ES2286518T3 - Acero para la fabricacion de componentes altamente resistentes con sobresaliente tenacidad a bajas temperaturas y usos de un acero de este tipo. - Google Patents
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Abstract
Acero para la fabricación de componentes altamente resistentes con sobresaliente tenacidad a baja temperatura, que presenta la siguiente composición (en % en peso): C: 0, 08 - 0, 25%, Si: 0, 10 - 0, 30%, Mn: 0, 80 - 1, 60%, P: = 0, 020%, S: = 0, 015%, en donde la suma de contenido de P y S = 0, 030%, Cr: 0, 40 - 0, 80%, Mo: 0, 30 - 0, 50%, Ni: 0, 70 - 1, 20%, Al: 0, 020 - 0, 060%, N: 0, 007 - 0, 018%, V: = 0, 15%, Nb: = 0, 07%, en donde la suma de contenido de V y Nb = 0, 020%, siendo el resto hierro e impurezas inevitables.
Description
\global\parskip0.900000\baselineskip
Acero para la fabricación de componentes
altamente resistentes con sobresaliente tenacidad a bajas
temperaturas y usos de un acero de este tipo.
La invención se refiere a un acero para la
fabricación de componentes altamente resistentes con sobresaliente
tenacidad a bajas temperaturas. Los aceros de este tipo se usan, por
ejemplo, para la fabricación de medios de tope o para trincar, como
los que son necesarios para la fijación y sujeción de cargas.
Especialmente estos aceros se procesan dando acero en barras,
alambre laminado o acero brillante laminados en caliente, con los
que se fabrican luego cadenas de acero redondo soldadas.
Los requerimientos establecidos en aceros del
tipo citado previamente se formulan en la norma DIN 17115. Además
de una buena conformabilidad y una idoneidad igualmente buena para
la soldadura, los aceros deben poseer propiedades de resistencia y
tenacidad sobresalientes para cumplir los requerimientos que se
basan en cargas aplicadas en la práctica.
Los aceros finos conocidos para este fin dados
en la norma DIN 17115, 23 MnNiCrMo 5 3 y 23 MnNiCrMo 5 4 presentan
(en % en peso) respectivamente 0,20 - 0,26% de C, \leq 0,25% de
Si, 1,10 - 1,40% de Mn, respectivamente 0,020% de P y S, en donde
la suma de los contenidos en P y S no supera 0,035%, en caso
requerido 0,020 - 0,050% de Al, hasta 0,014% de N y 0,40 - 0,60% de
Cr. Al acero 23 MnNiCrMo 5 2 se añaden adicionalmente 0,20 - 0,30%
de Mo y 0,70 - 0,90% de Ni, mientras que el acero 23 MnNiCrMo 5 4
contiene adicionalmente 0,50 - 0,60% de Mo y 0,90 - 1,10% de
Ni.
Otro acero para la fabricación de cadenas para
el fondeo o amarre de embarcaciones o cadenas determinadas para
plataformas de perforación se conoce de la publicación de patente
CN-1281906. Del resumen disponible en la base de
datos WPINDEX de esta publicación se desprende que el acero conocido
(% en peso) contiene 0,25 - 0,35% de C, 0,15 - 0,30% de Si, 1,45% -
1,75% de Mn, 0,90 - 1,40% de Cr, 1,00 - 1,20% de Ni, 0,45 - 0,65%
de Mo, 0,02 - 0,06% de Nb, 0,020 - 0,05% de Al, hasta 0,020% de P,
hasta 0,15% de S, hasta 0,20% de Cu, hasta 0,03% de Sn, hasta 0,01%
de Sb, hasta 0,04% de As, hasta 0,005% de B, hasta 0,009% de N,
hasta 0,0020% de O, hasta 0,0002% de H, siendo el resto Fe e
impurezas inevitables, en donde además un equivalente de carbono
debe ser mayor de 1,4.
