ES2352788T3 - Acero martensítico endurecido con bajo o nulo contenido de cobalto, procedimiento de fabricación de una pieza a partir de este acero y pieza así obtenida. - Google Patents

Acero martensítico endurecido con bajo o nulo contenido de cobalto, procedimiento de fabricación de una pieza a partir de este acero y pieza así obtenida. Download PDF

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Abstract

Acero caracterizado porque su composición es, en porcentajes ponderales: - C = 0,20-0.30% - Co = trazas - 1% - Cr = 2-5% - Al = 1-2% - Mo + W/2 = 1-4% - V = trazas - 0,3% - Nb = trazas - 0,1% - B = trazas - 30 ppm - Ni = 11-16% con Ni >=q 7 +3,5 Al - Si = trazas - 1,0% - Mn = trazas - 2,0% - Ca = trazas - 20 ppm - Tierras raras = trazas - 100 ppm - Si N <=q 10 ppm, Ti + Zr/2 = trazas - 100 ppm con Ti + Zr /2 <=q 10N - Si 10 ppm < N <=q 20 ppm, Ti + Zr /2 = trazas - 150 ppm - O = trazas - 50 ppm - N = trazas - 20 ppm - S = trazas - 20 ppm - Cu = trazas - 1% - P = trazas - 200 ppm siendo el resto hierro y unas impurezas inevitables que resultan de la elaboración.

Description

Acero martensítico endurecido con bajo o nulo contenido de cobalto, procedimiento de fabricación de una pieza a partir de este acero y pieza así obtenida.
La presente invención se refiere a un acero martensítico endurecido por un sistema dúplex, es decir por una precipitación de compuestos intermetálicos y de carburos obtenida gracias a una composición del acero y un tratamiento térmico de envejecimiento apropiados.
Este acero propone:
-
una resistencia mecánica muy alta, pero al mismo tiempo una tenacidad y una ductilidad elevadas, dicho de otro modo, una baja sensibilidad a la rotura frágil; esta resistencia muy alta subsiste en caliente, hasta unas temperaturas del orden de 400ºC;
-
buenas propiedades en fatiga, lo cual implica en particular la ausencia de inclusiones nocivas tales como unos nitruros y unos óxidos; esta característica se debe obtener mediante una composición apropiada y unas condiciones de elaboración del metal líquido cuidadosas.
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Además, es cementable, nitrurable o carbonitrurable, de manera que se pueda endurecer su superficie para conferirle una buena resistencia a la abrasión y en rozamiento lubrificado.
Las aplicaciones previsibles de este acero interesan a todos los campos de la mecánica donde se requieren unas piezas de estructura o de transmisión que deben combinar cargas muy grandes, bajo solicitaciones dinámicas y en presencia de calentamiento inducido o circundante. Se citará, de manera no exhaustiva, los árboles de transmisión, los árboles de caja de velocidades, los ejes de rodamientos, etc.
La demanda de una excelente resistencia mecánica en caliente impide utilizar, en ciertas aplicaciones, los aceros al carbono o los aceros denominados "débilmente aleados" cuya resistencia se degrada a partir de 200ºC. Además, la tenacidad de estos aceros ya no es generalmente satisfactoria cuando son tratados para unos niveles de resistencia mecánica superiores a 2.000 MPa, y, de manera general, su límite elástico "verdadero" es muy inferior a su resistencia máxima medida en el ensayo de tracción: el límite elástico es por tanto un criterio dimensionante que resulta penalizante en este caso. Se pueden entonces utilizar los aceros maraging, cuyo límite elástico está notablemente más próximo a su valor máximo de resistencia a la tracción, que tienen una resistencia satisfactoria hasta 350-400ºC, y que ofrecen también una buena tenacidad para los niveles muy altos de resistencia mecánica. Pero estos aceros maraging contienen bastante sistemáticamente unos contenidos elevados de níquel, cobalto y molibdeno, elementos que son costosos y que están sujetos a unas variaciones notables de su coste en el mercado de las materias primas. Contienen también titanio, utilizado por su alta contribución al endurecimiento secundario, pero que está principalmente en cuestión en el descenso del comportamiento en fatiga de los aceros maraging debido al nitruro TiN, del cual es casi imposible evitar la formación cuando tiene lugar la elaboración de aceros que contienen incluso solamente algunas décimas de porcentaje.
Se ha propuesto en el documento US-A-5.393.388 una composición de acero con endurecimiento secundario sin adición de titanio, que prevé mejorar el comportamiento en caliente y sobre todo mejorar las propiedades en fatiga, la ductilidad y la tenacidad. Esta composición adolece del inconveniente de exigir un contenido de Co elevado (8 a 16%), lo cual hace el acero muy costoso. (NB: en el presente texto, todos los contenidos de los diferentes elementos están expresados en % ponderales).
En el documento WO-A-2006/114499, se ha propuesto una composición de acero martensítico endurecido y una sucesión de tratamientos térmicos optimizada adaptada a esta composición que, con respecto a la técnica anterior, representada por el documento US-A-5.393.488, presentaba la ventaja de exigir sólo un contenido más reducido de cobalto, o sea entre 5 y 7%. Ajustando los contenidos de los otros elementos y los parámetros de los tratamientos térmicos en consecuencia, ha sido posible obtener unas piezas que proponen un conjunto de propiedades mecánicas muy satisfactorias, en particular para las aplicaciones aeronáuticas. Éstas son, en particular, una resistencia a la tracción en frío comprendida entre 2.200 MPa y 2.350 MPa, una ductilidad y una resiliencia por lo menos iguales a las de los mejores aceros de alta resistencia, y en caliente (400ºC) una resistencia a la tracción del orden de 1.800 Mpa, así como unas propiedades de fatiga óptimas.
Este acero se denomina "de endurecimiento dúplex", puesto que su endurecimiento se obtiene por la precipitación endurecedora simultánea de compuestos intermetálicos y de carburos del tipo M_{2}C.
Sin embargo, este acero contiene siempre unas cantidades de cobalto relativamente importantes. Siendo este elemento de todas maneras oneroso y siendo su precio susceptible de sufrir fluctuaciones importantes en el mercado de las materias primas, sería importante encontrar unos medios de reducir aún más sustancialmente su presencia, en particular en los materiales destinados unas aplicaciones mecánicas más corrientes que las aplicaciones
aeronáuticas.
El objetivo de la invención es proponer un acero susceptible de ser utilizado, en particular, para fabricar unas piezas mecánicas tales como unos árboles de transmisión, o unos elementos de estructura, que presentan una resistencia mecánica en caliente aún mejorada pero también unas propiedades en fatiga y una fragilidad siempre adaptadas a estos usos. Este acero debería también tener un coste de producción más bajo que los aceros más rentables conocidos actualmente para estos usos, gracias, en particular, a un contenido de cobalto significativamente más reducido.
