ES2252223T3

ES2252223T3 - Herramienta de moldeado de plastico de aleacion de acero y pieza en bruto templada y tenaz para herramientas de moldeado de plastico.

Info

Publication number: ES2252223T3
Application number: ES01930395T
Authority: ES
Inventors: Odd Sandberg; Magnus Tidesten
Original assignee: Uddeholms AB
Current assignee: Uddeholms AB
Priority date: 2000-06-15
Filing date: 2001-05-11
Publication date: 2006-05-16
Anticipated expiration: 2021-05-11
Also published as: RU2266347C2; CN1177073C; EP1290237B1; CA2412525C; BR0111668A; SE0002250L; US6896847B2; SE0002250D0; ATE310836T1; KR20030010711A; JP2004503677A; SE516622C2; AU5692601A; KR100758401B1; CN1436251A; BR0111668B1; DE60115232T2; AU2001256926B2; JP5355837B2; CA2412525A1

Abstract

Aleación de acero, caracterizada porque posee una composición química que contiene, en % en peso, de 0, 18 a 0, 27 de C de 0, 06 a 0, 13 de N, en el que el contenido total de C + N cumplirá la condición 0, 3 = C+N = 0, 4 de 0, 1 a 1, 5 de Si de 0, 1 a 1, 2 de Mn de 12, 5 a 14, 5 de Cr de 0, 5 a 1, 7 de Ni de 0, 2 a 0, 8 de Mo de 0, 1 a 0, 5 de V opcionalmente, uno o más de los elementos S, Ca y O para la mejora de la cortabilidad del acero, en cantidades de hasta 0, 15% de S como máximo 0, 01% (100 ppm) de Ca como máximo 0, 01% (100 ppm) de O como máximo hierro para el equilibrio e impurezas inevitables.

Description

Herramienta de moldeado de plástico de aleación de acero y pieza en bruto templada y tenaz para herramientas de moldeado de plástico.

Ámbito técnico

La invención se refiere a una aleación de acero y particularmente a una aleación de acero para la fabricación de herramientas de moldeado de plástico. La invención también se refiere a herramientas de moldeado de plástico hechas con el acero y piezas en bruto templadas y tenaces de la aleación de acero para la fabricación de herramientas de moldeado de plástico.

Antecedentes de la invención

Las herramientas de moldeado de plástico se fabrican con una gran variedad de aleaciones de acero, tales como aceros de carbono, aceros de baja y media aleación, aceros inoxidables martensíticos, aceros de endurecimiento por precipitación y aceros para la producción de martensita exenta de carbono. En el ejemplar impreso de "Tool Steels in the next Century, Proceedings of the 5th internacional Conference on Tooling, 29 de septiembre a 1 de octubre de 1999, Universidad de Leoben" (ISBN: 3-9501105-0-X) páginas 635 a 642, se puede encontrar un resumen de las aleaciones de acero existentes que se emplean para la fabricación de herramientas de moldeado de plástico. Dentro del grupo de los aceros inoxidables martensíticos existen varios aceros de moldeado de plástico comerciales, entre los que se incluye un acero fabricado y comercializado por el solicitante bajo la denominación comercial registrada STAVAX ESR® que posee la siguiente composición química nominal en porcentaje en peso: 0,38 de C, 0,8 de Si, 0,5 de Mn, 13,6 de Cr, 0,3 de V, hierro para el equilibrio e impurezas inevitables debidas a la fabricación del acero. Ese acero está estandarizado de conformidad con SIS2314 y AISI420. El acero de este tipo posee una dureza adecuada en el estado templado y revenido del acero. Sin embargo, la ductilidad (tenacidad) y la templabilidad no satisfacen las exigencias cada vez mayores impuestas a los materiales actuales para los aceros para moldes de plástico cualificados, al menos en lo que respecta a herramientas de grandes dimensiones.

En el documento WO-A-9621747 se describe una composición que es similar a la de la invención, pero comprende tungsteno y una cantidad superior de molibdeno.

