ES2317540T3 - Banda de acero inoxidable sustenitico que presenta un aspecto de superficie brillante y excelentes caracteristicas. - Google Patents
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Abstract
Banda de acero inoxidable austenítico, que presenta un límite elástico Rp 0,2 superior o igual a 600 MPa, una carga a la ruptura Rm superior o igual a 800 MPa, un alargamiento A80 superior o igual a 40%, cuya composición comprende en % en peso: 0,025<= C <= 0,15% 0,20 <= Si<= 1,0% 0,50 <= Mn <= 2,0% 6,0<= Ni <= 12,0% 16,0 <= Cr <= 20,0% Mo <= 3,0% 0,030 <= N <= 0,16% Cu<= 0,50% P <= 0,50% S <= 0,015% eventualmente 0,10 <= V <= 0,50%, y 0,03 <= Nb <= 0,50% con 0,10 <= Nb + V<= 0,50% el complemento siendo hierro e impurezas eventuales que resultan de la elaboración, cuyo tamaño promedio de los granos de austenita es inferior o igual a 4 µm, y la superficie presenta un brillo medido según un ángulo de iluminación de 60º superior a 50.
Description
Banda de acero inoxidable austenítico que
presenta un aspecto de superficie brillante y excelentes
características mecánicas.
La presente invención concierne a una banda de
acero inoxidable austenítico, que presenta un límite elástico
Rp_{0,2} superior o igual a 600 MPa, una carga a la ruptura
superior Rm superior o igual a 800 MPa, un alargamiento A_{80}
superior o igual a 40%, y un aspecto de superficie brillante, de
tipo recocido-brillante. La invención concierne
igualmente un procedimiento de fabricación en continuo de esta banda
de acero inoxidable austenítico.
Por el hecho de su muy buena capacidad de
conformación en frío caracterizada por una resistencia mecánica y
una ductilidad elevadas, su buena capacidad de soldadura y su
excelente resistencia a la corrosión, los aceros inoxidables
austeníticos son utilizados en una amplia gama de aplicaciones
finales tales como por ejemplo la fabricación de piezas mecánicas,
los utensilios de cocción, y los tubos.
Según la aplicación a la cual se destina la
banda de acero inoxidable austenítico, se le hace sufrir un
tratamiento térmico y un decapado final que, según las condiciones
de su realización, le confiere ya sea un aspecto de superficie que
presenta un brillo elevado, interesante por ejemplo para las placas,
ya sea un aspecto de superficie mate interesante para la
fabricación de fachadas de edificio. Según la invención, el brillo
corresponde a la medida de la reflectividad de la superficie. En el
marco de la invención, el brillo es medido según un ángulo de
iluminación de la superficie de 60º, según la norma internacional
ISO7668 (1986). En el marco de la presente invención, se entiende
por aspecto de superficie brillante, una superficie que presenta un
brillo medido a 60º superior a 50, y por aspecto de superficie
mate, una superficie que presenta un brillo medido a 60º inferior a
20.
US 5,830,291 y 2P 2004137538 describen
procedimientos de fabricación de las bandas de acero
austenítico.
Convencionalmente, para obtener un aspecto de
superficie brillante, la banda de acero inoxidable austenítico es
previamente laminada en frío con cilindros que confieren un aspecto
de superficie brillante a la banda. La banda laminada en frío es
luego desengrasada y enjuagada, posteriormente sigue un tratamiento
térmico en un horno vertical llamado de "recocido brillante"
en el cual reina una atmósfera reductora. Con este fin, la banda se
desliza en el horno constituido por un recinto completamente aislado
de la atmósfera exterior, que comprende tres zonas en las cuales
circula un gas neutro o reductor. Este gas es escogido por ejemplo
entre el hidrógeno, el nitrógeno o una mezcla de hidrógeno y de
nitrógeno (gas HNX), y presenta un punto de condensación
comprendido entre -60 y -45ºC. La banda es primeramente calentada en
la primera zona del horno a una temperatura comprendida entre 1050
y 1150ºC, y a una velocidad de calentamiento de 30 a 60ºC/s. Luego,
esta es mantenida a esta temperatura en la segunda zona del horno
durante una duración suficiente para permitir la
re-cristalización del acero y la restauración de las
propiedades mecánicas. Finalmente, esta es enfriada en la tercera
zona del horno hasta una temperatura del orden de 150ºC para evitar
cualquier re-oxidación de la superficie de la banda
con el oxígeno del aire, cuando la banda abandona el recinto del
horno.
A la salida del horno, el aspecto de superficie
brillante conferido a la banda durante el laminado en frío se
mantiene, pues la película de óxido que se ha formado durante el
recocido es muy delgada, de un espesor del orden de 10
ángstrom.
Sin embargo, en particular a causa de la
utilización de gas como el hidrógeno y/o el nitrógeno, y la
necesidad de mantener en el recinto del horno una atmósfera
controlada con un punto de condensación constante, la utilización
de este tipo de horno es compleja y onerosa.
Además, en el caso de un tratamiento de recocido
brillante de la banda de acero inoxidable austenítico bajo
atmósfera gaseosa que comprende hidrógeno, las propiedades mecánicas
del acero son degradadas pues el hidrógeno favorece la aparición de
fisuras en algunas zonas de las piezas obtenidas por embutido de la
banda. Esta fragilización con hidrógeno es aún más severa cuando la
temperatura de recocido es elevada y el contenido de hidrógeno de
la mezcla HNX es alto.