Con este fin, la invención tiene por objeto un acero caracterizado porque su composición es, en porcentajes ponderales:
- C = 0,20-0,30%
- Co = trazas - 1%
- Cr = 2-5%
- Al = 1-2%
- Mo + W/2 = 1-4%
- V = trazas - 0,3%
- Nb = trazas - 0,1%
- B = trazas - 30 ppm
- Ni = 11-16% con Ni \geq 7 +3,5 Al
- Si = trazas - 1,0%
- Mn = trazas - 2,0%
- Ca = trazas - 20 ppm
- Tierras raras = trazas - 100 ppm
- si N \leq 10 ppm, Ti + Zr/2 = trazas - 100 ppm con Ti + Zr/2 \leq 10N
- si 10 ppm < N \leq 20 ppm, Ti + Zr /2 - trazas - 150 ppm
- O = trazas - 50 ppm
- N = trazas - 20 ppm
- S = trazas - 20 ppm
- Cu = trazas - 1%
- P = trazas - 200 ppm
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siendo el resto hierro y unas impurezas inevitables que resultan de la elaboración.
Contiene preferentemente C = 0,20-0,25%
Contiene preferentemente Cr = 2-4%
Contiene preferentemente Al = 1-1,6%, mejor 1,4-1,6%
Contiene preferentemente Mo \geq 1%
Contiene preferentemente Mo + W/2 = 1-2%
Contiene preferentemente V = 0,2-0,3%
Contiene preferentemente Ni = 12-14% con Ni\geq 7 + 3,5 Al
Contiene preferentemente Nb = trazas - 0,05%
Contiene preferentemente Si = trazas - 0,25% mejor trazas - 0,10%
Contiene preferentemente O = trazas - 10 ppm
Contiene preferentemente N = trazas - 10 ppm
Contiene preferentemente S = trazas - 10 ppm mejor trazas - 5 ppm
Contiene preferentemente P = trazas - 100 ppm
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Su temperatura de transformación martensítica Ms medida es preferentemente superior o igual a 100ºC.
Su temperatura de transformación martensítica Ms medida puede ser superior o igual a 140ºC.
La invención tiene asimismo por objeto un procedimiento de fabricación de una pieza de acero, caracterizado porque comprende las etapas siguientes que preceden al acabado de la pieza que le proporciona su forma definitiva:
- la preparación de un acero que tiene la composición anterior;
- por lo menos una operación de conformado de este acero;
- un revenido de ablandado a 600-675ºC durante 4 a 20 h seguido de un enfriado al aire;
- una puesta en solución a 900-1.000ºC durante por lo menos 1 h, seguida por un enfriado en aceite o al aire suficientemente rápido para evitar la precipitación de carburos intergranulares en la matriz de austenita;
- un envejecimiento de endurecimiento a 475-600ºC, preferentemente de 490-525ºC durante 5-20 h.
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Comprende además preferentemente un tratamiento criogénico a -50ºC o más bajo, preferentemente a -80ºC o más bajo, para transformar toda la austenita en martensita, siendo la temperatura inferior a 150ºC o más con Ms medida, durando por lo menos uno de dichos tratamientos por lo menos 4 h y como máximo 50 h.
Comprende además preferentemente un tratamiento de ablandado de la martensita bruta de temple efectuado a 150-250ºC durante 4-16 h, seguido por un enfriado al aire quieto.
La pieza sufre asimismo preferentemente una cementación o una nitruración o una carbonitruración.
La nitruración se puede efectuar cuando tiene lugar un ciclo de envejecimiento.
Preferentemente se efectúa entonces entre 490 y 525ºC durante 5 a 100 h.
Dicha nitruración o cementación o carbonitruración puede ser efectuada cuando tiene lugar un ciclo térmico previamente o simultáneamente con dicha puesta en solución.
La invención tiene asimismo por objeto una pieza mecánica o pieza para elemento de estructura, caracterizada porque está fabricada según el procedimiento anterior.
Puede tratarse en particular de un árbol de transmisión de motor, o de un dispositivo de suspensión de motor o de un elemento de tren de aterrizaje o de un elemento de caja de velocidades o de un eje de rodamiento.
Como se habrá comprendido, la invención se basa en primer lugar en una composición de acero que se distingue de la técnica anterior representada por el documento WO-A-2006/114499 en particular por un contenido de Co muy bajo, que no sobrepasa 1%, y que puede estar típicamente limitada a las trazas que resultan inevitablemente de la elaboración. Los contenidos de los otros elementos de aleación significativamente presentes más corrientes solo están poco modificados, pero algunos contenidos en impurezas deben ser controlados con cuidado.
Esta posibilidad de prescindir totalmente de la habitual adición de cobalto en unos aceros martensíticos de la clase de los de la invención es un resultado particularmente sorprendente. El acero según la invención ya no contiene por tanto cantidades importantes de elementos de adición costosos, aparte del níquel cuyo contenido no aumenta sin embargo con respecto a la técnica anterior. Solamente es necesario tener un cuidado particular cuando tiene lugar la elaboración con una limitación del contenido de nitrógeno a 20 ppm como máximo para evitar en tanto sea posible la formación de nitruros de aluminio. Los contenidos máximos de titanio y circonio deben también ser limitados en consecuencia para evitar que formen nitruros con el nitrógeno residual.
Estos aceros tienen una diferencia plástica (diferencia entre resistencia a la rotura R_{m} y la resistencia al alargamiento R_{p0,2}) intermedia entre la de los aceros al carbono y de los maragings. Para estos últimos, la diferencia es muy pequeña, proporcionando un límite elástico elevado, pero una rotura rápida en cuanto es franqueado. Los aceros de la invención tienen, desde este punto de vista, unas propiedades ajustables por la proporción de las fases endurecedoras y/o del carbono.
El acero de la invención puede ser mecanizado en estado templado, con unas herramientas adecuadas con una dureza de 45 HRC. Es intermedio entre los maragings (mecanizables brutos de temple puesto que tienen una martensita blanda con bajo carbono) y los aceros al carbono que deben ser mecanizados esencialmente en estado recocido.
En los aceros de la clase de los de la invención, se realiza un endurecimiento "dúplex", es decir, obtenido conjuntamente por unos intermetálicos del tipo \beta-NiAl y por unos carburos del tipo M_{2}C, en presencia de austenita de inversión formada/estabilizada por un enriquecimiento en níquel obtenido por difusión cuando tiene lugar el envejecimiento de endurecimiento, que da ductilidad a la estructura por formación de una estructura sándwich (algunos % de austenita estable y dúctil entre los listones de la martensita endurecida).