Descripción de la invención

Un objeto de la invención consiste en proporcionar un acero inoxidable martensítico para herramientas de moldeado de plástico que tenga las mismas buenas características que STAVAX ESR® pero con una templabilidad mejorada, es decir, la capacidad para templarlo también en grandes dimensiones, y una ductilidad (tenacidad) mejorada. Esto puede lograrse si el acero posee la composición química que se especifica en las reivindicaciones de la patente adjuntas.

En lo que respecta a la importancia de los elementos individuales y a la cooperación de los elementos de la aleación del acero, se puede decir que lo siguiente se aplica sin vincular la protección de patente reivindicada a ninguna teoría específica.

El carbono y el nitrógeno son elementos que poseen una gran importancia para la dureza y la ductilidad del acero. El carbono es además un elemento importante para mejorar la templabilidad. En la fabricación de dicho acero de tipo SIS2314/AISI420 pueden hallarse grandes variaciones de segregación entre las diferentes barras fabricadas, así como dentro de las barras individuales. También pueden darse grandes variaciones de templabilidad entre las diferentes hornadas. Esto tiene que ver con la cantidad del contenido de elementos formadores de carburo en el acero que se encuentran ligados en forma de, en primer lugar, carburos. Es decir, por esta razón y particularmente con el fin de contrarrestar la formación de carburos adversos en forma de carburos de cromo (carburos M_{7}C_{3}), el acero de la invención no contiene más de 0,27% de C, preferentemente, no más de 0,25% de C. El contenido mínimo de carbono en el acero es de 0,18% a fin de que el acero consiga una cantidad suficiente de carbono disuelto en la martensita, para que la martensita en estado revenido consiga una dureza de al menos 50 HRC, adecuadamente de 50 a 54 HRC. El carbono también posee un efecto favorable potenciador de la templabilidad. Preferentemente, el contenido de carbono del acero es de al menos 0,20%.

El nitrógeno contribuye a la consecución de una distribución más uniforme y homogénea de los carburos y carbonitruros cambiando las condiciones de solidificación del sistema de la aleación de forma que durante la solidificación se eviten o se reduzcan los agregados de carburo más bastos. La cantidad de carburos M_{23}C_{6} se reduce también en favor de M (C, N), es decir, carbonitruros de vanadio, que poseen un efecto favorable sobre la ductilidad/tenacidad. En resumidas cuentas, el nitrógeno contribuye a proporcionar un procedimiento de solidificación más favorable con carburos y nitruros más pequeños, que pueden descomponerse durante el trabajo en una fase dispersada más finamente. Por estas razones, el nitrógeno existirá en una cantidad de al menos 0,06% pero no mayor de 0,13%, al mismo tiempo que la cantidad total de carbono y nitrógeno cumple la condición 0,3 \leq C+N \leq 0,4. En la expresión se hace referencia a % en peso. En el acero templado y revenido, el nitrógeno se disuelve sustancialmente en la martensita para formar martensita nitrogenada en solución sólida y allí contribuye a la dureza deseada. En términos generales, en lo que respecta a la cantidad de nitrógeno, dicho elemento existirá en una cantidad de al menos 0,06% con el fin de formar, junto con carbono, carbonitruros, M (C, N), hasta un nivel deseado, estar presente como elemento disuelto en la martensita templada con el fin de contribuir a la dureza de la martensita, actuar como formador de la austenita, y contribuir a una resistencia a la corrosión deseada aumentando el denominado valor PRE de la matriz del acero, pero no superará un máximo de 0,13% con el fin de maximizar el contenido de carbono + nitrógeno, en el que el carbono es el formador de dureza más importante.

El silicio aumenta la actividad del carbono del acero y, por consiguiente, la tendencia de precipitación de carburos primarios principales. Por lo tanto, resulta deseable que el acero tenga un bajo contenido de silicio. Además, el silicio es un elemento estabilizador de la ferrita, lo que constituye una característica adversa del silicio. Ya que el acero posee además un contenido de cromo y molibdeno comparativamente elevado, que también son elementos estabilizadores de la ferrita, el contenido de silicio debe limitarse con el fin de que no se forme ferrita en la matriz del acero. Por lo tanto, el acero no debe contener más de 1,5% de Si, preferentemente 1% de Si como máximo. Por lo general, los elementos estabilizadores de la ferrita deberán adaptarse a los estabilizadores de la austenita. Sin embargo, existe silicio como residuo del tratamiento de desoxidación, por lo que el contenido óptimo de silicio está comprendido en el intervalo de 0,1 a 0,5% de Si, posiblemente no más de 0,4% de Si, nominalmente 0,3% de Si aproximadamente.

