ES2297377T3

ES2297377T3 - Aceros inoxidables austeniticos que contienen molibdeno.

Info

Publication number: ES2297377T3
Application number: ES04707747T
Authority: ES
Inventors: James M. Rakowski
Original assignee: ATI Properties LLC
Current assignee: ATI Properties LLC
Priority date: 2003-02-06
Filing date: 2004-02-03
Publication date: 2008-05-01
Anticipated expiration: 2024-02-03
Also published as: KR20150003920A; DK1592820T3; JP2006517261A; KR20120092157A; CA2513897C; EP1592820B1; CA2513897A1; KR20050101199A; US20170164426A1; WO2004072316A1; EP1592820A1; KR20170028457A; JP4996243B2; CN101407890A; BRPI0407190A; DE602004010368D1; KR20130140227A; CN1748042A; US20040156737A1; DE602004010368T2

Abstract

Un artículo manufacturado, que incluye un acero inoxidable austenítico, que comprende, en peso: 19% a 23% de cromo; 30% a 35% de níquel; 1% a 6% de molibdeno; 0% a 0,03% de titanio; 0,15% a 0,6% de aluminio; hasta 0,1% de carbono; 1% a 1,5% de manganeso; 0 a menos de 0,8 de silicio; 0,24% a 0,6% de niobio; opcionalmente, de 0 a 0,75 de cobre; opcionalmente, no más de 0,05% de fósforo; opcionalmente, no más de 0,02% de azufre; opcionalmente, no más de 0,1% de nitrógeno; y hierro e impurezas accidentales, siendo la relación de niobio a carbono, por lo menos de 10:1, en donde, el artículo manufacturado es seleccionado entre el grupo consistente en un automóvil, un componente del sistema de escape de automóviles, un conector flexible del sistema de escape de automóviles, una cubierta de un elemento de calefacción y una empaquetadura.

Description

Aceros inoxidables austeníticos que contienen molibdeno.

La presente invención se refiere a artículos manufacturados, incluyendo aceros inoxidables austeníticos resistentes a la oxidación y a la corrosión. Con mayor particularidad, la presente invención se refiere a los aceros inoxidables austeníticos adaptados para ser utilizados a elevada temperatura y en medios corrosivos, tales como, por ejemplo, la utilización en componentes de sistemas de escape de automóviles. Los aceros inoxidables austeníticos de la invención encuentran una aplicación particular en componentes expuestos a temperaturas de hasta 1800ºF (982ºC) y a medios corrosivos, tales como, por ejemplo, aguas risas en cloruro.

Descripción de los antecedentes de la invención

En la fabricación de componentes de sistemas de escape de automóviles son objetivos concurrentes el minimizar el costo y el peso, manteniendo además al mismo tiempo la integridad del sistema. En general, los componentes de automóviles para estas aplicaciones son producidos a partir de planchas finas de acero inoxidable para minimizar el peso de los componentes y, por esta razón, la resistencia de los componentes al ataque corrosivo debe ser alta para prevenir las fallas por perforación o por otros medios. La resistencia a la corrosión es complicada por el hecho de que los componentes utilizados para ciertas aplicaciones de los sistemas de escape de automóviles están expuestos a medios químicos corrosivos muy severos a elevadas temperaturas. En particular, los componentes de sistemas de escape de automóviles y otros componentes de máquinas automotoras están expuestos a la contaminación por las sales empleadas en el deshielo de las calles en condiciones de elevada temperatura debido a los gases de escape calientes. El acero inoxidable y otros componentes metálicos sometidos a estas condiciones están sujetos a una compleja forma de ataque por corrosión conocido como corrosión por sales calientes.

En general, a temperaturas más altas, los componentes de acero inoxidable experimentan la oxidación sobre superficies expuestas al aire formando una capa protectora de óxidos metálicos. La capa de óxidos protege el metal subyacente y reduce la ulterior oxidación y otras formas de corrosión. Sin embargo, los depósitos de sales utilizadas para el deshielo de las calles pueden atacar y degradar esta capa protectora de óxidos. Cuando la capa protectora de óxidos se degrada, el metal subyacente puede ser expuesto y se vuelve susceptible a una corrosión severa.

De este modo, las aleaciones metálicas seleccionadas para los componentes de sistemas de escape de automóviles son expuestas a un intervalo de condiciones muy exigentes. La durabilidad de los componentes de sistemas de escape de automóviles es crítica porque los consumidores, las regulaciones federales y además los requerimientos de garantía de los productores exigen largos tiempos de servicio. En la selección de aleaciones más complejas para los componentes de sistemas de escape de automóviles, un desarrollo reciente en estas aplicaciones consiste en la utilización de conectores metálicos flexibles, los cuales actúan como uniones adaptables entre dos componentes fijos de los sistemas de escape. Los conectores flexibles pueden ser utilizados para mitigar los problemas asociados con la utilización de uniones soldadas, uniones deslizantes y otras uniones. Un material seleccionado para su utilización en un conector flexible es sometido a un medio corrosivo a alta temperatura y debe ser moldeable y tener resistencia a la corrosión por sales calientes, así como a varios otros tipos de corrosión, tales como, por ejemplo, oxidación a temperatura intermedia, corrosión generalizada y corrosión de rotura por tensión con cloruros.

Las aleaciones a ser utilizadas en los conectores flexibles de sistemas de escape de automóviles experimentan, a menudo, condiciones en las cuales la exposición a elevada temperatura tiene lugar después que la aleación ha sido expuesta a contaminantes, tales como, sales para el deshielo de las calles. Las sales de haluros pueden actuar como agentes fundentes, eliminando las capas protectoras de óxidos, las cuales se forman normalmente sobre los conectores a elevadas temperaturas. La degradación de los conectores puede ser bastante rápida en tales condiciones. Por esta razón, los simples ensayos de oxidación por el aire pueden ser inadecuados para revelar la verdadera resistencia a la degradación corrosiva durante el servicio.

La industria automotriz utiliza diversas aleaciones para la fabricación de componentes de sistemas de escape de automóviles. Estas aleaciones abarcan desde materiales de bajo costo con moderada resistencia a la corrosión hasta materiales de alto costo, es decir, materiales altamente aleados con mucha mayor resistencia a la corrosión. Una aleación de relativamente bajo costo con resistencia moderada a la corrosión es el acero AISI Tipo 316Ti (Designación UNS S31635). El acero inoxidable Tipo 316Ti se corroe más rápidamente cuando es expuesto a temperaturas elevadas y, por esta razón, no es generalmente utilizado en conectores flexibles de sistemas de escape de automóviles, cuando las temperaturas son mayores de aproximadamente 1200ºF (649ºC). El Tipo 316Ti en general es utilizado sólo en componentes de sistemas de escape de automóviles, que no desarrollan altas temperaturas de escape.

Materiales más altamente aleados, de costo más elevado son comúnmente utilizados en la fabricación de conectores flexibles para sistemas de escape de automóviles expuestos a temperaturas más altas. Una típica aleación utilizada en la fabricación de conectores flexibles, que están sometidos a medios corrosivos a elevada temperatura es la superaleación austenítica de base níquel de la Designación UNS N06625, la cual es vendida comercialmente como, por ejemplo, aleación Allegheny Ludium ALTEMP 625 (de ahora en adelante, "AL 625"). AL 625 es una superaleación austenítica de base níquel, que posee excelente resistencia a la oxidación y a la corrosión en un amplio intervalo de condiciones corrosivas y que revela una conformabilidad y resistencia excelentes. Las aleaciones de la Designación UNS N06625 comprenden generalmente, en peso, aproximadamente 25 a 26% de cromo, aproximadamente 8 a 12% de molibdeno, aproximadamente 3,5% de niobio y 4% de hierro. Aunque, las aleaciones de este tipo son excelentes selecciones para conectores flexibles de sistemas de escape de automóviles, son bastante caras comparadas con las aleaciones del Tipo 316Ti.

