha comprobado, que con un contenido incrementado de silicio se alcanza una reducción del contenido de austenitización restante originado por el incremento del contenido de nitrógeno. Esto reduce la resistencia al desgaste como partícula "blanda" de la estructura. De esta forma se complementan y se influencian de modo óptimo dentro de los límites indicados en el acero de acuerdo con la invención, los contenidos de nitrógeno y de silicio contenidos, en su acción sobre la dureza y sobre la resistencia al desgaste. La acción contraria del contenido de nitrógeno y de silicio sobre el contenido de austenitización restante se pueden ver en la figura 1, en la cual se han indicado los contenidos de austenitización restante, medidos por rayos X en aceros al cromo ledeburíticos del tipo de acuerdo con la invención en dependencia del contenido de silicio y de nitrógeno (tratamiento térmico: 1075ºC / 15 min. en baño caliente y 560ºC / 1 h al
aire).

Se ha comprobado que la presencia de wolframio para alcanzar una dureza en un acero generado de acuerdo con la invención no es necesaria obligatoriamente, ya que los formadores de carburos particulares contenidos como mínimo son suficientes para la formación de las fases de dureza necesarias. Para evitar unos gastos de fabricación incrementados por tanto se puede renunciar a la adición de wolframio en los aceros realizados de acuerdo con la invención.

En un acero compuesto de acuerdo con la invención no hay cobalto, ya que este elemento puede tener efectos negativos sobre la dureza y llevaría a un incremento de los costes de la materia prima.

El contenido de cromo está reducido a unos valores de \leq un 11,5% de masa y de preferencia se encuentra en la zona de un contenido más bajo indicado, para influenciar también de modo positivo en la dureza del acero generado de acuerdo con la invención.

De acuerdo con el caso de empleo puede además ser ventajoso, cuando el acero generado de acuerdo con la invención contiene otros elementos de endurecimiento de precipitado como hasta un 0,75% de masa de nitrógeno, hasta un 0,05% de masa de boro, hasta un 0,5% de masa de titanio, hasta un 0,5% de masa de circonio y / o hasta un 0,25% de masa de aluminio. Por estas partículas de aleación adicionales se puede incrementar más la dureza y con ello la resistencia al desgaste de un acero generado de acuerdo con la invención.

Se ha comprobado que un acero generado de acuerdo con la invención presenta una resistencia al desgaste optimizada cuando el factor de desgaste S_{v} correspondiente con la suma ponderada de los elementos de formación de carburos Cr, Mo, V, Nb y W se encuentra entre 0,55 y 3, 42.

Al mismo tiempo se ha de ajustar una relación de silicio - nitrógeno V_{SiN} optimizada, para influenciar la acción del elemento nitrógeno de estabilización de austenitización por la acción de estabilización de la ferrita del elemento silicio y optimizar más la resistencia al desgaste con aceros de acuerdo con la invención. Se ha mostrado que con el cumplimiento del alcance previsto de 0,21 hasta 3,31, de acuerdo con la invención, para la relación de nitrógeno - silicio para la resistencia se pueden reducir las partículas restantes de austenita dañinas al desgaste, a valores de \leq un 25%, después de un solo proceso de normalizado.

De acuerdo con otra forma ventajosa de la invención contiene el acero de aleación con nitrógeno generado de acuerdo con la invención materias de endurecimiento adicionales, como carburo de titanio (TiC), carburo de silicio (SiC), carburo de niobio (NbC), carburo de cromo (CrC), nitruro de titanio (TiN), carburo de wolframio (WC), en su matriz, que en el curso de la compactación por dispersión de la colada se han inyectado como partículas sólidas en el chorro pulverizador. Esta medida favorece otro incremento de la resistencia al desgaste, donde se mantienen las buenas propiedades de dureza de la matriz de aleación de nitrógeno.