Otra forma de fabricación de una banda de acero
inoxidable austenítico que presenta un aspecto de superficie
brillante, consiste en hacer sufrir a la banda un tratamiento final
de tipo recocido-decapado, que le confiere un
aspecto de superficie recocido-decapado, es decir un
aspecto de superficie mate, y luego proceder a una operación ya sea
de pulido de la superficie de la banda, ya sea de
skin-pass de la banda.
Para obtener una banda de acero inoxidable
austenítico que presenta un aspecto de superficie de tipo
recocido-decapado, se procede como sigue. La banda
previamente laminada en frío se somete a un recocido continuo a una
temperatura del orden de 1100ºC, durante cerca de 1 min, en un
horno donde la energía térmica es generada por la combustión de los
hidrocarburos donde se regula la llegada de aire al quemador de modo
que se obtenga una atmósfera oxidante. En efecto, se excluye
someter a la banda a una atmósfera reductora, es decir una atmósfera
que contiene un exceso de hidrocarburos, para evitar la degradación
de la resistencia a la corrosión de la banda por
re-carburación del acero por los hidrocarburos. La
banda recocida se somete seguidamente a un enfriamiento al aire y/o
a un enfriamiento forzado por aspersión de agua fuera del horno.
Finalmente, esta es sometida a un decapado apto para eliminar la
capa de óxido espesa, del orden de 0,1 a 0,3 \mum, que se ha
formado en la superficie de la banda en el momento del recocido en
el horno. El decapado se realiza generalmente en varias cubetas de
decapado que contienen soluciones ácidas capaces de eliminar esta
capa de óxido, como por ejemplo una mezcla de ácido nítrico y de
ácido fluorhídrico.
Finalmente, se somete la banda ya sea a una
operación de skin-pass, ya sea a una operación de
pulido hasta la obtención del aspecto de superficie brillante
deseado. El skin-pass se realiza con cilindros de
trabajo llamado pulido-espejo, es decir cilindros
que presentan una rugosidad promedio aritmética Ra comprendida entre
0,05 y 0,08 \mum que confieren a la banda de acero un aspecto de
superficie brillante.
Sin embargo, las bandas de acero inoxidable
austenítico obtenidas según estos dos procedimientos presentan
características mecánicas insuficientes, puesto que su límite
elástico Rp_{0,2} está comprendido entre 250 y 350 MPa, y su
carga a la ruptura Rm está comprendida entre 600 y 700 MPa, para un
alargamiento A_{80} comprendido entre 50 y 60%. Finalmente, la
operación de skin-pass o de pulido constituye una
etapa complementaria. Además, la operación de pulido es una
operación larga y delicada.
La presente invención tiene por tanto como
objetivo evitar los inconvenientes de los procedimientos del arte
anterior, y poner a disposición un procedimiento que permite
conferir a una banda de acero inoxidable austenítico tratada en un
horno de combustión de hidrocarburos, un aspecto de superficie
brillante, un límite elástico Rp_{0,2} de 600 MPa y una carga a
la ruptura Rm de 800 MPa asociados a un alargamiento A_{80}
superior o igual a 40%.
A este efecto, la invención tiene por objeto una
banda de acero inoxidable austenítico, que presenta un límite
elástico Rp_{0,2} superior o igual a 600 MPa, una carga a la
ruptura Rm superior o igual a 800 MPa, un alargamiento A_{80}
superior o igual a 40%, cuya composición comprende en % en peso:
0,025 \leq C \leq
0,15%
0,20 \leq Si \leq
1,0%
0,50 \leq Mn \leq
2,0%
6,0 \leq Ni \leq
12,0%
16,0 \leq Cr \leq
20,0%
Mo \leq
3,0%
0,030 \leq N \leq
0,160%
Cu \leq
0,50%
P \leq
0,50%
S \leq
0,015%
Eventualmente 0,10 \leq V \leq 0,50%, y 0,03
\leq Nb \leq 0,50%
con 0,10 \leq Nb + V \leq
0,50%
el complemento siendo hierro e
impurezas eventuales que resultan de la elaboración, donde el tamaño
promedio de los granos de austenita es inferior o igual a 4 \mum,
y la superficie presenta un brillo medido a 60º superior a
50.
La banda de acero según la invención banda
presenta además ventajosamente una superficie cuya rugosidad
promedio aritmética es inferior o igual a 0,08 \mum, lo que
confiere a la banda una superficie lisa y por tanto un aspecto de
superficie aún más brillante.
La invención tiene igualmente como objetivo un
procedimiento de fabricación continua de esta banda de acero
inoxidable austenítico.
Las características y ventajas de la presente
invención aparecerán mejor durante la descripción que sigue, dada a
título de ejemplo no limitativo.
Para obtener una banda de acero inoxidable
austenítico según la invención, primeramente se debe elaborar,
luego vaciar en forma de un lingote un acero inoxidable austenítico
que contiene los elementos siguientes:
- -
- Carbono en una proporción comprendida entre 0,025 y 0,15% en peso. El carbono favorece la formación de austenita, y controla la cantidad y la dureza de la martensita de deformación. Además, su puesta en solución sólida endurece el acero y aumenta su resistencia mecánica. Si la proporción de carbono es inferior a 0,025%, el acero se vuelve inestable y se forma mucha martensita, con como consecuencia un alargamiento A_{80} insuficiente. Sin embargo, si la proporción de carbono es superior a 0,15%, el acero se vuelve estable, la formación de martensita de deformación es insuficiente y el acero no posee ya suficiente energía para recristalizar. En consecuencia, la temperatura de recocido mínima para desencadenar la re-cristalización es elevada y el tamaño de los granos de austenita se vuelve demasiado importante para alcanzar características mecánicas elevadas. Además, proporciones de carbono aún superiores favorecen la formación de carburos de cromo en las juntas de los granos durante tratamientos térmicos posteriores y aumentan así los riesgos de corrosión inter-granular.
