ES2713046T3

ES2713046T3 - Chapa de acero inoxidable y banda de acero inoxidable de estructura de fase dual y método de producción de chapa de acero inoxidable y banda de acero inoxidable

Info

Publication number: ES2713046T3
Application number: ES11762915T
Authority: ES
Inventors: Shinichi Teraoka; Shunji Sakamoto
Original assignee: Nippon Steel and Sumikin Stainless Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Stainless Steel Corp
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2019-05-17
Anticipated expiration: 2031-03-29
Also published as: TW201202444A; CN102782171B; EP2554702B1; EP2554702A4; US9074271B2; BR112012024400B1; TWI475116B; KR20120126112A; EP2554702A1; US20130014864A1; JP5744575B2; WO2011122697A1; KR101474626B1; CN102782171A; JP2011225970A; BR112012024400A2

Abstract

Una chapa de acero inoxidable y una banda de acero inoxidable de estructura de fase dual, caracterizadas por contener, en % en masa, C: 0,02 a 0,20%, Si: 0,10 a 1,0%, Mn: 0,20 a 2,0%, P: 0,040% o menos, S: 0,010% o menos, Cr: 15,0 a 18,0%, Ni: 0,5 a 2,5%, Sn: 0,05 a 0,30% y N: 0,010 a 0,10%, que opcionalmente contienen además, uno o más de B: 0,0003 a 0,0050%, Cu: 0,30 a 2,0%, Mo: 0,30 a 2,0% y Al: 0,01 a 0,1%, que tienen una γp, indicada mediante la siguiente fórmula (a), en el intervalo de 60 a 95, que tienen un resto de Fe e impurezas inevitables, que tienen una estructura de fase dual de ferrita y martensita, y que tienen una dureza Vicker de 200HV o más: γp = 420C+470N+23Ni+7Mn+9Cu-11,5Cr-11,5Si-12Mo-7Sn-49Ti-47Nb-52Al+189 (a)

Description

DESCRIPCION

Chapa de acero inoxidable y banda de acero inoxidable de estructura de fase dual y metodo de produccion de chapa de acero inoxidable y banda de acero inoxidable

Campo tecnico

La presente invencion se refiere a un acero inoxidable que tiene una resistencia a la corrosion y una resistencia a la abrasion excelentes y que tiene una disminucion pequena del brillo de la superficie con acabado a espejo o reflectividad de imagen de la superficie, incluso con un uso de larga duracion. Como ejemplos especfticos de uso, se proporciona como material para diversos componentes, tales como reflectores de la luz solar y equipos de iluminacion domesticos, espejos, maquinaria y equipos electricos y electronicos.

Antecedentes de la tecnica

Como materiales metalicos que tienen una resistencia a la corrosion y una resistencia a la abrasion excelentes se conoce el acero inoxidable martensftico, el acero inoxidable austenftico del tipo de endurecimiento por deformacion, del tipo de endurecimiento por precipitacion y otros aceros inoxidables, y el acero inoxidable de estructura de fase dual de ferrita y martensita.

El acero inoxidable martensftico se forma en una estructura de martensita mediante un enfriamiento rapido, por lo que se puede usar siempre que se constituya una alta resistencia mecanica. En la mayona de los casos, se enfna rapidamente y luego se templa.

La dureza se ajusta mediante el contenido de C y N, las condiciones del enfriamiento rapido (temperatura del tratamiento termico en solucion, duracion y velocidad de enfriamiento) y las condiciones del templado (temperatura y tiempo).

En el momento de la transformacion de la martensita, se produce una expansion del volumen en las unidades de los cristales, por lo que la rugosidad superficial de la chapa de acero se hace mas grande. El acero inoxidable martensftico tiene una alta resistencia mecanica y una baja tenacidad, por lo que no resulta facil la reduccion de la rugosidad superficial mediante un templado por laminacion en fno.

Ademas, en el procedimiento de formacion del acero inoxidable martensftico de alta resistencia mecanica, el acero se enfna rapidamente desde la region de una fase unica de austenita, para obtener una estructura de una fase unica de martensita. El Cr, el Mo y otros elementos que mejoran la resistencia a la corrosion estrechan la region de temperatura de formacion de la fase unica de austenita, por lo que las cantidades a anadir estan limitadas.

Como ejemplo, en el acero SUS420J1 se indica una cantidad de Cr de 12 a 14%. Por esta razon, el acero SUS420J1 solo tiene generalmente el valor mmimo de resistencia a la corrosion como acero inoxidable.

Como aceros inoxidables martensfticos con un mayor contenido de Cr estan el SUS429J1 y el SUS431. Estos aceros contienen 15,00 a 17,00% de Cr. Si estos aceros se conforman en estructuras de una fase unica de martensita, la ductilidad se vuelve baja, mientras que si se conforman en una fase de ferrita o austenita y en una estructura de fase dual de martensita, la resistencia a la corrosion empeora.

Como un tipo representativo de acero inoxidable austemtico de endurecimiento por deformacion se puede mencionar el SUS301.

El SUS301 tiene una estructura de austenita en el momento del tratamiento en solucion. Debido al templado por laminacion en fno posterior, se transforma gradualmente en martensita inducida por deformacion. Debido al aumento de la reduccion de la laminacion, el endurecimiento por deformacion de las dos fases avanza aun mas haciendo que la resistencia mecanica sea mas alta.

La composicion del SUS301 es 17%Cr-7%Ni. Se requiere un 7% de Ni, que es un elemento caro, por lo que el coste del material se vuelve mas alto.

Ademas, la cantidad de martensita inducida por deformacion se ve afectada por la temperatura del material en el momento de la laminacion en fno, por lo que en la laminacion del tipo reversible general en la laminacion en fno del acero inoxidable, cerca de la parte superior e inferior de la bobina, donde cambia la velocidad de laminacion, se produce un cambio en la cantidad de martensita inducida por deformacion y el cambio de la dureza se vuelve grande.

Ademas, el SUS301 presenta un endurecimiento por deformacion grande, por lo que cuando una chapa laminada en caliente se lamina en fno para acabarla hasta el espesor deseado, la intensidad de la carga de laminacion es alta. Dependiendo de la velocidad de laminacion en fno, el procedimiento de recocido se vuelve necesario y en su defecto la productividad se vuelve inferior.

