ES2394980T3

ES2394980T3 - Acero inoxidable austenítico bajo en níquel conteniendo elementos estabilizantes

Info

Publication number: ES2394980T3
Application number: ES08730237T
Authority: ES
Inventors: James M. Rakowski; David S. Bergstrom; Charles P. Stinner; John J. Dunn; John F. Grubb
Original assignee: ATI Properties LLC
Current assignee: ATI Properties LLC
Priority date: 2007-12-20
Filing date: 2008-02-20
Publication date: 2013-02-07
Anticipated expiration: 2028-02-20
Also published as: KR20100099726A; KR101535695B1; DK2245202T3; US20130129559A1; JP5383700B2; EP2245202A1; AU2008341063A1; RU2010130163A; RU2461641C2; CA2706473A1; US20090162237A1; US9873932B2; CN101903551A; BRPI0820586A8; JP2011508077A; ATE522635T1; AU2008341063B2; IL205868A0; US9133538B2; AU2008341063C1

Abstract

Un acero inoxidable austenítico que comprende, en % en peso, hasta 0.20 C, 2.0-9.0 Mn, hasta 2.0 Si, 16.0-23.0 Cr, 1.0-7.0 Ni, 0.5-2.0 Mo, hasta 3.0 Cu, 0.05-0.35 N, hasta 4.0 W, (7.5(%C)) <= (Nb + Ti + V + Ta + Zr) <= 1.5, hasta 0.01 B, hasta 1.0 Co, resto hierro e impurezas.

Description

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

CAMPO DE TECNOLOGÍA

[0001] La presente divulgación se refiere a un acero inoxidable austenítico. En particular, la divulgación se refiere a una composición de acero inoxidable austenítico estabilizada con buena relación coste-eficacia con niveles bajos de níquel y molibdeno, con propiedades mejoradas a alta temperatura y propiedades de resistencia a la corrosión y de formabilidad al menos comparables a las aleaciones con más níquel.

DESCRIPCIÓN DE LOS ANTECEDENTES DE LA TECNOLOGÍA

[0002] Los aceros inoxidables austeníticos presentan una combinación de propiedades muy deseables que los hacen útiles para una amplia variedad de aplicaciones industriales. Estos aceros poseen una composición a base de hierro que es equilibrada por adición de elementos promotores de austenita y estabilizantes, como níquel, manganeso y nitrógeno, para permitir hacer adiciones de elementos promotores de ferrita, tales como cromo y molibdeno, que aumentan la resistencia a la corrosión, mientras se mantiene una estructura austenítica a temperatura ambiente. La estructura austenítica dota al acero de propiedades mecánicas muy convenientes, sobre todo de resistencia, ductilidad y formabilidad.

[0003] Un ejemplo específico de un acero inoxidable austenítico es el acero inoxidable AISI tipo 316 (UNS S31600), que es una aleación que contiene 16-18% de cromo, 10-14% de níquel, y 2-3% de molibdeno. Los campos de valores de los ingredientes de aleación en esta aleación se mantienen dentro de los campos de valores especificados con el fin de mantener una estructura austenítica estable. Como es entendido por un experto en la técnica, los contenidos de níquel, manganeso, cobre, y nitrógeno, por ejemplo, contribuyen a la estabilidad de la estructura austenítica. Sin embargo, el incremento de los precios del níquel y el molibdeno ha hecho necesario crear alternativas al S31600 más rentables que sigan presentando una alta resistencia a la corrosión y una buena formabilidad.

[0004] Otra alternativa de aleación es Grado 216 (UNS S21600), que es descrita en la patente U.S. Nº. 3.171.738 S21600, contiene 17,5-22% de cromo, 5-7% de níquel, 7,5-9% de manganeso, y 2-3% de molibdeno. A pesar de que S21600 es una variante de S31600 más baja en níquel y más alta en manganeso, las propiedades de tensión de rotura y tensión de rotura a la corrosión de S21600 son mucho más altas que las de S31600. Sin embargo, como ocurre con las aleaciones dúplex, la formabilidad de S21600 no es tan buena como la de S31600. También, debido a que S21600 contiene la misma cantidad de molibdeno que S31600, no hay ahorro de costes en molibdeno.

[0005] También existe una variante de S31600, la cual está pensada principalmente para uso a altas temperaturas. Esta aleación es designada como Tipo 316Ti (UNS S31635). La diferencia significativa entre S31600 y S31635 es la presencia de una pequeña adición de titanio equilibrada con la cantidad de carbono y de nitrógeno presente en el acero. El acero resultante, S31635, es menos propenso a la perjudicial formación de carburos de cromo a altas temperaturas durante la soldadura, fenómeno conocido como sensibilización. Tales adiciones también pueden mejorar las propiedades a altas temperaturas debido a los efectos reforzantes de una formación primaria y secundaria de carburo. El nivel especificado para titanio en S31635 viene dado por la siguiente ecuación:

Sin embargo, S31635 utiliza materia prima costosa.

[0006] Otros ejemplos de aleaciones tal como se desvela en WO99/32682 incluyen numerosos aceros inoxidables en los que el níquel es sustituido por el manganeso para mantener una estructura austenítica, tal y como se hace con el Tipo de acero 201 (UNS S20100) y categorías similares. Sin embargo, se necesita ser capaz de producir una aleación que posea una combinación con propiedades mejoradas a alta temperatura similares a S31635 y propiedades tanto de resistencia a la corrosión y de formabilidad similares a S31600, conteniendo al mismo tiempo una menor cantidad de níquel y molibdeno que le hagan rentable. En particular, se necesita contar con una aleación que tenga, a diferencia de las aleaciones dúplex, una gama de aplicación de temperaturas comparable a la de los aceros inoxidables austeníticos estándar, por ejemplo, desde temperaturas criogénicas hasta 1300°F.