Las experiencias prácticas muestran que los
aceros conocidos cumplen a temperatura ambiente ciertamente los
requerimientos establecidos en cuanto a resistencia y tenacidad, si
bien se dan problemas a temperaturas inferiores, especialmente en
lo referente a la tenacidad.
Por tanto fue objetivo de la invención conseguir
un acero altamente resistente, que posea también a bajas
temperaturas una tenacidad sobresaliente, de modo que se reduzca al
mínimo el peligro de una fractura del componente fabricado
respectivamente con el acero, también en condiciones de operación
duras, desfavorables. Además se deben aportar usos ventajosos de
este acero.
En lo que respecta al acero se consigue este
objetivo de acuerdo con la invención porque el acero de acuerdo con
la invención para la fabricación de componentes altamente
resistentes con sobresaliente tenacidad a temperatura baja presenta
la siguiente composición (en % en peso):
- C:
- 0,08 - 0,25%,
- Si:
- 0,10 - 0,30%,
- Mn:
- 0,80 - 1,60%,
- P:
- \leq 0,020%,
- S:
- \leq 0,015%,
en donde la suma de contenido de P y S \leq
0,030%,
- Cr:
- 0,40 - 0,80%,
- Mo:
- 0,30 - 0,50%,
- Ni:
- 0,70 - 1,20%,
- Al:
- 0,020 - 0,060%,
- N:
- 0,007 - 0,018%,
- V:
- \leq 0,15%,
- Nb:
- \leq 0,07%,
en donde la suma de contenido de V y Nb \geq
0,020%, siendo el resto hierro e impurezas inevitables.
\global\parskip1.000000\baselineskip
En el acero de acuerdo con la invención se
seleccionan los componentes de aleación individuales de modo que se
consiga un perfil de propiedades que se ajuste de forma óptima a los
requerimientos establecidos. Esto se consigue mediante los
contenidos predeterminados de acuerdo con la invención en Cr, Ni y N
así como la suma mínima de contenidos en Nb y V. En tanto se
cumplan los intervalos de contenido predeterminados de acuerdo con
la invención para estos elementos de aleación, se consigue una
tenacidad especialmente alta, una buena templabilidad, una mejor
resistencia al revenido y una estructura de granos especialmente
finos. De forma simultánea el acero de acuerdo con la invención se
puede conformar bien en frío y posee en estado ya acabado elevadas
resistencias. Además se caracteriza por una elevada resistencia al
choque así como una temperatura de transición de rotura frágil tan
baja que rompe a temperaturas que son esencialmente inferiores a la
temperatura de transición de rotura frágil de aceros conocidos del
estado de la técnica.
Los contenidos en C que se encuentran en el
intervalo de 0,08 - 0,25% en peso procuran la buena resistencia a
temperatura baja de los aceros de acuerdo con la invención. Se
obtienen resultados especialmente positivos a este respecto si el
contenido en C es de 0,16 - 0,23% en peso.
Mediante la limitación de los contenidos en Cr a
0,40 - 0,80% en peso en combinación con contenidos en Mo que sean
de 0,30 - 0,50% en peso, se consigue la buena templabilidad y
resistencia al revenido del acero de acuerdo con la invención. La
seguridad, con la que se consigue este efecto combinado, se puede
ver aumentada a este respecto ajustando el contenido en Cr de 0,40
- 0,65% en peso y los contenidos en Mo de 0,35 - 0,50% en peso.
Los contenidos en Ni de 0,70 - 1,20% en peso,
especialmente de 0,75 - 1,00% en peso, provocan en el acero de
acuerdo con la invención la sobresalientemente buena tenacidad a
baja temperatura.
Los contenidos en Al de 0,020 - 0,060% en peso,
especialmente de 0,020 - 0,045% en peso y N de 0,007 - 0,018% en
peso, especialmente de 0,007 - 0,015% en peso, conducen en aceros de
acuerdo con la invención a una estructura de grano especialmente
fino.
