ES2713899T3

ES2713899T3 - Acero inoxidable austenítico pobre

Info

Publication number: ES2713899T3
Application number: ES08730735T
Authority: ES
Inventors: David S Bergstrom; James M Rakowski; Charles P Stinner; John J Dunn; John F Grubb
Original assignee: ATI Properties LLC
Current assignee: ATI Properties LLC
Priority date: 2007-11-29
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2019-05-24
Anticipated expiration: 2028-02-26
Also published as: KR20100099691A; JP6170106B2; JP5395805B2; US8313691B2; EP2220261A1; IL227690A0; BRPI0820354A2; IL227690A; US20090142218A1; CA2705265A1; AU2008330048B2; JP2011505497A; EP2220261B1; ZA201003331B; US10370748B2; US20130092293A1; MX2010005670A; KR20150053824A; WO2009070345A1; CN101878319A

Abstract

Un acero inoxidable austenítico que consiste en, en % en peso, hasta 0,20 C, 2,0-9,0 Mn, hasta 2,0 Si, 16,0-23,0 Cr, 1,0-5,0 Ni, 0,4-2,0 Mo, hasta 1,0 Cu, 0,1-0,35 N, hasta 4,0 W, hasta 0,01 B, hasta 1,0 Co, hierro en equilibrio e impurezas, teniendo el acero un número de ferrita de menos de 10 y un valor MD30 de menos de 5 20 ºC y en el que 0,5 >= (Mo+W/2) >= 5,0.

Description

DESCRIPCION

Acero inoxidable austenltico pobre

Antecedentes de la invencion

Campo de la tecnologia

La presente divulgacion se refiere a un acero inoxidable austenltico. En particular, la divulgacion se refiere a una composicion de acero inoxidable austenltico economica que tenga bajo nlquel y molibdeno con al menos propiedades de resistencia a la corrosion y formabilidad comparables con respecto a aleaciones de nlquel mas altas.

Descripcion de los antecedentes de la tecnologia

Los aceros inoxidables austenlticos exhiben una combination de propiedades altamente deseables que los hacen utiles para una amplia diversidad de aplicaciones industriales. Estos aceros poseen una composicion base de hierro que esta equilibrada por la adicion de elementos promotores de la austenita y estabilizantes, tales como nlquel, manganeso y nitrogeno, para permitir adiciones de elementos promotores de la ferrita, tales como cromo y molibdeno, que potencian la resistencia a la corrosion, para producirse mientras se mantiene una estructura austenltica a temperatura ambiente. La estructura austenltica proporciona al acero propiedades mecanicas altamente deseables, particularmente dureza, ductilidad y formabilidad.

Un ejemplo de un acero inoxidable austenltico es acero inoxidable AISI Tipo 316 (UNS S31600) que es una aleacion que contiene un 16-18 % de cromo, 10-14 % de nlquel y 2-3 % de molibdeno. Los intervalos de ingredientes de aleado en esta aleacion se mantienen dentro de los intervalos especlficos para mantener una estructura austenltica estable. Como se entiende por un experto en la materia, el contenido de nlquel, manganeso, cobre y nitrogeno, por ejemplo, contribuye a la estabilidad de la estructura austenltica. Sin embargo, los costes en aumento del nlquel y el molibdeno han creado la necesidad de alternativas economicas a S31600 que todavla exhiban alta resistencia a la corrosion y buena formabilidad. Recientemente, aleaciones en duplex pobres tales como UNS S32003 (aleacion AL 2003™) se han usado como alternativas de menor coste a S31600, pero aunque estas aleaciones tienen buena resistencia a la corrosion, contienen aproximadamente un 50 % de ferrita, que les da mayor resistencia y menor ductilidad que S31600 y, como consecuencia, no son tan deformables. Los aceros inoxidables en duplex tambien son de uso mas limitado tanto para altas y bajas temperaturas, en comparacion con S31600.