Como acero inoxidable del tipo de endurecimiento por precipitacion, los mas reconocidos son el SUS630 (17Cr-4Ni-4Cu), el 631 (17Cr-7Ni-1,2Al) y otros aceros endurecidos por precipitacion del tipo martensita.

El acero endurecido por precipitacion del tipo martensita se obtiene mediante un tratamiento termico en solucion, luego un enfriamiento a temperature ambiente, procedimiento en el que se forma una estructura de martensita, y luego un envejecimiento a fin de provocar la formacion de fases precipitadas ricas en Cu y provocar la precipitacion dispersa fina del compuesto mecanizado intermetalico NiAl y endurecer el acero.

El acero endurecido por precipitacion del tipo martensita tambien requiere grandes cantidades de Ni, Cu y otros elementos de aleacion caros, por lo que tiene un alto coste de materiales y es un material caro.

Asimismo, en la produccion de acero endurecido por precipitacion del tipo martensita, si se forman fases endurecidas por precipitacion en un procedimiento distinto al del envejecimiento final, disminuye la tenacidad del material y aumenta la carga de laminacion en fno, dando lugar a que ya no sea posible la laminacion en fno. Por esta razon, por ejemplo, en el procedimiento de laminacion en caliente, despues de la laminacion en caliente se requiere un bobinado a baja temperatura. La aparicion de defectos debido a una forma de bobinado deficiente tambien se vuelve un problema.

Para resolver estos problemas se ha desarrollado el acero inoxidable de estructura de fase dual que tiene una estructura de fase dual de ferrita y martensita, como se describe en las patentes de las referencias PLT 1 a 4.

El acero inoxidable de estructura de fase dual se obtiene mediante laminar en fno una chapa de acero laminada en caliente con una estructura de ferrita y carbonitruro, aplicar luego un recocido de fase dual en el que se calienta hasta la region de fase dual de ferrita y austenita y se enfna a fin de transformar la fase austenita en martensita y obtener una estructura de fase dual de ferrita y martensita a temperatura ambiente y, ademas, aplicar un templado por laminacion en fno y envejecer.

El acero inoxidable de estructura de fase dual se desarrolla en base a composiciones similares a las SUS431 y SUS429J1. Las composiciones qmmicas se ajustan adecuadamente para ajustar la cantidad de martensita de acuerdo con la dureza requerida.

Segun consta, el acero inoxidable de estructura de fase dual posee una elevada resistencia mecanica y una gran ductilidad, y tiene como caractensticas unas pequenas fluctuaciones en el plano de la resistencia mecanica y una planeidad de las formas excelente.

Ademas, tambien se indica que un acero inoxidable fenitico representativo, es decir, un acero SUS430, se convierte facilmente en una estructura de fase dual de ferrita y martensita calentandolo hasta la region de fase dual y enfriandolo.

Sin embargo, el acero inoxidable de estructura de fase dual tiene en la fase martensita una cantidad de Cr menor que en la fase ferrita, por lo que la resistencia a la corrosion presenta una diferencia entre ambas fases, y la resistencia a la corrosion que se obtiene en la composicion promedio puede no ser suficiente o el envejecimiento entre las fases diferir debido a la corrosion y, de ese modo, se producen irregularidades en el brillo o el tono y se empeora la estetica de su aspecto.

La patente EP-0785285 A1 describe un metodo para producir un acero de fase dual de ferrita y martensita, que comprende una etapa de calentamiento rapido y una etapa de enfriamiento con el fin de transformar la austenita en martensita.

Lista de referencias

Bibliograffa de patentes:

PLT 1: Publicacion de patente japonesa N° 63-007338 A1

PLT 2: Publicacion de patente japonesa N° 63-169330 A1

PLT 3: Publicacion de patente japonesa N° 07-138704 A1

PLT 4: Publicacion de patente japonesa N° 2002-105601 A1

Compendio de la invencion

Problema tecnico.

Existen diversos usos y aplicaciones para el acero inoxidable de alta resistencia mecanica. Para cuchillos de cubertena se usa el acero SUS420J1, para material rodante de ferrocarril se usa el SUS301, para muelles se usan el SUS630, el acero inoxidable de estructura de fase dual, etc. Los materiales se seleccionan en base a la resistencia a la corrosion y las propiedades mecanicas que se requieren para el ambito de aplicacion.

En los ultimos anos, se ha vuelto necesario el acero inoxidable de alta resistencia mecanica que tenga una mayor resistencia a la corrosion que el acero inoxidable existente, que tenga resistencia a la abrasion y una alta planeidad, y que su precio sea barato.

En general, como elementos que mejoran la resistencia a la corrosion se conocen el Cr, el Mo y el N. Con el aumento del contenido de estos elementos se mejora la resistencia a la corrosion, pero el equilibrio de las fases cambia, por lo que ya no se puede conseguir la elevada resistencia mecanica deseada.

La presente invencion se hizo para resolver tal problema y tiene como objeto proporcionar un acero inoxidable que mejore la resistencia a la corrosion de la fase martensita en particular, consiga la resistencia a la corrosion que se corresponde con la del acero de 18 a 19Cr en base al acero 17Cr, soporte una corrosion a la intemperie severa y los entornos abrasivos, este exento de reduccion del rendimiento como superficie con acabado a espejo a largo plazo, sea barato y tenga una elevada resistencia mecanica.

Solucion del problema.

Se acometieron varios estudios para la invencion sobre el metodo para mejorar la resistencia a la corrosion en el acero inoxidable que se basa en un acero de 15 a 17Cr y que tiene una estructura de fase dual de ferrita y martensita. A consecuencia de ello, se descubrio que anadiendo una cantidad minima de Sn es posible mejorar la resistencia a la corrosion sin provocar una disminucion de la resistencia mecanica.

Se cree que la razon por la que el Sn actua para mejorar la resistencia a la corrosion del acero inoxidable de estructura de fase dual es la formacion y el reforzamiento de la pelfcula de pasivacion, de la misma manera que el Cr y el Mo. En general, como elementos que mejoran la resistencia a las picaduras del acero inoxidable en un entorno de cloruros neutros se conocen el Cr, el Mo y el N. Como un indicador de la resistencia a las picaduras, se ha propuesto el PRE=Cr+3,3Mo+16 a 30N. El Sn se esta utilizando como un elemento que eleva la resistencia mecanica a alta temperatura, pero ha habido pocos ejemplos de artfculos sobre su utilizacion con el proposito de mejorar la resistencia a la corrosion.

