ES2233308T3 - Acero ferritico con 14% de cromo, como por niobio, y su utilizacion en el sector del automovil. - Google Patents

Acero ferritico con 14% de cromo, como por niobio, y su utilizacion en el sector del automovil.

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ES2233308T3 ES00402447T ES00402447T ES2233308T3 ES 2233308 T3 ES2233308 T3 ES 2233308T3 ES 00402447 T ES00402447 T ES 00402447T ES 00402447 T ES00402447 T ES 00402447T ES 2233308 T3 ES2233308 T3 ES 2233308T3
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Abstract

Procedimiento de producción de una banda de chapa de acero ferrítico denominado ¿con 14% de cromo" estabilizado por niobio, en el que el acero con la composición ponderal siguiente: carbono <_ 0, 02% 0, 002% :5 nitrógeno <_ 0, 02% 0, 05% <_ silicio <_ 1% 0% < manganeso <_ 1% 0, 2% < niobio < 0, 6% 13, 5% :5 cromo <_ 16, 5% 0, 02% < molibdeno <_ 1, 5% 0% < cobre <_ 1, 5% 0% < níquel < 0, 2% 0% < fósforo < 0, 020% 0% < azufre <_ 0, 003% 0, 005% < estaño <_ 0, 04% eventualmente titanio <_ 0, 01%, zirconio <_ 0, 01%, aluminio <_ 0, 1%, las impurezas inherentes a la elaboración, y el resto hierro, satisfaciendo los contenidos de niobio, carbono y nitrógeno la relación: 9, 5 <_ Nb/(C+N) es sometido a: - un recalentamiento antes de la laminación en caliente a una temperatura comprendida entre 1.150ºC y 1.250ºC y con preferencia de aproximadamente 1.175ºC, - un bobinado a una temperatura comprendida entre 600ºC y 800ºC y con preferencia de aproximadamente 600ºC, - una laminación en frío de la bobina con o sin recocido previo, - un recocido final de la banda de chapa a una temperatura comprendida entre 800ºC y 1.100ºC durante un período de tiempo comprendido entre 1 min y 5 min, y con preferencia a una temperatura de aproximadamente 1.050ºC durante un período de tiempo de aproximadamente 2 min.