Otra aleacion alternativa es Grado 216 (UNS S21600), que se describe en la Pat. de EE.UU. N.° 3.171.738. S21600 contiene un 17,5-22 % de cromo, un 5-7 % de nlquel, un 7,5-9 % de manganeso y un 2-3 % de molibdeno. Aunque S21600 es una variante mas baja en nlquel, mas alta en manganeso de S31600, las propiedades de resistencia y resistencia a la corrosion de S21600 son mucho mas altas que aquellas de S31600. Sin embargo, como con las aleaciones en duplex, la formabilidad de S21600 no es tan buena como aquella de S31600. Ademas, debido a que S21600 contiene la misma cantidad de molibdeno que S31600, no hay ahorros de coste para el molibdeno.

Otros ejemplos incluyen numerosos aceros inoxidables en los que el nlquel se reemplaza con manganeso para mantener una estructura austenltica, tales como se practica con el acero Tipo 201 (UNS S20100) y grados similares. Aunque el acero Tipo 201, por ejemplo, es una aleacion baja en nlquel que tiene buena resistencia a la corrosion, tiene escasas propiedades de formabilidad. Existe una necesidad de ser capaz de producir una aleacion que tenga una combinacion tanto de propiedades de resistencia a la corrosion como de formabilidad similares a S31600, manteniendo una menor cantidad de nlquel y molibdeno de manera que sea economica. Adicionalmente, existe una necesidad de que dicha aleacion tenga, a diferencia de las aleaciones en duplex, un intervalo de aplicacion de temperatura comparable a aquel de los aceros inoxidables austenlticos convencionales, por ejemplo desde temperaturas criogenicas hasta 538 °C (100 °F).

El documento WO 00/26428 desvela una aleacion de acero inoxidable austenltico que tiene la composicion en porcentaje en peso amplia: C 0,025-0,15; Mn 4-12; Si 1,0 max.; P 0,2 max.; S 0,1 max.; Cr 15,5- 17,5; Ni 1-4; Mo 0,25-1,5; Cu 1,5-4; W 1,0 max.; Co 1,0 max.; N 0,05-0,30. El equilibrio de la aleacion son el hierro y las impurezas habituales. Dentro de estos intervalos, los elementos estan equilibrados de tal manera que la cantidad combinada de carbono y nitrogeno es al menos aproximadamente el 0,19 %, la cantidad combinada de cromo y molibdeno es menos de aproximadamente el 17,75 % y % de Cr 3,3 (% de Mo) 13 (% de N) > 20,5. La aleacion proporciona una combinacion de resistencia a la corrosion, formabilidad y resistencia al endurecimiento de trabajo.

En consecuencia, la presente invencion proporciona una solution que no esta actualmente disponible en el mercado, que es una composicion de aleacion de acero inoxidable austenltico deformable que tiene propiedades de resistencia a la corrosion comparables a S31600 pero proporciona ahorros de coste en las materias primas. En consecuencia, la invencion es una aleacion austenltica que usa una combinacion de los elementos Mn y N para reemplazar al Ni y al Mo de manera que se cree una aleacion con propiedades similares a aquellas de aleaciones mas altas en nlquel y molibdeno a un coste de materias primas significativamente menor. Opcionalmente, los elementos W y Co pueden usarse independientemente o en combinacion para reemplazar a los elementos Mo y Ni, respectivamente.

Sumario de la invencion

La invencion proporciona un acero inoxidable austenltico de acuerdo con la reivindicacion 1 de las reivindicaciones adjuntas.

La invencion es un acero inoxidable austenltico que usa elementos menos caros, tales como manganeso, cobre y nitrogeno como sustitutos para los elementos mas costosos del nlquel y el molibdeno. El resultado es una aleacion de coste menor que tiene al menos propiedades de resistencia a la corrosion y formabilidad comparables a las aleaciones mas costosas, tales como S31600.

