ES2559227T3

ES2559227T3 - Acero inoxidable ferrítico-austenítico

Info

Publication number: ES2559227T3
Application number: ES09832995.6T
Authority: ES
Inventors: Peter Samuelsson; Simon Lille; Jan-Olof Andersson; Mats Liljas; Erik Schedin; Pelle Johansson
Original assignee: Outokumpu Oyj
Current assignee: Outokumpu Oyj
Priority date: 2008-12-19
Filing date: 2009-12-17
Publication date: 2016-02-11
Anticipated expiration: 2029-12-17
Also published as: AU2009329471B2; FI20080666A0; CN102257174A; CA2743741C; BRPI0923080B1; AU2009329471A1; CA2743741A1; TWI571517B; JP5685198B2; KR101322575B1; ZA201103932B; MX2011006451A; TW201031764A; EA201190015A1; MY173720A; EA020105B1; SI2358918T1; EP2358918A4; EP2358918B1; JP2012512960A

Abstract

Acero inoxidable dúplex que tiene microestructura austenítica-ferrítica del 35-65% en volumen, preferentemente el 40-60% en volumen de ferrita y que tiene buena soldabilidad, buena resistencia a la corrosión y buena conformabilidad en caliente, caracterizado porque el acero contiene el 0,005-0,04% en peso de carbono, el 0,2-0,7% en peso de silicio, el 2,5-5% en peso de manganeso, el 23-25% en peso de cromo, el 2,5-5% en peso de níquel, el 0,5-2,5% en peso de molibdeno, el 0,2-0,35% en peso de nitrógeno, el 0,1-1,0% en peso de cobre, opcionalmente menos del 1% en peso de tungsteno, menos del 0,0030% en peso de uno o más elementos del grupo que contiene boro y calcio, menos del 0,1% en peso de cerio, menos del 0,04% en peso de aluminio, menos del 0,010% en peso de azufre y el resto hierro con impurezas accidentales.

Description

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Acero inoxidable ferrftico-austemtico.

La presente invencion se refiere a un acero inoxidable ferrftico-austenftico duplex, en el que el nivel de ferrita en la microestructura del acero es del 35-65% en volumen, preferentemente el 40-60% en volumen y es economico de fabricar y tiene una buena conformabilidad en caliente sin agrietamiento en los bordes en laminacion en caliente. El acero es resistente a la corrosion y tiene una elevada resistencia y buena soldabilidad asf como unos costes de la materia prima optimizados con respecto a al menos los contenidos de mquel y molibdeno, de modo que el equivalente de resistencia a la picadura, valor de PRE, este entre 30 y 36.

Los aceros inoxidables ferrfticos-austemticos o duplex tienen una historia casi tan larga como los aceros inoxidables. Un gran numero de aleaciones duplex han surgido durante este periodo de ochenta anos. Ya en 1930 Avesta Steelworks, ahora incorporada en Outokumpu Oyj, produda coladas, forjados y planchas de acero inoxidable duplex con el nombre de 453S. Este fue, por lo tanto, uno de los primeros aceros duplex y contema esencialmente el 26% de Cr, el 5% de Ni y el 1,5% de Mo (expresados como porcentaje en peso) dando al acero un equilibrio de fases de aproximadamente el 70% de ferrita y el 30% de austenita. El acero presentaba una resistencia mecanica enormemente mejorada en comparacion con el acero inoxidable austenftico y era tambien menos propenso a corrosion intercristalina debido a la estructura duplex. Con tecnicas de fabricacion de este periodo, el acero contema niveles elevados de carbono y ninguna adicion intencionada de nitrogeno y el acero mostraba niveles elevados de ferrita en las zonas soldadas con cierta reduccion de las propiedades. Sin embargo, esta composicion basica de acero duplex se mejoro gradualmente con contenidos de carbono mas bajos y una relacion entre fases mas equilibrada y este tipo de acero duplex aun existe en estandares nacionales y esta disponible en el mercado. Esta composicion de base tambien ha sido el precursor de muchos desarrollos posteriores de aceros duplex.

Una segunda generacion de aceros duplex fue presentada en los anos 1970 cuando el proceso de convertidor AOD mejoro las posibilidades de afinar los aceros y facilito la adicion de nitrogeno a los aceros. En 1974 se patento el acero duplex (patente DE 2255673), que se reivindico que era resistente a corrosion intercristalina en estado soldado debido a un equilibrio de fases controlado. Este acero se estandarizo con el numero EN 1.4462 y fue producido gradualmente por varios fabricantes de acero. Mas tarde, el trabajo de investigacion mostro que el nitrogeno es un elemento crucial que controla el equilibrio de fases durante operaciones de soldadura y el amplio intervalo de nitrogeno tanto en la patente anterior como en el estandar no podfa dar un resultado consistente. Hoy en dfa, la calidad de acero inoxidable duplex optimizado 1.4462 tiene una posicion dominante producida en gran tonelaje de muchos proveedores. Un nombre comercial para este acero es 2205. El conocimiento del papel del nitrogeno tambien ha sido usado en posteriores desarrollos y el acero duplex moderno contiene niveles de nitrogeno de moderados a elevados, dependiendo de la composicion global.