[0007] En consecuencia, la presente invención proporciona una solución que no está actualmente disponible en el mercado, que es una composición de aleación de acero inoxidable austenítico estabilizada conformable que tenga unas propiedades de resistencia a la corrosión comparables, y unas propiedades a alta temperatura mejoradas respecto a S31600 y S31635, al tiempo que proporcione ahorro de costes en materias primas. En consecuencia, la invención es una aleación austenítica estabilizada que utiliza niveles controlados de elementos formadores de carburo para mejorar las propiedades a altas temperaturas. La aleación austenítica también utiliza una combinación de los elementos Mn, Cu, y N, en sustitución del Ni y Mo de manera que cree una aleación con propiedades similares a las de aleaciones de mayor contenido en níquel y molibdeno con un coste significativamente menor en materias primas. Opcionalmente, los elementos W y Co pueden utilizarse de forma independiente o combinadamente para reemplazar los elementos Mo y Ni, respectivamente.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

[0008] La invención es un acero inoxidable austenítico que utiliza elementos formadores de carburo y elementos menos costosos, como manganeso, cobre y nitrógeno, en sustitución de los elementos más costosos níquel y molibdeno. El resultado es una aleación de coste más bajo que tiene propiedades a alta temperatura mejoradas y propiedades de resistencia a la corrosión y formabilidad, al menos comparables a aleaciones más costosas, como S31600 y S31635. La aleación es de calibre fino y tiene una microestructura limpia con granos relativamente finos para formabilidad.

[0009] La invención, tal como se indica en las reivindicaciones, es un acero inoxidable austenítico que contiene, en % en peso, hasta 0,20 C, 2,0-9,0 Mn, hasta 2,0 Si, 16,0-23,0 Cr, 1,0-7,0 Ni, 0,5-2,0 Mo, hasta 3,0 Cu, 0,05-0,35 N, (7,5(%C))

≤ (Nb + Ti + V +Ta + Zr) ≤ 1,5, hasta 4,0 W, hasta 0,01 B, hasta 1,0 Co, resto hierro e impurezas. Ciertas realizaciones no limitativas, del acero inoxidable austenítico contienen tungsteno de tal manera que 0,5 ≤ (Mo + W/2) ≤ 5,0. Ciertas realizaciones del acero inoxidable austenítico pueden contener cobalto de tal manera que 1,0 ≤ (Ni + Co) ≤ 8,0. Ciertas

realizaciones de acero inoxidable austenítico pueden contener al menos 0,1% de niobio, o pueden contener niobio en una concentración de por lo menos (7,5(%C)).

[0010] Otra realización de la invención es un acero inoxidable austenítico, conteniendo en % en peso, hasta 0,10 C, 2,0-8,0 Mn, hasta 1,00 Si, 16,0-22,0 Cr, 1,0-7,0 Ni, 0,5-2,0 Mo, hasta 1,00 Cu, 0,08-0,30 N, (7,5(%C)) ≤ (Nb + Ti + V +Ta

+ Zr) ≤ 1,5, 0,05-0,60 W, hasta 1,0 Co, hasta 0,040 P, hasta 0,030 S, y hasta 0,008 B, resto hierro e impurezas. Ciertas realizaciones del acero inoxidable austenítico pueden contener tungsteno de tal manera que 0,5 ≤ (Mo + W/2) ≤ 2,3. Ciertas realizaciones del acero inoxidable austenítico pueden contener cobalto de tal manera que 1,0 ≤ (Ni + Co) ≤ 8,0.

Ciertas realizaciones de acero inoxidable austenítico pueden contener al menos 0,1% de niobio, o pueden contener niobio en una concentración de por lo menos (7,5(%C)).

[0011] En una realización alternativa de la presente invención, un acero inoxidable austenítico contiene, en % en peso, hasta 0,08 C, hasta 0,08 C, 3,5-6,5 Mn, hasta 1,00 Si, 17,0-21,0 Cr, 0,5-2,0 Mo, 4,0-6,5 Ni, 0,08-0,30 N, (7,5(%C)) ≤ (Nb

+ Ti + V +Ta + Zr) ≤ 1,0, hasta 1,0 Cu, hasta 0,050 P, hasta 0,030 S, resto hierro e impurezas. Ciertas realizaciones del acero inoxidable austenítico pueden contener tungsteno de tal manera que 0,5 ≤ (Mo + W/2) ≤ 4,0. Ciertas realizaciones del acero inoxidable austenítico pueden contener cobalto de tal manera que 4,0 ≤ (Ni + Co) ≤ 7,5. Ciertas realizaciones

del acero inoxidable austenítico pueden contener al menos 0,1% de niobio, o pueden contener niobio en una concentración de por lo menos (7.5(%C)).

[0012] El acero inoxidable austenítico de la presente invención tiene un valor PREW superior a unos 22, un número de ferrita menor a unos 10 y un valor de MD30 de menos de unos 20 °C.

[0013] Un método para producir el acero inoxidable es fundiendo en un horno de arco eléctrico, refinando en una AOD, colando en lingotes o desbastes de colada continua, recalentando los lingotes o desbastes y laminando en caliente para producir chapas o bobinas, laminando en frío bobinas a un espesor especifico, y recociendo y decapando el material. También se pueden utilizar otros métodos para producir el material inventado, incluyendo fusión y/o re-fusión al vacío o bajo una atmósfera especial, colando en perfiles, o la producción de un polvo que se consolida en desbastes o perfiles.

[0014] Las aleaciones según la presente divulgación se pueden utilizar en numerosas aplicaciones. De acuerdo con un ejemplo, las aleaciones de la presente divulgación pueden ser incluidas en artículos fabricados adaptados para uso a bajas temperaturas o en ambientes criogénicos. Ejemplos adicionales no limitativos de artículos manufactura que pueden ser fabricados de o incluir las presentes aleaciones, son los conectores flexibles para aplicaciones de automoción y otras, fuelles, tubos flexibles, revestimientos de chimeneas y conductos de humos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

[0015] Los aceros inoxidables austeníticos de la presente invención serán descritos ahora en detalle. En la siguiente descripción: "%" representa "% en peso", a menos que se especifique lo contrario.