- -
- Silicio en una proporción comprendida entre 0,20 y 1,0% en peso. El silicio es utilizado a título de desoxidante del acero líquido, y participa en el endurecimiento en solución sólida. Se limita su proporción a 1,0% en peso, pues tiene tendencia a perturbar el procedimiento de fabricación de la banda de acero provocando problemas de segregación durante el vaciado en lingote del acero.
- -
- Manganeso en una proporción comprendida entre 0,50 y 2,0% en peso. El manganeso favorece la formación de austenita. Si la proporción de manganeso es superior a 2,0%, siendo la austenita demasiado estable, la formación de martensita de deformación es insuficiente y esto no permite alcanzar los niveles de límite de elasticidad requeridos. Sin embargo, si la proporción de manganeso es inferior a 0,50%, la desoxidación del acero es insuficiente.
- -
- Cromo en una proporción comprendida entre 16,0 y 20,0%. El cromo favorece la formación de martensita de deformación, y es un elemento esencial para conferir al acero una buena resistencia a la corrosión. Si la proporción de cromo es superior a 20,0%, se genera demasiada martensita de deformación, lo que obliga a aumentar la proporción de los elementos que favorecen la formación de austenita como el carbono, el nitrógeno, el níquel y el manganeso. Si la proporción de cromo es inferior a 16,0%, la resistencia a la corrosión del acero es insuficiente.
- -
- Níquel en una proporción comprendida entre 6,0 y 12,0%. El níquel estabiliza la austenita y favorece la re-pasivación. Si la proporción de níquel es inferior a 6,0%, la resistencia a la corrosión del acero es insuficiente. Si la proporción de níquel es superior a 12,0%, la austenita se sobre-estabiliza, no se forma ya suficiente martensita de deformación, y las características mecánicas del acero son insuficientes.
- -
- Molibdeno en una proporción inferior o igual a 3,0%. El molibdeno favorece la formación de martensita de deformación y, aumenta la resistencia a la corrosión, principalmente si es combinado con el nitrógeno. Más allá de una proporción de 3,0%, la resistencia a la corrosión del acero no será mejorada.
- -
- Nitrógeno en una proporción comprendida entre 0,030 y 0,160%. El nitrógeno favorece la formación de la austenita, retarda la precipitación de los carburos, estabiliza la austenita, y mejora la capacidad de formación. Además, juega un rol en el ajuste del tamaño de los granos en la estructura. Sin embargo, si es adicionado en una proporción superior a 0,160%, puede deteriorar la ductilidad en caliente del acero.
- -
- Cobre en una proporción inferior o igual a 0,50%. El cobre favorece la formación de austenita y contribuye a la resistencia contra la corrosión. Sin embargo, más allá de una proporción de 0,50%, la proporción de cobre que no está en solución sólida en la austenita aumenta y la capacidad de formación en caliente del acero es degradada.
- -
- Fósforo en una proporción inferior o igual a 0,50%. El fósforo es un elemento segregante. Favorece el endurecimiento en solución sólida del acero, sin embargo su proporción debe ser limitada a 0,50% pues aumenta la fragilidad del acero y su aptitud a la soldadura.
- -
- Azufre en una proporción inferior o igual a 0,015%. El azufre es igualmente un elemento segregante cuya proporción debe ser limitada para evitar las fisuras durante el laminado en caliente.
Además, la composición puede eventualmente
comprender:
- -
- Vanadio en una proporción comprendida entre 0,10 y 0,50%. El vanadio favorece la capacidad de soldadura del acero, y frena el crecimiento de los granos de austenita en la zona afectada por el calor. Más allá de 0,50%, el vanadio no contribuye al mejoramiento de la capacidad de soldadura, y por debajo de 0,10%, la capacidad de soldadura del acero es insuficiente.
- -
- Niobio en una proporción comprendida entre 0,03 y 0,50%. El niobio favorece la capacidad de soldadura del acero, sin embargo, más allá de 0,50%, degrada la capacidad de formación en caliente de la banda de acero.
- -
- Con una proporción total de niobio y vanadio comprendida entre 0,10 y 0,50% para garantizar la capacidad de soldadura del acero sin efecto nefasto sobre la ductilidad en caliente.
El resto de la composición está constituido de
hierro y otros elementos que se espera encontrar habitualmente como
impurezas resultantes de la elaboración del acero inoxidable, en
proporciones que no influyen sobre las propiedades buscadas.
Después de haber sido vaciado, el lingote es
laminado en caliente en un tren de bandas para formar una banda
laminada en caliente que es recocida y, eventualmente decapada.
La banda laminada en caliente se somete luego a
diversos tratamientos, de manera de obtener una banda que presente
a la vez excelentes características mecánicas y un aspecto de
superficie brillante, y esto sin recurrir ni a un recocido en un
horno de recocido-brillante, ni a un pulido final de
la superficie de la banda o a una operación de
skin-pass final.
La instalación utilizada para fabricar la banda
según la invención comprende un dispositivo de laminado en frío de
bandas, constituido por un tren de bandas que comprende cilindros de
trabajo entre los cuales se desliza la banda de acero inoxidable
austenítico de composición según la invención. Los cilindros de
trabajo presentan una rugosidad promedio aritmética Ra inferior o
igual a 0,15 \mum, y de preferencia inferior o igual a 0,10
\mum. El diámetro de los cilindros de trabajo del tren de bandas
está comprendido entre 50 y 100 mm, para minimizar los esfuerzos de
laminado para las tasas de reducción elevadas, es decir a partir de
75% de reducción. El tren de bandas permite no solamente reducir el
espesor de la banda, sino igualmente favorecer el aplastamiento de
las asperezas provenientes de la banda previamente laminada en
caliente.