Los aceros duplex pueden dividirse hoy en dfa en clases pobre, estandar, y superduplex. En general, los aceros duplex pobres muestran una resistencia a la corrosion por picadura a nivel con el acero inoxidable austenftico que tiene los numeros de estandar EN 1.4301 (ASTM 304) y EN 1.4401 (ASTM 316). Con un contenido de mquel mucho mas bajo que las contrapartidas austemticas, las clases duplex pobres pueden ofrecerse a un precio mas bajo. Uno de los primeros aceros duplex pobres fue patentado en 1973 (patente de Estados Unidos 3736131). Una aplicacion pretendida para este acero era fijadores recalcados en fno y con bajo contenido de mquel y en su lugar manganeso. Otra aleacion duplex pobre que fue patentada en 1987 (patente de Estados Unidos 4798635) estaba esencialmente libre de molibdeno para una buena resistencia en ciertos entornos. Este acero esta estandarizado como EN 1.4362 (nombre comercial 2304) y se usa parcialmente para sustituir al acero inoxidable austenftico del tipo EN 1.4401. Ademas, este acero 2304 puede padecer problemas de elevado nivel de ferrita en la zona soldada dado que pueden obtenerse niveles de nitrogeno bastante bajos con esta clase. Outokumpu patento un nuevo acero duplex pobre (LDX 2101) en el ano 2000 (patente EP 1327008) con el objetivo de mostrar cierto perfil de propiedades deseable con bajos costes de materias primas que competfa con el acero inoxidable austenftico de tipo En 1.4301.

Entre los llamados aceros duplex estandar, el acero mencionado anteriormente 1.4462 (nombre comercial 2205) es la clase mas establecida y dominante. Para cumplir diversos requisitos de propiedades combinados con consideraciones de precio, hoy existen varias versiones de esta clase. Esto puede ser un problema si este acero es especificado con propiedades diferentes a las que pueden obtenerse.

Un intento de proporcionar una alternativa de bajo coste al acero inoxidable austenftico de tipo EN 1.4401 (ASTM 316) asf como al acero inoxidable duplex de clase 2205 se realizo en la patente de Estados Unidos 6551420, que se refiere a un acero inoxidable duplex que es soldable y conformable y que tiene mayor resistencia a la corrosion que EN 1.4401 y es particularmente ventajoso para servicio en entornos que contienen cloro. En los ejemplos de esta patente de Estados Unidos 6551420, se describen dos composiciones, de modo que los intervalos para cada elemento son, en lo sucesivo como % en peso: 0,018-0,021% de carbono, 0,46-0,50% de manganeso, 0,022% de fosforo, 0,0014-0,0034% de azufre, 0,44-0,45% de silicio, 20,18-20,25% de cromo, 3,24-3,27% de mquel, 1,801,84% de molibdeno, 0,21% de cobre, 0,166-0,167% de nitrogeno y 0,0016% de boro. El valor equivalente de resistencia a la picadura, PRE, esta, para estas composiciones ejemplares, entre 28,862 y 28,908. Cuando se comparan estos intervalos con los intervalos reivindicados de la patente de Estados Unidos 6551420 descritos en la siguiente tabla 2, los intervalos reivindicados son muy amplios respecto a los intervalos de los ejemplos.

El documento GB 2 306 971 desvela un acero inoxidable de fase doble superplastico.

Tambien es conocido de la solicitud de patente de Estados Unidos 2004/0050463 un acero duplex con alto contenido de manganeso con buena conformabilidad en caliente (composicion qmmica en la tabla 2). En esta publicacion, se dice que si el contenido de cobre esta limitado al 0-1,0% y el contenido de manganeso se 5 incrementa, la conformabilidad en caliente mejora. Ademas, esta solicitud de patente de Estados Unidos menciona que en un acero inoxidable duplex que contiene molibdeno, a medida que el contenido de manganeso se incrementa, la conformabilidad en caliente mejora, cuando el contenido de molibdeno es constante. En el caso en que el contenido de manganeso es constante y el contenido de molibdeno se incrementa, la conformabilidad en caliente empeora. Esta solicitud de patente de Estados Unidos tambien describe que en un acero inoxidable duplex 10 que contiene mucho manganeso, el tungsteno y el manganeso tienen un efecto sinergico sobre la mejora de la conformabilidad en caliente. Sin embargo, esta solicitud de patente de Estados Unidos tambien dice que, en un acero inoxidable duplex que contiene poco manganeso, a medida que el contenido de tungsteno se incrementa, la conformabilidad en caliente se reduce.

