ES2241672T3 - Uso de un acero inoxidable martensitico erndurecido por precipitacion. - Google Patents

Abstract

Un absorbente de choques que tiene una elevada resistencia a la corrosión, una elevada resistencia y tenacidad, caracterizado porque el absorbente de choques se obtiene a partir de un acero inoxidable maraging que tiene una microestructura que incluye partículas intermetálicas precipitadas en una matriz de martensita, comprendiendo dicho acero en % en peso: Carbono máx. 0, 1 Nitrógeno máx. 0, 1 Cobre 0, 5-4 Cromo 10-14 Molibdeno 0, 5-6 Níquel 7-11 Cobalto 0-9 Tántalo máx. 0, 1 Niobio máx. 0, 1 Vanadio máx. 0, 1 Wolframio máx. 0, 1 Aluminio 0, 05-0, 6 Titanio 0, 4-1, 4 Silicio máx. 0, 7 Manganeso 1, 0 Hierro resto (además de impurezas inevitables, en total máx. 0, 5%) incluyendo la microestructura de dicho acero partículas cuasicristalinas en una matriz de martensita.

Description

Uso de un acero inoxidable martensítico endurecible por precipitación.

Campo de la invención

La presente invención se refiere al uso de un acero inoxidable martensítico endurecible por precipitación, en lo sucesivo denominado acero inoxidable maraging, y al producto del mismo. Más particularmente, la presente invención se refiere a un acero maraging para ciertas aplicaciones, tales como en la industria de vehículos (por ejemplo, coches, camiones, motocicletas), en las que se han obtenido varios beneficios con respecto a las propiedades del producto y a los procedimientos de fabricación.

Antecedentes

Normalmente, los tubos de acero al carbón se usan para absorbentes de choques en los coches. Estos tubos se endurecen y son tratados en su superficie de muchas maneras diferentes, dependiendo del tipo de producto. El procedimiento de fabricación implica muchas etapas y operaciones de templado, que podrían provocar rechazos puesto que las exigencias con respecto a las tolerancias dimensionales de tales tubos son muy elevadas.

Se ha de señalar que la combinación de la transformación de la martensita y del endurecimiento por precipitación por sí mismo es conocido a partir del documento Metall. Mater. Trans. A., 25A, 2225-2233, 1994. Este documento describe la precipitación en la estructura martensítica en los compuestos intermetálicos de estructura cuasicristalina basados en hierro, molibdeno, cromo y silicio. La martensita en dicha aleación se puede formar tanto mediante deformación, como se describe en el documento anterior, como isotérmicamente, como se describe en Scripta Metallurgica et Materialia, 1995, Vol. 33, No. 9, p. 1367-1373. Se encontró que este nuevo tipo de aleaciones de acero muestran una combinación de fortaleza, resistencia a la corrosión y ductilidad superiores. De hecho, se logró una resistencia a la tracción en el intervalo 2500-3000 MPa para productos de alambre en el estado de trabajado en frío y envejecido, lo que hace a tal material muy adecuado para instrumentos médicos y dentales. Sin embargo, este documento no describe un método de fabricación que permita formar productos de acero con una forma deseada mediante deformación a la vez que se logre una situación óptima entre la ductilidad, fortaleza, conformabilidad y resistencia a la corrosión y homogeneidad de la distribución de la martensita.

Sumario de la invención

La aleación de acero tratada según la presente invención se puede procesar en la forma de un alambre, tubo, barra y tira, para uso posterior en diversos componentes de vehículos y de automoción. Es un objeto de la invención proporcionar un método muy eficaz para la fabricación de productos de acero fácilmente formables, con una distribución homogénea de martensita y precipitados, haciéndolos adecuados para uso en componentes en la industria de automoción y en los vehículos.

Mediante el uso del acero inoxidable maraging según la presente invención, como se define en las reivindicaciones 1 y 2, el procedimiento de fabricación para obtener el producto final puede ser mucho más corto. El endurecimiento por precipitación de compuestos intermetálicos da al producto un nivel muy elevado de resistencia. Se sabe que el material para la aplicación como absorbentes de choques se somete a exigencias muy elevadas con respecto a las propiedades mecánicas.

En contraste con aceros convencionales de resistencia elevada, los aceros maraging poseen ciertas características distintivas, tales como falta de distorsión durante el endurecimiento, una buena soldabilidad, y una buena combinación de resistencia y tenacidad, que los hacen atractivos para muchas aplicaciones. En comparación con aceros inoxidables convencionales, las propiedades físicas de aceros inoxidables maraging son muy parecidas a las propiedades de los aceros al carbón usados actualmente.

El método de fabricación de un componente de aleación de acero comprende: fundir una aleación que tiene una composición que comprende al menos 0,5% en peso de cromo, al menos 0,5% en peso de molibdeno, y la suma de Cr, Ni y Fe supera el 50% en peso; colar la aleación; someter la colada a extrusión en caliente, y después a una pluralidad de etapas de deformación en frío, para obtener al menos un 50% de martensita en su microestructura; y someter la aleación a un tratamiento de envejecimiento a 425-525ºC que sea suficiente para obtener la precipitación de partículas cuasicristalinas en la microestructura martensítica.