Finalmente conteniendo el acero de acuerdo con
la invención en suma al menos 0,02% en peso de Nb y V y
simultáneamente limitando los contenidos en V a un máximo de 0,15%
en peso y Nb a un máximo de 0,07% en peso, se asegura que la
textura de grano fino pretendida también se mantenga a temperatura
elevadas. De forma sorprendente se deduce a este respecto que este
efecto se da de forma especialmente segura si el acero de acuerdo
con la invención se encuentra libre de vanadio. Por tanto, según
una configuración preferida el V casi no está presente en el acero
de acuerdo con la invención o lo está sólo como impurezas
inevitables.
El grano fino permanece estable también a
continuación del tratamiento de templado y revenido. De este modo
el acero ya acabado, de acuerdo con la invención, presenta
normalmente un tamaño de grano de austenita que es más fino que
ASTM 10. La finura de la textura del acero de acuerdo con la
invención es por tanto esencialmente mayor que la de los aceros
conocidos, para los aceros conforme a la norma DIN 17115 se exige un
tamaño de grano de austenita de ASTM 5.
Por tanto, con la invención se pone a
disposición un acero que posee a temperaturas bajas una
sobresaliente tenacidad. Basándose en la combinación favorable de
sus propiedades se reduce al mínimo el peligro de una fractura de
un componente fabricado con el acero de acuerdo con la invención
también en condiciones de operación duras, poco favorables.
El acero de acuerdo con la invención se procesa
preferiblemente dando acero laminado. La finalidad del procesamiento
es conservar en cada uno de las etapas del procesamiento lo más
posible la textura de grano fino del acero de acuerdo con la
invención. Esto no comprende sólo las etapas de proceso llevadas a
cabo durante el calentamiento y la laminación, sino también los
tratamientos de recocido que se llevan a cabo antes y después de la
conformación en el componente. De este modo se seleccionan de
acuerdo con la invención las condiciones de calentamiento y
rodadura de modo que a pesar de los fenómenos de difusión que tienen
lugar en el calentamiento se eviten temperaturas de laminación
elevadas para suprimir la generación de granos gruesos. Las
temperaturas en la conformación adicional se seleccionan además con
una eliminación regulada de energía en la conformación en caliente,
de modo que se obtenga la textura pretendida con su estructura de
grano fino. Una eliminación de calor acelerada directamente tras la
última conformación evita a este respecto procesos de precipitación
indeseados en el sentido de una "congelación" del estado de
textura recién conseguido, que tendría como consecuencia una
reducción de la dureza y la tenacidad. En lugar de esto se producen
mediante un tratamiento en caliente de larga duración estados de
precipitación intencionados del carbonitruro en cuanto a su tamaño y
distribución, para conseguir las resistencias de materiales
relativamente bajas deseadas en el estado laminado en caliente para
la conformación en frío del acero en el respectivo componente.
Basándose en su especial espectro de propiedades
el acero de acuerdo con la invención es adecuado especialmente para
la fabricación de componentes altamente resistentes mediante
conformación en frío con templado y revenido subsiguientes. En
cuanto a estos componentes se pueden tratar, por ejemplo, de medios
para el porte, tiro, elevación, transporte o sujeción de cargas, a
los que se asignan clases de resistencia altas. Los objetos de este
tipo constituidos con la pretensión de medios de tope y para trincar
comprenden, por ejemplo, puntos de tope, ganchos, estribos, ojales,
cadenas, uniones articuladas, elementos giratorios, basculantes,
puntales, tensores de husillos y tensores de carracas, caballetes
de carga y similares. También se pueden fabricar con el acero de
acuerdo con la invención medios para la unión de elementos
constructivos con propiedades de uso sobresalientes. En cuanto a
estos elementos constructivos se tratan, por ejemplo, de bulones y
otros elementos de unión o transmisión por fuerza como tornillos,
pinzas, varillas o similares.