Un factor importante ademas de la composicion qmmica, que determina la conformabilidad en caliente de aceros 15 inoxidables duplex es el equilibrio de fases. La experiencia ha demostrado que las composiciones de acero inoxidable duplex con elevados contenidos de austenita muestran baja conformabilidad en caliente y, mientras tanto, contenidos de ferrita mas elevados son beneficiosos a este respecto. Dado que los contenidos de ferrita elevados tienen un efecto adverso sobre la soldabilidad, esto es crucial para optimizar el equilibrio de fases en el diseno de aleaciones de acero inoxidable duplex. La solicitud de patente de Estados Unidos 2004/0050463 no describe nada 2 0 acerca de la parte de ferrita o austenita en la microestructura y, por lo tanto, los contenidos de ferrita se calcularon usando la base de datos termodinamica ThermoCalc TCFE6 para los aceros inoxidables duplex “speci17” y “speci28”, cuya conformabilidad en caliente se compara en esta solicitud de patente de Estados Unidos. Los contenidos de ferrita calculados a tres temperaturas para estos “speci17” y “speci28” estan en la tabla 1.

Tabla 1: contenidos de ferrita en la solicitud de patente de Estados Unidos 2004/0050463

Acero: Contenido de ferrita [%]

: 1050°C 1150°C 1250°C

Speci 17: 28 36 49

Speci 28: 60 69 83

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Ademas de que los “speci17” y “speci28” comparados en la solicitud de patente de Estados Unidos 2004/0050463 son diferentes en composicion, la tabla 1 muestra claramente que estos aceros “speci17” y “speci28” son totalmente diferentes en equilibrio de fases, lo que es suficiente para explicar la diferencia en conformabilidad en caliente entre estas dos aleaciones. Es, por lo tanto, obvio que otras propiedades tambien son diferentes.

3 0 Las composiciones de los aceros inoxidables duplex mencionados en las patentes anteriores se recogen en la siguiente tabla 2. La tabla 2 tambien contiene los valores para el equivalente de resistencia a la picadura, PRE, calculados usando la formula:

PRE = %Cr + 3,3x% Mo + 16x%N (1).

Aleacion/patente (nombre comercial): C Si Mn Cr Ni Mo Cu N Otros PRE (1)

453S: <0,08 - 26 5 1,5 - - 30,95

DE2255673(2205): <0,03 <0,8 <2,0 18-26 2-8 1,6-5 - 0,06-0,20 24,24-45,7

US3736131: <0,06 <1,0 4-11 19-24 <3 - <0,5 0,12-0,26 <0,5 Co 20,92-28,16

US4798635(2304): <0,06 <1,5 <4 21-24,5 2-5,5 0,01-1 <1 0,05-0,3 21,83 -32,6

EP1327008(LDX2101): <0,07 0,1-2,0 3,0-8,0 19-23 0,5-1,7 <1,0 <1,0 0,15-0,30 <2 W 21,4-31,1

US6551420: <0,06 0-2 0-3,75 15-25 3-6 1,4-2,5 <0,5 0,14-0,35 <0,2 Co 21,86 -38,85

US 2004/0050463: <0,1 0,05-2,2 2,1-7,8 20-29 3,0-9,5 <5 0-1,0 0,08-0,5 1,2-8 W 21,28 -53,5

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La solicitud de patente de Estados Unidos 2004/0050463 usa en la especificacion para resistencia a la corrosion un PREN (numero de equivalente de resistencia a la picadura) que se calcula usando la formula (2)

PREN = %Cr + 3,3x(%Mo + 0,5%W) + 30x%N (2),

donde el factor (%Mo+0,5%W) esta limitado al intervalo 0,8<(%Mo+0,5%W)<4,4. Un objetivo para los aceros de esta solicitud de patente de Estados Unidos es que el PREN calculado con la formula (2) sea mayor de 35 para tener una elevada resistencia a la corrosion. Los aceros de la solicitud de patente de Estados Unidos 2004/0050463 tienen mejor resistencia a la corrosion que, por ejemplo, el acero inoxidable duplex 2205, pero estos aceros tienen contenidos de manganeso, mquel y tungsteno elevados para una conformabilidad en caliente incrementada. Estos componentes aleados, especialmente mquel y tungsteno, hacen al acero mas caro que, por ejemplo, el acero inoxidable duplex 2205.

Ademas, actualmente existen grandes problemas para fabricar bobinas laminadas en caliente de acero inoxidable duplex sin agrietamiento en los bordes, lo que se atribuye a una perdida de ductilidad con temperaturas mas bajas. El agrietamiento en los bordes proporciona perdidas en el rendimiento del proceso, asf como problemas con diversos danos del equipo del proceso.

Es, por lo tanto, de interes comercial encontrar un acero inoxidable duplex que sea una alternativa economica a las clases de acero inoxidable con cierto perfil de propiedades espedfico para propiedades mecanicas, corrosivas y de soldadura.

El objeto de la presente invencion es eliminar desventajas de la tecnica anterior y conseguir un acero inoxidable duplex ferntico-austemtico mejorado, que sea economico de fabricar sin agrietamiento en los bordes en laminacion en caliente y sea resistente a la corrosion y tenga buena soldabilidad. Las caractensticas esenciales de la invencion se enumeran en las reivindicaciones adjuntas.