De preferencia, tiene lugar el normalizado a temperaturas entre 150ºC y 300ºC o entre 500ºC y 625ºC. Por lo contrario a los aceros de nitrogenación bajo presión, con la realización del proceso de acuerdo con la invención, por motivo del ajuste óptimo de la relación de silicio - nitrógeno no es necesario un enfriamiento profundo para la transformación de la austenita restante. Al cumplir con los parámetros del procedimiento de acuerdo con la invención, se puede lograr una dureza de hasta 68 HRC, incluso cuando con arreglo a la continuación de la elaboración sean necesarios pasos de conformación complementarios. La conformación en caliente puede tener lugar durante el forjado o durante el laminado.

Finalmente se puede emplear un acero generado de acuerdo con la invención particularmente bien para la generación de una materia prima de unión íntima, que presenta al menos una primera capa generada por un primer acero y al menos una segunda capa formada por un acero de compactación por dispersión de la colada de acuerdo con la invención, donde el acero de la primera capa presenta otra composición que el acero de compactación por dispersión de la colada. Con tal materia prima de unión íntima se pueden combinar entre sí de modo óptimo las propiedades diferentes de las capas individuales. De esta forma puede formar el acero de acuerdo con la invención una capa de cubrición resistente al desgaste por ejemplo sobre una primera capa resistente a la resiliencia.

A continuación se aclara en mayor detalle la invención por medio de ejemplos de realización.

En el cuadro 1 se han indicado las composiciones químicas de siete aceros A-G en % de masa. Además para cada uno de los aceros se ha indicado el factor de desgaste S_{v}, la relación de silicio - nitrógeno V_{SiN} y la abrasión averiguada en un ensayo de desgaste en gramos.

Con los aceros A-D se indican los aceros generados de acuerdo con la invención, mientras que los aceros E-G se han aportado para la comparación.

Para la fabricación de aceros de compactación por dispersión de la colada, de aleación de nitrógeno, se ha fabricado una colada de escoria y / o de metales puros, si es el caso, bajo la adición de las partículas de aleación necesarias. A continuación se ha pulverizado la colada en forma de gotitas en forma de esferas en un flujo de gas protector que contiene nitrógeno.

En el curso de la pulverización en el flujo de gas que contiene nitrógeno, siguió una nitrogenación y un enfriamiento rápido de las gotitas de metal a una temperatura entre líquido y sólido, de modo que las gotitas después del enfriamiento en el flujo de gas presentaron una consistencia sólida a pastosa. Con ello estaban formadas de tal forma, que las gotitas que se mueven con una elevada velocidad de 40 a 80 m/s, dirigidas sobre una placa de base, sobre la cual se compactan las gotitas por motivo de su propia energía cinética a una unión íntima de material denso. El bloque generado de esta forma por compactación por dispersión de la colada presentó por motivo de la solidificación rápida de las gotitas de metal que tiene lugar en el flujo de gas de la fase fluida y por motivo del contenido de nitrógeno incorporado, una distribución igualada de las fases de dureza y las magnitudes de carburo respectivamente de nitruro de carbono, que en comparación con los aceros generados por metalurgia de colada son claramente
reducidas.

Las figuras 2 y 3 muestran en su caso la imagen esmerilada del caso de un acero de aleación con nitrógeno, generado del modo indicado en la reivindicación, por compactado por dispersión de la colada, en situación recocida, donde en la figura 2 se ha representado la microestructura del caso con una amplificación de 100:1 y en la figura 3 con una amplificación de 500:1.

Las figuras 4 y 5 muestran para la comparación una representación correspondiente de la microestructura del mismo acero sin adición de nitrógeno, cuando este se ha generado de un modo convencional, por metalurgia de colada.

La homogeneidad elevada de la estructura visible sin más en las figuras 2 y 3 posibilita la conformación sin problemas del bloque compactado por dispersión de la colada, por medio de forjado o de laminado. A la conformación indicada puede seguir un recocido de bloque respectivamente de difusión.