Sin embargo, en el acero inoxidable que tiene una estructura de martensita, una pequena cantidad de Sn mejora considerablemente la resistencia a las picaduras en un entorno de cloruros neutros. Este efecto se presenta en el acero martensttico y en el acero inoxidable de estructura de fase dual que tiene una estructura de fase dual de ferrita y martensita.

El acero inoxidable de estructura de fase dual que tiene una estructura de fase dual de ferrita y martensita tiene en la fase ferrita una cantidad de Cr diferente a la fase austenita en el momento del tratamiento termico de formacion de la fase dual, por lo que normalmente la resistencia a la corrosion de la fase martensita, que se obtiene mediante la transformacion de la fase austenita de bajo contenido de Cr, es menor que la de la fase ferrita, y la resistencia a la corrosion disminuye hasta un valor menor que la resistencia a la corrosion que corresponde a la cantidad de Cr de la composicion promedio del material base.

Se estudiaron para la invencion los metodos para mejorar la resistencia a la corrosion del acero inoxidable martensttico y, a consecuencia de ello, se descubrio que el efecto del Sn en la mejora de la resistencia a la corrosion es grande, y este efecto aparece en particular bajo una alta densidad de dislocacion, es decir, cuando se tiene una alta dureza, espedficamente cuando se tiene una dureza Vicker de 200HV o mas.

En el momento del tratamiento termico de formacion de la fase dual, el Sn se concentra en la fase ferrita, de la misma manera que el Cr y el Mo. Sin embargo, por efecto del Sn se mejora mas la resistencia a la corrosion en la fase martensita que en la fase ferrita. A consecuencia de ello, mientras que la fase martensita tiene menos cantidad de Cr, en comparacion con la fase ferrita, el Sn compensa la diferencia de Cr y mejora la resistencia a la corrosion, con lo que se obtiene al menos la resistencia a la corrosion que corresponde a la cantidad de Cr de la composicion promedio de la estructura de fase dual.

La presente invencion se realizo en base al hallazgo anterior y tiene como esencia lo siguiente:

(1) Chapa de acero inoxidable y banda de acero inoxidable de estructura de fase dual, caracterizadas por contener, en % en masa,

C: 0,02 a 0,20%,

Si: 0,10 a 1,0%,

Mn: 0,20 a 2,0%,

P: 0,040% o menos,

S: 0,010% o menos,

Cr: 15,0 a 18,0%,

Ni: 0,5 a 2,5%,

Sn: 0,05 a 0,30% y

N: 0,010 a 0,10%,

que opcionalmente contienen ademas, uno o mas de

B: 0,0003 a 0,0050%,

Cu: 0,30 a 2,0%,

Mo: 0,30 a 2,0% y

Al: 0,01 a 0,1%,

que tienen una yp, indicada mediante la siguiente formula (a), en el intervalo de 60 a 95, que tienen un resto de Fe e impurezas inevitables,

que tienen una estructura de fase dual de ferrita y martensita, y

que tienen una dureza Vicker de 200 HV o mas:

yp = 420C+470N+23Ni+7Mn+9Cu-11,5Cr-11,5Si-12Mo-7Sn-49Ti-47Nb-52Al+189 (a) (2) Un metodo de produccion de una chapa de acero inoxidable y una banda de acero inoxidable de estructura de fase dual, caracterizado por comprender:

tratar la chapa de acero inoxidable laminada en fno o la banda de acero inoxidable laminada en fno, que tienen la composicion del apartado (1) anterior, mediante

calentarlas hasta la region de la fase dual de ferrita y austenita de 850 a 1.100°C y enfriarlas para un recocido de formacion de la fase dual, para para provocar de ese modo que la fase austenita se transforme en martensita, y obtener una estructura de fase dual de ferrita y martensita a temperatura ambiente.

(3) Un metodo de produccion de una chapa de acero inoxidable y una banda de acero inoxidable de estructura de fase dual segun se establece en el apartado (2),

caracterizado por que el enfriamiento en el recocido de formacion de la fase dual comprende enfriar hasta una temperatura de 550°C o menos a una velocidad de enfriamiento de 20°C/s o mas.

(4) Un metodo de produccion de una chapa de acero inoxidable y una banda de acero inoxidable de estructura de fase dual segun se establece en el apartado (2) o (3),

caracterizado por realizar ademas un templado por laminacion en fno y/o un envejecimiento despues del recocido de formacion de la fase dual.

Efectos ventajosos de la invencion.

De acuerdo con la presente invencion, es posible producir economicamente un acero inoxidable de estructura de fase dual de alta resistencia mecanica que mejore la resistencia a la corrosion de la fase martensita en particular, consiga una resistencia a la corrosion que se corresponde con la del acero de 18 a 19Cr en base al acero 17Cr sin cambiar el equilibrio de las fases, soporte una corrosion a la intemperie severa y los entornos abrasivos, y este exento de disminucion del brillo de la superficie con acabado a espejo a largo plazo.

Breve descripcion de los dibujos

La FIG. 1 es una vista que muestra el efecto de la adicion de Sn en la resistencia a la corrosion de un acero inoxidable con estructura de ferrita y un acero inoxidable con estructura de fase dual.

Descripcion de las realizaciones

A continuacion, se describe la composicion qmmica de la chapa de acero inoxidable y la banda de acero inoxidable de estructura de fase dual de la presente invencion. En lo que sigue, "%" significa "% en masa".

C: 0,02 a 0,20%

El C es un elemento estabilizador de la austenita y es particularmente eficaz para reforzar la martensita mediante el endurecimiento de la solucion solida. Los carburos no disueltos en el momento del tratamiento en solucion tienen el efecto de reforzar la martensita y elevar la resistencia a la abrasion. Este efecto se vuelve notable cuando el contenido de C es 0,02% o mas.

Sin embargo, junto con el aumento del contenido de C en el procedimiento de enfriamiento despues del recocido de formacion de la fase dual, los carburos de Cr precipitan y forman fases pobres en Cr y por ello disminuyen la resistencia a la corrosion, por lo que facilmente se produce el llamado fenomeno de sensitivacion. Por lo tanto, se hace que el contenido de C sea 0,20% o menos. El contenido preferido de C es 0,10 a 0,15%.