Los fabricantes de sistemas de escape de automóviles pueden utilizar otras aleaciones para la construcción de conectores flexibles de sistemas de escape. Sin embargo, ninguna de estas aleaciones proporcionan alta resistencia a la corrosión, especialmente cuando son expuestas a elevadas temperaturas y a contaminantes corrosivos, tales como sales para el deshielo de las calles.

De este modo, existe una necesidad de un material resistente a la corrosión para su utilización en medios corrosivos a alta temperatura, que no sea tan altamente aleado como, por ejemplo, las aleaciones de la Designación UNS N06625 y, el cual, por esta razón, sea menos costoso de producir que tales superaleaciones. Más particularmente, existe una necesidad de una aleación de base hierro, la cual pueda ser utilizada, por ejemplo, en la fabricación de conectores flexibles de peso ligero y en otros componentes de sistemas de escape de automóviles, los cuales resistirían la corrosión de sustancias corrosivas, tales como, depósitos de sales y otros productos utilizados para el deshielo de las calles a elevadas temperaturas.

La WO 02/14570 expone un acero inoxidable austenítico resistente a la oxidación y a la corrosión.

Sumario de la invención

La invención proporciona un artículo para fabricarse según la reivindicación 1 de las reivindicaciones que se anexan. La presente invención se dirige a las necesidades descritas anteriormente proporcionando un artículo para fabricación que comprende un acero austenítico como se define en la reivindicación 1.

A menos que sea expresado de otro modo, todos los porcentajes de composiciones que aparezcan aquí serán porcentajes en peso basados en el peso total de la aleación.

Ciertas realizaciones de los artículos manufacturados que comprenden aceros inoxidables austeníticos, según la presente invención, muestran una inmejorable resistencia a la corrosión por sales en un amplio intervalo de temperatura hasta por lo menos, 1500ºF (816ºC). De este modo, los aceros inoxidables de la presente invención pudieran encontrar una amplia aplicación, como, por ejemplo, en componentes de automóviles y, más particularmente, como componentes y como conectores flexibles de sistemas de escape de automóviles, así como en otras aplicaciones en donde la resistencia a la corrosión es deseada. Los artículos manufacturados de la presente invención muestran una excelente resistencia a la oxidación a elevadas temperaturas y, por esta razón, encuentran amplia utilización en aplicaciones a elevada temperatura, tales como las cubiertas de elementos de calefacción.

La presente invención también proporciona procedimientos de producción de un artículo manufacturado de aceros inoxidables austeníticos, según la reivindicación 17 de las reivindicaciones que se acompañan.

La presente invención proporciona adicionalmente, procedimientos de fabricación de un artículo manufacturado, en donde el procedimiento comprende la elaboración, por lo menos de una parte del artículo manufacturado de un acero austenítico inoxidable, que comprende, en peso de, 19 a 23% de cromo, 30 a 35% de níquel, 1 a 6% de molibdeno, 0 a 0,03% de titanio, 0,15 a 0,6% de aluminio, hasta 0,1% de carbono, 1 a 1,5% de manganeso, 0 a menos de 0,8% de silicio, 0,24 a 0,6% de niobio, hierro e impurezas accidentales. Los ejemplos no limitantes de artículos manufacturados, que pueden ser elaborados utilizando el procedimiento de la presente invención, incluyen un automóvil, un componente del sistema de escape del automóvil,, un conector flexible del sistema de escape del automóvil, una cubierta de un elemento de calefacción y una empaquetadura.

Descripción detallada de las figuras

Las características y ventajas de la presente invención pueden ser mejor entendidas con referencia a las figuras que se acompañan, en las cuales:

La Figura 1 consiste en un gráfico con datos de variaciones de peso, en donde se comparan los resultados de los ensayos de corrosión por sales calientes de muestras de probetas planas de una aleación (Muestra 2) y aleaciones de la técnica anterior recubiertas con capas de sales de 0,0; 0,05 y 0,10 mg/cm^{2} y expuestas durante 72 horas a 1200ºF (649ºC);

La Figura 2 consiste en un gráfico de datos de variaciones de peso, en donde se comparan los resultados de los ensayos de corrosión por sales calientes de muestras de probetas planas de una aleación (Muestra 2) y aleaciones de la técnica anterior recubiertas con capas de sales de 0,0; 0,05 y 0,10 mg/cm^{2} y expuestas durante 72 horas a 1500ºF (816ºC);

La Figura 3 consiste en un gráfico de datos de variaciones de peso, en donde se comparan los resultados de los ensayos de corrosión por sales calientes de muestras de lágrima soldada de una aleación (Muestra 2) y aleaciones de la técnica anterior recubiertas con una capa nominal de sales de 0,10 mg/cm^{2} y expuestas durante 72 horas a 1200ºF (649ºC);

La Figura 4 consiste en un gráfico de datos de variaciones de peso, en donde se comparan los resultados de los ensayos de corrosión por sales calientes de muestras de lágrimas soldadas de una aleación (Muestra 2) y aleaciones de la técnica anterior recubiertas con una capa nominal de sales de 0,10 mg/cm^{2} y expuestas durante 72 horas a 1500ºF (816ºC);

La Figura 5 consiste en una ilustración gráfica de una probeta metálica en general corroída, que ilustra los resultados concordantes del procedimiento de análisis de la Práctica Standard de la norma ASTM G54 para Ensayos de Oxidación Estática Simple;

La Figura 6 consiste en un gráfico de profundidad de penetración, en donde se comparan los resultados de las mediciones realizadas, según la norma ASTM G54 para muestras de lágrimas soldadas con una capa nominal de sales de 0,10 mg/cm^{2}, expuestas a 1200ºF (649ºC) para una probeta de la aleación (Muestra 2) y aleaciones de la técnica anterior,

La Figura 7 consiste en un gráfico de profundidad de penetración, en donde se comparan los resultados de las mediciones realizadas, según la norma ASTM G54 para muestras de lágrimas soldadas con una capa nominal de sales de 0,10 mg/cm^{2}, expuestas a 1500ºF (816ºC) para una probeta de la aleación (Muestra 2) y aleaciones de la técnica anterior; y

Las Figuras 8 a 12 consisten en micrografías de especímenes aleados que comprenden niveles de variación en el contenido de titanio y niobio y, que fueron preparados como se describió en el Ejemplo 2.

Descripción detallada de las realizaciones de la invención

La presente invención proporciona aceros inoxidables austeníticos resistentes a la corrosión a elevadas temperaturas. Los aceros inoxidables austeníticos resistentes a la corrosión de la presente invención encuentran una aplicación particular en la industria automotriz y, más particularmente, en componentes del sistema de escape de automóviles. Los aceros inoxidables austeníticos son aleaciones que comprenden hierro, cromo y níquel. En general, los aceros inoxidables austeníticos son utilizados en aplicaciones que requieren resistencia a la corrosión y están caracterizados por un contenido de cromo por encima del 16% y un contenido de níquel por encima del 7%.

En general, el proceso de corrosión consiste en la reacción de un metal o de una aleación metálica con su medio ambiente. La resistencia a la corrosión de un metal o de una aleación en un medio ambiente específico se determina generalmente, por lo menos, parcialmente por su composición, entre otros factores. Los productos de corrosión de las aleaciones son generalmente, óxidos tales como, óxidos de hierro, óxidos de aluminio, óxidos de cromo, etc. La formación de ciertos óxidos, particularmente, el óxido de cromo en el acero inoxidable es beneficiosa en el acero y previene eficazmente la ulterior degradación del metal subyacente. La corrosión puede ser acelerada por la presencia de agentes calientes o corrosivos.