[0016] La invención se refiere a un acero inoxidable austenítico. En particular, la invención está dirigida a una composición de acero inoxidable austenítico estabilizada que tiene unas propiedades de resistencia a la corrosión y de formabilidad al menos comparables, y propiedades mejoradas a alta temperatura, respecto a las de S31635 y similares. La composición de acero inoxidable austenítico puede contener, en % en peso, hasta 0,20 C, 2,0-9,0 Mn, hasta 2,0 Si, 16,0-23,0 Cr, 1,0-7,0 Ni, 0,5-2,0 Mo, hasta 3,0 Cu, 0,05-0,35 N, (7,5( %C)) ≤ (Nb + Ti + V +Ta + Zr) ≤ 1,5, hasta 4,0 W, hasta 0,01 B, hasta 1,0 Co, resto hierro e impurezas. Ciertas realizaciones del acero inoxidable austenítico pueden contener al menos 0,1% de niobio, o pueden contener niobio en una concentración de por lo menos (7,5 (% C)).

[0017] En una realización alternativa, una composición de acero inoxidable austenítico puede contener, en % peso, hasta 0,20 C, 2,0-9,0 Mn, hasta 2,0 Si, 16,0-23,0 Cr, 1,0-7,0 Ni, 0,5-2,0 Mo, hasta 3,0 Cu, 0,05-0,35 N, (7,5( %C)) ≤ (Nb + Ti +

V +Ta + Zr) ≤ 1,5, hasta 0,01 B, tungsteno, resto hierro e impurezas, de manera que 0.5 ≤ (Mo + W/2) ≤ 5,0 y 1,0 ≤ (Ni + Co) ≤ 8,0. Ciertas realizaciones del acero inoxidable austenítico pueden contener al menos 0,1% de niobio, o pueden contener niobio en una concentración de por lo menos (7,5 (% C)).

[0018] Otra realización de la invención es un acero inoxidable austenítico, conteniendo, en % en peso, hasta 0,10 C, 2,0-8,0 Mn, hasta 1,00 Si, 16,0-22,0 Cr, 1,0-7,0 Ni, 0,50-2,0 Mo, hasta 1,00 Cu, 0,08-0,30 N, (7,5( %C)) ≤ (Nb + Ti + V + Ta + Zr) ≤ 1,5, 0,05-0,60 W, hasta el 1,0 Co, hasta 0,040 P, hasta 0,030 S, y hasta 0.008 B, resto hierro e impurezas. Ciertas realizaciones del acero inoxidable austenítico pueden contener tungsteno de tal manera que 0,5 ≤ (Mo + W/2) ≤ 2,3. Ciertas realizaciones del acero inoxidable austenítico pueden contener cobalto de tal manera que 1,0 ≤ (Ni + Co) ≤ 8,0. Ciertas realizaciones de acero inoxidable austenítico pueden contener al menos 0,1% de niobio, o pueden contener niobio en una concentración de por lo menos (7,5 (% C).

[0019] En una realización alternativa de la presente invención, un acero inoxidable austenítico contiene, en % en peso, hasta 0,08 C, 3,5-6,5 Mn, hasta 1,00 Si, 17,0-21,0 Cr, 0,5-2,0 Mo, 4,0-6,5 Ni, 0,08-0,30 N, (7,5 (%C)) ≤ (Nb + Ti + V +Ta

+ Zr) ≤ 1,0, hasta el 1,0 Cu, hasta 0,050 P, hasta 0,030 S, resto hierro e impurezas. Ciertas realizaciones del acero inoxidable austenítico pueden contener tungsteno de tal manera que 0,5 ≤ (Mo + W/2) ≤ 4,0. Ciertas realizaciones del acero inoxidable austenítico pueden contener cobalto de tal manera que 4,0 ≤ (Ni + Co) ≤ 7,5. Ciertas realizaciones de acero inoxidable austenítico pueden contener al menos 0,1% de niobio, o pueden contener niobio en una concentración de por lo menos (7,5 (% C)).

C: hasta 0,20%

[0020] El C actúa para estabilizar la fase de austenita e inhibe la transformación martensítica inducida por deformación Sin embargo, C también aumenta la probabilidad de formación de carburos de cromo, en especial durante la soldadura, lo que reduce la resistencia a la corrosión y la tenacidad. En consecuencia, el acero inoxidable austenítico de la presente invención tiene hasta 0.20% de C. En una realización de la invención, el contenido de C puede ser de 0,10% o menor. Alternativamente, el contenido de C puede ser de 0,08% o menor, o puede ser de 0,03% o menor.

Si: hasta 2,0%

[0021] Contener más de 2% de Si favorece la formación de las fases de fragilización, tales como sigma, y reduce la solubilidad del nitrógeno en la aleación. Si además estabiliza la fase ferrítica, y más de 2% Si requiere estabilizadores de austenita adicionales para mantener la fase austenítica. En consecuencia, el acero inoxidable austenítico de la presente invención tiene hasta 2,0% de Si. En una realización de la invención, el contenido de Si puede ser 1,0% o menor. El Si ayuda a minimizar la reactividad de ciertos elementos de la aleación con niobio y ayuda con el equilibrio de fases en la aleación. En ciertas realizaciones, los efectos de la adición de Si se equilibran ajustando el contenido de Si al 0,5-1,0%.