Si: 0,10 a 1,0%

El Si es un elemento estabilizador de la ferrita. Tiene una gran capacidad de endurecimiento de la solucion solida y provoca que las fases ferrita y martensita se endurezcan. Ademas, en el procedimiento de fabricacion del acero, tambien actua como un elemento desoxidante. Esta accion aparece de manera perceptible cuando el contenido de Si es 0,10% o mas. Sin embargo, si el contenido de Si es superior a 1,0%, ya no se puede mantener el adecuado equilibrio de las fases para el acero inoxidable con estructura de fase dual. El contenido preferido de Si es 0,20 a 0,70%.

Mn: 0,20 a 2,0%

El Mn es un elemento estabilizador de la austenita y es un elemento de aleacion que es requerido para obtener el equilibrio mas adecuado de las fases austenita y ferrita en el momento del recocido de formacion de la fase dual, por lo que se incluye en 0,20% o mas.

La capacidad de estabilizacion de la austenita por el Mn es aproximadamente la mitad que la del Ni, pero este es un elemento mas barato que el Ni. Por otra parte, el efecto de reduccion del punto Ms es mayor que con el Ni. Se forma y residual y la dureza disminuye. Ademas, el Mn es un elemento que obstaculiza la resistencia a la oxidacion. La calidad de la superficie disminuye a veces debido a la oxidacion en el momento del recocido. Por consiguiente, como un intervalo con un efecto pequeno de deterioro de la calidad se hace que el contenido de Mn sea 2,0% o menos. El contenido preferido de Mn es 0,50 a 1,0%.

P: 0,040% o menos

El P es un elemento con una gran capacidad de endurecimiento de la solucion solida, pero es un elemento estabilizador de la ferrita. Ademas, es un elemento que es perjudicial para la resistencia a la corrosion y la tenacidad. El material de ferrocromo del acero inoxidable lo contiene como una impureza, pero no existe una tecnica para eliminar el P de una masa fundida de acero inoxidable, por lo que la pureza y la cantidad del material de ferrocromo usado determinan la cantidad de P. Sin embargo, el ferrocromo de bajo contenido en P es caro, y a fin de que su cuanffa no degrade considerablemente la calidad del material o la resistencia a la corrosion se hace que el contenido de P sea 0,040% o menos. El contenido preferido de P es 0,030% o menos.

S: 0,010% o menos

El S forma inclusiones de sulfuro y degrada la resistencia a la corrosion habitual de los materiales de acero (resistencia a la corrosion general y resistencia a las picaduras), por lo que el contenido ha de ser 0,010% o menos. Cuanto menor sea el contenido de S, mejor sera la resistencia a la corrosion, pero al reducir el S aumenta la carga de desulfuracion, por lo que el ffmite inferior se hace que preferiblemente sea 0,003%. El contenido preferido de S es 0,003 a 0,008%.

Cr: 15,0 a 18,0% o menos

El Cr es un elemento que es eficaz para mejorar la resistencia a la corrosion habitual (resistencia a la corrosion general y resistencia a las picaduras), pero si el contenido es menor de 15% es diffcil obtener una resistencia a la corrosion suficiente. El Cr es un elemento estabilizador de la fase ferrita (fase a). Si el contenido es superior a 18%, disminuye la estabilidad de la fase austenita (fase y) y se vuelve diffcil obtener una alta resistencia mecanica mediante la formacion de una estructura de fase dual. El contenido preferido de Cr es 15,5 a 17,5%.

Ni: 0,5 a 2,5%

El Ni es un elemento estabilizador de la fase austenita y afecta considerablemente al porcentaje de la fase austenita en el momento del recocido de formacion de la fase dual. Para obtener un porcentaje de fases adecuado, es necesaria una cantidad de Ni que se corresponda con la cantidad de Cr, por lo que se hace que el contenido sea 0,5% o mas. El Ni es un elemento caro. Una adicion excesiva aumenta el coste de la aleacion, por lo que se hace que el contenido sea 2,5% o menos. El contenido preferido de Ni es 1,0 a 2,0%.

Sn: 0,05 a 0,30%

El Sn es un elemento estabilizador de la fase ferrita y es un elemento que es eficaz para mejorar la resistencia a la corrosion de la fase martensita. El Sn se concentra en la fase ferrita en el momento del recocido de formacion de la fase dual, de la misma manera que el Cr, pero mejora la resistencia a la corrosion de la fase martensita, en una estructura de fase dual de ferrita y martensita, como si compensara la diferencia en la cantidad de Cr, por lo que se obtiene una resistencia a la corrosion de al menos el nivel que corresponde a la cantidad de Cr de la composicion promedio de la estructura de fase dual.

Para mejorar la resistencia a la corrosion de la fase martensita, se hace que el contenido de Sn sea 0,05% o mas. No obstante, si se anade mas de 0,30% de Sn, el efecto de mejora de la resistencia a la corrosion de la fase martensita por el Sn llega a saturarse y el coste de la aleacion aumenta innecesariamente, por lo que se hace que el contenido sea 0,30% o menos. El contenido preferido de Sn es 0,1 a 0,25%.

N: 0,010 a 0,10%

El N, como el C, es un elemento estabilizador de la austenita y un elemento que es eficaz para reforzar la martensita, por lo que se hace que el contenido sea 0,010% o mas. El N disuelto actua para reforzar la pelfcula de pasivacion o mejorar la resistencia a la corrosion al suprimir la sensitivacion. Si se anade N excesivamente, esto provoca defectos del tipo de porosidad por gases, por lo que se hace que el contenido sea 0,10% o menos. El contenido preferido de N es 0,02 a 0,06%.

Ademas de los ingredientes anteriores, de acuerdo con las necesidades se puede anadir B, Cu, Mo y Al.

B: 0,0003 a 0,0050%

El B tiene el efecto de evitar las fisuras en los bordes debido a la diferencia de la resistencia a la deformacion entre la fase ferrita y la fase austenita en la region de temperatura de laminacion en caliente, por lo que, cuando se anade, se hace que el contenido sea 0,0003% o mas. Si el contenido de B es superior a 0,0050%, se produce una disminucion de la resistencia a la corrosion debido a la precipitacion de los boruros o una disminucion de la trabajabilidad en caliente, por lo que se hace que el contenido sea 0,0050% o menos. El contenido preferido de B es 0,0005 a 0,0030%.