Un campo de aplicación especialmente bueno para
el acero de acuerdo con la invención es la fabricación de cadenas.
Con el acero obtenido de acuerdo con la invención las cadenas
fabricadas resisten también de forma segura con frío elevadas
cargas, sin que se de el peligro de una fractura o daños
comparables. De este modo se pueden fabricar con el acero de
acuerdo con la invención cadenas de acero redondo, especialmente
cadenas de acero redondo soldado, que contemplan con toda seguridad
los requerimientos más exigentes.
Los componentes fabricados con el acero de
acuerdo con la invención poseen normalmente una resistencia de al
menos 1200 MPa, especialmente más de 1550 MPa, 1600 MPa ó 1650 MPa.
Se destaca a este respecto que con una resistencia de al menos 1550
MPa la temperatura de transición de rotura frágil FATT de los
componentes fabricados con el acero de acuerdo con la invención se
encuentra normalmente en -60ºC como máximo. Esta temperatura límite
es claramente inferior a la de los aceros conocidos.
Igualmente es interesante que en los componentes
fabricados con el acero de acuerdo con invención, la energía
absorbida durante el choque es normalmente mayor de 45 J y el
respectivo componente presenta una tenacidad técnica al inicio de
fisura J_{IC} mayor de 170 N/mma -60ºC, especialmente mayor de 185
N/mm. La tenacidad al inicio de fisura J_{IC} es un valor
definido en la norma ASTM 1820, que hace posible una valoración de
la tendencia a la fractura tenaz de un material de acero.
La alta tenacidad del acero de acuerdo con la
invención hace también notar que los componentes fabricados con tal
acero presenten normalmente un alargamiento de rotura mayor del
28%.
A continuación se aclara más detalladamente la
invención en función de un ejemplo de realización.
Se funde un acero con (% en peso)
0,19% de C.
0,20% de Si,
1,31% de Mn,
0,005% de P,
0,010% de S,
contenido en P + contenido en S = 0,015%,
0,45% de Cr,
0,37% de Mo,
0,88% de Ni,
0,400% de Al,
0,008% de N,
0,01% de V,
0,06% de Nb,
(contenido en V + contenido en Nb = 0,07%),
el resto es Fe e impurezas inevitables.
\vskip1.000000\baselineskip
y se procesa dando un acero laminado. Para
asegurar tras la laminación en caliente una textura de grano lo más
fina posible del producto obtenido, se mantienen durante la
laminación en caliente las temperaturas de laminación en un nivel
bajo. Además se ha llevado a cabo entre cada etapa de eliminación un
enfriamiento del rodillo de laminación para evacuar el calor
generado por la propia conformación en caliente. Inmediatamente
tras la laminación en caliente se enfría bruscamente el producto
laminado en caliente obtenido, para retener así la estructura de
grano fino del acero presente al abandonar la línea de laminación en
caliente, de modo que se permanezca al recibirlo en las siguientes
etapas de procesamiento.
\newpage
Tras la laminación en caliente y un tratamiento
en caliente de larga duración, que se realizó para la fijación de
una resistencia favorable para la conformación en frío subsiguiente,
se dio forma de eslabones de cadena al acero laminado, que se
cerraron por soldadura para la producción de la cadena.
Las cadenas fabricadas de esta forma presentan
una estructura de grano fino de ASTM 11, una resistencia de 1270
N/mm^{2} y una temperatura de transición de rotura frágil FATT
determinada a esta resistencia de -70ºC. Su energía absorbida
durante el choque se encuentra en 557 J a -60ºC de temperatura de
ensayo y el alargamiento de rotura fue del 28%.
En el diagrama adjunto se encuentra para el
acero de acuerdo con la invención la evolución del valor de la
fractura tenaz integral J durante el ensanchamiento de fisura REW a
una temperatura de -60ºC para una longitud de fisura de partida de
0,4. Este muestra que en el comienzo técnicamente relevante del
ensanchamiento de fisura estable presenta una tenacidad al inicio
de fisura J_{IC} de 185 N/mm^{2}.