Sucesivamente al dispositivo de laminado en
frío, la instalación comprende un horno de combustión de
hidrocarburo que comprende un recinto abierto a través del cual la
banda se desliza, y medios de introducción de una mezcla gaseosa de
hidrocarburo y de aire. El recinto abierto comprende, en el sentido
del deslizamiento de la banda representado, dos zonas sucesivas,
una primera zona de calentamiento y una segunda de mantenimiento de
la temperatura.
La primera zona de calentamiento está equipada
de medios de calentamiento potentes (no representados) aptos para
calentar rápidamente la banda a una velocidad de calentamiento V1,
hasta una temperatura de mantenimiento T1. La banda es mantenida a
esta temperatura T1 en la segunda zona, durante un tiempo de
mantenimiento M, después es enfriada a una velocidad V2 en una zona
de enfriamiento situada justo después de la salida del horno.
Finalmente, después de la zona de enfriamiento,
la instalación comprende un dispositivo de decapado que comprende
al menos un recipiente de decapado resistente a los ácidos, y que
contiene una solución de decapado.
Según la invención, la banda de acero
austenítico previamente laminada en caliente es laminada en frío, a
temperatura ambiente, con una tasa de reducción comprendida entre 55
y 85%. Se obtiene así una banda laminada en frío que presenta un
espesor comprendido entre 0,6 y 2 mm.
Durante la operación de laminado en frío a una
tasa de reducción comprendida entre 55 y 85%, se forma entre 50 y
90% en volumen de martensita de deformación \alpha'. La martensita
de deformación \alpha' es observada por micrografía y su fracción
volumétrica puede ser medida por difracción de los rayos X o medida
de inducción magnética (fase ferromagnética).
Cuando la tasa de reducción es inferior a 55%,
las tasas de martensita de deformación \alpha' y de dislocación
son insuficientes para conferir al acero inoxidable según la
invención las características mecánicas requeridas. En efecto, para
tasas de reducción demasiado bajas, la energía de deformación
almacenada en volumen no permite una
re-cristali-
zación homogénea del acero para obtener granos austeníticas que tengan un tamaño promedio inferior o igual a 4 \mum.
zación homogénea del acero para obtener granos austeníticas que tengan un tamaño promedio inferior o igual a 4 \mum.
Para obtener un límite elástico Rp_{0,2}
elevado, conviene realizar un recocido de
re-cristalización que permita obtener granos de
austenita cuyo tamaño promedio no exceda 4 \mum. En efecto, se
conoce que según la ley de Hall-Petch, el límite
elástico Rp_{0,2} es inversamente proporcional a la raíz cuadrada
del tamaño del grano. Además, una estructura de granos finos, es
decir una estructura en la cual el tamaño promedio de los granos de
austenita no exceda 4 \mum, resiste de manera significativa, como
se verá posteriormente, al fenómeno de matificación (pérdida de
brillo) durante operaciones de conformación en frío, por ejemplo por
embutido.
Además, desde el punto de vista del brillo de
superficie después de laminado en frío, tasas de reducción
inferiores a 55% no permiten reparar el aspecto de superficie de la
banda previamente laminada en caliente, y persisten en consecuencia
cráteres de granallado o restos de ataques intergranulares
provenientes de las operaciones de descalaminado mecánico y químico
previas al laminado en frío y posteriores al laminado en caliente.
Una tasa de reducción superior a 55% permite disminuir la densidad
de micro-defectos de tipo cráteres de granallado
y/o juntas del grano y así obtener un aspecto superficie que
presenta un brillo homogéneo y elevado después del laminado en
frío.
Sin embargo, cuando la tasa de laminado en frío
es superior a 85%, se infligen constricciones demasiado importantes
sobre los cilindros de trabajo, y ya no es posible laminar la banda.
Además, el riesgo de aparición de micro-defectos de
tipo "uñas de calor" debidas a constricciones de cizallamiento
en la interfaz cilindro/banda laminada en frío demasiado elevadas,
se hace demasiado importante.
Preferentemente, la tasa de reducción está
comprendida entre 70 y 85%, de manera a obtener una banda que
presenta una topografía de superficie lisa, es decir una rugosidad
promedio aritmética Ra comprendida entre 0,07 y 0,12 \mum,
ejemplo de micro-defectos de tipo cráteres de
granallado y/o juntas del grano atacados químicamente. Esto permite
además almacenar una energía de deformación plástica suficiente para
favorecer una re-cristalización más rápida a baja
temperatura.
Los solicitantes insisten en señalar que la
obtención de un aspecto de superficie brillante no por un
procedimiento de recocido brillante clásico, sino por un
procedimiento de recocido oxidante seguido de un decapado era
contrario a las expectativas iniciales de los inventores, que
prevían, según su teoría, obtener una banda que presentara un
aspecto de superficie mate con bajo brillo característico de los
aceros recocidos en un horno de combustión de hidrocarburo. En
efecto, los inventores pensaban, que según su teoría, la limitación
del crecimiento del tamaño del grano en volumen, obtenido por la
re-cristalización controlada de un acero inoxidable
austenítico, aumentando al mismo tiempo la densidad de superficie
de las juntas del grano atacadas químicamente, favorecería la
reflexión difusa de la luz en la superficie y por tanto la obtención
de una superficie mate y no brillante.