Description

Acero ferrítico con 14% de cromo, estabilizado por niobio, y su utilización en el sector del automóvil.
El invento se refiere a un acero ferrítico denominado "con 14% de cromo", estabilizado por niobio, y a su utilización en el sector del automóvil.
Los aceros utilizados para piezas situadas corriente arriba de un tubo de escape de un vehículo automóvil, en la parte caliente del tubo, deben presentar al mismo tiempo una buena resistencia a la oxidación y una buena resistencia a la plastodeformación. Para la fabricación del colector, es igualmente necesaria una buena característica de conformación. Los aceros utilizados para estas partes calientes son, con frecuencia, o bien aceros austeníticos relativamente caros y con una pequeña resistencia a la oxidación, pero que presentan buenas características de conformación, o bien aceros ferríticos biestabilizados. Los aceros ferríticos biestabilizados presentan una buena resistencia a la oxidación pero son relativamente difíciles de conformar.
La finalidad del invento es la de proponer un acero ferrítico, económico, que presente una muy buena resistencia en caliente tanto a la plastodeformación como a la oxidación, a unas temperaturas hasta de 1.000ºC, y una característica de dureza mejorada para su conformación.
El documento de solicitud de patente europea EP-A-0.225.263 describe un acero ferrítico que tiene una buena resistencia a la oxidación y a la plastodeformación a alta temperatura, especialmente con una adición combinada de Nb + Al + Zr, después de unas laminaciones en caliente y en frío, seguidas por un breve recocido final a 1.000ºC. Una adición de 0,025 - 0,10% de P es considerada en el documento EP-A-0.678.587 como favorable para la conformabilidad.
El invento tiene como objeto un procedimiento de producción de una banda de chapa de acero ferrítico denominado "con 14% de cromo", estabilizado por niobio, en el que el acero con la composición ponderal siguiente:
carbono \leq 0,02%
0,002% \leq nitrógeno \leq 0,02%
0,05% \leq silicio \leq 1%
0% < manganeso \leq 1%
0,2% \leq niobio \leq 0,6%
13,5% \leq cromo \leq 16,5%
0,02% \leq molibdeno \leq 1,5%
0% < cobre \leq 1,5%
0% < níquel \leq 0,2%
0% < fósforo \leq 0,020%
0% < azufre \leq 0,003%
0,005% < estaño \leq 0,04%
eventualmente titanio \leq 0,01%, zirconio \leq 0,01%, aluminio \leq 0,1%,
las impurezas inherentes a la elaboración, y el resto hierro, satisfaciendo los contenidos de niobio, carbono y nitrógeno la relación:
9,5 \leq Nb/(C+N).
es sometido a:
-
un recalentamiento antes de la laminación en caliente a una temperatura comprendida entre 1.150ºC y 1.250ºC y con preferencia de aproximadamente 1.175ºC,
-
un bobinado a una temperatura comprendida entre 600ºC y 800ºC y con preferencia de aproximadamente 600ºC,
-
una laminación en frío de la bobina con o sin recocido previo,
-
un recocido final de la banda de chapa a una temperatura comprendida entre 800ºC y 1.100ºC durante un período de tiempo comprendido entre 1 min y 5 min, y con preferencia a una temperatura de aproximadamente 1.050ºC durante un período de tiempo de aproximadamente 2 min.
Las otras características del invento son:
-
después de un recocido final o previo a la utilización, la chapa es sometida a un tratamiento térmico a una temperatura comprendida entre 800 y 1.000ºC durante un período de tiempo comprendido entre 1 min y 100 h, y con preferencia a una temperatura de aproximadamente 850ºC durante un período de tiempo igual o menor que 30 min.
El invento concierne igualmente a una chapa de acero ferrítico denominado "con 14% de cromo", estabilizado por niobio, que se ha obtenido mediante la puesta en práctica del procedimiento, que presenta la composición ponderal siguiente:
carbono \leq 0,02%
0,002% \leq nitrógeno \leq 0,02%
0,05% \leq silicio \leq 1%
0% < manganeso \leq 1%
0,2% \leq niobio \leq 0,6%
13,5% \leq cromo \leq 16,5%
0,02% \leq molibdeno \leq 1,5%
0% < cobre \leq 1,5%
0% < níquel \leq 0,2%
0% < fósforo \leq 0,020%
0% < azufre \leq 0,003%
0,005% < estaño \leq 0,04%
eventualmente titanio \leq 0,01%, zirconio \leq 0,01%, aluminio \leq 0,1%,
las impurezas inherentes a la elaboración, y el resto hierro, satisfaciendo los contenidos de niobio, carbono y nitrógeno la relación:
9,5 \leq Nb/(C+N).
Las otras características del invento son:
-
el contenido de Nb satisface la relación
0,1 \leq \DeltaNb \leq 0,5, con \DeltaNb = Nb-7(C+N), y con preferencia 0,2 \leq \DeltaNb \leq 0,3
-
los contenidos de niobio, silicio y molibdeno satisfacen la relación:
\DeltaNb/(Si+Mo) \leq 0,9
-
los contenidos ponderales de niobio y estaño satisfacen la relación:
\DeltaNb/Sn \leq 50
-
los contenidos de manganeso y de silicio satisfacen la relación:
Si/Mn \geq 1.
Los contenidos de niobio, titanio, zirconio y aluminio satisfacen la relación:
N/(Ti+Zr+Al) \geq 0,16
-
el acero comprende, después de un tratamiento térmico, al nivel de las uniones de los granos, un compuesto intermetálico de malla cuadrática del tipo Fe2Nb3.
El invento concierne igualmente a una utilización de la chapa de acero ferrítico en el sector del automóvil y particularmente para la producción de un colector de tubo de escape.
La descripción que sigue y las figuras anejas harán comprender perfectamente el invento:
Las figuras 1A y 1B presentan respectivamente una microestructura de un acero según el invento, al que se da la referencia 1 en las tablas I y II, y una microestructura de un acero de comparación, al que se da la referencia 6 en las tablas I y II, comprendiendo cada uno de los dos aceros, después de un tratamiento térmico, un mismo valor de \DeltaNb de aproximadamente 0,25%.