Una realizacion de acuerdo con la presente divulgacion es una aleacion de acero inoxidable austenltico que incluye, en % en peso, hasta 0,20 C, 2,0-9,0 Mn, hasta 2,0 Si, 16,0-23,0 Cr, 1,0-5,0 Ni, 0,4 a 2,0 Mo, hasta 1,0 Cu, 0,1-0,35

N, hasta 4,0 W, hasta 0,01 B, hasta 1,0 Co, hierro e impurezas, teniendo el acero un numero de ferrita de menos de

10 y un valor MD³⁰de menos de 20 °C. En ciertas realizaciones del acero, el valor MD³⁰es menos de -10 °C. En ciertas realizaciones del acero, el acero tiene un valor PRE^Wmayor de aproximadamente 22. En ciertas realizaciones de la cero, 0,5 < (Mo+W/2) < 5,0.

Otra realizacion del acero inoxidable austenltico de acuerdo con la presente divulgacion incluye, en % en peso, hasta 0,10 C, 2,0-8,0 Mn, hasta 1,0 Si, 16,0-22,0 Cr, 1,0-5,0 Ni, 0,40-2,0 Mo, hasta 1,0 Cu, 0,12-0,30 N, 0,050-0,60

W, hasta 1,0 Co, hasta 0,04 P, hasta 0,03 S, hasta 0,008 B, hierro e impurezas, teniendo el acero un numero de ferrita de menos de 10 y un valor MD³⁰de menos de 20 °C. En ciertas realizaciones del acero, el valor MD³⁰es menos de -10 °C. En ciertas realizaciones del acero, el acero tiene un valor PRE^wmayor de aproximadamente 22.

En ciertas realizaciones de la cero, 0,5 < (Mo+W/2) < 5,0.

Aun otra realizacion del acero inoxidable austenltico de acuerdo con la presente divulgacion incluye, en % en peso, hasta 0,08 C, 3,0-6,0 Mn, hasta 1,0 Si, 17,0-21,0 Cr, 3,0-5,0 Ni, 0,50-2,0 Mo, hasta 1,0 Cu, 0,14-0,30 N, hasta 1,0 Co, 0,05-0,60 W, hasta 0,05 P, hasta 0,03 S, hierro e impurezas, teniendo el acero un numero de ferrita de menos de 10 y un valor MD³⁰de menos de 20 °C. En ciertas realizaciones del acero, el valor MD³⁰es menos de -10 °C. En ciertas realizaciones del acero, el acero tiene un valor PRE^wmayor de aproximadamente 22. En ciertas realizaciones de la cero, 0,5 < (Mo+W/2) < 5,0.

Una realizacion adicional del acero inoxidable austenltico de acuerdo con la presente divulgacion consiste en, en % en peso, hasta 0,20 C, 2,0-9,0 Mn, hasta 2,0 Si, 16,0-Cr, 1,0-5,0 Ni, 0,4 a 2,0 Mo, hasta 1,0 Cu, 0,1-0,35 N, hasta

4,0 W, hasta 0,01 B, hasta 1,0 Co, hierro en equilibrio e impurezas, teniendo el acero un numero de ferrita de menos de 10 y un valor MD³⁰de menos de 20 °C.

En una realizacion, un metodo para producir acero inoxidable austenltico incluye fundir en un horno de arco electrico, refinar en un AOD, moldear en estado fundido en lingotes o moldear en estado fundido continuamente planchas, recalentar los lingotes o las planchas y laminado en caliente para producir placas o bobinas, laminado en frlo hasta un espesor especificado y templar y decapar el material. Otros metodos de acuerdo con la invencion pueden incluir por ejemplo, fundir y/o re-fundir en una atmosfera de vaclo o en una especial, moldear en estado fundido en formas, o la produccion de un polvo que se consolida en planchas o formas y similares.

Las aleaciones de acuerdo con la presente divulgacion pueden usarse en numerosas aplicaciones. De acuerdo con un ejemplo, las aleaciones de la presente divulgacion pueden incluirse en artlculos de fabricacion adaptados para su uso en ambientes de baja temperatura o criogenicos. Los ejemplos adicionales no limitantes de artlculos de fabricacion que pueden fabricarse a partir de o incluyen las presentes aleaciones son artlculos resistentes a la corrosion, paneles de arquitectura resistentes a la corrosion, conectores flexibles, fuelles, tubos, tuberlas, revestimientos de chimeneas, revestimientos de combustion, piezas de intercambiador de calor de marco de placa, piezas de condensador, piezas para equipo de procesamiento farmaceutico, piezas usadas en aplicaciones sanitarias y piezas para la produccion de etanol o equipo de procesamiento.