Es preciso evitar formar unos nitruros, de Ti, de Zr y de Al en particular, que son fragilizantes: deterioran la tenacidad y el comportamiento en fatiga. Como estos nitruros pueden precipitar desde unos contenidos de 1 a algunas ppm de N en presencia de Ti, Zr y/o Al, y los medios de elaboración convencionales permiten difícilmente alcanzar menos de 5 ppm de N, el acero de la invención respeta las reglas siguientes.
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Se limita en principio cualquier adición de Ti (máximo permitido: 100 ppm), y se limita N tanto como sea posible. Según la invención, el contenido de N no debe sobrepasar 20 ppm y, mejor, 10 ppm, y el contenido de Ti no debe sobrepasar 10 veces el contenido de N.
Sin embargo, una adición proporcionada de titanio al final de la elaboración en el horno bajo vacío es previsible con vistas a fijar el nitrógeno residual y, así, evitar la precipitación nociva del nitruro AlN. Como es preciso, sin embargo, evitar la formación del nitruro TiN en fase líquida, puesto que resulta basto (de 5 a 10 \mum o más), la adición de titanio sólo puede ser practicada para un contenido residual máximo de nitrógeno de 10 ppm en el metal líquido, y siempre sin sobrepasar 10 veces este valor residual de nitrógeno. Por ejemplo, para un contenido final de 8 ppm de N al final de la elaboración, el contenido límite de la adición eventual de titanio es de 80 ppm.
Se puede reemplazar parcialmente o totalmente el Ti por Zr, comportándose estos dos elementos de forma bastante comparable. Estando sus masas atómicas en una relación de 2, si se añade Zr además o en lugar del Ti, es preciso razonar sobre la suma Ti + Zr/2 y decir que, al mismo tiempo que N \leq 10 ppm,
- Ti + Zr/2 debe siempre ser \leq 100 ppm;
- y que Ti + Zr/2 debe ser \leq 10 N.
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En el caso en que el contenido de N es superior a 10 ppm e inferior o igual a 20 ppm, Ti y Zr deben considerarse como unas impurezas a evitar, y la suma Ti + Zr/2 no debe sobrepasar 150 ppm.
La adición eventual de tierras raras, al final de la elaboración, puede contribuir también a fijar una fracción de N, además de S y O. En este caso, es preciso asegurarse de que el contenido residual de tierras raras queda inferior a 100 ppm y preferentemente menor de 50 ppm, puesto que estos elementos fragilizan el acero cuando están presentes más allá de estos valores. Se cree que los oxinitruros de tierras raras (por ejemplo de La) son menos nocivos que los nitruros de Ti o Al, debido a su forma globular que les haría menos susceptibles de constituir unos inicios de ruptura de fatiga. Se tiene por lo menos interés en dejar subsistir lo menos posible de estas inclusiones en el acero, gracias a las técnicas de elaboración cuidadosas clásicas.
Se puede llevar a cabo un tratamiento al calcio con vistas a completar la desoxidación/desulfuración del metal líquido. Este tratamiento se realiza preferentemente con las eventuales adiciones de Ti, Zr o tierras raras.
El carburo M_{2}C de Cr, Mo, W y V que contiene muy poco Fe es privilegiado por sus propiedades endurecedoras y no fragilizantes. El carburo M_{2}C es metaestable con respecto a los carburos de equilibrio M_{7}C_{3} y/o M_{6}C y/o M_{23}C_{6}. Es estabilizado por Mo y W. La suma del contenido de Mo y de la mitad del contenido en W debe ser de por lo menos 1%. No es preciso sin embargo sobrepasar Mo+W/2 = 4% para no deteriorar la forjabilidad (o la deformabilidad en caliente en general) y no formar unos intermetálicos de la fase \mu de tipo Fe_{7}Mo_{6}, que es una de las fases endurecedoras esenciales de los aceros maraging clásicos pero no se desea en el acero de la invención. Preferentemente, Mo + W/2 está comprendido entre 1 y 2%. Es también para evitar la formación de carburos de Ti no endurecedores y susceptibles de fragilizar las juntas de granos por lo que se requiere una limitación imperativa a 100 ppm del contenido de Ti en los aceros según la invención.
Cr y V son unos elementos que activan la formación de los carburos "metaestables".
V forma también unos carburos de tipo MC, estables hasta las temperaturas de puesta en solución, que "bloquean" las juntas de granos y limitan el crecimiento de los granos cuando tienen lugar los tratamientos térmicos a alta temperatura. No es preciso sobrepasar V = 0,3% para no fijar demasiado C en unos carburos de V, cuando tiene lugar el ciclo de puesta en solución, en detrimento del carburo M_{2}C de Cr, Mo, W, V de los cuales se busca la precipitación cuando tiene lugar el ciclo de envejecimiento ulterior. Preferentemente el contenido de V está comprendido entre 0,2 y 0,3%.
La presencia de Cr (por lo menos 2%) permite disminuir el porcentaje de carburos de V e incrementar el porcentaje de M_{2}C. Es preciso no sobrepasar 5% para no favorecer demasiado la formación de los carburos estables, en particular M_{23}C_{6}. Preferentemente no se sobrepasa 4% de Cr para asegurar mejor la ausencia de M_{23}C_{6} y no rebajar demasiado la temperatura Ms de inicio de transformación martensítica.
La presencia de C favorece la aparición de M_{2}C con respecto a la fase \mu. Pero un contenido excesivo causa unas segregaciones, un descenso de Ms y produce dificultades cuando tiene lugar la fabricación a escala industrial: sensibilidad a las grietas (fisuraciones superficiales cuando tiene lugar un enfriado rápido), mecanizabilidad difícil de una martensita demasiado dura en estado bruto de temple, etc. Su contenido debe estar comprendido entre 0,20 y 0,30%, preferentemente entre 0,20 y 0,25% para no conferir a la pieza una dureza demasiado elevada que podría necesitar un mecanizado en estado recocido. La capa superficial de las piezas podrá ser enriquecida en C por cementación, nitruración o carbonitruración si se requiere una dureza muy grande en las aplicaciones previstas.
Co retarda la restauración de las dislocaciones y, por tanto, ralentiza los mecanismos de sobreenvejecimiento en caliente en la martensita. Se pensaba que permitía así conservar una resistencia a la tracción en caliente elevada. Pero por otra parte, se sospechaba que, como el Co favorece la formación de la fase \mu citada que es la que endurece los aceros maraging de la técnica anterior al Fe-Ni-Co-Mo, su presencia masiva contribuía a disminuir la cantidad de Mo y/o de W disponible para formar unos carburos M_{2}C que contribuyen al endurecimiento según el mecanismo que se quiere favorecer.