Cu: 0,3 a 2,0%

El Cu es un elemento estabilizador de austenita y es un elemento de aleacion que es eficaz para obtener el equilibrio de las fases austenita y ferrita en el momento del recocido de formacion de la fase dual, por lo que se anade de acuerdo con las necesidades. En el caso de que se anada, el contenido es 0,3% o mas. La capacidad de estabilizacion de la austenita por el Cu es aproximadamente la mitad que la del Ni, pero este elemento es mas barato que el Ni.

Si se anade Cu excesivamente, se produce una disminucion de la resistencia a la corrosion debido a los precipitados y un brillo irregular de la superficie debido a la disminucion de la resistencia a la oxidacion, por lo que se hace que el contenido sea 2,0% o menos. El contenido preferido de Cu es 0,5 a 1,5%.

Mo: 0,3 a 2,0%

El Mo es un elemento que tiene el efecto de mejorar la resistencia a la corrosion en mayor medida que el Cr y se anade de acuerdo con las necesidades. Cuando se anade, se hace que el contenido sea 0,3% o mas. El Mo, como el Cr, se concentra en la ferrita en el momento del recocido de formacion de la fase dual y amplfa la diferencia de la resistencia a la corrosion entre la ferrita y la martensita. Ademas, es un elemento caro y provoca la elevacion del coste de fabricacion, por lo que se hace que el contenido sea 2,0% o menos. El contenido preferido de Mo es 0,5 a 1,2%.

Al: 0,01 a 0,1%

El Al es un ingrediente adicional que es eficaz como agente desoxidante. Para obtener el efecto desoxidante, se hace que el contenido sea 0,01% o mas. Si se incluye Al en una gran cantidad, se forman oxidos de punto de fusion elevado en forma de aglomerados y provocan defectos en la superficie del planchon. Asimismo, la soldabilidad tambien se vuelve mas deficiente, por lo que se hace que el contenido sea 0,1% o menos. El contenido preferido de Al es 0,02 a 0,05%.

Asf mismo, como impurezas que estan contenidas inevitablemente en el acero inoxidable, estan el Nb, Ti, V, Ca, Mg, REM, Co, Y, Zr, etc. Estos elementos se introducen por la escoria en el procedimiento de refinado o en los materiales de aleacion y no se anaden deliberadamente. Las cantidades contenidas inevitablemente son alrededor de 0,01% o menos. El V es el elemento contenido inevitablemente en mayor cuantfa que otros elementos, es decir, 0,05% o menos.

yp: 60 a 95

La yp, que se expresa mediante la siguiente formula, es un indicador que expresa la cantidad maxima de la fase austenita en la region de fase dual de la fase ferrita y la fase austenita de 1.000 a 1.150°C y, en general, coincide con el valor expresado por el %, tanto por ciento, en volumen de la fase austenita.

yp = 420C+470N+23Ni+7Mn+9Cu-11,5Cr-11,5Si-12Mo-7Sn-49Ti-47Nb-52Al+189 (a)

Para obtener la cantidad de martensita que se requiere para que la dureza supere un valor de dureza Vicker de 200 despues del recocido de formacion de la fase dual o, asimismo, despues del templado por laminacion en frio o el envejecimiento, es necesario hacer que en la formula yp sea 60 a 95.

Si yp es menor que 60, la estructura de fase dual de ferrita y martensita no llega a tener la dureza suficiente. Asimismo, si yp es 20 a 60, disminuye la trabajabilidad en caliente en el momento de la laminacion en caliente y, a veces, se producen fisuras en los bordes.

Si yp es superior a 95%, la trabajabilidad disminuye.

La particularidad que caracteriza a la presente invencion es la adicion de Sn al acero inoxidable de estructura de fase dual. Este efecto se explica a continuacion en base a los hallazgos experimentales.

En primer lugar, en un horno de fusion al vado se fundio una masa fundida compuesta basicamente por el acero SUS430LX, como un acero inoxidable representativo de una estructura de fase unica de ferrita, y una masa fundida compuesta basicamente por el acero 0,l0C-0,5Si-0,35Mn-17,1Cr-1Ni-0,03N, como un ejemplo representativo de una estructura de fase dual. Estos aceros se colaron mientras la cantidad de Sn se variaba en el intervalo de 0 a 0,30%.

A continuacion, se alisaron las superficies de los lingotes de acero, y luego estos lingotes se laminaron en caliente para obtener unas bandas de acero laminadas en caliente de 3,0 mm de espesor.

Despues de esto, se usaron unos metodos comunes para recocer, decapar y laminar en fno. El acero a base del SUS430LX se recocio a 880°C, mientras que el acero a base del 0,10C-0,5Si-0,35Mn-17,1Cr-1Ni-0,03N se calento a 1.000°C y luego se enfrio para un recocido de formacion de la fase dual.

Estos materiales se usaron como materiales de ensayo para la medicion del potencial de picaduras segun se establece en la norma JIS G 0577. La FIG. 1 muestra la relacion entre la cantidad anadida de Sn y el potencial de picaduras cuando se hace que el potencial de picaduras de un material de ensayo que no contiene Sn sea "1" (relacion del potencial de picaduras).

El efecto de Sn en el acero de fase unica de ferrita y el acero inoxidable de estructura de fase dual difiere considerablemente. En el acero de fase unica de ferrita, a medida que aumenta la cantidad anadida de Sn, aumenta el potencial de picaduras en una relacion constante, mientras que en el acero inoxidable de estructura de fase dual se sabe que el potencial de picaduras se eleva rapidamente en torno a la adicion de 0,05% de Sn.

En el acero de estructura de fase dual, la resistencia a la corrosion de la fase martensita es inferior a la de la fase ferrita, por lo que en la region donde la cantidad anadida de Sn es pequena, la resistencia a la corrosion se rige por la resistencia a la corrosion de la fase martensita. La resistencia a la corrosion mejora mas por el Sn en la fase martensita que en la fase ferrita, por lo que se cree que, debido a este efecto, el potencial de picaduras se eleva rapidamente si aumenta la cantidad de Sn anadido.