La presente invencion se refiere a un acero inoxidable duplex que tiene microestructura austemtica-ferntica del 3565% en volumen, preferentemente el 40-60% en volumen de ferrita, acero que contiene el 0,005-0,04% en peso de carbono, el 0,2-0,7% en peso de silicio, el 2,5-5% en peso de manganeso, el 23-27% en peso de cromo, 2,5-5% en peso de mquel, el 0,5-2,5% en peso de molibdeno, el 0,2-0,35% en peso de nitrogeno, el 0,1 -1,0% en peso de cobre, opcionalmente menos del 1% en peso de tungsteno y el resto hierro con impurezas accidentales. Preferentemente, el acero inoxidable duplex que tiene microestructura austenftica-ferntica contiene el 0,01-0,03% en peso de carbono, el 0,2-0,7% en peso de silicio, el 2,5-4,5% en peso de manganeso, el 24-26% en peso de cromo, el 2,5-4,5% en peso de mquel, el 1,2-2% en peso de molibdeno, el 0,2-0,35% en peso de nitrogeno, el 0,1-1% en peso de cobre, opcionalmente menos del 1% en peso de tungsteno, menos del 0,0030% en peso de uno o mas elementos del grupo que contiene boro y calcio, menos del 0,1% en peso de cerio, menos del 0,04% en peso de aluminio, hasta un maximo del 0,010 % en peso y preferentemente un maximo del 0,003% en peso de azufre, asf como preferentemente un maximo del 0,035% de fosforo y el resto hierro con impurezas accidentales. Mas preferentemente, el acero inoxidable duplex de la invencion que tiene microestructura austemtica-ferntica contiene menos del 0,03% en peso de carbono, menos del 0,7% en peso de silicio, el 2,8-4,0% en peso de manganeso, el 2325% en peso de cromo, el 3,0-4,5% en peso de mquel, el 1,5-2,0% en peso de molibdeno, el 0,23-0,30% en peso de nitrogeno, el 0,1-0,8% en peso de cobre, opcionalmente menos del 1% en peso de tungsteno, menos del 0,0030% en peso de uno o mas elementos del grupo que contiene boro y calcio, menos del 0,1% en peso de cerio, menos del 0,04% en peso de aluminio, hasta un maximo del 0,010% en peso y preferentemente un maximo del 0,003% en peso de azufre, asf como preferentemente un maximo del 0,035% de fosforo y el resto hierro con impurezas accidentales.

La presente invencion se refiere a cierto tipo de acero inoxidable economico donde los costes de la materia prima estan optimizados considerando la gran fluctuacion de precio de ciertos elementos de aleacion importantes, tales como mquel y molibdeno. Mas particularmente, la presente invencion comprende una alternativa economica con propiedades de corrosion y resistencia mejoradas en comparacion con el ampliamente usado acero inoxidable austemtico de los tipos EN 1.4404 (ASTM 316L) y EN 1.4438 (ASTM 317L). La invencion tambien proporciona una alternativa economica al acero inoxidable duplex EN 1.4462 (2205) usado frecuentemente. El acero de acuerdo con la presente invencion puede fabricarse y usarse en una muy amplia gama de productos tales como plancha, chapa, bobinas, barras, tubenas y tubos asf como coladas. Los productos de la presente invencion son aplicables en varios segmentos de uso tales como industria de procesos, transporte e ingeniena civil.

De acuerdo con la invencion, es de gran importancia que todas las adiciones de aleacion al acero inoxidable duplex esten bien equilibradas y esten presentes en niveles optimos. Ademas, para obtener buenas propiedades mecanicas, resistencia a la corrosion elevada, y soldabilidad apropiada es deseable limitar el equilibrio de fases en el acero inoxidable duplex de la invencion. Por estas razones, los productos recocidos por solubilizacion de esta invencion deben contener el 40 - 60% en volumen de ferrita o austenita. Con base en la microestructura estabilizada en el acero de la invencion, el equivalente de resistencia a la picadura, el valor PRE calculado con la formula (1), esta entre 30 y 36, preferentemente entre 32 y 36, mas preferentemente entre 33 y 35. Ademas, el acero inoxidable duplex de la invencion la temperatura de picadura cntica (CPT) para corrosion es mayor de 40°C. Con respecto a las propiedades mecanicas, el lfmite elastico, Rp0,2, del acero inoxidable duplex de la invencion es mayor de 500 MPa.

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El acero inoxidable duplex de la invencion se presenta, ademas, en los efectos de elementos independientes en % en peso:

La adicion de carbono estabiliza la fase de austenita en aceros duplex y, si se mantiene en solucion solida, mejora tanto la resistencia como la resistencia a la corrosion. El contenido de carbono debe, por lo tanto, ser mayor del 0,005%, preferentemente mayor del 0,01%. Debido a su limitada solubilidad y los efectos perjudiciales de precipitados de carburo, el contenido de carbono debe estar limitado a un maximo del 0,04%, y preferentemente un maximo del 0,03%.