La resistencia a la corrosión de aceros inoxidables utilizados en aplicaciones automotoras se complica por la exposición a la contaminación por sales para el deshielo de las calles en condiciones de elevada temperatura. Esta exposición de resultados en una forma compleja de corrosión se debe a la interacción entre los óxidos que se forman a temperaturas elevadas y las sales contaminantes. La oxidación a elevada temperatura está tipificada por la formación de óxidos protectores a mediante la reacción del metal directamente con el oxígeno del aire. Las sales para el deshielo de las calles, que se depositan sobre los componentes de los automóviles pueden atacar y degradar la capa protectora de óxidos. Cuando la capa protectora se degrada, el metal subyacente es expuesto a ulterior corrosión. Las sales de haluro, particularmente, sales de cloruro, tienden a promover formas de ataque localizado, tales como, corrosión por picadura o oxidación por los límites de grano.

Los presentes aceros inoxidables contienen de 1% a 6% en peso de molibdeno. El molibdeno se añade como un agente aleante para proporcionar resistencia a la corrosión, tenacidad, resistencia mecánica y resistencia a la fluencia a elevadas temperaturas. Los aceros inoxidables austeníticos de la presente invención tienen una composición que se definió en la reivindicación 1. Los presentes aceros inoxidables austeníticos proporcionan mejor resistencia a la corrosión a elevada temperatura que las aleaciones de la técnica anterior Tipo 316Ti y, por esta razón, se lograría una aplicación más generalizada, como un componente de escape de automóviles. Sin embargo, ciertas aleaciones en la presente invención proporcionan esta resistencia a la corrosión a un menor costo que el de las aleaciones de la Designación UNS N06625 porque, por ejemplo, la presente invención consiste en una aleación de base hierro, mientras que las aleaciones N06625 son superaleaciones más caras de base níquel.

Los aceros inoxidables austeníticos de la presente invención contienen preferentemente, más de 2 por ciento en peso de molibdeno. Otra realización preferente de la presente invención contiene menos de 4 por ciento en peso de molibdeno. Esta concentración de molibdeno proporciona un mejoramiento de la resistencia a la corrosión a un costo razonable. Ciertas realizaciones de aleaciones en la presente invención pueden contener opcionalmente elementos de aleación adicionales, tales como, por ejemplo, manganeso, fósforo, azufre y cobre.

Las cubiertas de elementos de calefacción eléctrica comprenden en general, un conductor de resistencia encerrado en una cubierta metálica. El conductor de resistencia puede ser mantenido dentro de dicha cubierta y aislado eléctricamente de la cubierta por una capa densamente empacada de un material refractario, conductor de calor. Generalmente, el conductor de resistencia puede consistir en un elemento de alambre enrollado helicoidalmente, mientras que el material refractario conductor de calor puede ser óxido de magnesio granular.

A continuación siguen ejemplos de aleaciones de la presente invención.

Ejemplo 1

Ciertos aceros inoxidables fueron obtenidos para comparar el efecto del contenido de molibdeno, así como evaluada su resistencia a la corrosión a alta temperatura en ambientes corrosivos. Dos coladas fueron fundidas con una composición en peso, que contiene de 19% a 23% de cromo y de 30% a 35% de níquel, considerándose esta composición como el blanco. La primera de estas aleaciones tenía una concentración de molibdeno de 2% y la segunda aleación tenía una concentración de molibdeno de 4%. La composición actual de las coladas se presenta en la Tabla 1 como Muestra 1 y Muestra 2. La Muestra 1 contenía 1,81% de molibdeno y la Muestra 2 contenía 3,54% de molibdeno. Las Muestras 1 y 2 de las aleaciones fueron preparadas por un procedimiento convencional, específicamente, por fundición al vacío de las aleaciones con los componentes en concentraciones que se aproximan a las especificaciones del blanco. Los lingotes primarios producidos fueron transformados en caliente en lingotes secundarios menos gruesos y de sección más apropiada para la ulterior laminación en caliente a aproximadamente 2000ºF (1093ºC) a un espesor de 0,25 cm (0,1 pulgada) por una anchura de 17,8 cm (7 pulgadas). La plancha resultante fue tratada con chorro de arena y desincrustada en un ácido. Posteriormente, la plancha fue laminada en frío hasta un espesor de 0,02 cm (0,008 pulgadas) y recocida en presencia de gas inerte. De la plancha resultante se elaboraron probetas planas y muestras de lágrimas soldadas.

A modo de comparación, fueron obtenidas aleaciones adicionales, comercialmente utilizables y elaboradas probetas planas, así como muestras de lágrima soldada. La Muestra 3 fue fundida cumpliendo las especificaciones de una aleación comercialmente utilizable AISI Tipo 332 (Designación UNS N08800). El Tipo 332 consiste en un acero inoxidable austenítico caracterizado por tener una composición similar a aquella de las Muestras 1 y 2, pero contiene molibdeno no adicionado deliberadamente. El Tipo 332 es generalmente, un acero inoxidable de base níquel y cromo, designado para resistir la oxidación y carburización a elevadas temperaturas. El análisis de la probeta del Tipo 332 ensayada, se presenta en la Tabla 1. El Tipo 332 está caracterizado en general como una aleación que comprende aproximadamente 32 por ciento en peso de níquel y aproximadamente 20 por ciento en peso de cromo. El Tipo 332 fue escogido con propósitos comparativos para determinar el mejoramiento que el mismo ofrece a la resistencia a la corrosión en los ensayos por sales calientes, con la adición de molibdeno a las Muestras 1 y 2.

Muestras AISI Tipo 316Ti (Designación UNS S31635) (Muestra 4) y AL625 (Designación UNS N06625) (Muestra 5) fueron ensayadas también con propósitos comparativos. Estas dos aleaciones son utilizadas corrientemente en conectores flexibles de sistemas de escape de automóviles, porque ellas son conformables y resisten la oxidación a temperatura intermedia, a la corrosión generalizada y a la corrosión rotura tensión por cloruros, particularmente, en la presencia de altos niveles de contaminantes de las calles, tales como las sales de deshielo. La composición de las Muestras 4 y 5 son presentadas en la Tabla 1. El AISI Tipo 316Ti es una aleación de bajo costo, utilizada actualmente en aplicaciones a baja temperatura de conectores flexibles de un sistema de escape de los automóviles. Por otra parte, la aleación AL625 es un material más costoso, el cual encuentra actualmente una amplia aplicación, incluyendo su utilización en conectores flexibles de un sistema de escape de los automóviles, sometidos a temperaturas en exceso de1500ºF (816ºC).

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TABLA 1 Composición química de las probetas de ensayo, en %, en peso

1

Fue ideado un ensayo para examinar la resistencia a la corrosión y a la oxidación a elevada temperatura de las probetas precedentes, en la presencia de sólidos corrosivos depositados. Ensayos especiales de corrosión han sido desarrollados para simular estos medios corrosivos a alta temperatura. Corrientemente, la mayoría de los ensayos de resistencia a la corrosión por sales a elevadas temperaturas pueden ser categorizados como un ensayo "de copa" o un ensayo "de inmersión total".

En el ensayo "de copa" una probeta de la aleación es colocada en una copa, generalmente, de geometría Swift o Ericsen. La copa es llenada entonces a un volumen conocido de una solución acuosa de ensayo que tiene una conocida concentración de sales. El agua de la copa es evaporada en un horno, dejando una capa de sales sobre la probeta. Entonces, la probeta es expuesta a elevada temperatura en cualquiera de las condiciones cíclicas o isotérmicas y es evaluada la resistencia de la probeta a la corrosión por sales. En el ensayo "de inmersión total", una probeta, en cualquiera de las condiciones de configuración plana o en una configuración en forma de U, es sumergida en una solución acuosa que tiene una conocida concentración de sales. El agua es evaporada en un horno, dejando una capa de sales sobre la probeta. Entonces, la probeta puede ser evaluada a la resistencia a la corrosión por sales.