Breve descripcion de las figuras

La Figura 1 es un grafico que muestra los resultados de ruptura al estres para una realizacion de una aleacion de acuerdo con la presente divulgacion y para la Aleacion Comparativa S31600.

Descripcion detallada de la invencion

En la presente descripcion y en las reivindicaciones, aparte de en los ejemplos de funcionamiento o donde se indique de otra manera, todos los numeros que expresan cantidades o caracterlsticas de ingredientes y productos, condiciones de procesamiento y similares han de entenderse que se modifican en todos los casos por el termino “aproximadamente”. En consecuencia, salvo que se indique lo contrario, cualquier parametro numerico expuesto en la siguiente descripcion y las reivindicaciones adjuntas son aproximaciones que pueden variar dependiendo de las propiedades deseadas que uno busca obtener en el producto y los metodos de acuerdo con la presente divulgacion.

Por lo menos, y no como un intento de limitar la aplicacion de la doctrina de equivalentes al alcance de las reivindicaciones, cada parametro numerico debe construirse al menos a la luz del numero de dlgitos significativos informados y aplicando tecnicas de redondeo habituales. Los aceros inoxidables austenlticos de la presente invencion se describiran ahora en detalle. En la siguiente descripcion, “%” representa “% en peso” salvo que se especifique de otra manera.

La invencion se dirige a un acero inoxidable austenltico. En particular, la invencion se dirige a una composition de acero inoxidable austenltico que tiene al menos propiedades de resistencia a la corrosion y formabilidad comparables a aquellas de S31600. Una realization de un acero inoxidable austenltico de acuerdo con la presente invencion incluye, en % en peso, hasta 0,20 C, 2,0-9,0 Mn, hasta 2,0 Si, 16,0-23,0 Cr, 1,0-5,0 Ni, 0,4 a 2,0 Mo, hasta 1.0 Cu, 0,1-0,35 N, hasta 4,0 W, hasta 0,01 B, hasta 1,0 Co, hierro e impurezas, teniendo el acero un numero de ferrita de menos de 10 y un valor MD³⁰de menos de 20 °C. En ciertas realizaciones del acero, el valor MD³⁰es menos de -10 °C. En ciertas realizaciones del acero, el acero tiene un valor PRE^wmayor de aproximadamente 22. En ciertas realizaciones de la cero, 0,5 < (Mo+W/2) < 5,0.

Otra realizacion del acero inoxidable austenltico de acuerdo con la presente divulgation incluye, en % en peso hasta 0,10 C, 2,0-8,0 Mn, hasta 1,0 Si, 16,0-22,0 Cr, 1,0-Ni, 0,40-2,0 Mo, hasta 1,0 Cu, 0,12-0,30 N, 0,05-0,60 W, hasta 1.0 Co, hasta 0,04 P, hasta 0,03 S, hasta 0,008 B, hierro e impurezas, teniendo el acero un numero de ferrita de menos de 10 y un valor MD³⁰de menos de 20 °C. En ciertas realizaciones del acero, el valor MD³⁰es menos de -10 °C. En ciertas realizaciones del acero, el acero tiene un valor PRE^wmayor de aproximadamente 22. En ciertas realizaciones de la cero, 0,5 < (Mo+W/2) < 5,0.

Aun otra realizacion del acero inoxidable austenltico de acuerdo con la presente divulgacion incluye, en % en peso, hasta 0,08 C, 3,0-6,0 Mn, hasta 1,0 Si, 17,0-21,0 Cr, 3,0-Ni, 0,50-2,0 Mo, hasta 1,0 Cu, 0,14-0,30 N, hasta 1,0 Co, 0,05-0,60 W, hasta 0,05 P, hasta 0,03 S, hierro e impurezas, teniendo el acero un numero de ferrita de menos de 10 y un valor MD³⁰de menos de 20 °C. En ciertas realizaciones del acero, el valor MD³⁰es menos de -10 °C. En ciertas realizaciones del acero, el acero tiene un valor PRE^wmayor de aproximadamente 22. En ciertas realizaciones de la cero, 0,5 < (Mo+W/2) < 5,0.