Claims (23)
1. Acero para la fabricación de componentes
altamente resistentes con sobresaliente tenacidad a baja
temperatura, que presenta la siguiente composición (en % en
peso):
- C:
- 0,08 - 0,25%,
- Si:
- 0,10 - 0,30%,
- Mn:
- 0,80 - 1,60%,
- P:
- \leq 0,020%,
- S:
- \leq 0,015%,
en donde la suma de contenido de P y S \leq
0,030%,
- Cr:
- 0,40 - 0,80%,
- Mo:
- 0,30 - 0,50%,
- Ni:
- 0,70 - 1,20%,
- Al:
- 0,020 - 0,060%,
- N:
- 0,007 - 0,018%,
- V:
- \leq 0,15%,
- Nb:
- \leq 0,07%,
en donde la suma de contenido de V y Nb \geq
0,020%, siendo el resto hierro e impurezas inevitables.
2. Acero según la reivindicación 1,
caracterizado porque su contenido en C es de 0,16% en peso a
0,23% en peso.
3. Acero según una de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque su contenido en Mn es de
1,00% en peso a 1,35% en peso.
4. Acero según una de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque su contenido en Cr es de
0,40% en peso a 0,65% en peso.
5. Acero según una de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque su contenido en Mo es de
0,35% en peso a 0,50% en peso.
6. Acero según una de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque su contenido en Ni es de
0,75% en peso a 1,00% en peso.
7. Acero según una de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque su contenido en Al es de
0,020% en peso a 0,045% en peso.
8. Acero según una de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque su contenido en N es de
0,007% en peso a 0,015% en peso.
9. Acero según una de las reivindicaciones
precedentes, caracterizado porque presenta un tamaño de grano
de austenita que es más fino que ASTM 10.
10. Uso de un acero constituido según una de las
reivindicaciones precedentes para la fabricación de componentes
altamente resistentes mediante conformado en frío con temple y
revenido subsiguiente.
11. Uso según la reivindicación 10,
caracterizado porque los componentes son medios para el
porte, tiro, elevación, transporte o sujeción de cargas.
12. Uso según la reivindicación 10,
caracterizado porque los componentes son medios para la unión
de elementos de construcción.
13. Uso según una de las reivindicaciones 10 a
12, caracterizado porque los componentes son cadenas.
14. Uso según la reivindicación 13,
caracterizado porque las cadenas son cadenas de acero
redondo.
15. Uso según la reivindicación 13 ó 14,
caracterizado porque las cadenas están soldadas.
16. Uso según una de las reivindicaciones 10 a
15, caracterizado porque los componentes tienen una
resistencia de al menos 1200 MPa.
17. Uso según la reivindicación 16,
caracterizado porque la resistencia es al menos de 1550
MPa.
18. Uso según la reivindicación 16 ó 17,
caracterizado porque la resistencia es al menos de 1600 MPa,
especialmente al menos de 1650 MPa.
19. Uso según una de las reivindicaciones 10 a
18, caracterizado porque con una resistencia de al menos 1550
MPa la temperatura de transición de rotura frágil FATT de los
componentes es como máximo de -60ºC.
20. Uso según una de las reivindicaciones 10 a
19, caracterizado porque el valor de energía absorbida
durante el choque es mayor de 45 J.
21. Uso según una de las reivindicaciones 10 a
20, caracterizado porque el material del componente presenta
una tenacidad técnica al inicio de fisura J_{IC} mayor de 170
N/mm^{2}.
22. Uso según la reivindicación 21,
caracterizado porque la tenacidad técnica al inicio de fisura
J_{IC} es mayor de 185 N/mm^{2}.
23. Uso según una de las reivindicaciones 10 a
22, caracterizado porque los componentes presentan un
alargamiento de rotura mayor del 28%.
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