Mn: 2,0-9,0%

[0022] Mn estabiliza la fase austenítica y, generalmente aumenta la solubilidad del nitrógeno, un elemento de aleación beneficioso. Para producir suficientemente estos efectos, se requiere un contenido de Mn de no menos del 2,0%. Ambos, el manganeso y el nitrógeno, son sustitutos eficaces del elemento más caro, el níquel. Sin embargo, tener más del 9,0% de Mn degrada la trabajabilidad del material y su resistencia a la corrosión en ciertos ambientes. Además, debido a la dificultad de descarburación de los aceros inoxidables con altos niveles de Mn, por ejemplo superiores al 9,0%, los niveles altos de Mn aumentan significativamente los costes de procesamiento de fabricación del material. En consecuencia, a fin de equilibrar adecuadamente la resistencia a la corrosión, el equilibrio de fases, la ductilidad y otras propiedades mecánicas del acero inoxidable austenítico de la presente invención, el nivel de Mn se ha fijado en el 2,0-9,0%. En una realización, el contenido de Mn puede ser del 2,0-8,0%, o también puede ser del 3,5-6,5%.

Ni: 1,0-7,0%

[0023] Al menos 1% Ni es necesario para estabilizar la fase austenítica en lo que se refiere tanto a la formación de ferrita como de martensita. Ni actúa también para mejorar la tenacidad y la formabilidad. Sin embargo, debido al coste relativamente alto del níquel, es conveniente mantener el contenido de níquel lo más bajo posible. A pesar de que Mn y N pueden ser sustitutos parciales de Ni, unos altos niveles de Mn y N darán lugar a niveles inaceptables de endurecimiento por deformación, reduciendo la formabilidad. Por lo tanto, la aleación debe incluir una concentración mínima de Ni para proporcionar una formabilidad aceptable. Los inventores han encontrado que se puede utilizar el intervalo 1,0-7,0% de Ni adicionalmente a los otros intervalos de elementos definidos para lograr una aleación que tenga resistencia a la corrosión y formabilidad tan buenas o mejores que las de aleaciones más altas en níquel. En consecuencia, el acero inoxidable austenítico de la presente invención tiene 1,0-7,0% de Ni. En una realización, el contenido de Ni puede ser 4,0-6,5%.

Cr: 16,0-23,0%

[0024] El Cr se añade para impartir resistencia a la corrosión a los aceros inoxidables, formando una película pasiva en la superficie de la aleación. Cr también actúa para estabilizar la fase austenítica con respecto a la transformación martensítica. Por lo menos se requiere 16% de Cr para que proporcione una adecuada resistencia a la corrosión. Por otro lado, debido a que Cr es un potente estabilizador de ferrita, un contenido de Cr superior al 23% requiere la adición de elementos de aleación más costosos, tales como níquel o cobalto, para mantener el contenido de ferrita aceptablemente bajo. Tener más del 23% de Cr también hace que la formación de fases indeseables, tal como sigma, sea más probable. En consecuencia, el acero inoxidable austenítico de la presente invención tiene 16,0-23,0% de Cr. En una realización, el contenido de Cr puede ser 16,0-22,0%, o, alternativamente, puede ser 17,0-21,0%.

N: 0,05-0,35%

[0025] N está incluido en la presente aleación como un reemplazo parcial, del elemento Ni estabilizador de la austenita y el elemento Mo potenciador de la resistencia a la corrosión. N también mejora la tensión de rotura de la aleación. Al menos el 0,05% de N es necesario para resistencia a rotura y resistencia a la corrosión y para estabilizar la fase austenítica. La adición de más de 0,35% de N podría exceder la solubilidad del N durante la fusión y la soldadura, lo que produciría porosidad, debido a las burbujas de gas de nitrógeno. Incluso si el límite de solubilidad no es excedido, un contenido de N de más de 0,35% aumenta la propensión a la precipitación de partículas de nitruro, lo que degrada la resistencia a la corrosión y la tenacidad. Los presentes inventores han determinado que un contenido de nitrógeno hasta 0,35% es compatible con los niveles de Nb en la aleación, sin la formación de un nivel problemático de precipitados de carbonitruro de niobio. En consecuencia, el acero inoxidable austenítico de la presente invención tiene 0,05-0,35% de N. En una realización, el contenido de N puede ser 0,08-0,30%.

Mo: hasta el 3,0%

[0026] Los presentes inventores trataron de limitar el contenido de Mo de la aleación, manteniendo a la vez propiedades aceptables. Mo es eficaz en la estabilización de la película pasiva de óxido que se forma sobre la superficie de los aceros inoxidables y protege contra la corrosión por picadura por la acción de los cloruros. Con el fin de obtener estos efectos, se puede añadir Mo en esta invención hasta un nivel de 3,0%. Debido a su coste, el contenido de Mo debe ser del 0,5-2,0%, lo que es adecuado para proporcionar la resistencia necesaria a la corrosión en combinación con las cantidades adecuadas de cromo y nitrógeno. Un contenido de Mo superior al 3,0% provoca un deterioro de la trabajabilidad en caliente al aumentar la fracción de ferrita de solidificación a niveles potencialmente perjudiciales. Un alto contenido en Mo también aumenta la probabilidad de formar fases intermetálicas nocivas, tales como la fase sigma. En consecuencia, la composición de acero inoxidable austenítico de la presente invención tiene un contenido en Mo de 0,50-2,0%.

Co: hasta 1,0%

[0027] Co actúa como un sustituto del níquel para estabilizar la fase austenita. La adición de cobalto también actúa para aumentar la resistencia a rotura del material. El límite máximo de cobalto es preferentemente 1,0%.

B: hasta 0,01%

[0028] Adiciones tan bajas como 0,0005% de B pueden hacerse para mejorar la trabajabilidad en caliente y la calidad superficial de los aceros inoxidables. Sin embargo, adiciones de más de 0,01% degradan la resistencia a la corrosión y la trabajabilidad de la aleación. En consecuencia, la composición de acero inoxidable austenítico de la presente invención tiene un máximo de 0,01% de B. En una realización, el contenido de B puede ser de hasta 0,008%, o puede ser de hasta 0,005%.