Ahora bien, los inventores han puesto en
evidencia, que cuando la banda es laminada en frío con una tasa de
reducción suficientemente elevada, y con cilindros de trabajo que
presentan una rugosidad promedio aritmética Ra inferior o igual a
0,15 \mum, luego es sometida a un recocido de
re-cristalización parcial a una temperatura del
orden de 800ºC, en un horno de combustión de hidrocarburo, para
formar una capa de óxido lo suficientemente delgada como para ser
fácilmente eliminada por un decapado ácido, sin que las juntas del
grano sean atacadas, entonces la banda presenta a la vez excelentes
características mecánicas y un aspecto de superficie brillante, de
tipo recocido-
brillante.
brillante.
En las condiciones de la invención, es decir en
ausencia del ataque de las juntas del grano del acero, la rugosidad
promedio aritmética Ra transferida a la banda por los cilindros de
trabajo durante la operación de laminado en frío es muy poco
degradada. Así, para obtener una banda que tenga un brillo medido
con un ángulo de iluminación de 60º superior a 50, es esencial que
los cilindros de trabajo presenten una rugosidad promedio
aritmético inferior o igual a 0,15 \mum, y preferentemente
inferior a 0,10 \mum. El brillo medido en el marco de la presente
invención, corresponde a la medida de la reflectividad de la
superficie y es medido según un ángulo de iluminación de 60º, según
la norma internacional ISO 7668 (1986).
Según la invención, se desliza luego la banda
laminada en frío en el recinto abierto del horno de combustión de
hidrocarburo, en el interior del cual reina una atmósfera oxidante
con respecto al hierro, para hacerle sufrir un tratamiento térmico
que consiste en un recocido de re-cristalización
parcial del acero, seguido por un enfriamiento forzado.
La atmósfera que reina en el horno está
compuesta por una mezcla gaseosa de aire y de al menos un
hidrocarburo en una relación de volumen aire/hidrocarburo
comprendida entre 1,1 y 1,5, la mezcla gaseosa comprendiendo además
3 a 8% en volumen de oxígeno. La atmósfera del horno es
preferencialmente una mezcla gaseosa de aire y de hidrocarburo en
una relación de volumen aire/hidrocarburo comprendida entre 1,1 y
1,5, la mezcla gaseosa comprendiendo además 3 a 8% en volumen de
oxígeno.
Al menos un hidrocarburo es escogido entre el
gas natural, el butano y el metano. El gas natural es
preferencialmente escogido a causa de su bajo costo, y de su
facilidad de transporte.
Si la relación volumétrica aire/hidrocarburo es
superior a 1,5, la atmósfera que reina en el horno de recocido es
demasiado oxidante y la capa de óxido formada es tan espesa que para
eliminarla, habrá que utilizar soluciones de decapado agresivas que
van a atacar las juntas del grano. El aspecto de superficie de la
banda será entonces mate.
Sin embargo, si la relación volumétrica
aire/hidrocarburo es inferior a 1,1, la atmósfera que reina en el
horno de recocido es demasiado reductora. Por consiguiente, la
re-carburación del acero por los hidrocarburos no
podrá ser evitada, y la resistencia a la corrosión del acero será
degradada.
Para obtener una banda cuya superficie presente
un aspecto brillante, se debe velar por regular las condiciones del
tratamiento térmico para obtener una banda cubierta por una capa de
óxido, cuyo espesor sea inferior a 0,10 \mum. En efecto, si el
espesor de óxido es superior o igual a 0,10 \mum, para retirar
esta capa de óxido espesa, habrá que utilizar ácidos de decapado
agresivos que van a atacar las juntas del grano, y esto conferirá
un aspecto de superficie mate a la banda.
Para obtener las características mecánicas
requeridas, se ajusta el tratamiento térmico para obtener una banda
de acero cuya fracción volumétrica re-cristalizada
está comprendida entre 60 y 75%. En efecto, si la fracción
volumétrica no re-cristalizada (medida por
observación micrográfica y análisis de imagen) es superior a 40%,
la microestructura del acero induce propiedades mecánicas demasiado
elevadas, y el alargamiento A_{80} de la banda es inferior a 40%.
En cambio, si la fracción volumétrica no
re-cristalizada es inferior a 25%, las
características mecánicas como el límite elástico Rp_{0,2}, serán
insuficientes.
De preferencia, el recocido de
re-cristalización parcial es realizado a una
velocidad V1 comprendida entre 10 y 80ºC/s, una temperatura T
comprendida entre 800 y 950ºC y un tiempo de mantenimiento M
comprendido entre 10 y 100 segundos, ventajosamente entre 60 y 80
segundos.
El recocido de la banda a una temperatura T
comprendida entre 800 y 950ºC permite limitar la difusión del cromo
en las juntas de partícula, y por consiguiente limita el ataque de
las juntas del grano durante el decapado químico posterior de la
banda, lo que favorece la obtención de un aspecto de superficie
brillante.
Cuando la temperatura T es inferior a 800ºC, el
acero no recristaliza suficientemente para obtener las propiedades
mecánicas buscadas. En efecto, el acero presenta un límite elástico
Rp_{0,2} superior a 600 Mpa pero un alargamiento A_{80}
inferior a 40% mediocre, lo que limita fuertemente sus capacidades
de deformación en frío.
Cuando la temperatura T es superior a 950ºC, no
sólo el límite elástico Rp_{0,2} de la banda es insuficiente a
causa del engrosamiento de los granos de austenita en beneficio de
la martensita que desaparece completamente, sino también, el brillo
de la superficie de la banda disminuye pues la capa de óxido se hace
importante.