El manganeso es un elemento potenciador de la templabilidad, lo cual constituye un efecto favorable del manganeso, y se emplea además para la eliminación de azufre mediante la formación de sulfuros de manganeso inofensivos. Por lo tanto, el manganeso está presente en una cantidad de al menos 0,1%, preferentemente al menos 0,3%. El manganeso, no obstante, posee un efecto de cosegregación junto con el fósforo, que puede provocar la fragilidad al revenido. Por lo tanto, el manganeso no debe existir en una cantidad superior a 1,2%, preferentemente un máximo de 1,0%, adecuadamente un máximo de 0,8%.

El cromo es el principal elemento de aleación y es básicamente el responsable del carácter inoxidable del acero, lo cual constituye una característica muy importante cuando el acero se va a usar para herramientas de moldeado de plástico con una buena pulimentabilidad. El cromo también potencia la templabilidad. Debido a que el acero posee un bajo contenido en carbono y también un bajo contenido total de carbono y nitrógeno, cualquier cantidad considerable de cromo no se encuentra unida en forma de carburos o carbonitruros, por lo que el acero puede tener un contenido de cromo tan bajo como el 12,5% y aún así obtener la resistencia a la corrosión deseada. Sin embargo, el acero contiene preferentemente un 13% de cromo. El límite superior está determinado en primer lugar por la ductilidad (tenacidad) deseada del acero y por la tendencia del cromo a formar ferrita. Tampoco resulta deseable que el acero tenga un contenido demasiado elevado de cromo con el fin de contrarrestar la formación de cantidades no deseables de carburos y/o carbonitruros de cromo. Por lo tanto, el acero no debe contener más de 14,5% de Cr como mucho, preferentemente un máximo de 14% de Cr.

El acero de la invención puede tener un contenido de vanadio tan alto como el 0,3%, como el acero de referencia STAVAX ESR®, con el fin de proporcionar un temple secundario mediante la precipitación de carburos secundarios durante el revenido y aumentando de ese modo la resistencia al revenido. El vanadio también provoca la inhibición del crecimiento de grano a través de la precipitación de carburos MC. Sin embargo, si el contenido en vanadio es demasiado alto, se forman grandes carburos de MC primarios en la solidificación del acero, y eso también se aplica si el acero se somete a un refundido ESR, dichos carburos primarios no se disuelven en relación con el procedimiento de temple. Para lograr el temple secundario deseado, y con el fin de proporcionar una contribución favorable a la inhibición de crecimiento de grano, pero al mismo tiempo evitar la formación en el acero de grandes carburos primarios indisolubles, el contenido de vanadio debe estar comprendido en el intervalo de 0,1 a 0,5%. Un contenido adecuado es de 0,25 a 0,40% de V, nominalmente 35% de V.

El molibdeno existirá en una cantidad activa de al menos 0,2% en el acero para proporcionar un fuerte efecto potenciador de la templabilidad. El molibdeno también potencia la resistencia a la corrosión hasta un contenido de al menos 1% de Mo. En el revenido, el molibdeno también contribuye a aumentar la resistencia al revenido del acero, lo cual resulta favorable. Por otro lado, demasiado molibdeno podría dar lugar a una estructura de carburo adversa a través de una tendencia a la precipitación de carburos y segregaciones en el límite de grano. Además el molibdeno es un elemento estabilizador de la ferrita, lo cual no resulta favorable. Por lo tanto, el acero poseerá un contenido equilibrado de molibdeno con el fin de aprovechar sus efectos favorables pero, al mismo tiempo, evitar aquellos que resulten adversos. Por lo tanto, el molibdeno debe existir en una cantidad de 0,2 a 0,8%. Preferentemente, el contenido de molibdeno no debe superar 0,6%. Un contenido óptimo puede estar comprendido en el intervalo de 0,3 a 0,4% de Mo, nominalmente 0,35% de Mo.