Cu: hasta 3,0%

[0029] Cu es un estabilizador de la austenita y puede usarse para reemplazar una parte del níquel en esta aleación. También mejora la resistencia a la corrosión en ambientes reductores y mejora la formabilidad mediante la reducción de energía de defecto de apilamiento. Sin embargo, adiciones de más de 3% de Cu han demostrado reducir la trabajabilidad en caliente de los aceros inoxidables austeníticos. En consecuencia, la composición del acero inoxidable austenítico de la presente invención tiene un máximo de 3,0% de Cu. En una realización, el contenido de Cu puede ser de hasta 1,0%.

W: hasta 4,0%

[0030] W proporciona un efecto similar al del molibdeno en la mejora de la resistencia a la corrosión por picaduras de cloruro e intersticial. W también puede reducir la tendencia a la formación de fase sigma cuando sustituye al molibdeno. Sin embargo, adiciones de más de 4% pueden reducir la trabajabilidad en caliente de la aleación. En consecuencia, la composición de acero inoxidable austenítico de la presente invención tiene hasta 4,0% de W. En una realización, el contenido de W puede ser de 0,05-0,60%.

0,5 ≤(Mo + W/2) ≤ 5,0

[0031] El molibdeno y el tungsteno son ambos eficaces en la estabilización de la película pasiva de óxido que se forma sobre la superficie de los aceros inoxidables y protege contra la corrosión por picadura por la acción de los cloruros. Puesto que W es aproximadamente la mitad de eficaz (en peso) que el Mo en cuanto a aumentar la resistencia a la corrosión, es requerida una combinación de (Mo+W/2)>0,5% para proporcionar la necesaria resistencia a la corrosión. Sin embargo, demasiado Mo aumenta la probabilidad de formar fases intermetálicas y demasiado W reduce la trabajabilidad en caliente del material. Por lo tanto, la combinación de (Mo+W/2) es preferiblemente menor de 5%. En una realización, el molibdeno y el tungsteno pueden estar presentes de manera que 0,5 ≤ (Mo+W/2) ≤ 2,3, o alternativamente, de tal manera que 0,5 ≤ (Mo + W/2) ≤ 4,0.

1,0 ≤ (Ni + Co) ≤ 8,0

[0032] Ambos, Níquel y cobalto actúan para estabilizar la fase austenítica respecto a la formación de ferrita. Se requiere al menos 1% (Ni + Co) para estabilizar la fase austenítica en presencia de elementos estabilizadores de ferrita como el Cr y el Mo, que hay que añadir para garantizar la adecuada resistencia a la corrosión. Sin embargo, ambos Ni y Co son elementos caros, por lo que es deseable mantener el contenido de (Ni + Co) menor al 8%. En una realización, el contenido

[0033] Nb reacciona con el carbono, y en menor medida con nitrógeno, para formar carburos y carbonitruros en forma de pequeñas partículas. Estas partículas previenen de forma efectiva la formación de carburos de cromo perjudiciales durante el servicio a alta temperatura y durante la soldadura, lo que mejora la resistencia a la corrosión a temperatura ambiente. Estas partículas, cuando se producen mediante un tratamiento térmico eficaz, también pueden mejorar la resistencia a rotura a alta temperatura y la resistencia a fluencia. Una adición mínima de (7,5 x %C), mantiene un átomo de Nb por cada átomo de C presente disuelto en el metal. Niveles más altos de Nb consumirán N beneficioso, por lo que es conveniente mantener el contenido de Nb inferior a 1,5%. Otros elementos que forman carburos estables, incluyendo pero no limitados a Ti, V, Ta y Zr pueden ser añadidos en sustitución de niobio. Sin embargo, dichos sustitutivos reaccionan más fuertemente con el N que el Nb y por lo tanto, son controlados para proporcionar un efecto beneficioso, como soldabilidad mejorada. Los inventores han determinado que la suma de los porcentajes en peso del Nb, Ti, V, Ta y Zr debe mantenerse en el intervalo de (7,5 (%C)) hasta el 1,5%. Dicho de otra manera, (7.5(%C)) ≤ (Nb + Ti + V +Ta + Zr) ≤ 1.5%. En ciertas realizaciones, (7.5(%C)) ≤ (Nb + Ti + V +Ta + Zr) ≤ 1.0%. En ciertas realizaciones preferidas, la aleación contiene por lo menos 0.1 % de Nb, y la suma de los porcentajes en peso de Nb, Ti, V, Ta, y Zr está en el intervalo de (7.5(%C)) hasta 1.5% o 1.0%. En ciertas realizaciones, Ti, V, Ta y Zr están presentes sólo como impurezas incidentales o se mantienen en niveles tan bajos como sea práctico. En ciertas realizaciones, con el fin de optimizar la resistencia a la corrosión a temperatura ambiente, la tensión de rotura a altas temperaturas, la resistencia a fluencia y las propiedades de soldabilidad de la aleación, determinadas realizaciones de la aleación incluyen un contenido de Nb de al menos (7,5 (%C)), y Ti , V, Ta y Zr sólo están presentes como impurezas incidentales. Los inventores actuales han determinado que un contenido de Nb de hasta 1,5% es compatible con el contenido de N de la aleación de 0,05-0,35% porque la combinación no da como resultado un nivel de precipitados de carbonitruro de niobio que, de forma inaceptable, degrade la resistencia a fluencia.

[0034] El resto del acero inoxidable austenítico estabilizado de la presente invención contiene hierro e inevitables impurezas, como fósforo y azufre. Las impurezas inevitables son preferiblemente mantenidas, al nivel práctico y económicamente justificable, más bajo posible, tal y como es entendido por un experto en la técnica.

[0035] Los elementos que forman nitruros muy estables, como el Al, deben mantenerse a niveles bajos.