Cuando la velocidad de calentamiento V1 de la
banda es inferior a 10ºC/s, el acero inoxidable puede recristalizar
sólo durante un tiempo de mantenimiento M muy largo que no es
compatible con las exigencias industriales. Por otra parte, los
granos de austenita se engrosan en beneficio de la martensita, y el
límite elástico Rp_{0,2} es insuficiente para conferir al acero
inoxidable buenas propiedades mecánicas.
Por debajo de un tiempo de mantenimiento M a la
temperatura T inferior a 10 segundos, la fracción volumétrica
re-cristalizada de la banda será inferior a 60%, y
el alargamiento A_{80} de la banda es insuficiente. En cambio,
más allá de 100 segundos, los granos austeníticos se engrosan en
beneficio de la martensita, y las características mecánicas, tales
como el límite elástico Rp_{0,2}, se vuelven insuficientes.
La banda de acero parcialmente
re-cristalizada se somete luego a un enfriamiento
forzado a una velocidad V2 comprendida entre 10 y 80ºC/s, por
ejemplo por insuflación de aire o por insuflación de aire bajo
presión y pulverización de agua. Cuando la velocidad de
enfriamiento V2 es superior a 10ºC/s, el límite elástico Rp_{0,2}
y la carga a la ruptura Rm aumentan.
Cuando la banda es enfriada, se somete a un
decapado con ayuda de una solución de decapado ácida capaz de
eliminar completamente dicha capa de óxido en función de su espesor
y de su naturaleza, sin atacar las juntas del grano del acero.
Por ejemplo, la banda se somete a un primer
decapado electrolítico en un baño que contiene sulfato de sodio
cuya concentración está comprendida entre 150 y 200 g/l, de pH
inferior a 3, y con un amperaje comprendido entre 5 y 12 kA.
La misma se somete luego a un segundo decapado
electroquímico en un baño que contiene ácido nítrico cuya
concentración está comprendida entre 80 y 120 g/l, el pH inferior a
3, y con un amperaje comprendido entre 5 y 12 kA.
La banda según la invención presenta además las
ventajas siguientes:
- -
- Una mejor resistencia del brillo después de la deformación que las bandas de acero inoxidable austenítico hayan sido sometidas a un recocido en un horno de recocido-brillante (Standard 2RB). En efecto, la pérdida del brillo de la banda según la invención sólo es de 30% después del embutido, mientras que es de 80% para la banda recocida-brillante estándar.
- -
- Una mejor resistencia contra la corrosión inter-granular que las bandas de acero inoxidable austenítico que han sido sometidas a un tratamiento de tipo recocido-decapado estándar (Standard 2D).
- -
- Una mejor resistencia contra las rayaduras que las bandas de acero inoxidable austenítico de recocido-brillante estándares (standard 2RB).
- -
- Una dureza Vickers HV_{5}, medida por indentación, superior a la de las bandas de acero inoxidable austenítico que han sido sometidas a un tratamiento de tipo recocido-decapado estándar (standard 2D), y a la de las bandas de acero inoxidable austenítico de recocido-brillante estándares (standard 2RB).
Por otra parte, las bandas de acero inoxidables
austeníticas según la invención presentan una aptitud a la
soldadura comparable a la de las bandas de acero inoxidable
austenítico de recocido-brillante estándar o
recocido-decapado estándar.
La invención ahora va a ser ilustrada por
ejemplos dados a título indicativo, y no limitativo.
En un primer tiempo, se van a comparar las
características mecánicas y el brillo de una banda de acero
inoxidable austenítico según la invención con por una parte una
banda de acero inoxidable austenítico de tipo
recocido-decapado estándar (standard 2D), y por
otra parte una banda de acero inoxidable austenítico de tipo
recocido-brillante estándar (standard 2RB). La
medida del brillo se realiza con un ángulo de iluminación de 60º
según la norma internacional ISO 7668 (1986).
Luego, se comparará la aptitud al embutido de
estos tres tipos de banda, su pérdida de brillo después del
embutido, su resistencia a las rayaduras, y finalmente su
resistencia a la corrosión inter-granular.
\newpage
Para esto, se va primeramente a fabricar a
partir de un mismo matiz de acero inoxidable austenítico AS33, cuya
composición química está dada en la tabla 1 aquí abajo, una banda de
acero según la invención, una banda estándar 2D y una banda
estándar 2RB.
El acero AS33 es vaciado para formar un lingote
que es laminado en caliente hasta alcanzar un espesor de 4,5 mm.
Este lingote es luego laminado en frío con cilindros de trabajo que
presentan una rugosidad promedio aritmético Ra de 0,1 \mum, con
una tasa de reducción de 82% para obtener en un paso una banda de
0,8 mm de espesor.
Esta banda laminada en frío es sometida a un
recocido de re-cristalización parcial del acero en
un horno de combustión, calentándola con una velocidad de
calentamiento de 50ºC/s, hasta una temperatura de mantenimiento de
820ºC y durante un tiempo de mantenimiento de 50 segundos. La
atmósfera que reina en el horno es una mezcla de aire y de gas
natural que comprende una tasa de oxígeno de 4% en volumen. La
relación de volumen aire/gas natural es de 1,3.
La banda es luego enfriada a una velocidad de
enfriamiento de 70ºC/s hasta la temperatura ambiente.
Después del enfriamiento, una capa de óxido de
0,08 \mum de espesor se ha formado en la superficie de la
banda.