El níquel es un potente formador de austenita y existirá en una cantidad de al menos 0,5% con el fin de contribuir a la templabilidad y la tenacidad deseadas del acero. El manganeso, que también es un formador de austenita, no puede sustituir al níquel en grado esencial alguno a este respecto, debido particularmente a que el manganeso puede provocar algunos de los inconvenientes antes mencionados. El máximo contenido de níquel se determina en primer lugar por razones de coste y se establece en 1,7%. El acero contiene adecuadamente de 1,0 a 1,5% de Ni, nominalmente 1,2% de Ni.

La cantidad de cromo, molibdeno y nitrógeno que no se disuelve en la matriz del acero, es decir, no unida en forma de carburos, nitruros y/o carbonitruros, contribuye a la resistencia a la corrosión del acero y toma parte como factor en el denominado valor PRE del acero, que se expresa mediante la siguiente fórmula, en la que Cr, Mo y N son las cantidades de cromo, molibdeno y nitrógeno que se disuelven en la matriz del acero:

PRE = %Cr \ + \ 3,3 \ x \ %Mo \ + \ 20 \ x \ %N

Tras el temple desde 1030ºC y el revenido a 250ºC, 2 x 2h, el valor PRE de la matriz del acero debe ser al menos 14,8%, preferentemente 15,0. Tras este tratamiento térmico, la dureza también será al menos 50 HRC, preferentemente de 50 a 54 HRC. Se debe lograr la misma dureza tras un revenido a alta temperatura a 500ºC, 2 x 2h.

La mejor resistencia a la corrosión, y una tenacidad muy buena, se logran tras un revenido a baja temperatura a aproximadamente 250ºC, pero a través de este tratamiento térmico se pueden establecer esfuerzos internos en el acero, que pueden liberarse mediante maquinizado por electroerosión en relación con la fabricación de la herramienta de moldeado de plástico.

En el temple a alta temperatura a aproximadamente 500ºC se liberan los esfuerzos, lo cual resulta favorable si el diseño de la herramienta es tan complicado como para requerir un maquinizado por electroerosión en la fabricación del acero. Por estos motivos, el acero obtendrá su dureza deseada tras un revenido a baja temperatura así como un revenido a alta temperatura, lo que da opción a proporcionar un material que pueda tener una buena liberación de esfuerzos antes de, por ejemplo, el maquinizado por electroerosión.

También será posible suministrar el acero de la invención en un estado templado y tenaz, lo que da opción a fabricar la herramienta con unas dimensiones muy grandes a través del maquinizado de una pieza en bruto templada y tenaz. A través del revenido a entre 540 y 625ºC o a aproximadamente 575ºC, resulta posible lograr de este modo un material templado y tenaz con una dureza de aproximadamente 40 HRC (35 a 45 HRC), que resulta apropiada para el maquinizado. El temple puede llevarse a cabo mediante la austenitización a una temperatura de 1020 a 1030ºC, o aproximadamente 1030ºC, seguida del enfriamiento en aceite, baño polimérico o enfriamiento por gas en un horno de vacío. El revenido de alta temperatura se realiza a una temperatura de 500 a 520ºC durante al menos una hora, preferentemente mediante un doble revenido, 2 x 2h.

El acero también puede contener un contenido activo de azufre, al menos 0,025% de S, en el caso de que el azufre se añada intencionadamente con el fin de mejorar la cortabilidad del acero. Esto tiene una especial relevancia para el material templado y tenaz. Con el fin de conseguir el mejor efecto con respecto a la mejora de la cortabilidad, el acero puede contener de 0,07 a 0,15% de S.

También es concebible que el acero pueda tener de 0,025 a 0,15% de S en combinación con entre 3 y 75 ppm de Ca, preferentemente de 5 a 40 ppm de Ca y de 10 a 40 ppm de O, en la que dicho calcio, que se puede añadir como siliciuro de calcio, CaSi, para globulizar los sulfuros existentes para formar sulfuros de calcio, evita que los sulfuros adquieran una forma alargada no deseada, lo cual podría perjudicar a la maquinabilidad. A este respecto, es preciso mencionar que el acero, en su forma de realización típica, no contiene azufre añadido intencionadamente.