[0036] El acero inoxidable austenítico estabilizado de la presente invención también puede ser definido por ecuaciones que cuantifican las propiedades que presentan, incluyendo, por ejemplo, el número de equivalencia de resistencia a la picadura, el número de ferrita, y la temperatura MD30.

[0037] El número de equivalencia de resistencia a la picadura (PREN) proporciona una clasificación relativa de resistencia esperada a la corrosión por picadura de una aleación en un entorno que contiene cloruros. Cuanto mayor sea PREN, mejor será la resistencia a la corrosión esperada de la aleación. El PREN puede ser calculado mediante la siguiente fórmula:

[0038] Alternativamente, un factor de 1,65 (% W) puede ser añadido a la fórmula anterior para tener en cuenta la presencia de tungsteno en una aleación. El tungsteno mejora la resistencia a la picadura de los aceros inoxidables y es aproximadamente la mitad de efectivo que el molibdeno en peso. Cuando el tungsteno es incluido en el cálculo, el número de equivalencia de resistencia a la picadura, es designado como PREw, que se calcula mediante la siguiente fórmula: [0039] El tungsteno sirve a un propósito similar al molibdeno en la aleación inventada. Por eso, el tungsteno puede ser añadido como un sustituto del molibdeno para proporcionar mayor resistencia a la picadura. De acuerdo con la ecuación, debería añadirse un porcentaje en peso de tungsteno doble de cada porcentaje de molibdeno eliminado para mantener la misma resistencia a la picadura. La aleación de la presente invención tiene un valor PREw de más de 22, preferiblemente tan alto como 30.

[0040] La aleación de la invención también puede ser definida por su número de ferrita. Un número positivo de ferrita generalmente se correlaciona con la presencia de ferrita, que mejora las propiedades de solidificación de una aleación y ayuda a inhibir el agrietamiento en caliente de la aleación durante las operaciones de trabajo en caliente y de soldadura. Por tanto, una pequeña cantidad de ferrita es deseable en la microestructura solidificada inicial para una buena colabilidad y para evitar agrietamiento en caliente durante la soldadura. Por otro lado, demasiada ferrita puede dar lugar a problemas durante el servicio, incluyendo pero no limitado a, inestabilidad microestructural, ductilidad limitada, y deterioro de las propiedades mecánicas a alta temperatura. El número de ferrita puede ser calculado mediante la siguiente ecuación:

La aleación de la presente invención tiene un número de ferrita de hasta 10, preferiblemente un número positivo, más preferiblemente de 3 a 5.

[0041] La temperatura MD30 de una aleación se define como la temperatura a la que una deformación en frío del 30% daría lugar a una transformación del 50% de la austenita a martensita. Cuanto menor sea la temperatura de MD30, más resistente es el material a transformación a martensita. La resistencia a la formación de martensita da como resultado una velocidad más baja de endurecimiento por deformación, lo que resulta en buena formabilidad, especialmente en las aplicaciones de estirado. MD30 se calcula según la siguiente ecuación:

La aleación de la presente invención tiene una temperatura MD30 menor que 20°C, preferiblemente menor que unos -10°C.

EJEMPLOS

[0042] La Tabla 1 incluye las composiciones y los valores paramétricos calculados para Aleaciones Inventivas 1-5 y Aleaciones Comparativas S31600, S31635, S21600 y S20100.

[0043] Las Aleaciones Inventivas 1-5 fueron fundidas en un horno de vacío de tamaño de laboratorio y vertidas en lingotes de 22,7 kg (50 lb). Estos lingotes fueron recalentados y laminados en caliente para producir material de 0,635 cm (0,250’') de espesor. Este material fue recocido, chorreado y decapado. Parte de ese material fue laminado en frío a 0,254 cm (0,100’') de espesor, y el resto fue laminado en frío a 0,127 cm (0,050’’) o 0,102 cm (0,040’’) de espesor. El material laminado en frío fue recocido y decapado. Las Aleaciones Comparativas S31600, S31635, S21600 y S20100 están comercialmente disponibles y los datos mostrados por estas aleaciones fueron tomados de literatura publicada o medidos en ensayos del material elaborado recientemente para la venta comercial.

[0044] Los valores PREw calculados para cada aleación se muestran en la Tabla 1. Utilizando la ecuación vista anteriormente en este documento, las aleaciones que tienen un PREw mayor que 24,0 se espera que tengan una mayor resistencia a las picaduras por cloruro que la Aleación Comparativa de material S31635, mientras las que tienen un menor PREw se podrían picar con mayor facilidad.

[0045] El número de ferrita para cada aleación de la Tabla 1 ha sido también calculado. El número de ferrita para cada una de las Aleaciones Inventivas 1-5 está en el intervalo preferido de menos que 10.

[0046] Los valores MD30 fueron también calculados para las aleaciones de la Tabla 1. De acuerdo con los cálculos, las Aleaciones Inventivas 1-5, en particular las Aleaciones Inventivas 4 y 5, muestran una resistencia a la formación de martensita similar a las Aleaciones Comparativas S31600 y S31635.