Sin embargo, hay problemas con ambos ensayos vistos precedentemente para determinar la resistencia a la corrosión por sales. Los resultados del ensayo pueden ser inconsistentes y no fácilmente comparables de un ensayo a otro, porque la capa de sales no está igualmente distribuida a través de la extensión de la superficie a ser ensayada o porque no hay consistencia entre las probetas. Utilizando cualesquiera de los ensayos "de copa" o "de inmersión total", las sales serán depositadas generalmente, más densamente en las áreas últimas en secarse. Para imponer una deposición más uniforme de las sales sobre las probetas, fue utilizado por el presente inventor, un simple procedimiento de aplicación de sales. El procedimiento comprendió el rociado de una solución acuosa de sales sobre una probeta plana. Mediante la utilización de este procedimiento una capa uniforme de sales puede ser depositada con una pulverización de aerosol, que consiste esencialmente, en cloruro de sodio disuelto en agua deionizada. Durante la deposición de la pulverización de aerosol, las probetas son calentadas a aproximadamente 300ºF (149ºC) para garantizar una rápida y uniforme evaporación del agua de la solución acuosa. La cantidad de sales depositadas es monitoreada mediante las pesadas entre las pulverizaciones y es reportada como una concentración superficial (área superficial de la probeta en mg de sal/cm^{2}). Los cálculos indican que la deposición de sales puede ser controlada mediante la utilización cuidadosa de este procedimiento a aproximadamente \pm 0,01 mg/cm^{2}. Después de la pulverización, las probetas pueden ser expuestas, por lo menos, a un ciclo térmico de 72 horas a una elevada temperatura en un horno mufla en aire ambiental tranquilo de laboratorio o en cualesquiera otras condiciones medio ambientales, según se desee. Preferentemente, debiera ser utilizado para este ensayo un horno y un utensilio de laboratorio dedicados a ensayos para impedir la contaminación cruzada de otros materiales de ensayo. Después de la exposición, las probetas y cualesquiera de los productos de corrosión no adherentes colectados, son pesados independientemente. Los resultados son reportados como una variación en el peso específico en relación con el peso original del espécimen (no recubierto) como se describió precedentemente.

Muestras planas fueron ensayadas inicialmente, debido a que éste es el procedimiento más simple de proteger las aleaciones a la susceptibilidad a la corrosión por sales calientes. El peso de cada probeta fue determinado antes del ensayo. Una capa uniforme de sales fue aplicada a probetas de ensayo de 2,54 cm por 5,08 cm (1 pulgada por 2 pulgadas) de cada aleación de ensayo. Una solución acuosa diluida de sale; de cloruro disuelta en agua deionizada fue pulverizada sobre cada una de tales probetas. Las probeta; fueron precalentadas a aproximadamente 300ºF (149ºC) sobre una plancha caliente para garantizar le evaporación rápida y uniforme del agua de la solución. La cantidad de sales depositadas sobre cada probeta fue monitoreada mediante pesadas después de cada pulverización. Después de la pulverización, la; probetas fueron colocadas en crisoles de alúmina y expuestas en un horno mufla a elevadas temperaturas 1500ºF (816ºC). Este típico ciclo de exposición fue de 72 horas a la elevada temperatura en aire tranquilo de laboratorio. Después de la exposición los especímenes fueron pesados. Cualesquiera productos de corrosión no adherentes fueron colectados y pesados separadamente. Cualesquiera ganancias o pérdidas de peso de las probetas fueron debidas a la reacción de los especímenes metálicos con la atmósfera y a cualquier remanente de sales de la capa. La cantidad de sales aplicadas es generalmente, mucho menor que la variación de peso debido a la interacción con el medio ambiente y como tal, puede ser descontada, generalmente.

Los efectos de las tensiones residuales resultantes de la elaboración o de la soldadura fueron también investigados. Para este ensayo, las probetas fueron elaboradas como muestras de lágrima soldada. Las muestras de lágrima fueron elaboradas mediante el doblado de probetas planas de 0,16 cm (0,062 pulgada) de espesor en forma de lágrima sobre una plantilla de guía y, entonces, sus cantos engranados fueron soldados mediante soldadura autógena. Previo a la exposición a elevadas temperatura, las probetas fueron recubiertas con sales de cloruro utilizando un procedimiento similar al que fue descrito para el recubrimiento de las probetas planas. Los recubrimientos sobre las lágrimas soldadas no fueron aplicados en una forma cuantitativa. Sin embargo, el resultado del recubrimiento consistió en una deposición de sales pareja e uniforme. Se estima que la cantidad de sales depositadas sobre la superficie más externa de las muestras de lágrima fue aproximadamente de 0,05 a 0,10 mg/cm^{2}. Los especímenes recubiertos fueron expuestos en la instalación automática de laboratorio de oxidación cíclica termogravimétrica. Cada 24 horas la capa de sales sobre cada probeta fue eliminada mediante la evaporación y, entonces, las probetas fueron pesadas para determinar la pérdida o ganancia de peso ocasionada por la exposición al medio ambiente. Después del pasaje, las capas de sales fueron aplicadas nuevamente y el ensayo fue continuado. La Tabla 2 resume los ensayos realizados a cada una de las Muestras 1 hasta 5.

TABLA 2 Matriz de identificación de la provisión de los especímenes de ensayo

2

Resultados de los ensayos de corrosión Ejemplo 1

Ensayos de probetas planas fueron utilizados para proporcionar una medida inicial de su desempeño y después fueron evaluados ensayos de lágrima soldada para confirmar los resultados de los ensayos de probetas planas y ampliar estos resultados de ensayo.

Resultados de los ensayos con probetas planas

Fueron realizados ensayos de muestras de probetas planas de cuatro materiales de ensayo, las Muestras 2 hasta 5, relacionadas en la Tabla 1, para determinar el efecto de las concentraciones de sales incrementadas y de las temperaturas incrementadas sobre la resistencia a la corrosión de la aleación. Muestras de cada composición para las Muestras 2 hasta 5, relacionadas en la Tabla 1 fueron ensayados sin capa de sales y con capas de sales de 0,05 mg/cm^{2} y
0,10 mg/cm^{2}. Las probetas fueron ensayadas a dos temperaturas, 1200ºF (649ºC) y 1500ºF (816ºC). Las probetas fueron pesadas previo a ser recubiertas con sales para determinar su peso inicial y entonces fueron recubiertas con la adecuada cantidad de sales para cada ensayo y colocadas en un medio a 1200ºF (649ºC) para determinar la resistencia de cada aleación a la corrosión y a la oxidación por sales calientes. Después de 72 horas de exposición a elevada temperatura, las probetas fueron retiradas del horno y dejadas enfriar a temperatura ambiente. La sal remanente sobre la probeta fue eliminada y la probeta fue pesada para determinar el peso final de la probeta.

Los resultados del ensayo a la corrosión y a la oxidación de la probeta del cupón plano son presentados en la Figura 1. La Figura 1 consiste en un gráfico de los datos de la variación de peso, en donde se comparan los resultados del ensayo a la corrosión y a la oxidación por sales calientes de muestras de probetas planas de una aleación (Muestra 2) y de las aleaciones recubiertas con una capa de sales a 0,0 0,5 y 0,10 mg/cm^{2} y expuestas durante 72 horas a 1200ºF (649ºC). La variación en el peso fue determinada sustrayendo el peso inicial de la probeta del peso final de la probeta y dividiendo después, este resultado por el área superficial inicial de la probeta del cupón plano.