La conformabilidad mejorada de los aceros generados de acuerdo con la invención posibilita llevar a cabo la formación en caliente con temperaturas más bajas en comparación con el modo de proceder usual. La dureza necesaria del caso de los elementos de construcción o herramientas fabricadas de los aceros de acuerdo con la invención se puede ajustar después de la formación por un endurecido por medio de una temperatura de austenitización entre 1075ºC y 1225ºC, con un normalizado subsiguiente entre 150ºC y 625ºC, donde se pueden alcanzar durezas de hasta 68
HRC.

Aceros de acuerdo con la invención presentan un comportamiento equilibrado entre los elementos de formación de carburos respectivamente nitruros de carbono, que está caracterizado por el factor de desgaste S_{v} determinado del modo aclarado y que se encuentra entre unos valores de 0,55 y 3,42. Esta relación equilibrada de los formadores de carburos / nitruros de carbono lleva a una resistencia al desgaste considerada de los aceros generados de acuerdo con la invención, que se confirmó en los ensayos de desgaste (figura 6).

En estos ensayos se comprobó el comportamiento de desgaste de los aceros A-G con una fricción rodante con una labor de 8,0 Nm x 10^{-6}, donde el rodillo contrario del caso fue fabricado de acero de labor rápido con número de materia prima 1.3207 de acuerdo con la relación de hierro y acero y presentaba una dureza de 67 HRC.

Para la comprobación de la resistencia al desgaste y del mantenimiento de la forma de un acero generado de acuerdo con la invención, en la práctica se fabrica, en un primer ensayo por compactación por dispersión de la colada de un bloque en bruto con un diámetro de 400 mm del acero C de aleación con nitrógeno, cuya composición está indicada en el cuadro 1. Con una máquina de forjado longitudinal se conformó este bloque en un forjado de dos calores a un diámetro de 115 mm, donde la temperatura de comienzo del forjado se encontraba alrededor de 980ºC y la temperatura final de forjado alrededor de 969ºC.

En el bloque forjado a continuación se llevó a cabo un recocido de ablandamiento. Del material ablandado por recocido se fabricaron entonces mordazas de laminado de rosca, cuyas dimensiones eran de 85 mm x 50 mm x 24 mm y 95 mm x 50 mm x 24 mm. Estas herramientas a continuación se llevaron por tratamiento térmico a una dureza de 62 HRC.

Con las mordazas de laminado de rosca se fabricaron tornillos de un acero inoxidable con el número de materia prima 1.4401 de acuerdo con la lista de hierro y acero. Los resultados de trabajo y la situación de desgaste de las herramientas fabricadas del acero generado de acuerdo con la invención se compararon con los resultados de trabajo y la situación de desgaste de las mordazas de laminado de rosca, que se fabricaron de un acero generado por metalurgia de colada de una composición idéntica, sin embargo sin adición de nitrógeno. Se mostró que la duración en servicio de las mordazas de laminado de rosca fabricadas del acero de acuerdo con la invención, era el doble de la duración en servicio de las mordazas de laminado de rosca que se fabricaron de un acero generado de modo usual con una composición idéntica. De esta forma se pudieron fabricar con las herramientas fabricadas con acero de acuerdo con la invención 140.000 tornillos, mientras que las herramientas fabricadas con acero generado de modo usual estaban desgastadas después de la fabricación de 70.000 tornillos. Se ha de indicar en particular en este contexto la estabilidad de forma excelente de las herramientas fabricadas con el acero generado de acuerdo con la invención en la zona de las puntas de rosca.

En una segunda investigación se conformó por forjado, con recocido de ablandamiento, el acero con aleación de nitrógeno, fabricado por compactación por dispersión de la colada C del cuadro 1 a una dimensión de 160 mm x 160 mm. Del acero forjado se fabricaron herramientas de corte para unos eslabones de un acero de microaleación, que se troquelaron de chapas con un espesor de 4 mm.