Una realizacion adicional del acero inoxidable austenltico de acuerdo con la presente divulgacion consiste en, en % en peso, hasta 0,20 C, 2,0-9,0 Mn, hasta 2,0 Si, 16,0-23,0 Cr, 3,0-Ni, 0,4 a 2,0 Mo, hasta 1,0 Cu, 0,1-0,35 N, hasta 4.0 W, hasta 0,01 B, hasta 1,0 Co, hierro en equilibrio e impurezas, teniendo el acero un numero de ferrita de menos de 10 y un valor MD

iones³⁰de menos de 20 °C. En ciertas realizaciones del acero, el valor MD

d cero, el acero ³⁰es menos de -10 °C. En ciertas realizac el a tiene un valor PRE^wmayor de aproximadamente 22. En ciertas realizaciones de la cero, 0,5 < (Mo+W/2) < 5,0.

Una realizacion adicional del acero inoxidable austenltico de acuerdo con la presente divulgacion consiste en, en % en peso, hasta 0,20 C, 2,0-9,0 Mn, hasta 2,0 Si, 16,0-23,0 Cr, 1,0-5,0 Ni, 0,4 to 2,0 Mo, hasta 1,0 Cu, 0,1-0,35 N, hasta 4,0 W, hasta 0,01 B, hasta 1,0 Co, hierro en equilibrio e impurezas, teniendo el acero un numero de ferrita de menos de 10 y un valor MD³⁰de menos de 20 °C.

C: Hasta el 0,20 %

El C actua para estabilizar la fase austenita e inhibe la transformation martensltica inducida por deformation. Sin embargo el C tambien aumenta la probabilidad de formar carburos de cromo, especialmente durante la soldadura, que reduce la resistencia a la corrosion y la dureza. En consecuencia, el acero inoxidable austenltico de la presente invencion tiene hasta un 0,20 % de C. En una realizacion de la invencion, el contenido de C puede ser el 0,10 % o menos o, alternativamente, puede ser el 0,08 % o menos.

Si: Hasta el 2,0 %

Tener mas del 2 % de Si promueve la formation de fases resbaladizas, tales como sigma, y reduce la solubilidad del nitrogeno en la aleacion. El Si tambien estabiliza la fase ferrltica, de tal manera que mas del 2 % de Si requiere la adicion de estabilizantes de austenita adicionales para mantener la fase austenltica. En consecuencia, el acero inoxidable austenltico de la presente invencion tiene hasta un 2,0 % de Si. En una realizacion de acuerdo con la presente divulgacion, el contenido de Si puede ser un 1,0 % o menos. En otra realizacion de la invencion, el contenido de Si puede ser el 0,50 %.

Mn: 2,0-9,0 %

El Mn estabiliza la fase austenltica y generalmente aumenta la solubilidad del nitrogeno, un elemento de aleado beneficioso. Para producir suficientemente estos efectos, se requiere un contenido de Mn de no menos del 2,0 %. Tanto el manganeso como el nitrogeno son sustitutos eficaces para el elemento mas caro, el nlquel. Sin embargo, tener mas del 9,0 % de Mn degrada la trabajabilidad del material y su resistencia a la corrosion en ciertos ambientes. Tambien, debido a la dificultad de descarburar aceros inoxidables con altos niveles de Mn, tales como mas del 9,0 %, tener demasiado Mn aumenta significativamente los costes de procesamiento de fabrication del material. En consecuencia, el acero inoxidable austenltico de la presente invencion tiene un 2,0-9,0 % de Mn. En una realization, el contenido de Mn puede ser el 2,0-8,0 %, o alternativamente puede ser el 3,0-6,0 %.