Todas las aleaciones se desempeñaron bien en este ensayo a 1200ºF (649ºC). Cada probeta de cada aleación presentó una ligera ganancia de peso, que indica la formación de una capa de oxidación adherente. La formación de esta capa de óxidos metálica protege el cuerpo del material si permanece adherente a la superficie metálica. Generalmente, las probetas presentaron una mayor ganancia de peso con un incremento en el nivel del recubrimiento de sales. Este resultado indica niveles incrementados de oxidación sobre la superficie de la probeta con incrementadas concentraciones de sales. La aleación T316Ti, Muestra 4, presentó la máxima ganancia de peso de más de 1 mg/cm^{2}, mientras que la aleación ensayada de la Muestra 2 y la T332, Muestra 3, presentaron la mínima ganancia de peso de menos de
0,5 mg/cm^{2}.

Un ensayo similar fue realizado a las mismas probetas a 1500ºF (816ºC) y los resultados son presentados en la Figura 2. La aplicación a baja temperatura de la aleación T-316Ti se desempeñó pobremente, como se esperaba. Fue notada una fuerte exfoliación y las probetas recubiertas con 0,05 y 0,1 mg/cm^{2} perdieron más de 10 mg por centímetro cuadrado del área superficial inicial. Este ensayo confirmó que la aleación T-316Ti no es adecuada para la utilización en aplicaciones a elevada temperatura, por encima de 1200ºF (649ºC), y confirmó la confiabilidad de este procedimiento de ensayo desarrollado para la comparación de la resistencia de las aleaciones a la oxidación por sales calientes. Todas las otras aleaciones se desempeñaron bien. La T-332, Muestra 3, presentó una pérdida de peso de alrededor de 1,3 mg/cm^{2} en las condiciones de ensayo. El costo más elevado de la superaleación AL625, Muestra 5, mostró una ganancia de peso de aproximadamente 1,7 mg/cm^{2} en estas condiciones de ensayo. Esta ganancia de peso es consistente con la formación de la capa protectora de óxidos metálicos sobre la superficie de la aleación y con una mínima exfoliación de esta capa protectora. La aleación de la Muestra 2 no mostró casi ninguna variación de peso en las condiciones de ensayo. La presencia de aproximadamente 4 por ciento en peso de molibdeno en la Muestra 2 incrementó la resistencia a la corrosión por sales calientes sin un recubrimiento de sales de la aleación con relación a la aleación T-332 de la técnica anterior, Muestra 3. La Muestra 3 no presentó casi ninguna variación de peso en la probeta sin un recubrimiento de sales o con un recubrimiento de 0,05 mg/cm^{2}. Sin embargo, cuando la Muestra 3 se expuso a una concentración de 0,10 mg/cm^{2}, la misma presentó una degradación de la capa protectora de oxidación y una pérdida de peso mayor de 1,5 mg/cm^{2}.

La aleación de la Muestra 2 desplegó una fuerte resistencia a la corrosión y oxidación por sales calientes en este ensayo. La concentración de molibdeno en la Muestra 2 incrementó la resistencia a la corrosión de la aleación por encima de la resistencia de la aleación T332, Muestra 3.

Resultados de los ensayos con lágrima soldada

El ensayo con lágrima soldad fue consistente con el ensayo de probetas planas. Los resultados del ensayo con lágrimas soldadas son reportados como variación en por ciento de peso. Las probetas fueron pesadas inicialmente y observadas periódicamente a lo largo del periodo de tiempo, durante más de 200 horas. Las Figuras 3 y 4 consisten en gráficos de los datos de la variación de peso, en donde se comparan los resultados del ensayo de corrosión por sales calientes de muestras de lágrimas soldadas de una aleación de contenido incrementado de molibdeno (Muestra 2) y aleaciones de la técnica anterior recubiertas con una capa nominal de sales de 0,10 mg/cm^{2} y expuestas a 1200ºF (649ºC) y 1500ºF (816ºC), respectivamente. En ambas figuras, puede ser fácilmente reconocido que la aleación T316Ti otra vez se desempeñó muy pobremente y evidenció ser una aleación inaceptable para su utilización a elevada temperatura en medios corrosivos. Todas las otras probetas ensayadas fueron esencialmente equivalentes en su desempeño, como se presenta en las Figuras 3 y 4. La aleación ensayada, Muestra 2, desplegó la máxima resistencia a la corrosión en estas condiciones con menos de 1% de pérdida de peso y ninguna variación de peso después de las primeras 30 horas de ensayo. Esta aleación se compara favorablemente con el desempeño de la aleación AL625 de la técnica anterior de más elevado desempeño, Muestra 5, la cual pierde aproximadamente 3% de su peso inicial a lo largo de la de la duración del ensayo a 1500ºF (816ºC). La aleación ensayada de la Muestra 2 resistió mejor a la oxidación por sales calientes comparada con las otras aleaciones de ensayo.

La sola información de la variación de peso es generalmente, un parámetro incompleto para la medición del efecto total de la degradación en un medio altamente agresivo. El ataque en medios altamente agresivos, tales como, la corrosión por oxidación en sales calientes es, a menudo, irregular por su naturaleza y puede comprometer una significativamente gran parte de la sección transversal de un componente de una aleación que parecería estar sólo afectada por el análisis de los datos de la variación de peso. Por esta razón, la pérdida de metal (en términos de por ciento de la sección transversal remanente) fue medida según la Práctica Standard ASTM-G54 para Ensayos Simples de Oxidación Estática. La Figura 5 ilustra las definiciones de los parámetros que se derivan de este análisis. La Muestra de Ensayo 30 tiene un espesor inicial, Tº, presentado como la distancia 32 en la Figura 5. El por ciento de metal remanente está determinado por la división del espesor de la probeta de ensayo después de la exposición al ensayo de corrosión, T_{m1}, presentado como la distancia 34, por el espesor inicial, 32. El por ciento de metal no afectado está determinado por la división del espesor de la probeta de ensayo que no presenta indicios de corrosión, T_{m}, presentado como la distancia 36 en la Figura 4, por el espesor inicial, 32. Estos resultados dan una mejor indicación que las simples mediciones de pérdida de peso, como si la corrosión degradara totalmente el cupón metálico.

Los resultados de la investigación metalográfica son presentados en las Figuras 6 y 7. El análisis de la aleación de baja temperatura, T316Ti (Muestra 4) desplegó una corrosión significativa en ambas condiciones de ensayo, 1200ºF (649ºC) y 1500ºF (816ºC). Solamente 25% de la sección transversal inicial permaneció en el cupón de T316Ti después del ensayo a 1500ºF (816ºC).

Las otras aleaciones ensayadas se desempeñaron bien a 1200ºF (649ºC), más del 90% del material inicial permaneció sin afectación en el caso de las Muestras 2, 3 y 5. Los resultados del análisis de las probetas después de la exposición a 1500ºF (816ºC) indicaron que el costo más alto de la superaleación de base níquel AL625, Muestra 5, experimentó un baja pérdida del espesor inicial en por ciento, pero comenzó a manifestar la formación de picaduras, como se indicó por la diferencia entre el por ciento del área de sección transversal, aproximadamente 93% y el por ciento de metal no afectado, aproximadamente 82%. La corrosión por picadura localizada del material, como se indicó mediante los resultados de los análisis, según los procedimientos de la norma ASTM-G54 proporciona datos que indican el potencial de la falla localizada en el material. El cupón comprendido de la aleación T332 presentó ligera corrosión por picadura después de la exposición a 1500ºF (816ºC), permaneciendo el material inicial no afectado con menos del 75%.

La aleación de la Muestra 2 presentó el por ciento máximo de área remanente no afectado después del ensayo a ambas temperaturas. Este resultado indica que el molibdeno retarda la degradación y separación de la capa protectora de oxidación. La sección transversal remanente y el por ciento de área remanente no afectado después del ensayo son aproximadamente iguales, alrededor de 90%. Esto indica que la corrosión por sales calientes de las aleaciones de la presente invención es uniforme a través de la superficie del cupón de ensayo y que la falla prematura no debiera ocurrir debido a falla localizada. Por el contrario, este tipo de corrosión localizada fue mostrada por la aleación T-332 de la técnica anterior, Muestra 3. El análisis de la Muestra 3 indicó ligera corrosión por picadura, un potencial de falla localizada.