Tabla 1

1: 2 3 4 5 S3160 0 S3163 5 S2160 0 S2010 0

C: 0,017 0,015 0,014 0,014 0,016 0,017 0,016 0,018 0,02

Mn: 4,7 4,8 4,7 5,1 4,9 1,24 1,81 8,3 6,7

Si: 0,25 0,27 0,28 0,29 0,3 0,45 0,50 0,40 0,40

Cr: 16,6 16,6 16,6 18,1 18,2 16,3 16,8 19,7 16,4

Ni: 5,2 5,2 5,2 5,5 5,5 10,1 10,7 6,0 4,1

Mo: 1,47 1,47 1,47 1,00 1,1 2,1 2,11 2,5 0,26

Cu: 0,40 0,40 0,39 0,40 0,5 0,38 0,36 0,40 0,43

N: 0,075 0,104 0,081 0,129 0,170 0,04 0,013 0,37 0,15

P: 0,011 0,012 0,012 0,014 0,014 0,03 0,031 0,03 0,03

S: 0,001 0 0,001 2 0,001 2 0,001 6 0,001 6 0,0010 0,0004 0,0010 0,0010

W: 0,10 0,10 0,09 0,04 0,09 0,11 0,10 0,10 0,1

B: 0,001 9 0,001 8 0,001 6 0,002 2 0,002 2 0,0025 0,0025 0,0025 0,0005

Fe: Resto Resto Resto Resto Resto Resto Resto Resto Resto

Cb: 0,710 0,498 0,288 0,500 0,26 0,35 0,02 0,10 0,10

Co: 0,22 0,19 0,15 0,19 0,15 - - - -

Ti: - - - - - - 0,22 - -

FS: 8,3 5,8 7,5 6,6 3,7 4,1 6,7 -6,2 -2,3

PREW: 22,9 23,4 23,1 23,6 24,7 24,0 24,0 33,9 19,7

MDW: 19,3 6,6 17,2 -22,2 -46,2 -63 -72,4 -217,4 0,7

RMCI: 0,63 0,63 0,62 0,59 0,60 0,96 1,00 0,80 0,41

Límite elástico: 47,0 47,0 46,1 48,4 53,7 43,5 41,5 55 43

Tracción: 102,0 105,5 104,5 105,9 106,4 90,6 92,0 100 100

% E: 43 49 48 41 49 56 67 45 56

OCH: 0,42 0,39 0,40 0,41 0,43 0,45 - - -

[0047] La Tabla 1 también muestra un índice de coste de materias primas (RMCI), que compara los costes de material para cada aleación con los de la Aleación Comparativa S31635. El RMCI fue calculado multiplicando el coste promedio 5 de las materias primas Fe, Cr, Mn, Ni, Mo, W y Co de octubre de 2007 por el porcentaje de cada elemento contenido en la aleación y dividiéndolo por el coste de las materias primas de la Aleación Comparativa S31635. Como muestran los valores calculados, las Aleaciones Inventivas 1-5 tienen un RMCI inferior a 0,65, lo que significa que el coste de las materias primas que figuran en ellas son inferiores en un 65% a los de la Aleación Comparativa S31635. Que un material podría hacerse teniendo propiedades similares a las de la Aleación Comparativa S31635 a un coste significativamente 10 menor en materias primas es sorprendente y no esperado por el estado de la técnica.

[0048] Las propiedades mecánicas de las Aleaciones Inventivas 1-5 han sido medidas y comparadas con las Aleaciones Comparativas S31600, S31635 S21600 y S20100 comercialmente disponibles. El límite de elasticidad, resistencia a la tracción, alargamiento porcentual sobre una longitud de ensayo de 5,08 cm (2 pulgadas), y la altura de copa Olsen medidas se muestran en la Tabla 1. Los ensayos de tracción se llevaron a cabo sobre material de calibre 0·254cm (0.100"), los ensayos Charpy se realizaron sobre muestras de 0.500cm (0,197") de espesor, y los ensayos de copa Olsen se realizaron sobre material de entre 0,102 y 0,127cm (0.040 y 0.050 pulgadas) de espesor. Todas las pruebas se realizaron a temperatura ambiente. Las unidades para los datos de la Tabla 1 son los siguientes: límite de elasticidad y resistencia a la tracción, libras fuerza por pulgada cuadrada; elongación, porcentaje; altura de copa Olsen, pulgadas. Como puede verse a partir de los datos, las Aleaciones Inventivas, y en particular las Aleaciones Inventivas 4 y 5, presentaron propiedades comparables a las del material comercialmente disponible S31635. Las Aleaciones Inventivas, sin embargo, contienen menos de la mitad de la concentración de níquel y también significativamente menos molibdeno que la Aleación Comparativa S31635. La concentración significativamente más baja de los elementos caros de la aleación níquel y molibdeno es tal que el RMCI de las Aleaciones Comparativas 4 y 5 es por lo menos el 40% menor que en la Aleación Comparativa S31635. A pesar de sus niveles sustancialmente reducidos de níquel y molibdeno, sin embargo, las Aleaciones Inventivas 4 y 5 tenían una microestructura austenítica y presentaron límites de elasticidad y resistencia a la tracción significativamente mejores que los de la Aleación Comparativa S31635.

[0049] Los usos potenciales de estas nuevas aleaciones son numerosos. Como se ha descrito y demostrado antes, las composiciones de Acero Inoxidable austenítico descritas en este documento son capaces de reemplazar al S31600 y sobre todo al S31635 en muchas aplicaciones. Además, debido al alto coste del níquel y el molibdeno, se reconocerá un importante ahorro de costes por el cambio de S31600 y S31635 a la composición de la aleación inventiva. Otro beneficio es, porque estas aleaciones son completamente austeníticas, que no serán susceptibles a transición brusca de dúctil a frágil (DBT) a temperaturas bajo cero o fragilidad a 474°C (885°F) a temperaturas elevadas. Por lo tanto, a diferencia de las aleaciones dúplex, pueden ser utilizadas a temperaturas superiores a 343 °C (650 °F) y son materiales candidatos principales para aplicaciones a baja temperatura y criogénicas. Se espera que la resistencia a la corrosión, formabilidad y procesabilidad de las aleaciones descritas en este documento sean muy parecidas a las de los aceros inoxidables austeníticos estándar. Los artículos específicos de fabricación para los que las aleaciones de acuerdo con la presente divulgación serían particularmente ventajosas incluyen por ejemplo, conectores flexibles de escape de automóviles y otras aplicaciones, fuelles, tubos flexibles, y revestimientos de chimeneas y conductos de humos. Los que tengan una experiencia ordinaria fácilmente pueden fabricar éstos y otros artículos de fabricación a partir de las aleaciones según la presente divulgación utilizando técnicas convencionales de fabricación.