Ni: 1,0-5,0 %

Se requiere al menos un 1 % de Ni para estabilizar la fase austenltica con respecto a la formation de ferrita y martensita. El Ni tambien actua potenciando la dureza y la formabilidad. Sin embargo, debido al coste altamente alto del nlquel, es deseable mantener el contenido de nlquel tan bajo como sea posible. Los inventores han descubierto que puede usarse un intervalo del 1,0-5,0 % de Ni ademas de los otros intervalos de elementos definidos para lograr una aleacion que tenga resistencia a la corrosion y formabilidad tan buenas como o mejores que aquellas de aleaciones de nlquel mas altas. En consecuencia, el acero inoxidable austenltico de la presente invencion tiene un 1.0- 5,0 % de Ni. En una realizacion, el contenido de Ni puede ser el 3,0-5,0 %. En otra realizacion, el contenido de Ni puede ser el 1,0-3,0 %.

Cr: 16,0-23,0 %

El Cr se anade para impartir resistencia a la corrosion a los aceros inoxidables y tambien actua estabilizando la fase austenltica con respecto a la transformation martensltica. Se requiere al menos un 16 % de Cr para proporcionar resistencia a la corrosion adecuada. Por otro lado, debido a que el Cr es un poderoso estabilizante de la ferrita, un contenido de Cr que excede el 23 % requiere la adicion de elementos de aleado mas costosos, tales como nlquel o cobalto, para mantener el contenido de ferrita aceptablemente bajo. Tener mas del 23 % de Cr tambien produce la formacion de fases indeseables, tales como sigma, con mas probabilidad. En consecuencia, el acero inoxidable austenltico de la presente invencion tiene un 16.0-23,0 % de Cr. En una realizacion, el contenido de Cr puede ser el 16.0- 22,0 % o alternativamente puede ser el 17,0-21,0 %.

N: 0,1-0,35 %

El N se incluye en la aleacion como un reemplazamiento parcial para el elemento estabilizante de la austenita Ni y el elemento potenciador de la corrosion Mo. Es necesario al menos un 0,10 % de N para la resistencia y la resistencia a la corrosion y para estabilizar la fase austenltica. La adicion de mas del 0,35 % de N puede exceder la solubilidad de N durante la fundicion y el soldado, que da como resultado porosidad debido a las burbujas de gas nitrogeno. Incluso si no se excede la solubilidad llmite, un contenido de N mayor del 0,35 % aumenta la propension a la precipitation de partlculas de nitruro, que degrada la resistencia a la corrosion y la dureza. En consecuencia, el acero inoxidable austenltico de la presente invencion tiene un 0,1-0,35 % de N. En una realizacion, el contenido de N puede ser el 0,14-0,30 % o, alternativamente, puede ser el 0,12-0,30 %.

Mo: 0,4 al 2,0 %

Los presentes inventores buscaron limitar el contenido de Mo de la aleacion manteniendo propiedades aceptables. El Mo es eficaz estabilizando la pellcula de oxido pasiva que se forma en la superficie de los aceros inoxidables y protege contra la corrosion por picadura por la action de los cloruros. Debido a su coste, el contenido de Mo puede ser el 0,5-2,0 %, que es adecuado para proporcionar la resistencia a la corrosion requerida en combination con las cantidades apropiadas de cromo y nitrogeno. Un contenido de Mo que excede el 3,0 % provoca el deterioro de la trabajabilidad en caliente por aumento de la fraction de solidification de ferrita (delta) a niveles potencialmente perjudiciales. Un alto contenido de Mo tambien aumenta la probabilidad de formar fases intermetalicas deletereas, tales como la fase sigma. En consecuencia, en la composition de acero inoxidable austenltico de la presente invencion el contenido de Mo puede ser aproximadamente el 0,40-2,0 %, o alternativamente puede ser el 0,50-2,0 %.

Co: Hasta el 1,0 %

El Co actua como un sustituto para el nlquel para estabilizar la fase austenita. La adicion de cobalto tambien actua aumentando la resistencia del material. El llmite superior del cobalto es preferentemente el 1,0 %.