La figura 2 presenta una microestructura de un acero de comparación al que se da la referencia 9 en las tablas I y II, con un valor de \DeltaNb relativamente elevado de aproximadamente 0,43%, que después de un tratamiento térmico presenta unos precipitados intergranulares del tipo Fe2Nb, repartidos de una manera desordenada.
La figura 3 presenta las características mecánicas de dureza para un acero según el invento, al que se da la referencia 1 en las tablas I y II, y de dos aceros de comparación, a los que se dan las referencias 6 y 9 en las tablas I y II, antes y después de un tratamiento térmico de formación de precipitados, respectivamente del tipo Fe2Nb3 ó Fe2Nb.
Los aceros ferríticos que contienen los elementos tales como titanio, zirconio, aluminio y manganeso, como se especifica en las composiciones de los aceros con las referencias 5-9 de las tablas I y II, presentan a todas las temperaturas, como fase intermetálica, la fase de Laves Fe2Nb. Para un valor de \DeltaNb \leq 0,3%, la fase de Laves Fe2Nb es completamente llevada a disolución a unas temperaturas iguales o mayores que 950ºC, tal como lo muestra la figura 1B. Esto explica el mal comportamiento de estos aceros en la resistencia a la plastodeformación a o más allá de 950ºC.
Los elementos, tales como titanio, zirconio o aluminio, aunque se deben evitar en la composición del acero de acuerdo con el invento, pueden no obstante estar presentes en la composición en unos contenidos tales como:
titanio \leq 0,01%
zirconio \leq 0,01%
aluminio \leq 0,1%
y satisfacer con preferencia la relación:
N/(Ti+Zr+Al) \geq 0,16%.
En los aceros que conciernen al invento, en los que están presentes los elementos: molibdeno comprendido entre 0,02% y 1%, silicio comprendido entre 0,05% y 1%, estaño comprendido entre 0,005% y 0,04%, y en los que se satisfacen las relaciones \DeltaNb/(Si+Mo) \leq 0,9, Si/Mn \geq 1, \DeltaNb/Sn \leq 50 y N/(Ti+Zr+Al) \geq 0,16, encontramos la fase de Laves Fe2Nb solamente a una baja temperatura, es decir hacia aproximadamente 650ºC. Para unas temperaturas más elevadas, es decir iguales o por encima de 700ºC, la fase cuadrática del tipo Fe2Nb3 es la única fase intermetálica observada. Esta fase presenta una solubilidad menos importante que la fase de Laves Fe2Nb. Para un pequeño valor de \DeltaNb de 0,23%, incluso a 950ºC, queda presente una importante cantidad de Fe2Nb3, como se puede observar en la microestructura de la figura 1A. La presencia de la fase Fe2Nb3 a alta temperatura, en una cantidad importarte, tiene la ventaja de generar una muy buena resistencia a la plastodeformación y a la conformación de los aceros de acuerdo con el invento.
La fase de Laves Fe2Nb es un compuesto intermetálico, que, cuando existe en un acero, precipita de forma intragranular y en las uniones de granos de una manera anárquica y no impide de una manera suficiente el desplazamiento de las uniones de granos, y por lo tanto el material fluye. Una cantidad importante de este precipitado intermetálico es necesaria para mejorar la resistencia a la plastodeformación.
La precipitación de la fase Fe2Nb3 en las uniones de granos asegura una disminución de la dureza del acero con relación a un acero en el que todos los precipitados intermetálicos han sido llevados a disolución o han precipitado de forma intragranular (figura 3).
Si no se respeta la relación Si/Mn mayor que 1, es igualmente el compuesto intermetálico Fe2Nb3 el que aparece. No obstante, el manganeso aumenta la solubilidad del compuesto intermetálico Fe2Nb3 y la formación, a una alta temperatura, de una fase Z del tipo CrNbN en los granos. A 950ºC, el compuesto intermetálico Fe2Nb3 es así disuelto. El acero presenta una mala resistencia a la plastodeformación y a la oxidación. El silicio compensa este efecto.
Para asegurar una buena conformación y una buena resistencia a la plastodeformación, lo que se manifiesta por una elevada cantidad de los precipitados intermetálicos en las uniones de granos, se ha efectuado un tratamiento térmico a una temperatura del orden de 900ºC, con preferencia del orden de 850ºC, durante un período de tiempo relativamente corto, menor o igual que 30 min, después de un recocido final, o previamente a la utilización. El tratamiento térmico permite una precipitación homogénea muy fina a los niveles de las uniones de granos de la fase Fe2Nb3. Estos precipitados sirven como centro de nucleación. Ellos permiten una precipitación muy homogénea, en las uniones de granos, de la fase Fe2Nb3 a cualquier temperatura mayor o igual que 750ºC, lo que es favorable para una buena resistencia a la plastodeformación.
Para mejorar la resistencia a la corrosión, se puede efectuar una adición de cobre en un contenido moderado, menor o igual que 1,5%.
La tabla I presenta los análisis químicos de los tipos estudiados. Los tipos 1 a 4 son tipos de acuerdo con el invento. Los tipos 5 a 9 son ejemplos de comparación.
La tabla II presenta los resultados de una plastodeformación a 950ºC después de 100 h, de la oxidación cíclica a 950ºC y 1.000ºC después de 200 h, la dureza después de un recocido final y después de un tratamiento térmico a 850ºC de acuerdo con el invento, así como el valor de \DeltaNb, el tipo de compuesto intermetálico presente a T > 700ºC y la presencia o ausencia de los compuestos intermetálicos a 950ºC. Esta tabla presenta igualmente las relaciones satisfechas o no por los elementos de las composiciones presentadas.
Las composiciones que satisfacen todas las relaciones y que presentan de esta manera las mejores características en cuanto a plastodeformación, oxidación y dureza antes y después del tratamiento térmico, con el valor más pequeño de \DeltaNb, son los tipos 1-4 de acuerdo con el invento.
TABLA I 
\vskip1.000000\baselineskip
1
2