Por otra parte, el cobalto eleva un poco la temperatura de transición dúctil/frágil, lo cual no es favorable, en particular en unas composiciones con contenidos de níquel más bien bajos, mientras que, contrariamente a lo cual ha podido ser constatado en otros aceros, el cobalto no eleva de forma evidente el punto de transformación Ms de las composiciones de la invención y no tiene por tanto interés manifiesto tampoco en este plano.
El contenido de Co (5 a 7%) propuesto en los aceros del documento WO-A-2006/144499, en combinación con los contenidos de los otros elementos, resultaba de la búsqueda de un compromiso entre estas diversas ventajas e inconvenientes.
Sin embargo, los inventores han constatado que contrariamente a los prejuicios en vigor de los metalúrgicos especialistas del campo de la invención, la presencia de cobalto no era indispensable para la obtención, en particular, de una resistencia mecánica elevada en los aceros maraging de endurecimiento dúplex. Su ausencia puede, incluso, presentar la ventaja de ofrecer un mejor compromiso entre la resistencia a la tracción Rm y la tenacidad Kv. Pero debe ir emparejada con unas tolerancias ajustadas sobre los contenidos de ciertas impurezas, y preferentemente con un ajuste de los contenidos de ciertos elementos que garantizan una temperatura Ms medida suficientemente elevada.
Ni y Al están ligados en la invención, en la que Ni debe ser \geq 7 + 3,5 Al. Son los dos elementos esenciales que participan en buena parte del endurecimiento por envejecimiento, gracias a la precipitación de la fase intermetálica nanométrica de tipo B2 (NiAl por ejemplo). Es esta fase la que confiere una gran parte de la resistencia mecánica en caliente, hasta aproximadamente 400ºC. El níquel es también el elemento que reduce la fragilidad por escisión puesto que rebaja la temperatura de transición dúctil/frágil de las martensitas. Si Al es demasiado elevado con respecto a Ni, la matriz martensítica está demasiado empobrecida en Níquel a consecuencia de la precipitación del precipitado endurecedor NiAl cuando tiene lugar el envejecimiento. Esto es perjudicial para los criterios de tenacidad y de ductilidad, puesto que el descenso del contenido de níquel en la fase martensítica conduce a una elevación de su temperatura de transición dúctil/frágil, por tanto a su fragilización a unas temperaturas próximas a la del ambiente. Además, el níquel favorece la formación de austenita de reversión y/o estabiliza la fracción de austenita residual (eventualmente presente), cuando tiene lugar el ciclo de envejecimiento. Estos mecanismos son favorables a los criterios de ductilidad y de tenacidad, pero también de estabilidad estructural del acero. Si la matriz envejecida está demasiado empobrecida en níquel, estos mecanismos virtuales disminuyen o se inhiben: ya no hay más potencial de austenita de reversión. A la inversa, si se tiene demasiado Ni, se reduce exageradamente el porcentaje de fase endurecedora de tipo NiAl exagerando el porcentaje de austenita de reversión en la cual Al queda ampliamente en solución.
Al final del temple, no es preciso tener austenita residual (<3%), y es preciso encontrarse de nuevo con una estructura esencialmente martensítica. Con este fin, es preciso ajustar las condiciones del temple, en particular la temperatura de final de enfriado, y también la composición del acero. Esta última determina la temperatura Ms del inicio de transformación martensítica que, según la invención, debe preferentemente permanecer igual o superior a 140ºC si no se practica ningún ciclo criogénico, y debe preferentemente ser igual o superior a 100ºC si se practica un ciclo criogénico.
Ms se calcula habitualmente según la fórmula clásica de la bibliografía: Ms = 550-350 x C% - 40 x Mn% - 17 x Cr% - 10 x Mo% - 17 x Ni% - 8 x V% - 35 x W% - 10 x Cu% - 10 x Co% + 30 x Al%ºC. Sin embargo, la experiencia muestra que esta fórmula sólo es muy aproximativa, en particular porque los efectos de Co y de Al son muy variables de un tipo de acero a otro. Para saber si un acero está de acuerdo o no con la invención, es preciso por tanto basarse en unas mediciones de la temperatura Ms real, efectuadas por ejemplo por dilatometría como es habitual. El contenido de Ni es una de las variantes de ajuste posibles de Ms.
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La temperatura de final de enfriado después del temple debe ser inferior a Ms real - 150ºC, preferentemente inferior a Ms real -200ºC, con el fin de asegurar una plena transformación martensítica del acero. Para las composiciones más enriquecidas en C y Ni en particular, esta temperatura de final de enfriado se puede obtener a consecuencia de un tratamiento criogénico aplicado inmediatamente a continuación de un enfriado a temperatura ambiente desde la temperatura de puesta en solución. Se puede también aplicar el tratamiento criogénico no a partir de la temperatura ambiente, sino después de un temple isotérmico que se termina a una temperatura un poco superior a Ms, preferentemente entre Ms y Ms + 50ºC. La velocidad global de enfriado debe ser lo más elevada posible de manera que evite los mecanismos de estabilización de la austenita residual rica en carbono. Sin embargo, no siempre es muy útil buscar unas temperaturas criogénicas inferiores a -100ºC puesto que la agitación térmica de la estructura puede resultar insuficiente para producir la transformación martensítica. De manera general, es preferible que el valor Ms del acero sea superior o igual a 100ºC si se aplica un ciclo criogénico, y superior o igual a 140ºC en ausencia de este ciclo criogénico. La duración del ciclo criogénico, si es necesario, está comprendida entre 4 y 50 horas, preferentemente entre 4 y 16 horas, y aún más preferentemente entre 4 y 8 horas. Se pueden practicar varios ciclos criogénicos, siendo esencial que por lo menos uno de ellos tenga las características citadas.
Se debe tener Al =1-2%, preferentemente 1-1,6%, mejor 1,4-1,6% y Ni = 11- 16%, siendo Ni \geq 7 + 3,5 Al. Idealmente se tiene 1,5% de Al y 12-14% de Ni. Estas condiciones favorecen la presencia de NiAl lo cual aumenta la resistencia a la tracción R_{m}, por tanto se constata también que no se deteriora demasiado por la ausencia de Co si se reúnen las otras condiciones de la invención. El límite elástico R_{p0,2} está influido de la misma manera que R_{m}.