El silicio es una importante adicion a aceros para el proceso de afinado metalurgico y debe ser mayor del 0,1%, y preferentemente el 0,2%. El silicio tambien estabiliza las fases de ferrita e intermetalica por lo que debe anadirse a un maximo del 0,7%.

El manganeso se usa junto con nitrogeno como un sustituto economico del costoso mquel para estabilizar la fase de austenita. Dado que el manganeso mejora la solubilidad del nitrogeno, puede reducir el riesgo de precipitacion de nitruro en la fase solida y de formacion de porosidad en la fase lfquida, tal como en colada y soldadura. Por estas razones, el contenido de manganeso debe ser mayor del 2,5%, preferentemente mayor del 2,8%. Niveles elevados de manganeso pueden incrementar el riesgo de fases intermetalicas y el nivel maximo debe ser del 5% y preferentemente un maximo del 4,5% y mas preferentemente el 4%.

El cromo es la adicion mas importante en aceros inoxidables, incluyendo aceros duplex, debido a su crucial efecto sobre resistencia a la corrosion tanto local como uniforme. Favorece la fase de ferrita e incrementa la solubilidad del nitrogeno en el acero. Para conseguir una suficiente resistencia a la corrosion, el cromo debe anadirse a un mmimo del 23% y preferentemente un mmimo del 24%. El cromo incrementa el riesgo de precipitacion de fase intermetalica a temperaturas entre 600 y 900°C asf como descomposicion espinodal de la ferrita entre 300 y 500°C. Por lo tanto, el acero de la presente invencion no debe contener mas del 27% de cromo, preferentemente un maximo del 26% de cromo y mas preferentemente un maximo del 25%.

El mquel es una importante pero costosa adicion a aceros duplex para estabilizar la austenita y mejorar la ductilidad. Por razones economicas y tecnicas, el contenido de mquel debe estar limitado a un intervalo del 2,5 al 5%, preferentemente del 3 al 4,5%.

El molibdeno es un elemento de aleacion muy costoso que mejora fuertemente la resistencia a la corrosion y estabiliza la fase de ferrita. Para utilizar su efecto positivo sobre la resistencia a la corrosion por picadura, el molibdeno debe anadirse a un mmimo del 1%, preferentemente a un mmimo del 1,5%, al acero de acuerdo con la presente invencion. Dado que el molibdeno tambien incrementa el riesgo de formacion de fase intermetalica, el nivel debe maximizarse al 2,5% y preferentemente menos del 2,0%.

El cobre tiene un debil efecto estabilizante de austenita y mejora la resistencia a la corrosion uniforme en acidos tales como acido sulfurico. Tambien se ha sabido que el cobre suprime la formacion de fase intermetalica con mas del 0,1%. Investigaciones actuales muestran que el 1% de cobre al acero de la invencion dio como resultado una mayor cantidad de fase intermetalica. Por esta razon, la cantidad de cobre debe ser menor del 1,0%, preferentemente menor del 0,8%.

El tungsteno tiene una influencia sobre aceros duplex muy similar a la del molibdeno y es muy habitual usar ambos elementos para mejorar la resistencia a la corrosion. Dado que el tungsteno es caro, el contenido no debe ser mayor del 1%. El contenido maximo de molibdeno mas tungsteno (%Mo + 1^%W) debe ser del 3,0%.

El nitrogeno es un elemento muy activo disuelto intersticialmente principalmente en la fase de austenita. Este incrementa tanto la resistencia como la resistencia a la corrosion (especialmente corrosion por picadura y en el interior de grietas) de aceros duplex. Otro efecto crucial es su fuerte contribucion a la reformacion de austenita durante la soldadura para producir soldaduras sanas. Para ser capaces de utilizar estos beneficios del nitrogeno, es necesario proporcionar suficiente solubilidad del nitrogeno en el acero y, en esta invencion, esto se realiza a traves de la combinacion de contenido de cromo y manganeso elevado con contenido moderado de mquel. Para conseguir estos efectos, se requiere un mmimo del 0,15% de nitrogeno en el acero y preferentemente al menos el 0,20% de nitrogeno, mas preferentemente al menos el 0,23% de nitrogeno. Incluso con composicion optimizada para solubilidad de nitrogeno, existe un lfmite superior para la solubilidad en esta invencion por encima del cual el riesgo de formacion de nitruro o de poros se incrementa. Por lo tanto, el contenido maximo de nitrogeno debe ser menor del 0,35% y preferentemente menor del 0,32%, mas preferentemente menor del 0,30%.

Pueden anadirse boro, calcio y cerio en pequenas cantidades en aceros duplex para mejorar la conformabilidad en caliente y niveles no demasiado elevados, dado que esto puede deteriorar otras propiedades. Los niveles preferidos son, para boro y calcio, menos del 0,003% y, para cerio, menos del 0,1%.