Finalmente, la banda se somete a un primer
decapado electrolítico en un baño que contiene sulfato de sodio
cuya concentración es de 175 g/l, de pH 2, con un amperaje de 9kA, y
durante una duración de 15 s, luego un segundo decapado
electroquímico en un baño que contiene ácido nítrico cuya
concentración es de 100 g/l, de pH 2, con un amperaje de 9 kA, y
durante una duración de 15 s.
La banda obtenida no se somete a ningún otro
tratamiento posterior, ni pulido de la superficie, ni
skin-pass.
\vskip1.000000\baselineskip
El acero AS33 es vaciado para formar un lingote
que es laminado en caliente hasta que alcanza un espesor de 4,5 mm.
Este lingote es luego laminado en frío con una tasa de reducción de
82% para obtener en un paso una banda de 0,8 mm de espesor.
Esta banda laminada en frío es sometida a un
recocido de re-cristalización completo del acero, en
un horno de combustión, a una temperatura de 1120ºC, durante un
tiempo de 50 segundos. La atmósfera que reina en el horno es una
mezcla de aire y de gas natural que comprende una tasa de oxígeno de
4% en volumen. La relación de volumen aire/gas natural es de
1,3.
La banda es luego enfriada a una velocidad de
enfriamiento de 80ºC/s, hasta la temperatura ambiente.
Finalmente, la banda se somete a un decapado
para eliminar completamente la capa de óxido formada de espesor de
0,2 \mum, en baños de sulfato de sodio y de ácido sulfúrico.
La banda obtenida no se somete a ningún otro
tratamiento posterior, ni pulido de la superficie, ni
skin-pass.
\vskip1.000000\baselineskip
El acero AS33 es vaciado para formar un lingote
que es laminado en caliente hasta alcanzar un espesor de 4,5 mm.
Este lingote es luego laminado en frío con cilindros de trabajo que
confieren un aspecto de superficie brillante a la banda, con una
tasa de reducción de 82% para obtener en un paso una banda de 0,8 mm
de espesor.
Esta banda laminada en frío es sometida a un
recocido de re-cristalización completo del acero, en
un horno de recocido-brillante en el interior del
cual reina una atmósfera compuesta por una mezcla gaseosa que
comprende 10% en volumen de nitrógeno y 90% en volumen de hidrógeno
y que presenta un punto de condensación de -50ºC, calentándola con
una velocidad de calentamiento de 50ºC/s, hasta una temperatura de
mantenimiento de 1100ºC.
Finalmente, la banda es enfriada a una velocidad
de enfriamiento de 60ºC/s hasta la temperatura ambiente.
La banda obtenida no se somete a ningún otro
tratamiento posterior, ni pulido de la superficie, ni
skin-pass.
Se han reagrupado en la tabla 2, las
características mecánicas y de aspecto de estos tres tipos de
banda.
\vskip1.000000\baselineskip
La banda según la invención presenta con
respecto a las bandas estándar 2D y estándar 2RB, al mismo tiempo
un aspecto de superficie brillante, y buenas características
mecánicas. La misma presenta además, una dureza superficial
superior a las dos bandas del arte anterior.
\vskip1.000000\baselineskip
Se cortan planchas de la banda de acero según la
invención, en la banda estándar 2RB y en la banda estándar 2D.
Estas planchas son luego moldeadas en una prensa de embutido que
comprende clásicamente una perforadora, una matriz y un ajustador
de planchas, para formar recipientes.
Después de la operación de conformación por
embutido, el brillo de la superficie medido con un ángulo de
iluminación de 60º es medido a la vez en el fondo del recipiente y
sobre la cubierta del recipiente, lo que permite estimar un valor
promedio de brillo de la pieza moldeada.
Los resultados están reagrupados en la tabla
3.
\vskip1.000000\baselineskip
Con respecto al valor del brillo del producto
plano, se observa clásicamente una pérdida de brillo de las piezas
conformadas en frío. Los ensayos realizados sobre los diferentes
tipos de bandas estudiados muestran que la banda de acero
inoxidable austenítico según la invención resiste mejor a la
matificación de la superficie por deformación que las bandas
estándar 2D y estándar 2RB.
Después del embutido de la banda de acero según
la invención, la pérdida de brillo es baja, y ampliamente inferior
a lo que se observa para las bandas estándar 2D y estándar 2RB.
\vskip1.000000\baselineskip
Los tests de resistencia a las rayaduras son
realizados sobre la banda de acero según la invención, y la banda
estándar 2RB según la norma internacional ISO 1518 utilizando una
máquina Clemen cuya punta hemisférica de acero templado tiene una
dureza de 1500 Hv, y un diámetro de 1 mm. Los tests consisten en
aplicar, con cargas variables de 50 g, 200 g y 400 g, la punta
hemisférica en la superficie de la banda para crear una rayadura.
Los resultados de los tests están reagrupados en la tabla 4.
\vskip1.000000\baselineskip
Los resultados de los tests muestran que la
banda de acero según la invención resiste mejor a la rayadura que
las bandas estándar 2RB, de un orden de tamaño de 40% como promedio,
correspondiente a la diferencia de dureza superficial relativa de
la banda.
El test de resistencia a la corrosión
inter-granular se realiza sobre muestras tomadas de
la banda de acero según la invención y de la banda estándar 2D.