Con respecto a los aceros conocidos a partir del documento US-A-5.393.388, en el que se busca una presencia elevada de austenita de reversión para tener una ductilidad y una tenacidad elevada, los aceros de la clase de la invención privilegian la presencia de las fases endurecedoras B2, en particular NiAl, para obtener una resistencia mecánica elevada en caliente. El respeto de las condiciones sobre Ni y Al que se han proporcionado asegura un contenido potencial suficiente de austenita de reversión para conservar una ductilidad y una tenacidad convenientes para las aplicaciones previstas.
Es posible añadir B, pero no más de 30 ppm para no degradar las propiedades del acero.
También es posible añadir Nb para controlar el tamaño de los granos cuando tiene lugar un forjado u otra transformación en caliente, con un contenido que no sobrepase 0,1%, preferentemente que no sobrepase 0,05% para evitar unas segregaciones que podrían ser excesivas. El acero, según la invención, acepta por tanto unas materias primas que pueden contener unos contenidos residuales de Nb no despreciables.
Una característica de los aceros de la clase de la invención es también la posibilidad de reemplazar por lo menos una parte de Mo por W. A fracción atómica equivalente, W segrega menos en la solidificación que Mo y aporta un incremento de comportamiento mecánico en caliente. Adolece del inconveniente de ser costoso y se puede optimizar este coste asociándolo a Mo. Como se ha mencionado, Mo + W/2 debe estar comprendido entre 1 y 4%, preferentemente entre 1 y 2%. Se prefiere conservar un contenido mínimo de Mo de 1% para limitar el coste del acero, en tanto que el comportamiento a alta temperatura no es un objetivo prioritario del acero de la invención.
Cu puede alcanzar hasta 1%. Es susceptible de participar en el endurecimiento con la ayuda de su fase épsilon, y la presencia de Ni permite limitar sus efectos nocivos, en particular la aparición de grietas superficiales cuando tiene lugar el forjado de las piezas, que se constata cuando tienen lugar las adiciones de cobre en estos aceros que no contienen níquel. Pero su presencia no es en modo alguno indispensable y puede estar presente sólo en estado de trazas residuales, procedentes de las poluciones de las materias primas.
El manganeso no es a priori útil para obtención de las propiedades del acero previstas, pero no tiene ningún efecto nefasto reconocido; además, su baja tensión de vapor a las temperaturas del acero líquido hace que su concentración sea difícilmente controlable en elaboración bajo vacío y refusión bajo vacío: su contenido puede variar en función de la localización radial y axial en un lingote refundido. Como está presente a menudo en las materias primas, y por las razones anteriores, su contenido será preferentemente como máximo de 0,25%, y en cualquier caso estará limitado a 2% como máximo puesto que unas variaciones demasiado grandes de su concentración en un mismo producto perjudicarán la repetitividad de las propiedades.
El silicio es conocido por tener un efecto de endurecimiento en solución solida de la ferrita y, en el caso del cobalto, para disminuir la solubilidad de algunos elementos o de algunas fases en la ferrita. Sin embargo, el acero de la invención prescinde de una adición significativa de cobalto, y es lo mismo de la adición de silicio, tanto más que, además, el silicio favorece generalmente la precipitación de fases intermetálicas nefastas en los aceros complejos (fase de lavas, siliciuros, etc.). Su contenido estará limitado a 1%, preferentemente a menos de 0,25% y aún más preferentemente a menos de 0,1%.
De manera general, los elementos que pueden segregar en las juntas de los granos y fragilizarlos, como P y S, deben ser controlados en los límites siguientes: S = trazas - 20 ppm, preferentemente trazas - 10 ppm, mejor trazas - 5 ppm, y P = trazas - 200 ppm, preferentemente trazas - 100 ppm, y mejor trazas - 50 ppm.
Se puede utilizar Ca como desoxidante y como captador de azufre, encontrándolo de nuevo residualmente al final (\leq 20 ppm). Asimismo, unos residuos de tierras raras pueden subsistir al final (\leq 100 ppm) a consecuencia de un tratamiento de afinado del metal líquido donde habrían sido utilizadas para captar O, S y/o N. No siendo obligatoria la utilización de Ca y de tierras raras a estos fines, estos elementos pueden estar presentes sólo en estado de trazas en los aceros de la invención.
El contenido de oxigeno aceptable es de 50 ppm como máximo, preferentemente 10 ppm como máximo.
A título de ejemplos, se han ensayado unas muestras de acero cuyas composiciones (en porcentajes ponderales) están referidos en la tabla 1:
TABLA 1 Composición y temperaturas Ms medidas de las muestras ensayadas
4
El contenido de Co < 0,10% de las muestras G y H corresponde al límite de precisión habitual del análisis de este elemento. En los dos casos, no ha sido efectuada ninguna adición voluntaria de Co.
Los elementos no citados en la tabla sólo están presentes como máximo en estado de trazas que resultan de la elaboración.
El acero de referencia A corresponde a un acero según el documento US-A-5.393.488, que tiene por tanto un contenido de Co elevado.
El acero de referencia B corresponde a un acero comparable con el acero A, al cual se ha añadido V sin modificar el contenido de Co.
El acero de referencia C corresponde a un acero según el documento WO-A-2006/114499 en particular porque, con respecto a los aceros A y B, se ha aumentado su contenido de Al y disminuido su contenido de Co.
El acero de referencia D ha sufrido con respecto a C una adición de B.
El acero de referencia E ha sufrido con respecto a C una adición de Nb.
El acero de referencia F se distingue de C esencialmente por la ausencia de una adición significativa de V, compensada por un contenido más bajo de C, y una mayor pureza de elementos residuales.
El acero de referencia G se distingue de F por un contenido de Co muy bajo que estaría de acuerdo con la invención, la presencia de V a un nivel comparable al del de C, D y E, y un contenido de Ni más elevado, pero que, tomado aisladamente, estaría sin embargo de acuerdo con la invención. Pero sus contenidos de Ti y N son ligeramente superiores al que tolera la invención. La experiencia muestra también que su temperatura Ms media es sustancialmente demasiado baja con respecto a las exigencias de la invención, no estando el contenido de Ni relativamente elevado compensado por unos contenidos de Cr, Mo, Al y V que serían relativamente bajos.
El acero H está de acuerdo con la invención en todos los puntos de vista, en particular su contenido muy bajo de Co y su gran pureza de N y Ti. Asimismo, su contenido de O es muy bajo. Por último, su temperatura Ms medida está totalmente de acuerdo con la invención.
Estas muestras han sido forjadas a partir de lingotes de 200 kg en planos de 75 x 35 mm en las condiciones siguientes. Un tratamiento de homogeneización de por lo menos 16 horas a 1.250 ºC es seguido de una primera operación de forjado destinada a fraccionar las estructuras bastas de los lingotes; unos semiproductos de sección cuadrada de 75 x 75 mm han sido forjados a continuación después de una nueva puesta en temperatura a 1.180ºC; por último, cada semiproducto ha sido colocado en un horno a 950ºC, y después ha sido forjado a esta temperatura en forma de planos de 75 x 35 mm cuya estructura granular es afinada por estas operaciones sucesivas.