Los resultados de trabajo y el comportamiento de desgaste de las herramientas de corte fabricadas del acero generado de acuerdo con la invención de nuevo se compararon con una herramienta de corte, que se fabricó de un acero generado por metalurgia de colada de la misma composición, sin embargo sin nitrógeno. Se mostró también en este caso, que la herramienta fabricada del acero generado de acuerdo con la invención presentó una duración en servicio claramente mejorada comparada con la herramienta de comparación. De esta forma la herramienta de corte fabricada del acero generado de acuerdo con la invención después de la fabricación de 290.000 eslabones de cadena estaba aún dispuesta para su uso, mientras que la herramienta de comparación estaba desgastada después del troquelado de 200.000 eslabones de cadena. Se ha de destacar en este contexto la estabilidad de las muy buenas aristas cortantes presentes, incluso después de la fabricación de 290.000 eslabones, en la herramienta de corte fabricada del acero generado de acuerdo con la invención.

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(Tabla pasa a página siguiente)

4

Claims

1. Procedimiento para la fabricación de un acero de aleación con nitrógeno con una resistencia al desgaste elevada con la siguiente composición (en masa - %):

C: 0,8-2,5% N: 0,03-0,75% Si: 0,15-1,8% Mn: \leq 1,0% P: \leq 0,03% S \leq 0,05% Cr: 5,0-11,5% Mo: 0,5–6,0% V: \leq 4,0% Nb: \leq 4,0% W: \leq 3,5% O_{2}: \leq 0,005%

con hasta un 0,05% de B, hasta un 0,5% de Ti, hasta un 0,5% de Zr, hasta un 0,25% de Al como partículas de aleación facultativas y como resto hierro y las impurezas usuales,

donde un factor de desgaste S_{v} correspondiente de las sumas de su contenido ponderado de Cr, Mo, V, Nb y W, cumple con las siguientes condiciones:

0,55 < S_{v} < 3,42

con S_{v} = (A_{Cr} / 9,33) + (A_{Mo} / 17,22) + (A_{v} / 3,92) + (A_{Nb} / 7,15) + (A_{w} / 14,14),

A_{Cr}: el contenido de Cr en % de masa,

A_{Mo}: el contenido de Mo en % de masa,

A_{v}: el contenido de V en % de masa,

A_{Nb}: el contenido de Nb en % de masa,

A_{W}: el contenido de W en % de masa,

y donde la relación de silicio - nitrógeno V_{SiN} cumple con las siguientes condiciones:

0,21 \leq V_{SiN} < 3,31

con V_{SiN} = A_{Si} + 2A_{N}

A_{Si}: el contenido de Si en % de masa,

A_{N}: el contenido de N en % de masa,

que abarca los siguientes pasos de trabajo:

-: la compactación por dispersión de la colada del acero con el empleo de nitrógeno como gas dispersor.

-: el enfriamiento del acero conformado en caliente,

-: el enfriamiento en agua del acero recalentado y

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la normalización tiene lugar a temperaturas entre 150ºC y 300ºC.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la normalización tiene lugar a temperaturas entre 500ºC y 625ºC.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que el acero presenta un contenido de C de un 1,0-1,9 de % de masa, un contenido de N de un 0,05-0,5% de masa, un contenido de Si de un 0,15-1,5% de masa, un contenido de Cr de un 5,0-10,0% de masa, un contenido de Mo de un 0,5-5,5% de masa, un contenido de V de \leq un 3,5% de masa, un contenido de Nb de \leq un 3,5% de masa y un contenido de W de \leq un 3,0%.

5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que el acero contiene hasta un 0,05% de masa de boro.

6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que el acero contiene hasta un 0,5% de masa de titanio.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que el acero contiene hasta un 0,5% de masa de circonio.

8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que el acero contiene hasta un 0,25% de masa de aluminio.

9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que el acero contiene adicionalmente en su matriz materias de dureza como carburo de titanio, carburo de silicio, carburo de niobio, carburo de cromo, nitruro de titanio, carburo de wolframio, que en el curso de la compactación por dispersión de la colada se inyectaron como partículas sólidas en el chorro de pulverización.