El azufre en aceros duplex deteriora la conformabilidad en caliente y puede formar inclusiones de sulfuro que influyen negativamente en la resistencia a la corrosion por picadura. Debe estar, por lo tanto, limitada a menos del 0,010% y preferentemente menos del 0,005% y mas preferentemente menos del 0,003%.

El aluminio debe mantenerse a un nivel bajo en el acero inoxidable duplex de la invencion con contenido de nitrogeno elevado, dado que estos dos elementos pueden combinarse y formar nitruros de aluminio que deterioraran la dureza al impacto. Por lo tanto, el contenido de aluminio debena maximizarse a menos del 0,04% y preferentemente un maximo de menos del 0,03%.

5 El acero inoxidable duplex de la invencion se describe adicionalmente en los resultados de ensayos, que se comparan con dos aceros inoxidables duplex de referencia en las tablas y en un dibujo, en el que

La figura 1 muestra bordes de bobina hechos del acero inoxidable duplex de la invencion, y

La figura 2 muestra bordes de bobina hechos de la clase de referencia a escala completa.

Para los ensayos de propiedades del acero inoxidable duplex de la invencion, se produjeron una serie de aleaciones 10 de colada de laboratorio de 30 kg A a F asf como Ref1 y Ref2 en un horno de induccion de vado con composiciones tal como se enumeran en la tabla 3. Las aleaciones Ref1 y Ref2 son composiciones tfpicas de dos clases comerciales AL2003 (similar a la clase descrita en la patente de Estados Unidos 6551420) y 2205 (EN 1.4462) respectivamente. Los lingotes de 100 mm cuadrados se trataron, se recalentaron y se forjaron a aproximadamente 50 mm de grosor y a continuacion se laminaron en caliente a bandas de 12 mm de grosor. Las bandas se 15 recalentaron y se laminaron adicionalmente a 3 mm de grosor. El material laminado en caliente se recocio por solubilizacion a 1050°C y se decapo con acido para diversos ensayos. Se realizaron ensayos de soldadura con soldadura por arco de tungsteno en atmosfera de gas (GTA) en material de 3 mm usando material de aportacion de soldadura 22-9-3 LN. El aporte de calor era 0,4-0,5 kJ/mm.

Tabla 3. Composiciones qrnmicas de coladas seleccionadas

Aleacion: C Si Mn P S Cr Ni Mo Cu N W

A: 0,031 0,48 3,87 0,013 0,004 24,7 2,65 1,53 0,17 0,251 0,01

B: 0,015 0,47 1,59 0,013 0,001 24,43 4,06 1,56 0,18 0,25 0,01

C: 0,018 0,29 3,85 0,012 0,003 24,06 3,95 1,72 0,12 0,283 0,01

D: 0,011 0,31 2,72 0,015 0,007 23,81 4,13 1,71 0,13 0,307 0,01

E: 0,019 0,32 4,08 0,024 0,002 23,71 4,12 1,71 0,96 0,245 0,01

F: 0,018 0,31 4,09 0,016 0,004 23,64 4,08 1,72 0,16 0,253 0,9

G: 0,025 0,36 3,00 0,022 0,001 23,92 3,66 1,61 0,39 0,279 0,01

Ref1: 0,02 0,54 0,67 0,013 0,002 21,66 3,56 1,78 0,23 0,166 0,01

Ref2: 0,018 0,41 1,43 0,021 0,001 22,07 5,67 3,18 0,2 0,171 0,01

Ref3: 0,013 0,38 1,50 0,021 0,0011 22,22 5,76 3,18 0,25 0,185 0,04

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La aleacion G y Ref3 son las coladas a escala completa y estas aleaciones G y Ref3 se ensayaron por separado de las coladas de laboratorio. La Ref3 es una colada a escala completa de la Ref2.

Las aleaciones de colada de laboratorio A a F asf como Ref1 y Ref2 se evaluaron respecto a propiedades mecanicas en estado de recocido por solubilizacion. Se realizaron ensayos de traccion en material de chapa de 3

2 5 mm. Para el material a escala completa, el ensayo se realizo en material recocido de 6 mm. Los resultados se

enumeran en la tabla 4. Todas las aleaciones ensayadas de acuerdo con la presente invencion tienen un lfmite elastico Rp0,2 por encima de 500 MPa, valido para el intervalo de grosor y la ruta del proceso de la bobina ensayada, y mas elevado que los materiales de referencia de los aceros comerciales. La resistencia a la rotura Rm de aleaciones de colada de acuerdo con la invencion esta muy por encima de 700 MPa, preferentemente por encima de

3 0 750 MPa, y el alargamiento de rotura A50 es mayor del 25 %, preferentemente mas del 30 %.