Además, las muestras han sufrido un revenido de ablandado a una temperatura de por lo menos 600ºC. La experiencia muestra que es necesario para obtener una recristalización completa del acero cuando tiene lugar la puesta en solución que seguirá. En el ejemplo, este revenido de ablandado ha sido efectuado a 650ºC durante 8 h y seguido de un enfriado al aire. Gracias a esto, los productos brutos de transformaciones termomecánicas pueden sufrir sin problemas particulares las operaciones de acabado (enderezado, descortezamiento, mecanizado, etc.) que confieren a la pieza su forma definitiva.
Después del forjado y del revenido de ablandado, las muestras han sufrido:
- una puesta en solución a 935ºC durante 1 h y después un enfriado por temple en aceite;
- un tratamiento criogénico a -80ºC durante 8 h; específicamente para las muestras H, se ha añadido otro tratamiento criogénico a -120ºC durante 2 h;
- un revenido de expansión de 16 h a 200ºC;
- un envejecimiento de endurecimiento a 500ºC durante 12 h y después un enfriado al aire.
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Las propiedades de las muestras (resistencia a la tracción R_{m} en sentido longitudinal, límite elástico R_{p0,2}, elongación A5d, estricción Z, resilencia KV, tenacidad K1c, tamaño del grano ASTM) están referidas en la tabla 2. Las mismas están aquí medidas a la temperatura ambiente normal.
TABLA 2 Propiedades de las muestras ensayadas
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Se observa que las muestras de referencia C, D y E presentan una resistencia a la tracción muy superior a la de las muestras de referencia A y B. El límite elástico es por lo menos del mismo orden de magnitud. En contrapartida de esta elevación de la resistencia a la tracción, las propiedades de ductilidad (estricción y alargamiento a la rotura), de tenacidad y de resiliencia están rebajadas, en el caso de los tratamientos térmicos descritos y aplicados. El compromiso resistencia/tenacidad buscado puede ser ajustado con la ayuda de una modificación de las condiciones de envejecimiento.
La muestra de referencia B muestra que la sola adición de V al acero A sólo proporciona una mejora de algunas propiedades, y en unas porciones muy a menudo menos importantes que en el caso de los aceros con contenido de Co reducido o nulo C a H.
En particular, el aumento del Al, en los aceros C a H, conjugado con el manteniendo de un contenido de Ni elevado, hace la fase endurecedora NiAl más presente y es un factor esencial de la mejora de la resistencia la tracción o de su mantenimiento a un valor convenientemente elevado.
Las adiciones de B y de Nb de las muestras D y E respectivamente no son necesarias para la obtención de las resistencias mecánicas elevadas previstas prioritariamente en los aceros de la clase de la invención. Sin embargo, la adición de Nb permite afinar el tamaño de grano, descrito por el índice ASTM convencional (los valores ASTM más elevados corresponden a los granos más finos).
Después del revenido de ablandado a 650ºC durante 8 h y enfriado al aire, una puesta en solución a 935ºC durante 1 hora seguida de un enfriado al aceite, después un tratamiento criogénico a -80ºC durante 8 h, y después un destensionado a 200ºC durante 8 h (sobre las probetas de tracción) o 16 h (sobre las probetas de resiliencia con vistas a facilitar el mecanizado de la entalla en V de la probeta Charpy, este revenido a baja temperatura tiene como único efecto rebajar en algunas unidades HRC la estructura bruta de temple), después un envejecimiento a 500ºC durante 12 h seguido de un enfriado al aire, han permitido obtener en sentido longitudinal a 20ºC un excelente compromiso entre resistencia a la tracción, ductilidad y resiliencia.
Unos experimentos complementarios muestran que en sentido transversal, los valores de resiliencia permanecen aceptables. A 400ºC, la resistencia a la tracción permanece muy elevada, y unos contenidos de Co relativamente bajos como en las muestras C a F o, según la invención, casi o francamente despreciables, como en las muestras G y H, son compatibles con la resolución de estos aspectos de los problemas planteados.
La muestra G muestra que la gran disminución, que llega hasta la supresión total, del cobalto, puede permitir por lo menos conservar una resistencia a la tracción elevada. Las propiedades de ductilidad, de manera sorprendente, están también mejoradas. El límite elástico está, sin embargo, sustancialmente bastante deteriorado en el caso de la muestra G, en relación con una mayor cantidad de austenita dispersada en la estructura, debido al contenido elevado de Ni de esta muestra. Éste contribuye a un descenso excesivo de la Ms medida que no es compensado por unos ajustes de los contenidos de los otros elementos.
En contrapartida, en el caso de la muestra H, de acuerdo en todos los puntos con la composición según la invención, y cuya temperatura Ms es suficiente elevada, se obtiene:
- una resistencia a la tracción que permanece elevada, y podrá ser, en caso necesario, también mejorada por un aumento del contenido de C que favorecería el endurecimiento por temple y formación de carburos secundarios; una resistencia a la tracción del orden de 2.300 MPa sería así accesible para un contenido de C de 0,25% aproximadamente;
- un límite elástico sustancialmente mejorado con respecto a la muestra G;
- y sobre todo unas propiedades de ductilidad destacables, superiores a las de todas las muestras de referencia, que permiten realizar un buen compromiso entre resistencia a la tracción y tenacidad, siendo esta característica muy importante en el marco de las aplicaciones privilegiadas previstas para el acero de la invención.
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Los contenidos de N y Ti un poco demasiado elevados en la muestra G con respecto a las exigencias de la invención, y también su contenido de oxigeno un poco más elevado, contribuyen también en parte a sus prestaciones menos buenas que las de la muestra H. Otro factor a considerar para esta muestra G es un contenido de S que no es particularmente bajo, y que tiende a degradar la tenacidad si no es compensado por otras características que fueran favorables para esta propiedad. Por último, como se ha mencionado, esta muestra G tiene un contenido de Ni bastante elevado (aunque permanece en la gama de la invención), que rebaja Ms y favorece por tanto el mantenimiento de un porcentaje de austenita residual posiblemente demasiado elevado, incluso al final del tratamiento criogénico más particularmente elevado (a -80ºC y después a -120ºC) que ha sufrido esta muestra.
En contrapartida, la muestra H según la invención, que sólo ha sido tratada criogénicamente a -80ºC, pero que tiene un contenido de Ni cuidadosamente ajustado, unos contenidos de impurezas mínimos desde todos los puntos de vista y una temperatura Ms medida suficientemente elevada, responde muy bien a los problemas planteados.