El acero de la invención puede fabricarse de forma convencional a escala de producción estableciendo un material fundido del modo normal, teniendo el material fundido una composición química de acuerdo con la invención, y colando el material fundido en lingotes grandes o colando el material fundido de forma continua. Preferentemente, se cuelan electrodos del material fundido, que después se vuelven a fundir empleando la técnica de ESR (refusión por electroescoria). No obstante, también es posible fabricar lingotes, y polvo metalúrgicamente mediante la atomización por gas del material fundido para formar un polvo, que después se compacta mediante una técnica que puede comprender la compactación isostática en caliente, el denominado HIPing, o, como otra posibilidad, fabricar los lingotes formándolos mediante aspersión.

A continuación se explicarán más detalladamente otros rasgos y aspectos característicos, así como propiedades, del acero de la invención y su utilidad para la fabricación de herramientas de moldeado de plástico, a través de una descripción de formas de realización llevadas a cabo y resultados obtenidos.

Descripción breve de los dibujos

En la siguiente descripción de formas de realización llevadas a cabo y resultados obtenidos se hará referencia a los dibujos adjuntos, en los que

la fig.1 muestra las gráficas de revenido de una primera serie de acero fabricada en forma de los denominados lingotes Q (hornadas de laboratorio de 50 kg),

la fig. 1A muestra las gráficas de revenido de la fig. 1 en el intervalo de temperatura de 500 a 600ºC a una escala mayor,

la fig. 2 muestra las gráficas de revenido del material de referencia y de una segunda serie de aceros fabricada como lingotes Q,

la fig. 2A muestra las gráficas de revenido de la fig. 2 en el intervalo de temperatura de 500 a 600ºC a una escala mayor,

la fig. 3 muestra las gráficas de revenido del material de referencia y de una tercera serie de aceros fabricada como lingotes Q,

la fig. 4 es un diagrama de barras que muestra la ductilidad en términos de la energía de impacto sin muesca (J) de los aceros examinados tras el temple y el revenido a baja y alta temperatura respectivamente,

la fig. 5 es un diagrama que muestra la ductilidad en términos de la energía de impacto sin muesca (J) frente al contenido de carbono de los aceros examinados,

la fig. 6 es un diagrama que ilustra la ductilidad en términos de la energía de impacto sin muesca (J) frente al contenido de carbonitruros de los aceros examinados, calculado de acuerdo con Thermo-Calc, y

la fig. 7 es un diagrama que ilustra la templabilidad de los aceros en términos de dureza frente al tiempo de enfriado entre 800 y 500ºC tras el tratamiento de austenitización a 1030ºC.

Examen de aceros fabricados a escala de laboratorio

Se fabricaron 16 lingotes Q (hornadas de laboratorio de 50 kg) de aceros, con unas composiciones químicas de acuerdo con la tabla 1, en tres series. En la primera serie (Q9043 a Q9062), se fabricaron lingotes con unas composiciones químicas comprendidas en un amplio intervalo. Las variantes de esta primera serie que se consideraron más interesantes fueron la Q9050 y la Q9062. Sin embargo, fue necesario examinar más profundamente el efecto del Cr, Ni y Mo sobre las propiedades, por lo que se fabricó una segunda serie de lingotes Q (Q9103 a Q9106) con el fin de optimizar las características obtenidas en la primera serie. En la tercera serie de lingotes Q (Q9133 a Q9134), el contenido de nitrógeno se aumentó a expensas del contenido de carbono de las variantes Q9103 a Q9104. Q9043 posee una composición química comprendida en el marco de las tolerancias de fabricación de STAVAX ESR® y constituye el material de referencia del estudio.

Los lingotes se forjaron hasta obtener unas dimensiones de 60 x 40 mm, tras lo cual las barras se enfriaron en vermiculita. Se llevó a cabo un recocido blando de modo convencional de acuerdo con la práctica normal para el acero comercial STAVAX ESR®.