Tabla 4. Propiedades mecanicas de coladas seleccionadas

Aleacion: Rp0,2 [MPa] Rp1,0 [MPa] Rm A50 [%]

A: 567 617 749 31

B: 528 594 741 34

C: 539 603 769 38

D: 518 596 775 36

E: 523 593 748 29

F: 549 606 763 34

G: 561 632 802 34

Ref1: 498 542 690 35

Ref2: 502 563 715 36

Se realizaron evaluaciones de las microestructuras en las aleaciones de colada de laboratorio A a F asf como Ref1 y Ref2 usando microscop^a optica. Los contenidos de ferrita se midieron en material de 3 mm de grosor despues de 5 recocido por solubilizacion a 1050°C usando metalograffa cuantitativa. Los resultados se enumeran en la tabla 5. Una importante caractenstica de un acero inoxidable duplex de la invencion es mostrar una buena microestructura tanto como en recocido por solubilizacion en el metal base (PM) como en estado soldado (WM). El acero A muestra elevados niveles de ferrita en ambos estados, lo que puede explicarse mediante un contenido de Ni demasiado bajo en el acero. El acero B muestra contenidos de ferrita aceptables, pero el nivel de nitruro en el estado soldado es 10 elevado, lo que puede explicarse mediante el bajo contenido de manganeso en el acero. Con el acero de acuerdo con la invencion, se ha conseguido un buen equilibrio de fases tanto en recocido por solubilizacion como en estados soldados. Ademas, la cantidad de precipitados de nitruro en la zona afectada por el calor (HAZ) es claramente inferior en el acero de esta invencion.

Tabla 5. Investigaciones metalograficas

Aleacion: Ferrita % Nitruro en la HAZ

PM: HAZ WM

A: 66 84,3 80,5 alto

B: 57 75,2 73,3 alto

C: 47 69,3 69,6 bajo

D: 49 63,3 59,1 bajo

E: 51 77 74,1 bajo

F: 53 76,9 72,4 bajo

G: 49 71 68,7 bajo

15

Para evaluar la resistencia a la corrosion por picadura de diferentes aleaciones de colada de laboratorio A a F asf como Ref1 y Ref2, se midio la temperatura de corrosion por picadura cntica, CPT para las aleaciones de colada A a F asf como Ref1 y Ref2. La CPT se define como la temperatura mas baja a la que se produce picadura en un entorno espedfico. La CPT de las diferentes aleaciones de colada de laboratorio A a F asf como Ref1 y Ref2 se 2 0 midio en material de 3 mm de estado recocido por solubilizacion y en una solucion de NaCl 1 M usando el procedimiento estandar ASTM G150. Los resultados se enumeran en la tabla 6. Los aceros de la invencion tienen una CPT que supera los 40°C. La tabla 6 tambien contiene el valor PRE calculado usando la formula (1) para las aleaciones de colada de laboratorio A a F y para los materiales de referencia Ref1 y Ref2.

5

10

15

20

25

Aleacion: PRE CPT [°C]

A: 34 36

B: 34 45

C: 33 44

D: 33 47

E: 33 43

F: 35 47

G: 34 43

Ref1: 30 39

Ref2: 35 60

Este nivel de resistencia a picadura cntica tambien se compare favorablemente con el de varios aceros comerciales mas caros, tal como se enumera en la tabla 7.

Tabla 7. Temperatures de picadura cnticas (ASTM G150) de algunas clases de acero

Material: PRE CPT[°C]

Esta invencion: 33-35 > 40

EN 1.4362: 26 25

EN 1.4462: 34 50

EN 1.4438: 28 35

EN 1.4401: 26 10

Los resultados del ensayo descritos para la aleacion a escala completa G en las tablas 4, 5 y 6 se basan en los ensayos, que se llevaron a cabo en el material que tiene un grosor de 6 mm y recibidos de la produccion a escala completa. El recocido de esta aleacion G se realizo en las circunstancias del laboratorio.

Una importante propiedad de los aceros inoxidables duplex es la facilidad de la fabricacion de estos aceros. Por diversas razones, es diffcil evaluar dichos efectos sobre coladas de laboratorio, dado que el afinado del acero no es optimo a pequena escala. Por lo tanto, ademas de las aleaciones de colada de laboratorio A a F para el acero inoxidable duplex de la invencion anterior, se produjeron las coladas a escala completa (90 toneladas) (Aleacion G y Ref3 en la tabla 3). Estas coladas se produjeron usando soldadura en horno de arco electrico convencional, procesamiento AOD, afinado en horno de cuchara y colada continua en desbastes planos con una seccion de 140 x 1660 mm.

Para la fabricacion del acero inoxidable duplex, se evaluo la conformabilidad en caliente de aleacion a escala completa G de la invencion y de la Ref3 usando ensayos de traccion en caliente de muestras cilrndricas cortadas a partir del desbaste plano colado de forma continua y transferencia de calor durante 30 minutos a 1200°C e inactivadas con agua. Los resultados se muestran en la tabla 8 donde la conformabilidad (evaluada como contraccion de area (y [%]) y tension de deformacion (a [MPa]) para la aleacion G se comparan con una referencia a escala completa de Ref3, donde las muestras tanto para la aleacion G de la invencion como para Ref3 se prepararon de la misma manera. La contraccion de area, y, se determino midiendo el diametro de la muestra antes y despues del ensayo de traccion. La tension de deformacion, a, es la tension de la muestra necesaria para alcanzar una tasa de deformacion de 1s-1. La tabla 8 tambien contiene los contenidos de ferrita calculados a tres temperaturas usando la base de datos termodinamica ThermoCalc TCFE6.