De manera general, un modo de tratamiento térmico optimizado del acero según la invención para la obtención al final de una pieza que presenta las propiedades deseadas es, después del conformado del semielaborado de la pieza y antes del acabado que proporciona a la pieza su forma definitiva:
- un revenido de ablandado a 600-675ºC durante 4 a 20 h seguido de un enfriado al aire;
- una puesta en solución a 900-1.000ºC durante por lo menos 1 h, seguida de un enfriado con aceite o al aire suficientemente rápido para evitar la precipitación de carburos intergranulares en la matriz de austenita,
- si es necesario, un tratamiento criogénico a -50ºC o más bajo, preferentemente a -80ºC o más bajo, para transformar toda la austenita en martensita, siendo la temperatura inferior en 150ºC o más a Ms, preferentemente inferior en aproximadamente 200ºC, durante uno por lo menos de dichos tratamientos criogénicos por lo menos 4 h y como máximo 50 h; para las composiciones que tienen, en particular, un contenido de Ni relativamente bajo que conduce a una temperatura Ms relativamente elevada, este tratamiento criogénico es menos útil;
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- opcionalmente un tratamiento de ablandado de la martensita bruta de temple efectuado a 150-250ºC durante 4-16 h, seguido por un enfriado al aire tranquilo;
- un envejecimiento de endurecimiento a 475-600ºC, preferentemente de 490-525ºC durante 5-20 h; un envejecimiento por debajo de 490ºC no es siempre recomendado puesto que el carburo metaestable M_{3}C podría también estar presente y aportaría una fragilidad a la estructura; los envejecimientos más allá de 525ºC pueden provocar una pérdida de resistencia mecánica por envejecimiento, sin ganancia notable de tenacidad o de ductilidad.
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En los ejemplos que han sido descritos, las operaciones de conformado del acero según su colada y que preceden al revenido de ablandado y los otros tratamientos térmicos han consistido en un forjado. Pero otros tipos de tratamientos termomecánicos de conformado en caliente pueden ser ejecutados además o en lugar de este forjado, en función del tipo de producto final que se desea obtener (piezas estampadas, barras, semiproductos, etc.). Se pueden citar en particular un o unos laminados, un matrizado, una estampación, etc. así como una combinación de varios de dichos tratamientos.
Las aplicaciones privilegiadas del acero según la invención son las piezas de la resistencia para mecánica y elementos de estructura, para las cuales debe tenerse en frío una resistencia a la tracción comprendida entre 2.000 MPa y 2.350 MPa, o incluso más, combinada con unos valores de ductilidad y de resiliencia por lo menos equivalentes a los de los mejores aceros de alta resistencia, y en caliente (400ºC) una resistencia a la tracción del orden de 1.800 MPa, así como unas propiedades de fatiga óptimas.
El acero según la invención tiene también como ventaja ser cementable, nitrurable y carbonitrurable. Se puede por tanto conferir a las piezas que lo utilizan una resistencia a la abrasión elevada sin afectar a sus propiedades de núcleo. Esto es particularmente ventajoso en las aplicaciones previstas que se han citado. Se pueden prever otros tratamientos de superficie, tales como unos tratamientos mecánicos que limitan el inicio de fisurados de fatiga a partir de los defectos superficiales, son previsibles. Un granallado (Shot-peening) es un ejemplo de dicho tratamiento.
Si se ejecuta una nitruración, ésta se puede efectuar durante el ciclo de envejecimiento, preferentemente a una temperatura de 490 a 525ºC y por una duración que puede estar comprendida entre 5 y 100 h, provocando los envejecimientos más largos un ablandado estructrual progresivo y, por consiguiente, una disminución progresiva de la resistencia máxima a la tracción.
Otra posibilidad es efectuar la cementación, nitruración o carbonitruración cuando tiene lugar un ciclo térmico previamente o simultáneamente con la puesta en solución, conservando el sustrato de acero de la invención en este caso todo su potencial de propiedades mecánicas.

Claims (25)

1. Acero caracterizado porque su composición es, en porcentajes ponderales:
- C = 0,20-0.30%
- Co = trazas - 1%
- Cr = 2-5%
- Al = 1-2%
- Mo + W/2 = 1-4%
- V = trazas - 0,3%
- Nb = trazas - 0,1%
- B = trazas - 30 ppm
- Ni = 11-16% con Ni \geq 7 +3,5 Al
- Si = trazas - 1,0%
- Mn = trazas - 2,0%
- Ca = trazas - 20 ppm
- Tierras raras = trazas - 100 ppm
- Si N \leq 10 ppm, Ti + Zr/2 = trazas - 100 ppm con Ti + Zr /2 \leq 10N
- Si 10 ppm < N \leq 20 ppm, Ti + Zr /2 = trazas - 150 ppm
- O = trazas - 50 ppm
- N = trazas - 20 ppm
- S = trazas - 20 ppm
- Cu = trazas - 1%
- P = trazas - 200 ppm
siendo el resto hierro y unas impurezas inevitables que resultan de la elaboración.
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2. Acero según la reivindicación 1, caracterizado porque contiene C= 0,20-0,25%.
3. Acero según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque contiene Cr = 2-4%.
4. Acero según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque contiene Al = 1-1,6%, preferentemente 1,4-1,6%.
5. Acero según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque contiene Mo \geq 1%.
6. Acero según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque contiene Mo + W/2 = 1-2%.
7. Acero según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque contiene V = 0,2-0,3%.
8. Acero según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque contiene Ni = 12-14%, siendo Ni \geq 7 + 3,5 Al.
9. Acero según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque contiene Nb = trazas - 0,05%.
10. Acero según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque contiene Si = trazas - 0,25%, preferentemente trazas - 0,10%.
11. Acero según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque contiene O = trazas - 10 ppm.
12. Acero según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque contiene N = trazas - 10 ppm
13. Acero según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque contiene S = trazas - 10 ppm, preferentemente trazas - 5 ppm.
14. Acero según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque contiene P = trazas - 100 ppm.
15. Acero según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque su temperatura de transformación martensítica Ms medida es superior o igual a 100ºC.
16. Acero según la reivindicación 15, caracterizado porque su temperatura de transformación martensítica Ms medida es superior o igual a 140ºC.