En el acero inoxidable de estructura de fase dual, la dureza se rige principalmente por la cantidad de martensita, la cantidad de carbono y nitrogeno solubles, las condiciones del revenido, etc., y se corresponde con la densidad de dislocacion.

La mejora en la resistencia a la corrosion de la fase martensita debida a la adicion de Sn aparece a una densidad de dislocacion alta. Como un indicador indirecto de la resistencia a la corrosion, en el acero inoxidable de la presente invencion, la dureza Vicker se establece como 200HV o mas.

No esta clara la razon por la cual la mejora de la resistencia a la corrosion por el Sn se manifiesta notablemente a una densidad de dislocacion alta, pero se cree que es debido a la potenciacion del reforzamiento de la pelfcula de pasivacion.

Para hacer que la dureza Vicker sea 200HV o mas, la velocidad de enfriamiento en el momento de la transformacion de la martensita se hace que preferiblemente sea de 20°C/s, dentro del intervalo de la composicion y la yp establecidos por la presente invencion, como se explica mas adelante.

A continuacion, se explica el metodo preferido de produccion de la chapa de acero inoxidable y la banda de acero inoxidable de estructura de fase dual de la presente invencion.

En primer lugar, el acero inoxidable preparado con la composicion qrnmica anterior se trata por metodos ordinarios mediante las etapas de laminacion en caliente, recocido de la chapa laminada en caliente, decapado y laminacion en fno, para obtener una chapa de acero inoxidable laminada en fno (indicada en lo sucesivo como "chapa de acero laminada en fno") o una banda de acero inoxidable laminada en fno (indicada en lo sucesivo como "banda de acero laminada en fno").

La temperatura de calentamiento en la laminacion en caliente es preferiblemente 1.140 a 1.240°C, para garantizar la trabajabilidad en caliente y evitar fisuras en los bordes de las caras extremas de la chapa laminada en caliente.

Ademas, la temperatura de bobinado es preferiblemente 600 a 800°C, a fin de ablandar la chapa laminada en caliente.

La chapa laminada en caliente se recuece a fin de ablandar la chapa laminada en caliente antes de la laminacion en fno. Para realizar esto, preferiblemente se usa un horno de recocido de tipo caja, bajo unas condiciones por las que se mantiene de 750 a 880°C durante 1 a 20 horas.

En la laminacion en fno que se realiza despues del decapado, desde el punto de vista de la productividad y la homogeneizacion de la estructura, preferiblemente se realiza una reduccion de la laminacion en fno del 60 al 80%.

Despues de esto, la chapa de acero laminada en fno o la banda de acero laminada en fno se hacen pasar a traves de un horno de recocido continuo, donde se calientan hasta la region de fase dual de ferrita y austenita. La temperatura de calentamiento en este momento es Ac1 o mas. Tiene que ser una temperatura a la que recristalice la ferrita, por lo que se hace que sea 850°C o mas.

La temperatura de calentamiento afecta a la cantidad de austenita. En el intervalo de Ac1 a 850°C, la cantidad de austenita cambia considerablemente, por lo que desde el punto de vista de la uniformidad de la estructura y la estabilidad de la calidad del material, se prefiere 850°C o mas.

Por otra parte, el acero inoxidable que tiene una estructura de fase dual de ferrita y austenita es susceptible a la deformacion por fluencia a alta temperatura, y se alarga facilmente y su anchura se reduce en la direccion del desplazamiento debido a la tension de desplazamiento en el momento del calentamiento continuo. La deformacion por fluencia se produce con mayor facilidad cuanto mas alta es la temperatura, por lo que se hace que la temperatura de calentamiento no sea mayor de 1.100°C.

Si se enfna un acero inoxidable que tiene unas estructuras de ferrita y austenita, que se forman calentando a una temperatura de 850 a 1.100°C en el recocido de formacion de la fase dual, la fase austenita se transforma en la fase martensita en el proceso de enfriamiento dando lugar a una estructura de fase dual de ferrita y martensita a temperatura ambiente.

La velocidad de enfriamiento cntica que se requiere para la transformacion de la martensita del acero inoxidable de estructura de fase dual, es menor que la velocidad de enfriamiento que se requiere para suprimir la sensitivacion, por lo que la velocidad de enfriamiento es preferiblemente al menos 2o°C/s, que es la que se requiere para evitar la sensitivacion. Se prefiere enfriar desde la temperatura de calentamiento hasta 550°C o menos.

La banda de acero formada con una estructura de fase dual de ferrita y martensita, se templo por laminacion en fno y se envejecio de acuerdo con las necesidades.

El templado por laminacion en fno pretende reforzar la fase ferrita en comparacion con la martensita, mientras que el envejecimiento pretende mejorar la tenacidad de la martensita.

La tasa del templado por laminacion en fno debe ser al menos del 10%, para reforzar la fase ferrita. Si se lamina en fno con una alta reduccion de laminacion un material de estructura de fase dual que ya tiene una alta resistencia mecanica, la productividad se vuelve deficiente y, a veces, se producen fisuras en los bordes de los extremos laterales, por lo que la tasa del templado por laminacion en fno es preferiblemente del 50% o menos.

La temperatura de envejecimiento es preferiblemente al menos 300°C, en la que es posible el envejecimiento mediante un recocido continuo. Desde el punto de vista de suprimir la sensitivacion en el momento del recocido, se prefieren 550°C o menos.

Ejemplo 1

Los diversos tipos de aceros inoxidables de las composiciones qmmicas que se muestran en las Tablas 1 y 2 se fundieron en un horno de fusion al vacfo, se calentaron a 1.160°C durante 1 hora y luego se laminaron en caliente, para obtener unas bandas de acero laminadas en caliente de 3,0 mm de espesor que luego se pusieron en un horno de reproduccion del bobinado a 760°C y se enfriaron en el horno. Las bandas laminadas en caliente se recocieron a 800°C durante 4 horas, luego se enfriaron hasta 350°C a 25°C/h y luego se enfriaron por aire.

Asimismo, despues del decapado, se uso una laminacion en fno para conformar unas bandas de acero laminadas en fno de 0,5 mm de espesor. Las bandas de acero laminadas en fno se trataron mediante un recocido de formacion de la fase dual, con un horno de recocido continuo, y un templado por laminacion en fno bajo las condiciones que se muestran en las Tablas 3 y 4, y luego parte de las bandas se envejecio.