Ejemplo 2

Los aceros inoxidables austeníticos pueden estar sometidos a sensibilización cuando son expuestos a elevadas temperaturas. Como es conocido en la técnica, la sensibilización consiste en la precipitación intergranular de carburos de cromo en el acero inoxidable austenítico cuando el acero es expuesto a temperaturas en el intervalo aproximado de 800 a 1500ºF (427 a 816ºC). Un resultado de la sensibilización es que en las regiones de los límites de los granos afectados tiene lugar la eliminación del contenido de cromo, provocando la susceptibilidad a la corrosión intergranular en la presencia de cloruros acuosos. Para investigar la susceptibilidad a la sensibilización de las aleaciones de la presente invención, el presente inventor elaboró y ensayó cinco coladas VIM de 22,7 kg (50 libras) que tienen las composiciones químicas presentadas en la Tabla 3. La Tabla 3 identifica las coladas como Coladas 6 a 10 para distinguirlas de este modo, a las composiciones químicas de las Muestras 1 a 5, en el Ejemplo 1 que antecede. Las coladas incluyeron adiciones variables de los elementos formadores de carburos, titanio y niobio. La Colada 6 fue formulada con una pretensión de cero titanio y cero niobio y realmente incluyó 0,002% de titanio y 0,003% de niobio. La Colada 7 fue formulada como una colada estabilizada con titanio con una pretensión de 0,3% d titanio y cero niobio y realmente incluyó 0,32% de titanio y 0,003% de niobio. De este modo, la Colada 7 representó una aleación similar en composición a la Muestra 2, en el Ejemplo 1 que antecede. Las Coladas 8 a 10 fueron formuladas incluyendo niveles variables en la adición de niobio y una pretensión de cero titanio y realmente incluyó 0,24 a 0,46% de niobio y un nivel residual de 0,002% de titanio. En efecto, la susceptibilidad a la sensibilización de la Colada 6, la cual estaba esencialmente libre de ambos elementos, titanio y niobio y la de la Colada 7, la cual estaba estabilizada con titanio y esencialmente libre de niobio, fueron comparadas con las Coladas 8 a 10, las cuales incluían niobio significativamente y estaban esencialmente libres de titanio.

TABLA 3 Composición química de las probetas de ensayo

3

Cada una de las cinco coladas fue laminada a un espesor de 0,19 cm (0,075 pulgada) y recibieron recocido de solubilización a 2050ºF (1121ºC) durante dos minutos (tiempo a temperatura). Las probetas fueron cortadas de cada uno de los paneles acabados y recocidos, así como fueron ensayadas para determinar la sensibilización, según el procedimiento de ensayo ASTM A262 (Práctica A), que se revisó en el año 2002. Como es conocido en la técnica, el procedimiento de ensayo ASTM A262 (Práctica A) involucra deliberadamente las probetas de exposición a un tratamiento térmico de sensibilización (1 hora a una temperatura del horno de 1200ºF (649ºC)) y después el montaje, pulido y ataque de las probetas para revelar la microestructura de cada probeta. Las probetas son entonces comparadas con las micrografías de referencia y el revelado de la microestructura de cada probeta es clasificada y corresponde a una de las tres siguientes categorías:

"Escalonada (o sesgada)" - los bordes de los granos son revelados, estructura normal

"Excavada" - los bordes de los granos son fuertemente atacados, revelando la sensibilización

"Mezclada" - alguna cantidad de ambas estructuras, escalonada y excavada, están presentes.

Los resultados de los ensayos de sensibilización aparecen en la Tabla 4. Micrografías representativas de las micrografías observadas de las probetas de la Colada 6 y Colada 7 son mostradas en las Figuras 8 y 9, respectivamente. Las Figuras 11 y 12 son micrografías representativas de las estructuras observadas de las probetas de las Coladas 8 (nivel mínimo de la adición intencional de niobio), 9 y 10 (nivel máximo de la adición intencional de niobio). Las micrografías de las Figuras 10-12 parecen las mismas a pesar de la variación significativa del contenido de niobio.

TABLA 4 Resultados de los ensayos de sensibilización

4

Es evidente de los resultados que aparecen en la Tabla 4 que la adición de niobio en las Coladas 8 hasta 10 inhibieron esencialmente la sensibilización como fue medido mediante la norma ASTM A262, Práctica A, incluso aunque esas coladas incluyeron sólo niveles muy bajos de titanio. Por otra parte, todos los niveles de niobio en las Coladas 8 a 10 mostraron una estructura escalonada, que indica un nivel de sensibilización no significativo. Por el contrario, la sensibilización tuvo lugar en el material de la Colada 6, el cual carecía esencialmente de ambos elementos, titanio y niobio. Aún cuando la Colada 7 incluía titanio en una cantidad similar al nivel de 0,34% en la Muestra 2 del Ejemplo 1 que antecede, la probeta de la Colada 7 mostró una microestructura escalonada a excavada y, de este modo, tenía un visible nivel de sensibilización. La probeta de la Colada 7 mostró más fuerte ataque (excavación) por los bordes de los granos, indicando severa, pero no total sensibilización. De este modo, un inesperado y sorprendente resultado de los ensayos, es el obtenido mediante la modificación de la composición de la Colada 7, a fin de sustituir una adición de niobio por todo o esencialmente todo el titanio en la Colada 7; las aleaciones resultantes, incluidas en las Coladas 8 a 10 no estaban sometidas a la sensibilización a un nivel visible en los ensayos.

En efecto, se determinó que el niobio evita la sensibilización con mayor efectividad que el titanio en los aceros inoxidables austeníticos de los tipos ensayados. La adición de un nivel demasiado alto de niobio puede resultar en la obtención de un material superestabilizado, en donde el exceso del elemento estabilizador produce inclusiones que pueden afectar perjudicialmente, por ejemplo, la corrosión, las propiedades mecánicas, la resistencia a la fatiga, el acabado superficial y la conformabilidad. Por otra parte, la adición de demasiado poco niobio puede producir un material subestabilizado. Se cree que proporcionando, por lo menos 0,24% y hasta 0,6% de niobio, por ejemplo, en una aleación que tiene la composición general de la Muestra 2 en el Ejemplo 1, se reducirá significativamente la sensibilización sin perjuicio significativo de otras propiedades importantes de la aleación. Aunque no parece necesario, además, incluir titanio en las aleaciones, se cree que las aleaciones de la presente invención que contienen de 0,25 a 0,6% de niobio pueden admitir la presencia de titanio hasta 0,03% y mostrar propiedades mejoradas a la sensibilización, también parece que, a partir de los resultados de los ensayos de sensibilización, una relación carbono a niobio de aproximadamente 1:10 proporciona la suficiente estabilización a la significativamente inhibición de la sensibilización.

El mejoramiento en el comportamiento a la sensibilización de las Coladas 8 a 10 pudiera manifestarse por si misma en la forma de una resistencia mejorada a la corrosión a altas temperaturas en la presencia de cloruros acuosos. Una ventaja adicional de la sustitución de niobio por alguno o por todo el titanio es que allí no debe haber necesidad de un recocido de estabilización (un tratamiento térmico a una temperatura intermedia designada como de preformación de carburos estabilizadores), permitiendo, de este modo, que sea utilizado un material recocido por solubilización o por laminación, sin el peligro de sensibilización durante el servicio.