Claims (10)

1. Procedimiento de producción de una banda de chapa de acero ferrítico denominado "con 14% de cromo" estabilizado por niobio, en el que el acero con la composición ponderal siguiente:
carbono \leq 0,02%
0,002% \leq nitrógeno \leq 0,02%
0,05% \leq silicio \leq 1%
0% < manganeso \leq 1%
0,2% \leq niobio \leq 0,6%
13,5% \leq cromo \leq 16,5%
0,02% \leq molibdeno \leq 1,5%
0% < cobre \leq 1,5%
0% < níquel \leq 0,2%
0% < fósforo \leq 0,020%
0% < azufre \leq 0,003%
0,005% < estaño \leq 0,04%
eventualmente titanio \leq 0,01%, zirconio \leq 0,01%, aluminio \leq 0,1%,
las impurezas inherentes a la elaboración, y el resto hierro, satisfaciendo los contenidos de niobio, carbono y nitrógeno la relación:
9,5 \leq Nb/(C+N)
es sometido a:
-
un recalentamiento antes de la laminación en caliente a una temperatura comprendida entre 1.150ºC y 1.250ºC y con preferencia de aproximadamente 1.175ºC,
-
un bobinado a una temperatura comprendida entre 600ºC y 800ºC y con preferencia de aproximadamente 600ºC,
-
una laminación en frío de la bobina con o sin recocido previo,
-
un recocido final de la banda de chapa a una temperatura comprendida entre 800ºC y 1.100ºC durante un período de tiempo comprendido entre 1 min y 5 min, y con preferencia a una temperatura de aproximadamente 1.050ºC durante un período de tiempo de aproximadamente 2 min.
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque después del recocido final, o previamente a la utilización, la chapa es sometida a un tratamiento térmico a una temperatura comprendida entre 800ºC y 1.000ºC durante un período de tiempo comprendido entre 1 min y 100 h, y con preferencia a una temperatura de aproximadamente 850ºC durante un período de tiempo igual o menor que 30 min.
3. Chapa de acero ferrítico denominado "con 14% de cromo", estabilizado por niobio, que se ha obtenido por la puesta en práctica del procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 y 2, y que presenta la composición ponderal siguiente:
carbono \leq 0,02%
0,002% \leq nitrógeno \leq 0,02%
0,05% \leq silicio \leq 1%
0% < manganeso \leq 1%
0,2% \leq niobio \leq 0,6%
13,5% \leq cromo \leq 16,5%
0,02% \leq molibdeno \leq 1,5%
0% < cobre \leq 1,5%
0% < níquel \leq 0,2%
0% < fósforo \leq 0,020%
0% < azufre \leq 0,003%
0,005% < estaño \leq 0,04%
eventualmente titanio \leq 0,01%, zirconio \leq 0,01%, aluminio \leq 0,1%,
las impurezas inherentes a la elaboración, y el resto hierro, satisfaciendo los contenidos de niobio, carbono y nitrógeno la relación: 9,5 \leq Nb/(C+N).
4. Chapa de acero ferrítico de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque el contenido de Nb satisface la relación 0,1 \leq \DeltaNb \leq 0,5 con \DeltaNb = Nb-7(C+N) y con preferencia 0,2 \leq \DeltaNb \leq 0,3.
5. Chapa de acero ferrítico de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 y 4, caracterizada porque los contenidos de niobio, silicio y molibdeno satisfacen la relación:
\DeltaNb/(Si+Mo) < 0,9.
6. Chapa de acero de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizada porque los contenidos ponderales de niobio y estaño satisfacen la relación: \DeltaNb/Sn \geq 50.
7. Chapa de acero de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 a 6, caracterizada porque los contenidos ponderales de silicio y manganeso satisfacen la relación:
Si/Mn \geq 1.
8. Chapa de acero ferrítico de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 a 7, caracterizada porque los contenidos de niobio, titanio, zirconio y aluminio satisfacen la relación:
N/(Ti+Zr+Al) \geq 0,16.
9. Chapa de acero ferrítico de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 a 8, caracterizada porque el acero comprende, después de un tratamiento térmico, al nivel de las uniones de granos, un compuesto intermetálico de malla cuadrática del tipo Fe2Nb3.
10. Utilización de la chapa de acero ferrítico de acuerdo con las reivindicaciones 3 a 9, que se ha obtenido por el procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2, en el sector del automóvil, y en particular para la producción de un colector de tubo de escape.
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