Temperatura [°C]: Aleacion G Ref3

y [%]: a [MPa] Ferrita [%] y [%] a [MPa] Ferrita [%]

950: 92,5 133 73,3 146

1000: 90,0 110 71,6 116

1050: 90,9 95 39 75,5 91 38

1100: 93,5 81 82,0 77

1150: 96,0 65 51 89,4 55 51

1200: 97,1 55 66 98,0 46 68

La aleacion G, de acuerdo con la invencion, muestra una ductilidad sorprendentemente buena en todo el intervalo de temperatura de trabajo en caliente en comparacion con el materia de referencia (Ref3) que muestra una perdida de 5 ductilidad (y) hacia temperaturas mas bajas. Dado que el equilibrio de fases entre austenita y ferrita es similar en la aleacion G y la Ref3 comparadas, las diferentes composiciones de estos dos aceros son la causa principal de la diferente conformabilidad en caliente. Esta es una propiedad crucial para los aceros inoxidables duplex que seran laminados en caliente a bobinas. Para ensayar el agrietamiento en los bordes en una bobina laminada en caliente, una bobina de 20 toneladas de la aleacion G se lamino en un molino Steckel de 140 a 6 mm de grosor, dando como 10 resultado bordes de bobina muy lisos tal como se ilustra en las figuras 1 y 2, donde se muestra una comparacion con una bobina similar de Ref3. La figura 1 muestra bordes de bobina para la aleacion G y la figura 2 bordes de bobina para la Ref3.

El acero inoxidable duplex de acuerdo con la presente invencion muestra un nivel de resistencia superior a otros aceros inoxidables duplex y muestra rendimiento frente a corrosion comparable a otros aceros inoxidables duplex y 15 aleaciones de acero inoxidable austemtico con costes de materia prima mas elevados. Es evidente que el acero de la invencion tambien posee una microestructura equilibrada que le hace responder a ciclos de soldadura de forma muy favorable.

Esta descripcion ilustra algunos aspectos importantes de la invencion. Sin embargo, variaciones y modificaciones seran evidentes para los expertos en la materia sin alejarse del alcance y el espmtu de la presente invencion y las 2 0 reivindicaciones adjuntas.

Claims

5

10

15

20

25

30

REIVINDICACIONES

1. Acero inoxidable duplex que tiene microestructura austemtica-ferntica del 35-65% en volumen, preferentemente el 40-60% en volumen de ferrita y que tiene buena soldabilidad, buena resistencia a la corrosion y buena conformabilidad en caliente, caracterizado porque el acero contiene el 0,005-0,04% en peso de carbono, el 0,2-0,7% en peso de silicio, el 2,5-5% en peso de manganeso, el 23-25% en peso de cromo, el 2,5-5% en peso de mquel, el 0,5-2,5% en peso de molibdeno, el 0,2-0,35% en peso de nitrogeno, el 0,1 -1,0% en peso de cobre, opcionalmente menos del 1% en peso de tungsteno, menos del 0,0030% en peso de uno o mas elementos del grupo que contiene boro y calcio, menos del 0,1% en peso de cerio, menos del 0,04% en peso de aluminio, menos del 0,010% en peso de azufre y el resto hierro con impurezas accidentales.
2. Acero inoxidable duplex de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque el acero contiene el 2,54,5, preferentemente el 2,8-4,0% en peso de manganeso.
3. Acero inoxidable duplex de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, caracterizado porque el acero contiene el 35, preferentemente el 3-4,5% en peso de mquel.
4. Acero inoxidable duplex de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el acero contiene el 1,0-2,0, preferentemente el 1,5-2,0% en peso de molibdeno.
5. Acero inoxidable duplex de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el acero contiene el 0,2-0,32, preferentemente el 0,23-0,30% en peso de nitrogeno.
6. Acero inoxidable duplex de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el lfmite elastico del acero es al menos 500 MPa.
7. Acero inoxidable duplex de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la resistencia a la rotura del acero es mayor de 700 MPa.
8. Acero inoxidable duplex de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el equivalente de resistencia a la picadura, PRE, del acero esta entre 30 y 36, preferentemente entre 32 y 36, mas preferentemente entre 33 y 35.
9. Acero inoxidable duplex de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la temperatura de picadura cntica, CPT, del acero es mayor de 40°C.
10. Acero inoxidable duplex de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la contraccion de area (y) al intervalo de temperatura de 1000 - 1200°C esta entre el 90,0 y el 97,1%.