Tabla 3

Tabla 4

Los aceros A1 a A31 de la Tabla 1 son unos aceros inoxidables que satisfacen la composicion establecida en la presente invencion, mientras que los aceros a32 a a52 de la Tabla 2 son ejemplos comparativos. El acero a49 se corresponde con el SUS410, el acero a50 con el SUS429J1, el acero a51 con el SUS430 y el acero a52 con el SUS431. Las chapas de acero obtenidas se evaluaron de la siguiente manera:

Se midio la dureza mediante el metodo de ensayo de dureza Vicker establecido en la norma JIS Z2244, y se midio a partir de la superficie de la chapa de acero.

La cantidad de ferrita se identifico mediante ataque por acido corrosivo de la estructura con el reactivo de Murakami descrito en el “Manual del acero inoxidable” (publicado en 1976, 4a edicion, pag. 871), y luego combinando la observacion microscopica y el analisis de imagenes.

La resistencia a la corrosion se evaluo utilizando el metodo de medicion del potencial de picaduras del acero inoxidable establecido en la norma JIS G0577, y estimando como "buenas (+)" las muestras que presentaban un valor igual o mayor que el del acero SUS430LX y como "deficientes (-)" las muestras que presentaban un valor inferior.

La resistencia a la intemperie se evaluo ensayando una probeta, cuya superficie estaba pulida a espejo, mediante un ensayo que repitio durante seis ciclos el ensayo de un mes de exposicion al aire libre y el ensayo de abrasion de plasticos establecidos en la norma JIS K7205, y evaluando el grado de deterioro del brillo de la superficie con acabado a espejo.

Se midio el brillo de la superficie con acabado a espejo mediante el metodo 5 (GS20°) de los metodos de medicion del brillo de una superficie con acabado a espejo establecidos en la norma JIS Z8741. Las muestras en las que se produjo una disminucion pequena del brillo de menos de 50, a consecuencia de la medicion del brillo de la superficie con acabado a espejo, se consideraron como "buenas (+)" y las muestras en las que se produjo una disminucion del brillo superior a 50 se consideraron como "deficientes (-)".

En el ensayo de abrasion de plasticos, para suprimir la abrasion y los danos del comprobador, para el disco rotativo se uso un material con una dureza de 400HV5 o mayor. En la evaluacion de la calidad del material, las muestras con una dureza de 200HV o mayor y exentas de fractura por fragilidad en el momento de cizallamiento se evaluaron como "buenas (+)", y las muestras con una dureza de 2O0HV o menor o que experimentaron fractura por fragilidad en el momento del cizallamiento se evaluaron como "deficientes (-)".

Se evaluaron las fisuras en los bordes de la chapa laminada en caliente observando la bobina laminada en caliente desde las caras de los extremos, midiendo el numero de fisuras en los bordes y clasificando como “A" las chapas con menos de 0,25/km, como "B" de 0,25/km a menos de 1,25/km, como "C" de 1,25/km a menos de 2,5/km, y como "D" 2,5/km o mas.

Las Tablas 5 y 6 muestran los resultados de la evaluacion.

Tabla 5

Tabla 6

Nota: El subrayado indica los valores que estan fuera del alcance de la invencion.

Se confirmo que mediante un recocido de formacion de la fase dual de una banda de acero laminada en fno del ambito de los ingredientes establecidos en la presente invencion, era posible obtener un material con una resistencia a la corrosion, una resistencia a la intemperie y una calidad del material excelentes.

Asimismo, los aceros A16 y A17, a los que se habfa anadido B, teman unas fisuras extremadamente pequenas en los bordes de los extremos laterales de las chapas laminadas en caliente y mostraron unas excelentes propiedades en las caras de los extremos.

En los ejemplos comparativos, los aceros a33, a34, a39, a40, a42, a44 a a48 y a50 a a52, con unos contenidos de Sn menores de 0,05%, los aceros a38, a39 y a49 con unos contenidos de Cr menores de 15%, el acero a37 con un contenido de S superior a 0,01%, el acero a36 con un contenido de P superior a 0,04% y el acero a43 con un contenido de B superior a 0,0050%, teman una resistencia a la corrosion deficiente.

Los aceros a39 y a46, con una yp menor de 60, teman una resistencia a la corrosion buena, pero se deterioraron con la abrasion y teman una resistencia a la intemperie deficiente.

El acero a32 con un contenido de C menor de 0,020 y el acero a39 con un contenido de Cr superior a 18%, un contenido de Sn de 0% y una dureza menor de 200HV, teman una resistencia a la corrosion escasa, se deterioraron mas con la abrasion y teman una resistencia a la intemperie deficiente.

Los aceros a33, a41, a49, a50 y a52 con una yp superior a 95 o un contenido de C superior a 0.20%, y el acero a45 con un contenido de Cu superior a 2%, se volvieron demasiado duros, por lo que la calidad del material fue deficiente.

El acero a35 tema un contenido de Mn superior a 2%, por lo que se produjo un brillo irregular en el momento del recocido de formacion de la fase dual, y el resultado fue deficiente.

El acero a41 tema un contenido de Ni superior a 2,5%, por lo que el resultado tambien fue inadecuado en terminos de los costes.

El acero a44 tema un contenido de N superior a 0,09%, por lo que aparecieron defectos del tipo de porosidad por gases en la superficie, y el resultado fue deficiente.

El acero a47 tema un contenido de Al superior a 0,1%, por lo que se produjeron defectos del tipo de inclusion y el resultado fue deficiente.

Ejemplo 2

Los diversos tipos de aceros inoxidables de las composiciones qmmicas que se muestran en las Tablas 7 y 8 se fundieron en un horno de fusion al varno, se calentaron a 1.160°C durante 1 hora y luego se laminaron en caliente, para obtener unas bandas de acero laminadas en caliente de 3,0 mm de espesor que luego se pusieron en un horno de reproduccion del bobinado a 760°C y se enfriaron en el horno. Las bandas laminadas en caliente se recocieron a 800°C durante 4 horas, luego se enfriaron hasta 350°C a 25°C/h, y luego se enfriaron por aire.