Tomando en consideración las observaciones precedentes en el Ejemplo 2, un aspecto de la presente invención está dirigido a un artículo manufacturado que incluye un acero inoxidable austenítico, que comprende, en peso, 19% a 23% de cromo, 30% a 35% de níquel, 1% a 6% de molibdeno, 0 a 0,03% de titanio, 0,15% a 0,6% de aluminio, hasta 0,1% de carbono, 1% a 1,5% de manganeso., 0 a menos de 0,8% de silicio, 0,24% a 0,6% de niobio, y hierro; la relación niobio - carbono es seleccionada para que sea, por lo menos 10:1. Solamente para la facilidad de la referencia, tal aleación es referida de ahora en adelante como el "acero inoxidable de la presente invención, que contiene niobio" o, más simplemente, como el "acero inoxidable que contiene niobio".

En ciertas realizaciones, el acero inoxidable de la presente invención, que contiene niobio, incluye de 0,3% a 0,5% de niobio. Se cree que un contenido de niobio en este intervalo proporciona una amortiguación ulterior contra la posibilidad de sub- y superestabilización, proporcionando, al mismo tiempo, mejoradas propiedades de sensibilización.

Por lo menos 19% de cromo está presente en el acero inoxidable que contiene niobio para proporcionar un nivel básico de resistencia a la corrosión y a la oxidación a alta temperatura. Si el cromo está presente a un nivel demasiado alto, entonces puede ser difícil ajustar el carbono a los niveles deseados; la tendencia a la formación de una segunda fase se incrementa y, el costo y la dificultad de producir la aleación también se incrementan. En efecto, en ciertas formas de ejecución, el acero inoxidable de la presente invención, que contiene niobio, incluye de 19% a 21,5% de cromo y puede incluir alrededor de 21% de cromo.

Mediante el incremento del contenido de molibdeno se mejora la resistencia a la corrosión y, en particular, a la corrosión localizada tales como corrosión por picadura y corrosión por contacto. La adición de molibdeno es generalmente más efectiva en el mejoramiento de la corrosión por picadura/corrosión por contacto, que la adición de cromo. Si se adiciona un nivel demasiado alto de molibdeno, sin embargo, tiene lugar la formación de la fase sigma a temperaturas mayores de alrededor de 1000ºF (538ºC). La fase sigma reduce la resistencia a la corrosión y puede ocasionar la fragilización de la aleación a temperatura ambiente. Además, el molibdeno es relativamente caro. De este modo, en general, el nivel de molibdeno debiera ser minimizado, proporcionando, al mismo tiempo, el nivel de resistencia a la corrosión deseado. En efecto, ciertas realizaciones de acero inoxidable de la presente invención, que contiene niobio, puede incluir de 2% a 4% de molibdeno, mientras que otras realizaciones incluyen de 1% a 2,7% de molibdeno. En una forma de ejecución el acero inoxidable incluye alrededor de 2,5% de molibdeno.

Cuando el titanio está presente a altos niveles, el mismo ocasiona defectos superficiales. El titanio también forma inclusiones en la presencia de carbono y nitrógeno, las cuales afectan negativamente la conformabilidad y la resistencia a la fatiga. En efecto, en ciertas realizaciones, el contenido de titanio del acero inoxidable de la presente invención, que contiene niobio está restringido al intervalo de 0 a 0,01%, mientras que en otras realizaciones está restringido de 0 a 0,005%.

El contenido de carbono dicta la cantidad de carburos que se formarán cuando la solubilidad de carbono es excedida. La adición de carbono más allá del límite de solubilidad es generalmente acompañada de un incremento de los niveles de los elementos estabilizadores, tales como titanio y niobio, de manera que se forma un exceso de carburos, los cuales mejoran la resistencia a la fluencia a alta temperatura. Sin embargo, tales adiciones tan altas de carbono pueden afectar negativamente la capacidad del laminado a calibres finos, perjudican la conformabilidad y reducen la resistencia a la fatiga. En efecto, ciertas realizaciones del acero inoxidable que contiene niobio incluyen no más de 0,03% de carbono. Otras realizaciones incluyen no más de 0,025% de carbono. Ciertas realizaciones del acero inoxidable que contiene niobio también pueden incluir uno o ambos elementos, de 0,15% a 0,4% de aluminio y hasta 0,4% de silicio. En ciertas formas de ejecución, el acero inoxidable que contiene niobio, incluye uno o más elementos, de alrededor de 0,30% de aluminio, alrededor de 0,020% de carbono y alrededor de 0,30% de silicio.

El cobre incrementa la resistencia a ciertos tipos de corrosión, tales como corrosión en medios reductores, como el ácido sulfúrico diluido. Sin embargo, los altos niveles de cobre pueden ocasionar la formación de fases secundarias indeseables. En efecto, el acero inoxidable que contiene niobio puede incluir hasta 0,75% de cobre, mientras que ciertas realizaciones del acero pueden incluir hasta 0,4% de cobre. En una forma de ejecución, el acero inoxidable que contiene niobio incluye alrededor de 0,3% de cobre. Preferentemente, el contenido de azufre es minimizado para impedir que se afecte el trabajo en caliente negativamente. El fósforo es una impureza que puede afectar negativamente las propiedades a un nivel demasiado alto. En ciertas formas de ejecución, el acero inoxidable que contiene niobio está limitado a un contenido no mayor de 0,05% de fósforo y/o un contenido no mayor de 0,02% de azufre.

El nitrógeno incrementa generalmente la resistencia, la estabilidad de la austerita (por ejemplo, la resistencia a la formación de la fase sigma) y la resistencia a la corrosión. Sin embargo, un nivel demasiado alto de nitrógeno puede unirse al niobio y reducir la resistencia a la sensibilización y, además, puede formar inclusiones. En efecto, en ciertas realizaciones, el acero inoxidable que contiene niobio incluye no más de 0,1% de nitrógeno, en ciertas otras realizacio-
nes incluye no más de 0,025% de nitrógeno y en una forma de ejecución incluye alrededor de 0,020% de nitrógeno.

Tomando en consideración las ventajas que pueden ser derivadas de ciertas de las precedentes modificaciones de amplio intervalo en la composición del acero inoxidable que contiene niobio, un aspecto adicional de la presente invención está dirigido a un artículo manufacturado que incluye un acero inoxidable austenítico, que comprende, en peso, 19% a 21,5% de cromo, 30% a 35% de níquel, 1% a 2,7% de molibdeno, 0 a 0,03% de titanio, 0,15% a 0,4% de aluminio, hasta 0,025% de carbono, 1% a 1,5% de manganeso, 0 a menos de 0,8% de silicio, 0 a 0,75% de cobre, 0,24% a 0,6% de niobio y hierro. En una forma de ejecución el acero inoxidable que contiene niobio, incluye, en peso, 21,5% de cromo, 34,5% de níquel, 2,5% de molibdeno, 0,02% de carbono, 1,2% de manganeso, no más de 0,03% de titanio, 0,5% de niobio, hasta 0,05% de fósforo, hasta 0,02% de azufre, 0,30% de silicio, 0,30% de aluminio, 0,30% de cobre, 0,020% de nitrógeno, hierro e impurezas accidentales.

Tomando otra vez en consideración los resultados del Ejemplo 2, un aspecto adicional de la presente invención está dirigido a un artículo manufacturado que incluye un acero inoxidable austenítico, que incluye molibdeno y niobio y que consiste, esencialmente de 19% a 23% de cromo, 30% a 35% de níquel, 1% a 6% de molibdeno, 0 a 0,03% de titanio, 0,15% a 0,6% de aluminio, hasta 0,1% de carbono, 1% a 1,5% de manganeso., de 0 a menos de 0,8% de silicio, 0,24% a 0,6% de niobio, 0 a 0,75% de cobre, hasta 0,05% de fósforo, hasta 0,02% de azufre, hasta 0,1% de nitrógeno, hierro e impurezas accidentales. Las impurezas accidentales pueden incluir, por ejemplo, niveles residuales de impurezas derivadas de la chatarra y de otros materiales a partir de los cuales son producidas las aleaciones. Dadas las posibles modificaciones que anteceden, de la composición del acero inoxidable que contiene niobio, otra forma de ejecución de la presente invención está dirigida a un artículo manufacturado que incluye un acero inoxidable austenítico que incluye molibdeno y niobio y que consta de, esencialmente, en peso, 19% a 21,5% de cromo, 30% a 35% de níquel, 1% a 2,7% de molibdeno, 0 hasta 0,03% de titanio, 0,15% a 0,4% de aluminio, hasta 0,025% de carbono, 1% a 1,5% de manganeso, 0 a menos de 0,8% de silicio, 0,24% a 0,6% de niobio, hasta 0,05% de fósforo, hasta 0,02% de azufre, hasta 0,1% de nitrógeno, hierro e impurezas accidentales.