[0050] Aunque la descripción anterior necesariamente ha presentado necesariamente sólo un número limitado de realizaciones, los expertos en la técnica relevante apreciarán que varios cambios en el aparato y métodos y otros detalles de los ejemplos que se han descrito e ilustrado en este documento podrán ser hechos por tales expertos en la materia, y todas esas modificaciones se mantendrán dentro del alcance de las presentes reivindicaciones. Se entiende, por tanto, que la presente invención no se limita a las realizaciones particulares descritas o incorporadas en este documento, sino que se pretende cubrir modificaciones que están dentro del alcance de la invención, tal y como se define en las reivindicaciones. También se apreciará por aquellos expertos en la técnica que podrían hacerse cambios en las realizaciones anteriores sin apartarse del ámbito de las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1.

Un acero inoxidable austenítico que comprende, en % en peso, hasta 0.20 C, 2.0-9.0 Mn, hasta 2.0 Si, 16.0-23.0 Cr, 1.0-7.0 Ni, 0.5-2.0 Mo, hasta 3.0 Cu, 0.05-0.35 N, hasta 4.0 W, (7.5(%C)) ≤ (Nb + Ti + V + Ta + Zr) ≤ 1.5, hasta 0.01 B, hasta 1.0 Co, resto hierro e impurezas.
2.

El acero inoxidable austenítico según la reivindicación 1, en el que:
3.

El acero inoxidable austenítico según la reivindicación 1, con un valor PREw mayor que 22.
4.

El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 1, en el que:
5.

El acero inoxidable austenítico según la reivindicación 1, teniendo un valor PREw mayor que 22 hasta 30.

10 6. El acero inoxidable austenítico según la reivindicación 1, teniendo un número de ferrita menor que 10.
7.

El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 1, teniendo un número de ferrita mayor que 0 hasta 10.
8.

El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 1, teniendo un número de ferrita de 3 hasta 5.
9.

El acero inoxidable austenítico según la reivindicación 1, teniendo un valor MD30 menor que unos 20°C.
10.

El acero inoxidable austenítico según la reivindicación 1, teniendo un valor MD30 menor que -10°C. 15 11. El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 1, comprendiendo hasta 0.10 de C.
12.

El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 1, comprendiendo de 0.5 a 1.0 de Si.
13.

El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 1, comprendiendo 2.0-8.0 de Mn.
14.

El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 1, comprendiendo 3.5-6.5 de Mn.
15.

El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 1, comprendiendo 4.0-6.5 de Ni. 20 16. El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 1, comprendiendo 17.0-21.0 de Cr.
17. El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 1, que contiene, en % en peso, hasta 0.10 de C, 2.0-8.0 de Mn, hasta 1.00 de Si, 16.0-22.0 de Cr, 1.0-7.0 de Ni, 0.5-2.0 de Mo, hasta 1.00 de Cu, 0.08-0.30 de N, (7.5(%C)≤ (Nb + Ti + V + Ta + Zr) ≤ 1.5, 0.05-0.60 W, hasta 1.0 de Co, hasta 0.040 de P, hasta 0.030 de S, hasta 0.008 B, resto hierro, e impurezas incidentales.

25 18. El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 17, en el que:
19.

El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 1 o la reivindicación 17, en el que:
20.

El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 1, que comprende, en % en peso, hasta 0.08 de C, 3.5-6.5 de Mn,

30 hasta 1.00 de Si, 17.0-21.0 de Cr, 0.5-2.0 de Mo, 4.0-6.5 de Ni, 0.08-0.30 de N, (7.5(%C)) ≤ (Nb + Ti + V + Ta + Zr) ≤ 1.0, hasta 1.0 de Cu, hasta 0.050 de P, hasta 0.030 de S, resto hierro, e impurezas incidentales.
21.

El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 1 o la reivindicación 20, en el que:
22.

El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 1 o la reivindicación 20, en el que:
23.

El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 1, la reivindicación 17 o la reivindicación 20, comprendiendo al menos 0.1 de Nb.
24.

El acero inoxidable austenítico de la reivindicación 1, la reivindicación 17 o la reivindicación 20, en el que:
25.

Un artículo de fabricación que incluye un acero inoxidable austenítico comprendiendo, en % en peso, hasta 0.20 de C, 2.0-9.0 de Mn, hasta 2.0 de Si, 16.0-23.0 de Cr, 1.0-7.0 de Ni, 0.5-2.0 de Mo, hasta 3.0 de Cu, 0.05-0.35 de N, hasta

10 4.0 de W, (7.5(%C)) ≤ (Nb + Ti + V + Ta + Zr) ≤ 1.5, hasta 0.01 de B, hasta 1.0 de Co, resto hierro, e impurezas.
26.

El artículo de fabricación de la reivindicación 25, en el que el acero inoxidable austenítico comprende al menos 0.1 de Nb.
27.

El artículo de fabricación de la reivindicación 25, en el que el acero inoxidable austenítico contiene Nb en el intervalo

de (7.5(%C)) ≤ Nb ≤ 1.5.

15 28. El artículo de fabricación de la reivindicación 25, en el que el artículo está adaptado para su utilización en al menos uno de ambientes de baja temperatura y criogénicos.
29. El artículo de fabricación de la reivindicación 25, en donde el artículo es seleccionado del grupo que consta de un conector flexible, un fuelle, un tubo flexible, un revestimiento de chimenea, y un revestimiento de conducto de humos.

REFERENCIAS CITADAS EN LA DESCRIPCIÓN

La lista de referencias citadas por el solicitante es únicamente para comodidad del lector. No forma parte del documento de patente Europea. A pesar de que se ha tenido gran cuidado en la elaboración de las referencias, no pueden descartarse errores u omisiones, y la EPO queda eximida de toda responsabilidad a este respecto.

Documentos de patentes citados en la descripción

• US 3171738 A [0004] • WO 9932682 A [0006