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TABLA 1

Composición química, % en peso, contenido total de carbonitruros* (vol- %) de acuerdo
con Thermo-Calc, y valor PRE* de los aceros examinados.
Aleación	Contenido de	C	N	Si	Mn	Cr	V	Ni	Mo	PRE*
	carbonitruros*
Q9043	1,3	0,36	0,026	0,83	0,47	13,9	0,32	0,18	0,12	14,3
Q9044	1,6	0,34	0,033	0,25	0,63	14,1	0,3	1,11	0,43	15,6
Q9045	1,9	0,34	0,03	0,81	0,64	14,1	0,32	1,08	0,43	15,4
Q9046	1,3	0,34	0,022	0,19	0,65	13,4	0,29	1,65	0,44	14,9
Q9047	1,5	0,35	0,034	0,2	0,6	13,8	0,29	1,1	0,12	14,3
Q9049	0,23	0,3	0,067	0,23	0,66	13,1	0,34	0,78	0,44	15,5
Q9050	0,23	0,29	0,067	0,2	0,68	12,9	0,33	1,62	0,64	15,9
Q9051	0,36	0,29	0,073	0,22	0,65	13,2	0,44	0,8	0,44	15,4
Q9061	2,1	0,35	0,068	0,19	0,58	15,0	0,28	1,39	0,44	16,7
Q9062	0,14	0,26	0,074	0,15	0,6	13,4	0,25	1,57	0,65	16,7
Q9103	0,16	0,27	0,058	0,19	0,51	13,2	0,3	1,71	0,32	15,1

TABLA 1 (continuación)

Composición química, % en peso, contenido total de carbonitruros* (vol- %) de acuerdo
con Thermo-Calc, y valor PRE* de los aceros examinados.
Aleación	Contenido de	C	N	Si	Mn	Cr	V	Ni	Mo	PRE*
	carbonitruros*
Q9104	0,15	0,28	0,071	0,22	0,6	13,4	0,32	1,24	0,32	15,4
Q9105	0,28	0,27	0,063	0,18	0,59	14,3	0,31	1,23	0,32	16,3
Q9106	0,47	0,27	0,081	0,20	0,62	14,9	0,32	0,84	0,32	16,9
Q9133	0,37	0,22	0,10	0,31	0,54	13,3	0,34	1,33	0,36	15,7
Q9134	0,45	0,18	0,13	0,32	0,51	13,3	0,33	1,35	0,36	16,1
* \begin{minipage}[t]{145mm}el contenido de carbonitruros se determino de acuerdo con Thermo-Calc tras el temple desde 1030^{o}C y el revenido a 250^{o}C, 2 x 2h. PRE = % Cr + 3,3 x % Mo + 20 x % N significa las cantidades de los elementos que forman la base del valor PRE, que se disuelven en la matriz del acero, tras dicho tratamiento térmico.\end{minipage}

De las aleaciones de acero de la tabla 1, las variantes Q9103 y Q9105 hasta Q9134 se encuentran dentro del mismo marco de los intervalos más amplios del contenido de la aleación, de acuerdo con la invención. La variante que más se corresponde con la composición óptima es la Q9133.

En la fig. 1 se muestran las gráficas de revenido de la primera serie de lingotes Q, y a una escala mayor (intervalo de temperatura de 500 a 600ºC) en la fig. 1A. En las figs. 2 y 2A se encuentran gráficas correspondientes para la segunda serie de lingotes Q. Tras el revenido a baja temperatura a 200ºC / 2 x 2h, el acero de referencia Q9043 logró una dureza de 52 HRC. Todas las demás variantes alcanzaban también el mismo nivel +/- 1 HRC. Cuando se efectúa el revenido en el intervalo superior de temperatura, 500 a 600ºC, fig. 1A y 2A, la dureza de Q9043 cae más pronunciadamente a temperaturas aumentadas que todas las demás variantes. Q9133 y Q9134 presentaron una dureza igual de alta tras el revenido a baja temperatura a 200ºC, 2 x 2h, que el material de referencia Q9043 pero una mayor resistencia al revenido que Q9043 cuando se somete al revenido a alta temperatura, fig. 3.