Será entendido que la presente invención encierra artículos manufacturados producidos total o parcialmente de aceros inoxidables austeníticos, como se expone en la presente revelación y, que adicionalmente encierra procedimientos para elaboración de tales artículos. Sin la intención de limitar las posibles realizaciones de tales artículos manufacturados, ejemplos de artículos que pueden incluir el acero inoxidable austenítico aquí descrito y que pueden ser elaborados por tales procedimientos, incluyen automóviles, componentes de sistemas de escape de automóviles, (tales como, por ejemplo, conectores flexibles de sistemas de escape de automóviles), cubiertas de elementos de calefacción y empaquetaduras. Aquellos que tienen experiencia ordinaria pueden diseñar prontamente un proceso adecuado para la elaboración de tales artículos manufacturados, mediante la utilización de los aceros inoxidables de la presente invención.

Dadas las propiedades de resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables austeníticos descritos en este Ejemplo 2, se cree que los aceros serían particularmente bien adecuados para una aplicación como conectores flexibles de sistemas de escape de automóviles. El material con un tamaño de grano relativamente fino es requerido para la fabricación de conectores flexibles de sistemas de escape de automóviles y otros artículos de ligero calibre. El material que tiene un tamaño de grano grueso no se conformaría bien en el proceso de hidroconformación, típicamente utilizado para fabricar conectores flexibles de sistemas de escape de automóviles. En efecto, el acero inoxidable de la presente invención, que contiene niobio, el cual tiene un tamaño de grano número 7 o mayor (por ejemplo 8 hasta 10), según la norma ASTM, podría ser utilizado para elaborar tales conectores flexibles.

Cuando se elaboran conectores flexibles de sistemas de escape de automóviles de acero inoxidable que contiene niobio, el acero puede obtenerse en horno eléctrico/fundido AQD, moldeado, laminado en caliente y después laminado en múltiples etapas en un laminador de calibración con el fin de lograr una calibración ligera. El material así calibrado puede ser recocido y cortado en tiras relativamente estrechas que tienen un espesor de, por ejemplo, 0,015 a 0,025 cm (0,006 a 0,010 pulgada). El serpentín continuo del material es soldado a tubos en un laminador automático de tubos y después es hidroconformado a un fuelle corrugado del conector flexible. Esto requiere que el material tenga un canto consistente, una microestructura relativamente limpia y estabilizada, libre de grandes defectos, una superficie libre de incrustaciones, así como, alta e intrínseca ductilidad y tenacidad a la fractura. A aquellos que tienen experiencia ordinaria les serán familiares los procedimientos de procesamiento del material para su utilización como conectores flexibles de sistemas de escape de automóviles. Por esta razón, una descripción más amplia de tales procedimientos es considerada innecesaria.

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Referencias citadas en la descripción

Este listado de referencias citadas por el solicitante tiene como único fin la conveniencia del lector. No forma parte del documento de la Patente Europea. Aunque se ha puesto gran cuidado en la compilación de las referencias, no pueden excluirse errores u omisiones y la OEP rechaza cualquier responsabilidad en este sentido.

Documentos de patentes citados en la descripción

\bullet W0 0214570 A

Claims

1. Un artículo manufacturado, que incluye un acero inoxidable austenítico, que comprende, en peso:

19% a 23% de cromo;

30% a 35% de níquel;

1% a 6% de molibdeno;

0% a 0,03% de titanio;

0,15% a 0,6% de aluminio;

hasta 0,1% de carbono;

1% a 1,5% de manganeso;

0 a menos de 0,8 de silicio;

0,24% a 0,6% de niobio;

opcionalmente, de 0 a 0,75 de cobre;

opcionalmente, no más de 0,05% de fósforo;

opcionalmente, no más de 0,02% de azufre;

opcionalmente, no más de 0,1% de nitrógeno; y

hierro e impurezas accidentales, siendo la relación de niobio a carbono, por lo menos de 10:1,

en donde, el artículo manufacturado es seleccionado entre el grupo consistente en un automóvil, un componente del sistema de escape de automóviles, un conector flexible del sistema de escape de automóviles, una cubierta de un elemento de calefacción y una empaquetadura.

2. El artículo manufacturado según la reivindicación 1, caracterizado porque el acero inoxidable austenítico comprende de 19% a 21,5% de cromo.

3. El artículo manufacturado según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado porque el acero inoxidable austenítico comprende de 2% a 4% de molibdeno.

4. El artículo manufacturado según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado porque el acero inoxidable austenítico comprende de 1% a 2,7% de molibdeno.

5. El artículo manufacturado según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el acero inoxidable austenítico comprende de 0 a 0,01% de titanio.

6. El artículo manufacturado, según la reivindicación 5, caracterizado porque el acero inoxidable austenítico comprende de 0 a 0,005% de titanio.

7. El artículo manufacturado según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el acero inoxidable austenítico comprende de 0,15 a 0,4% de aluminio.

8. El artículo manufacturado según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el acero inoxidable austenítico comprende hasta 0,025% de carbono.

9. El artículo manufacturado según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el acero inoxidable austenítico comprende de 0 a 0,4% de silicio.

10. El artículo manufacturado según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el acero inoxidable austenítico comprende de 0,3 a 0,5% de niobio.

11. El artículo manufacturado según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el acero inoxidable austenítico comprende de 0 a 0,4% de cobre.

\newpage

12. El artículo manufacturado según la reivindicación 1, caracterizado porque el acero inoxidable austenítico comprende, en peso:

19% a 21,5% de cromo;

30% a 35% de níquel;

1% a 2,7% de molibdeno;

0% a 0,03% de titanio;

0,15% a 0,4% de aluminio;

hasta 0,025% de carbono;

1% a 1,5% de manganeso;

0 a menos de 0,8 de silicio;

0,24% a 0,6% de niobio; y

hierro e impurezas accidentales siendo la relación seleccionada de niobio a carbono, por lo menos de 10:1.

13. El artículo manufacturado según la reivindicación 1, caracterizado porque el acero inoxidable austenítico comprende, en peso:

19% a 23% de cromo;

30% a 35% de níquel;

1% a 6% de molibdeno;

0% a 0,03% de titanio;

0,15% a 0,6% de aluminio;

hasta 0,1% de carbono;

1% a 1,5% de manganeso;

0 a menos de 0,8% de silicio;

0,24% a 0,6% de niobio;

0 a 0,75% de cobre;

hasta 0,05% de fósforo;

hasta 0,02% de azufre;

hasta 0,1% de nitrógeno;

hierro; e

impurezas accidentales, siendo la relación seleccionada de niobio a carbono, por lo menos de 10:1.

14. Un artículo manufacturado según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el artículo manufacturado es un conector flexible del sistema de escape de automóviles.

15. Un procedimiento para la elaboración de un artículo manufacturado según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en donde el artículo manufacturado es seleccionado entre el grupo, que incluye un automóvil, un componente del sistema de escape de automóviles, un conector flexible del sistema de escape de automóviles, una cubierta de un elemento de calefacción y una empaquetadura, comprendiendo el procedimiento:

la elaboración de, por lo menos, una parte del artículo manufacturado a partir de acero inoxidable austenítico.