17. Procedimiento de fabricación de una pieza de acero martensítico, caracterizado porque comprende las etapas siguientes que preceden al acabado de la pieza que le proporciona su forma definitiva:
- la preparación de un acero que tiene la composición según una de las reivindicaciones 1 a 16;
- por lo menos una operación de conformado de este acero;
- un revenido de ablandado a 600-675ºC durante 4 a 20 h seguido de un enfriado al aire;
- una puesta en solución a 900-1.000ºC durante por lo menos 1 h, seguida de un enfriado en aceite o al aire suficientemente rápido para evitar la precipitación de carburos intergranulares en la matriz austenítica;
- un envejecimiento de endurecimiento a 475-600ºC, preferentemente a 490-525ºC durante 5-20 h.
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18. Procedimiento de fabricación de una pieza de acero según la reivindicación 17, caracterizado porque comprende además un tratamiento criogénico a -50ºC o más bajo, preferentemente a -80ºC o más bajo antes del tratamiento de envejecimiento, para transformar toda la austenita en martensita, siendo la temperatura inferior en 150ºC o más a Ms medida, durando por lo menos uno de dichos tratamientos por lo menos 4 h y como máximo 50 h.
19. Procedimiento de fabricación de una pieza de acero según una de las reivindicaciones 17 ó 18, caracterizado porque comprende además un tratamiento de ablandado de la martensita bruta de temple efectuado a 150-250ºC durante 4-16 h, seguido por un enfriado al aire tranquilo.
20. Procedimiento de fabricación de una pieza de acero según una de las reivindicaciones 17 a 19, caracterizado porque la pieza sufre también una cementación o una nitruración o una carbonitruración.
21. Procedimiento de fabricación de una pieza de acero según la reivindicación 20, caracterizado porque la nitruración se efectúa cuando tiene lugar un ciclo de envejecimiento.
22. Procedimiento de fabricación de una pieza de acero según la reivindicación 21, caracterizado porque la nitruración se efectúa entre 490 y 525ºC durante 5 a 100 h.
23. Procedimiento de fabricación de una pieza de acero según una de las reivindicaciones 20 a 22, caracterizado porque dicha nitruración o cementación se efectúa cuando tiene lugar un ciclo térmico previamente o simultáneamente con dicha puesta en solución.
24. Pieza mecánica o pieza para elemento de estructura, caracterizada porque se fabrica mediante el procedimiento según una de las reivindicaciones 17 a 23.
25. Pieza mecánica según la reivindicación 24, caracterizada porque se trata de un árbol de transmisión de motor, o de un dispositivo de suspensión de motor, o de un elemento de tren de aterrizaje, o de un elemento de caja de velocidades, o de un eje de rodamiento.
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2947566B1 (fr) 2009-07-03 2011-12-16 Snecma Procede d'elaboration d'un acier martensitique a durcissement mixte
FR2947565B1 (fr) * 2009-07-03 2011-12-23 Snecma Traitement cryogenique d'un acier martensitique a durcissement mixte
FR2964668B1 (fr) * 2010-09-14 2012-10-12 Snecma Optimisation de l'usinabilite d'aciers martensitiques inoxydables
RU2502822C1 (ru) * 2012-12-18 2013-12-27 Юлия Алексеевна Щепочкина Сталь
US9303295B2 (en) * 2012-12-28 2016-04-05 Terrapower, Llc Iron-based composition for fuel element
US10157687B2 (en) 2012-12-28 2018-12-18 Terrapower, Llc Iron-based composition for fuel element
CN103667964B (zh) * 2013-11-07 2016-06-15 安徽省智汇电气技术有限公司 一种泵轴承用中碳钢材料及其制备方法
CN104372260B (zh) * 2014-11-07 2017-03-08 佛山市南海区华恭金属加工有限公司 高强度钢拉杆及其热处理方法
CN104911499B (zh) * 2015-06-29 2017-12-26 钢铁研究总院 Cu强化Co‑free二次硬化超高强度钢及制备方法
RU2611250C1 (ru) * 2015-11-25 2017-02-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) Инструментальная сталь
CN109604957A (zh) * 2018-12-14 2019-04-12 中国航空工业集团公司北京航空精密机械研究所 一种高精度结构开放式薄壁钛合金零件的加工方法
CN110257718B (zh) * 2019-08-01 2020-10-16 邵东智能制造技术研究院有限公司 一种耐磨损的不锈钢结构合金及其制备方法
CN111440929B (zh) * 2020-04-10 2021-11-12 合肥通用机械研究院有限公司 一种高压临氢自紧式组合密封件设计制造方法
CN116926442B (zh) * 2023-07-24 2024-02-23 北京理工大学 纳米相协同析出强化低屈强比超高强度钢及其制备方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1089934A (en) * 1964-10-28 1967-11-08 Republic Steel Corp High strength steel alloy composition
JPS5161B1 (es) 1967-09-18 1976-01-05
US4004920A (en) * 1975-05-05 1977-01-25 United States Steel Corporation Method of producing low nitrogen steel
FR2307879A1 (fr) * 1975-04-18 1976-11-12 Siderurgie Fse Inst Rech Toles en acier au nickel pour utilisation a basse temperature
EP0021349B1 (en) * 1979-06-29 1985-04-17 Nippon Steel Corporation High tensile steel and process for producing the same
JPS5635750A (en) * 1979-08-29 1981-04-08 Kobe Steel Ltd Alloy steel with superior strength and toughness and its manufacture
US4605321A (en) * 1983-03-23 1986-08-12 Skf Kugellagerfbriken Gmbh Roller bearing for seating a pedal bearing shaft
US4832525A (en) * 1988-03-25 1989-05-23 Morrison Donald R Double-bearing shaft for a vibrating screed
US5393488A (en) * 1993-08-06 1995-02-28 General Electric Company High strength, high fatigue structural steel
SE520169C2 (sv) * 1999-08-23 2003-06-03 Sandvik Ab Metod för tillverkning av stålprodukter av utskiljningshärdat martensitiskt stål, samt användning av dessa stålprodukter
FR2823226B1 (fr) * 2001-04-04 2004-02-20 V & M France Acier et tube en acier pour usage a haute temperature
US6715921B2 (en) * 2001-10-24 2004-04-06 Victor Company Of Japan, Ltd. Shaft bearing structure of spindle motor
RU2218445C2 (ru) * 2001-11-28 2003-12-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А.Бочвара" Жаропрочная радиационно-стойкая сталь
US6890393B2 (en) * 2003-02-07 2005-05-10 Advanced Steel Technology, Llc Fine-grained martensitic stainless steel and method thereof
FR2885142B1 (fr) 2005-04-27 2007-07-27 Aubert & Duval Soc Par Actions Acier martensitique durci, procede de fabrication d'une piece a partir de cet acier, et piece ainsi obtenue
JP2007063658A (ja) * 2005-09-02 2007-03-15 Daido Steel Co Ltd マルテンサイト系ステンレス鋼

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