Descripción de la figura

La Fig. 1 muestra la Temperatura de Picado Crítica (CPT) para 1RK91, AISI 304 y AISI 316 a diversas concentraciones de cloruro de sodio usando un ensayo de CPT electroquímico con determinaciones potencioestáticas a +300mVSCE, pH = 0,6, muestras de ensayo molidas (600 \mum). Todos los resultados son resultados medios a partir de seis medidas.

Descripción detallada de la invención

Según la presente invención, se ha encontrado que una aleación de acero inoxidable martensítico, más específicamente una aleación de acero inoxidable endurecible por precipitación, que contiene, en % en peso:

Carbono	máx. 0,1
Nitrógeno	máx. 0,1
Cobre	0,5 - 4
Cromo	10 - 14
Molibdeno	0,5 - 6
Níquel	7 - 11
Cobalto	0 - 9
Tántalo	máx. 0,1
Niobio	máx. 0,1
Vanadio	máx. 0,1
Wolframio	máx. 0,1
Aluminio	0,05 - 0,6
Titanio	0,4 - 1,4
Silicio	máx. 0,7
Manganeso	\leq 1,0
Hierro	resto (excepto impurezas inevitables, en total máx. 0,5%)

es muy adecuada para uso en entornos en los que se han de satisfacer exigencias de buena resistencia a la corrosión en combinación con una elevada resistencia y tenacidad. Una de tales aplicaciones es la de componentes de vehículos y de automoción. Más específicamente, tales aleaciones se fabrican de forma que la precipitación de partículas cuasicristalinas intermetálicas se obtenga en una matriz de martensita.

La fabricación de esta aleación se debería realizar de tal manera que la precipitación, después de la deformación para establecer una martensita por deformación, aparezca como partículas cuasicristalinas. Se ha encontrado que se pueden lograr propiedades mecánicas mejoradas en este tipo especial de aleación si la cantidad total de deformación puede ocurrir sin etapas de recocción intermedias, entre todas y cada una de las etapas de deformación.

La fabricación del material se produce fundiendo primeramente la aleación a base de hierro en un horno con arco, en atmósfera protegida, que tiene las composiciones mencionadas anteriormente. El material se vierte entonces para producir una colada que se somete después a una extrusión en caliente, después de lo cual se obtiene un tubo hueco, que entonces se introduce en un laminador de paso de peregrino mientras se somete a una reducción en frío, después de lo cual el material se somete a una deformación adicional mediante estirado en frío con un grado de reducción tal que el grado total de reducción en frío es suficiente para obtener un nivel de martensita de al menos 50%, preferiblemente al menos 70%. El material se somete finalmente a envejecimiento a 425-525ºC, preferiblemente a alrededor de 475ºC, durante 4 horas, y después está listo para ser usado en una forma adecuada para componentes de
vehículos.

Se encontró que el material que tiene la composición descrita, y que se procesa de la manera expuesta anteriormente, fue muy adecuado para la obtención de absorbentes de choques para vehículos de automoción, los cuales se producen normalmente como componentes tubulares.

Las propiedades mecánicas son especialmente importantes para un material que debe ser muy adecuado para ser usado para los fines anteriores. Al mismo tiempo, el material se debe conformar fácilmente de manera que permita su fabricación en la forma de alambre, tubo, barra y tira, para su uso posterior en este tipo de aplicaciones.

A fin de investigar las propiedades mecánicas del material según esta invención, tal material se ha sometido a ensayos de fatiga junto con otros materiales de acero al carbón convencionales alternativos existentes.

La presente invención se describirá ahora adicionalmente mediante referencia a los siguientes ejemplos, que son ilustrativos en lugar de restrictivos.

Se sometió una aleación a base de hierro según la invención a este ensayo de fatiga, teniendo el análisis como se da en la Tabla 1.

TABLA 1

Composición química de 1RK91 (% en peso)
Acero	C+N	Cr	Mn	Fe	Ni	Mo	Ti	Al	Si	Cu
Sandvik	< 0,05	12,0	0,3	\textdollar\textdollar\textdollar	9,0	4,0	0,9	0,30	0,15	2,0
1RK91

Para comparación, se seleccionó un tubo de acero al carbón de tipo estándar, el cual se había cromado para endurecimiento. Los resultados de estos ensayos comparativos de fatiga se dan en la Tabla 2 a continuación.

TABLA 2

Aleación de acero	Resistencia a la fatiga
1RK91	300 MPa
Acero C endurecido por cromado	195 MPa

Como es claramente manifiesto a partir de la Tabla 2, la aleación de la invención, 1RK91, tiene una resistencia a la fatiga mucho mayor que el acero usado actualmente en absorbentes de choques. Esto es principalmente un resultado de seleccionar un material con martensita y partículas cuasicristalinas precipitadas que aparecen en la microestructura después de su fabricación según la invención. Otras propiedades que son claramente representativas en la descripción del nivel de las propiedades mecánicas son el nivel de dureza y el módulo E (módulo de Young), que normalmente se da en términos de GPa.