Se examinó el efecto del nitrógeno sobre la pulimentabilidad, ya que se temió que un aumento en el contenido de nitrógeno podría dar lugar a nitruros y, con ellos, a un deslustrado de las superficies pulimentadas. Las muestras Q9133 y Q9134 de la invención, que poseen un contenido relativamente elevado de nitrógeno, se compararon con el material de referencia Q9043, que posee un menor contenido de nitrógeno. Sin embargo, no se pudieron encontrar nitruros en el material de la invención y no se pudo observar ninguna diferencia con respecto al deslustrado, etc., ni tampoco en el estado de recocido blando ni en el de templado y revenido.

Para los estudios de ductilidad se cortaron en la dirección L tres especimenes de ensayo de impacto sin muesca por variante. Los especimenes de ensayo se trataron térmicamente (temple y revenido) del siguiente modo, que incluye el revenido a baja temperatura así como el revenido a alta temperatura.

Tratamiento térmico 1: austenitización a 1030ºC/ 30min, enfriamiento en aire y revenido a 250ºC/ 2 x 2h.

Tratamiento térmico 2: austenitización a 1030ºC/ 30min, enfriamiento en aire y revenido a 500ºC/ 2 x 2h.

En la fig. 4 se muestran los resultados en términos de valores medios medidos con los tres especimenes de ensayo. En el dibujo también se indica la dureza lograda. El dibujo muestra que la mejor ductilidad en términos de energía de impacto sin muesca (J) se logró con las aleaciones Q9133 y Q9134 de la invención. Q9103 tenía la siguiente mejor ductilidad tras el revenido a baja temperatura así como a alta temperatura. Sin embargo, es preciso mencionar que los lingotes Q, debido a razones relacionadas con la técnica de fabricación, pueden contener un elevado contenido de inclusiones que reducen la ductilidad/tenacidad.

No obstante, la superior ductilidad en términos de energía de impacto sin muesca (J) de los aceros Q9133 y Q9134 de la invención, es tan pronunciada que las diferencias apenas pueden atribuirse a impurezas en otros materiales. Esto se muestra con más claridad en los diagramas de la fig. 5 y la fig. 6 en los que Q9133 y Q9134 forman su propio grupo claramente diferenciado. En conjunto, los experimentos de resistencia al impacto muestran que no sólo se requiere un bajo contenido de carburos, fig. 6, sino también un menor contenido en comparación con otras muestras, para lograr la mejor ductilidad en acero en estado revenido tanto a baja como a alta temperatura, fig. 5.

Para la investigación de la resistencia a la corrosión de los aceros, se realizaron gráficos de polarización para todas las aleaciones de acero. Las muestras examinadas se sometieron a un revenido a baja temperatura a 250ºC, 2 x 2h, tras el temple desde 1030ºC /30 min. El valor de Icr (la densidad de corriente crítica) se muestra en la tabla 2. Cuanto más bajo sea Icr, mejor será la resistencia a la corrosión. Se establece que todas las muestras, de acuerdo con el presente ensayo, tuvieron una mejor resistencia a la corrosión que el material de referencia, Q9043, incluidos, con un buen margen, los aceros de la invención.

La templabilidad, que es una de las características más importantes del acero de la invención, se determinó midiendo la dureza de pequeñas muestras sometidas a diversas velocidades de enfriamiento en el dilatómetro. En la fig. 7 se muestra la dureza frente a la velocidad de enfriamiento, estableciendo una medida de la templabilidad. El material de referencia Q9043 tuvo la templabilidad más baja, correspondiendo dicho material a dicho acero estandarizado de tipo SIS2314 y AISI420. Q9133, Q9062 y Q9134 tuvieron la mejor templabilidad.