Asimismo, despues del decapado se uso una laminacion en fno para formar unas bandas de acero laminadas en fno de 0,5 mm de espesor. Las bandas de acero laminadas en fno se trataron mediante un recocido de formacion de la fase dual en un horno de recocido continuo y se templaron por laminacion en fno, bajo las condiciones que se muestran en las Tablas 9 y 10, y luego parte de las bandas se envejecio.

Tabla 9

Tabla 10

Los aceros B1 a B31 de la Tabla 7 son unos aceros inoxidables que satisfacen la composicion que se establece en la presente invencion, mientras que los aceros b32 a b52 de la Tabla 8 son ejemplos comparativos. El acero b49 se corresponde con el SUS410, el acero b50 con el SUS429J1, el acero b51 con el SUS430 y el acero b52 con el SUS431. Las chapas de acero obtenidas se evaluaron de la misma manera que en el Ejemplo 1. Las Tablas 11 y 12 muestran los resultados.

Tabla 11

Tabla 12

Se confirmo que mediante un recocido de formacion de la fase dual de una banda de acero laminada en fno, del ambito de los ingredientes establecidos en la presente invencion, era posible obtener un material con una resistencia a la corrosion, una resistencia a la intemperie y una calidad del material excelentes.

Asimismo, habfa unas fisuras extremadamente pequenas en los bordes de los extremos laterales de las chapas laminadas en caliente y mostraron unas excelentes propiedades en la cara de los extremos.

En los ejemplos comparativos, los aceros b32 a b34, b39, b40, b42 y b44 a b52 con unas cantidades de adicion de Sn menores de 0,05%, los aceros b38 y b49 con un contenido de Cr menor de 15%, el acero B37 con un contenido de S superior a 0,01, el acero b36 con un contenido de P superior a 0,04%, y el acero b43 con un contenido de B superior a 0,0050%, teman una resistencia a la corrosion deficiente.

Los aceros b39 y b46, con una yp menor de 60, teman una resistencia a la corrosion buena, pero se deterioraron debido a la abrasion y teman una resistencia a la intemperie deficiente.

El acero b32 con un contenido de C menor de 0,020% y un contenido de Sn de 0%, y el acero b39 con un contenido de Cr superior a 18%, un contenido de Sn de 0% y una dureza menor de 200HV, teman una resistencia a la corrosion deficiente, se deterioraron debido a la abrasion y teman una resistencia a la intemperie deficiente.

Los aceros b33, b41, b49, b50 y b52 con una yp superior a 95 o un contenido de C superior a 0,20%, y el acero b45 con un contenido de Cu superior a 2%, eran demasiado duros y teman una calidad de material deficiente.

El acero b35 tema un contenido de Mn superior a 2% y experimento un brillo irregular en el momento del recocido de formacion de la fase dual, por lo que el resultado fue deficiente.

El acero b41 tema un contenido de Ni superior a 2,5%, por lo que tambien fue inadecuado en terminos del coste. En el acero b44, que tema un contenido de N superior a 0,09%, aparecieron defectos del tipo de porosidad por gases en la superficie y el resultado fue deficiente.

El acero b47 tema un contenido de Al superior a 0,1%, por lo que se produjeron defectos debidos a inclusiones y el resultado fue deficiente.

Aplicabilidad industrial

De acuerdo con la presente invencion, es posible proporcionar economicamente un acero inoxidable de estructura de fase dual de alta resistencia mecanica que este mejorado en la resistencia a la corrosion de la fase martensita en particular, consiga la resistencia a la corrosion que se corresponde con la del acero de 18 a 19Cr en base al acero 17Cr sin cambiar el equilibrio de las fases, soporte una corrosion al aire libre severa y los entornos abrasivos, y no disminuya el brillo de la superficie con acabado a espejo durante un largo plazo y sea posible aplicarlo como material para diversos componentes, tales como reflectores de la luz solar y equipos de iluminacion domesticos, espejos, maquinaria y equipos electricos y electronicos, por lo que su aplicabilidad en la industria es amplia.

Claims

REIVINDICACIONES

1. - Una chapa de acero inoxidable y una banda de acero inoxidable de estructura de fase dual, caracterizadas por contener, en % en masa,

C: 0,02 a 0,20%,

Si: 0,10 a 1,0%,

Mn: 0,20 a 2,0%,

P: 0,040% o menos,

S: 0,010% o menos,

Cr: 15,0 a 18,0%,

Ni: 0,5 a 2,5%,

Sn: 0,05 a 0,30% y

N: 0,010 a 0,10%,

que opcionalmente contienen ademas, uno o mas de

B: 0,0003 a 0,0050%,

Cu: 0,30 a 2,0%,

Mo: 0,30 a 2,0% y

Al: 0,01 a 0,1%,

que tienen una estructura de fase dual de ferrita y martensita, y

que tienen una dureza Vicker de 200HV o mas:

yp = 420C+470N+23Ni+7Mn+9Cu-11,5Cr-11,5Si-12Mo-7Sn-49Ti-47Nb-52Al+189 (a)

2. - Un metodo de produccion de una chapa de acero inoxidable y una banda de acero inoxidable de estructura de fase dual, caracterizado por comprender:

tratar la chapa de acero inoxidable laminada en fno o la banda de acero inoxidable laminada en fno, que tienen la composicion de la reivindicacion 1, mediante

calentarlas hasta la region de la fase dual de ferrita y austenita de 850 a 1.100°C y enfriarlas para un recocido de formacion de la fase dual, para provocar de ese modo que la fase austenita se transforme en martensita, y obtener una estructura de fase dual de ferrita y martensita a temperatura ambiente.

3. - Un metodo de produccion de una chapa de acero inoxidable y una banda de acero inoxidable de estructura de fase dual segun se establece en la reivindicacion 2,

caracterizado por que el enfriamiento, en dicho recocido de formacion de la fase dual, comprende enfriar hasta una temperatura de 550°C o menos a una velocidad de enfriamiento de 20°C/s o mas.

4. - Un metodo de produccion de una chapa de acero inoxidable y una banda de acero inoxidable de estructura de fase dual segun se establece en la reivindicacion 2 o 3,

caracterizado por realizar, ademas, un templado por laminacion en fno y/o un envejecimiento despues de dicho recocido de formacion de la fase dual.