La Tabla 3 a continuación muestra estos valores para el material de tuvo 1RK91 seleccionado según la invención, en comparación con el tubo de acero C de tipo estándar citado en las tablas previas.

TABLA 3

Propiedades mecánicas
Aleación	Dureza (H_{v})	E (GPa)
1RK91, envejecido	565	201
Acero C (área superficial)	518	218
Acero C (área de la pared central)	314

Como aparece a partir de la Tabla 3, el nivel de dureza para la aleación 1RK91 de la invención es claramente mayor que para el acero al carbón de tipo estándar, aunque el área superficial de este último se ha endurecido mediante cromado. También es de importancia que el valor del módulo E es casi el mismo que para el acero al carbón. Esto es un resultado sorprendente puesto que, normalmente, el valor del módulo de E para aleaciones de acero inoxidable nunca alcanza el nivel de aquél para el acero al carbón. En la Tabla 4 a continuación se dan otros valores medidos que son de importancia para calificar las propiedades mecánicas de un material.

TABLA 4

Resultados del ensayo mecánico
Aleación	R_{p} 0,05 (MPa)	R_{p} 0,2 (MPa)	Rm (MPa) resis-	A%(alarga-
			tencia a la tracción	miento)
1RK91	1830	1850	1870	6,7
Acero C de referencia	578	635	644	13,3

Claramente parece a partir de la Tabla 4 que la aleación 1RK91 de la presente invención superará sobresalientemente al acero al carbón estándar en términos de sus propiedades mecánicas.

La tendencia a la expansión térmica es otra propiedades importante a tener en cuenta en cuanto a componentes de vehículos tales como absorbentes de choques. En la Tabla 5 a continuación se dan los valores de expansión térmica para el material 1RK91, en comparación con aleaciones tanto de acero al carbón estándar de tipo 4L7 como de acero inoxidable estándar de tipo 18/10.

TABLA 5

Valores de la expansión térmica (\mum/(m x ºC)
Temperatura ºC	1RK91	Acero C 4L7	Aleación 18/10
30 - 100	11,48	12,3	16,7
30 - 200	11,87	12,8	17,3
30 - 300	12,19	13,5	17,8
30 - 400	12,45	14,0	18,1

El valor de expansión térmica es de importancia en la fabricación y uso de componentes de automoción en los que existe una exigencia de que las desviaciones de la tolerancia se deben mantener dentro de límites muy restringidos. La conclusión importante que se puede sacar de esta tabla es que se ha encontrado posible, con el acero según la presente invención, lograr valores de expansión térmica totalmente comparables con los logrados con el acero al carbón convencional, y al mismo tiempo superar sobresalientemente al acero al carbón convencional en términos de propiedades mecánicas.

Las propiedades de corrosión también son importantes para un material usado en componentes de vehículos. Al mismo tiempo, el material se debe conformar fácilmente a fin de permitir su fabricación en la forma de alambre, tubo, barra y tira, para su uso posterior en este tipo de aplicaciones.

A fin de investigar las propiedades de corrosión del material según la invención, tal material se ha sometido a ensayos en comparación con otros materiales existentes de acero alternativos, tales como Tp 316 y Tp 304.

Claims (2)

1. Un absorbente de choques que tiene una elevada resistencia a la corrosión, una elevada resistencia y tenacidad, caracterizado porque el absorbente de choques se obtiene a partir de un acero inoxidable maraging que tiene una microestructura que incluye partículas intermetálicas precipitadas en una matriz de martensita, comprendiendo dicho acero en % en peso:

Carbono máx. 0,1 Nitrógeno máx. 0,1 Cobre 0,5 - 4 Cromo 10 - 14 Molibdeno 0,5 - 6 Níquel 7 - 11 Cobalto 0 - 9 Tántalo máx. 0,1 Niobio máx. 0,1 Vanadio máx. 0,1 Wolframio máx. 0,1 Aluminio 0,05 - 0,6 Titanio 0,4 - 1,4 Silicio máx. 0,7 Manganeso \leq 1,0 Hierro resto (además de impurezas inevitables, en total máx. 0,5%)

incluyendo la microestructura de dicho acero partículas cuasicristalinas en una matriz de martensita.

2. Uso de un acero inoxidable maraging, que comprende en % en peso:

Carbono máx. 0,1 Nitrógeno máx. 0,1 Cobre 0,5 - 4 Cromo 10 - 14 Molibdeno 0,5 - 6 Níquel 7 - 11 Cobalto 0 - 9 Tántalo máx. 0,1 Niobio máx. 0,1

(Continuación)

Vanadio máx. 0,1 Wolframio máx. 0,1 Aluminio 0,05 - 0,6 Titanio 0,4 - 1,4 Silicio máx. 0,7 Manganeso \leq 1,0 Hierro resto (además de impurezas inevitables, en total máx. 0,5%)

teniendo el acero una microestructura que incluye partículas intermetálicas precipitadas en una matriz de martensita, en el que la microestructura incluye partículas cuasicristalinas en una matriz de martensita, en la fabricación de absorbentes de choques.