Este test es realizado según la norma NFA
05-159. Consiste en sumergir la muestra en una
solución hirviente de ácido sulfúrico y sulfato de cobre durante
una duración de 20 horas. La muestra es luego plegada a 90º y la
observación de la cara convexa de esta última, en comparación con
una muestra de referencia que no ha sido sumergida en dicha
solución, permite determinar el grado de fisuración en la piel
extrema. Una baja resistencia a la corrosión
inter-granular se caracteriza por la presencia de
numerosas fisuras sobre la cara convexa de la muestra plegada. Los
tests de resistencia a la corrosión inter-granular
muestran que la banda de acero inoxidable austenítico según la
invención resiste mejor a la corrosión
inter-granular que la banda estándar 2D.
Claims (15)
1. Banda de acero inoxidable austenítico, que
presenta un límite elástico Rp_{0,2} superior o igual a 600 MPa,
una carga a la ruptura Rm superior o igual a 800 MPa, un
alargamiento A_{80} superior o igual a 40%, cuya composición
comprende en % en peso:
0,025 \leq C \leq
0,15%
0,20 \leq Si \leq
1,0%
0,50 \leq Mn \leq
2,0%
6,0 \leq Ni \leq
12,0%
16,0 \leq Cr \leq
20,0%
Mo \leq
3,0%
0,030 \leq N \leq
0,16%
Cu \leq
0,50%
P \leq
0,50%
S \leq
0,015%
eventualmente 0,10 \leq V \leq
0,50%, y 0,03 \leq Nb \leq
0,50%
con 0,10 \leq Nb + V \leq
0,50%
el complemento siendo hierro e
impurezas eventuales que resultan de la elaboración, cuyo tamaño
promedio de los granos de austenita es inferior o igual a 4 \mum,
y la superficie presenta un brillo medido según un ángulo de
iluminación de 60º superior a
50.
2. Banda de acero inoxidable austenítico según
la reivindicación 1, caracterizada porque la misma presenta
una superficie cuya rugosidad promedio aritmético Ra es inferior o
igual a 0,08 \mum.
3. Procedimiento de fabricación en continuo de
una banda de acero inoxidable austenítico según una de las
reivindicaciones 1 ó 2 que comprende las etapas que consisten
en:
- -
- laminar en frío una banda de acero inoxidable austenítico que comprende, en % en peso:
0,025 \leq C \leq
0,15%
0,20 \leq Si \leq
1,0%
0,50 \leq Mn \leq
2,0%
6,0 \leq Ni \leq
12,0%
16,0 \leq Cr \leq
20,0%
Mo \leq
3,0%
0,030 \leq N \leq
0,16%
Cu \leq
0,50%
P \leq
0,50%
S \leq
0,015%
eventualmente 0,10 \leq V \leq
0,50%, y 0,03 \leq Nb \leq
0,50%
con 0,10 \leq Nb + V \leq
0,50%
\newpage
- el complemento siendo hierro e impurezas eventuales que resultan de la elaboración, siendo realizado el laminado en frío con cilindros de trabajo que presentan una rugosidad promedio aritmética Ra inferior o igual a 0,15 \mum.
- -
- someter a un tratamiento térmico a la banda laminada en frío, en un horno de recocido en el interior del cual reina una atmósfera oxidante con respecto al hierro, para obtener una banda cubierta de una capa de óxido, siendo ajustado dicho tratamiento térmico para efectuar una re-cristalización parcial del acero para obtener una banda cuya fracción volumétrica re-cristalizada está comprendida entre 60 y 75% y,
- -
- decapar la banda que ha sido sometida al tratamiento térmico, con la ayuda de al menos una solución de decapado ácido capaz de eliminar completamente dicha capa de óxido en función de su espesor y de su naturaleza, sin atacar las juntas del grano del acero.
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque la rugosidad promedio aritmético Ra de
los cilindros de trabajo es inferior o igual a 0,10 \mum.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 3 ó 4, caracterizado porque la banda es
laminada en frío con una tasa de reducción comprendida entre 55 y
85%.
6. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado porque la tasa de reducción está comprendida
entre 70 y 85%.
7. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 6, caracterizado porque la atmósfera del
horno es una mezcla gaseosa de aire y de al menos un hidrocarburo
en una relación volumétrica aire/hidrocarburo comprendida entre 1,1
y 1,5, dicha mezcla gaseosa que comprende además 3 a 8% en volumen
de oxígeno.
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque la relación volumétrica
aire/hidrocarburo está comprendida entre 1,1 y 1,3.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 7 u 8, caracterizado porque al menos un
hidrocarburo es escogido entre el gas natural, el butano y el
metano.
10. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 3 a 9, caracterizado porque el tratamiento
térmico comprende una fase de calentamiento a una velocidad de
calentamiento V1, una fase de mantenimiento a una temperatura T y
durante un tiempo de mantenimiento M, seguido por una fase de
enfriamiento a una velocidad de enfriamiento V2.
11. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado porque la temperatura T está comprendida entre
800 y 950ºC.
12. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado porque la velocidad V1 está comprendida entre
10 y 80ºC/s.
13. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado porque el tiempo de mantenimiento M está
comprendido entre 10 s y 100 s.
14. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado porque la velocidad V2 está comprendida entre
10 y 80ºC/s.
15. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 3 a 14, caracterizado porque la banda
parcialmente recocida se somete a un primer decapado electrolítico
en un baño que contiene sulfato de sodio cuya concentración está
comprendida entre 150 y 200 g/l, de pH inferior a 3, y con un
amperaje comprendido entre 5 y 12 kA, seguido por un segundo
decapado electroquímico dentro de un baño que contiene ácido nítrico
cuya concentración está comprendida entre 80 y 120 g/l, el pH
inferior a 3, y con un amperaje comprendido entre 5 y 12 kA.
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