TABLA 2

Resultados de los ensayos de corrosión
Lingote Q	Icr (mA/cm^{2})
9043 = ref.	1,04
9044	0,57
9045	0,5
9046	0,4
9047	0,95
9049	0,5
9050	0,27
9051	0,5
9061	0,25
9062	0,2
9103	0,3
9104	0,4
9105	0,32
9106	0,5
9133	0,5
9134	0,5

Claims

1. Aleación de acero, caracterizada porque posee una composición química que contiene, en % en peso,

: de 0,18 a 0,27 de C

: de 0,06 a 0,13 de N, en el que el contenido total de C + N cumplirá la condición 0,3 \leq C+N \leq 0,4

: de 0,1 a 1,5 de Si

: de 0,1 a 1,2 de Mn

: de 12,5 a 14,5 de Cr

: de 0,5 a 1,7 de Ni

: de 0,2 a 0,8 de Mo

: de 0,1 a 0,5 de V

opcionalmente, uno o más de los elementos S, Ca y O para la mejora de la cortabilidad del acero, en cantidades de hasta 0,15% de S como máximo

: 0,01% (100 ppm) de Ca como máximo

: 0,01% (100 ppm) de O como máximo

: hierro para el equilibrio e impurezas inevitables.

2. Aleación de acero según la reivindicación 1, caracterizada porque contiene de 0,18 a 0,25% de C, preferentemente al menos 0,20% de C.

3. Aleación de acero según la reivindicación 1, caracterizada porque contiene aproximadamente 0,10% de N.

4. Aleación de acero según la reivindicación 1, caracterizada porque contiene como máximo 1,0% de Si, preferentemente un máximo de 0,5% de Si.

5. Aleación de acero según la reivindicación 1, caracterizada porque contiene como máximo 1,0% de Mn, preferentemente un máximo de 0,8% de Mn, adecuadamente de 0,3 a 0,8% de Mn.

6. Aleación de acero según la reivindicación 1, caracterizada porque contiene de 13 a 14% de Cr.

7. Aleación de acero según la reivindicación 1, caracterizada porque contiene de 1,0 a 1,5% de Ni.

8. Aleación de acero según la reivindicación 1, caracterizada porque contiene como máximo 0,6% de Mo. Preferentemente de 0,3 a 0,4% de Mo.

9. Aleación de acero según la reivindicación 1, caracterizada porque contiene de 0,25 a 0,40% de V.

10. Aleación de acero según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque contiene

: 0,22% de C

: 0,10% de N

: 0,3% de Si

: 0,5% de Mn

: 13,5% de Cr

: 1,2% de Ni

: 0,35% de Mo

: 0,35% de V

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11. Aleación de acero según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque contiene de 0,07 a 0,15% de S pero ninguna cantidad de calcio añadida intencionadamente.

12. Aleación de acero según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque contiene

: de 0,025 a 0,15% de S

: de 3 a 75 ppm de Ca, preferentemente de 5 a 40 ppm de Ca, y

: de 10 a 40 ppm de O.

13. Aleación de acero según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque contiene un contenido tan elevado de Cr, Mo y N que la cantidad de elementos Cr, Mo y N que se encuentran en disolución sólida en la matriz del acero tras el temple del acero desde 1020ºC seguido del revenido a 250ºC, 2 x 2h, es decir no unido en forma de carburos, nitruros y/o carbonitruros, es tan grande que la matriz del acero tiene un valor PRE que es de al menos 14,8, preferentemente al menos 15,0, expresándose el valor PRE a través de la fórmula:

PRE = %Cr(s)+ 3,3 x %Mo(s)+ 20 x %N(s), en la que Cr(s), Mo(s) y N(s) significan Cr, Mo y N en solución sólida en la matriz del acero.

14. Herramienta de moldeado de plástico, caracterizada porque está hecha de una aleación de acero de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 y porque, tras el temple desde 1020 a 1030ºC seguido del revenido a entre 200 y 250ºC o a entre 500 y 520ºC, ésta posee una microestructura cuya matriz consiste básicamente en martensita revenida y, en la matriz del acero, 0,3 a 1,0% en volumen de carbonitruros primarios precipitados totalmente, que consiste básicamente por completo en carbonitruros M(C, N).

15. Pieza en bruto templada y tenaz en forma de barra, varilla, placa o bloque para herramientas de moldeado de plástico, caracterizado porque está hecha de una aleación de acero de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, porque tras el tratamiento térmico que comprende la austenitización a entre 1020 y 1030ºC, enfriamiento a temperatura ambiente y revenido a entre 540 y 625ºC posee una dureza de 35 a 45 HRC y una microestructura de acuerdo con la reivindicación 14.