B: hasta el 0,01 %

Pueden anadirse adiciones tan bajas como el 0,0005% de B para mejorar la trabajabilidad en caliente y la calidad de la superficie de los aceros inoxidables. Sin embargo, adiciones de mas del 0,01 % degradan la resistencia a la corrosion y la trabajabilidad de la aleacion. En consecuencia, la composicion de acero inoxidable austenltico de la presente invencion tiene hasta un 0,01 % de B. En una realizacion, el contenido de B puede ser hasta el 0,008 %.

Cu: Hasta el 1,0 %

El Cu es un estabilizante de la austenita y puede usarse para reemplazar una portion del nlquel en esta aleacion. Tambien mejora la resistencia a la corrosion en ambientes reductores y mejora la formabilidad reduciendo la energla de falla de apilamiento. La composicion de acero inoxidable austenltico de la presente invencion tiene hasta un 1,0 % de Cu.

W: Hasta el 4,0 %

El W proporciona un efecto similar a aquel del molibdeno mejorando la resistencia al picado por cloruro y la corrosion por grietas. El W tambien puede reducir la tendencia para la formacion de fase sigma cuando se sustituye por molibdeno. Sin embargo, adiciones de mas del 4 % pueden reducir la trabajabilidad en caliente de la aleacion. En consecuencia, la composicion de acero inoxidable austenltico de la presente invencion tiene hasta un 4,0 % de W. En una realizacion, el contenido de W puede ser el 0,05-0,60 %.

0,5 < (Mo+W/2) < 5,0

El Mo y el W son ambos eficaces estabilizando la pellcula de oxido pasiva que se forma en la superficie de los aceros inoxidables y protege contra la corrosion por picado por la accion de los cloruros. Ya que el W es aproximadamente la mitad de eficaz (en peso) que el Mo aumentando la resistencia a la corrosion, se requiere una combinacion de (Mo+W/2) > 0,5 % para proporcionar la resistencia a la corrosion necesaria. Sin embargo, tener demasiado Mo aumenta la probabilidad de formar fases intermetalicas y demasiado W reduce la trabajabilidad en caliente del material. Por lo tanto, la combinacion de (Mo+W/2) debe ser menos del 5,0 %. En consecuencia, la composicion de acero inoxidable austenltico de la presente invencion tiene 0,5 < (Mo+W/2) < 5,0.

1,0 < (Ni+Co) < 6,0

El nlquel y el cobalto actuan ambos estabilizando la fase austenltica con respecto a la formacion de ferrita. Se requiere al menos un 1,0 % de (Ni+Co) para estabilizar la fase austenltica en presencia de elementos estabilizantes de ferrita tales como cromo y molibdeno, que deben anadirse para asegurar la resistencia a la corrosion apropiada. Sin embargo, tanto Ni como Co son elementos costosos, por lo que es deseable mantener el contenido de (Ni+Co) en menos del 6,0 %. En consecuencia, la composicion de acero inoxidable austenltico de la presente invencion tiene 1,0 < (Ni+Co) < 6,0.

El equilibrio del acero inoxidable austenltico de la presente invencion incluye hierro e impurezas inevitables, tales como fosforo y azufre. Las impurezas inevitables se mantienen preferentemente al nivel practico mas bajo, como se entiende por un experto en la materia.

El acero inoxidable austenltico de la presente invencion tambien puede definirse por ecuaciones que cuantifican las propiedades que exhiben, incluyendo, por ejemplo, numero de equivalencia de resistencia al picado, numero de ferrita y temperatura MD30.

El numero de equivalencia de resistencia al picado (PREⁿ) proporciona una clasificacion relativa de la resistencia esperada de una aleacion a la corrosion por picado en un ambiente que contiene cloruro. Cuanto mas alto es el PREⁿ, mejor es la resistencia a la corrosion esperada de la aleacion. El PREⁿpuede calcularse por la siguiente formula:

PREⁿ= % de Cr 3,3 (% de Mo) 16 (% de N)

Alternativamente, puede anadirse un factor de 1,65 (% de W) a la formula anterior para tener en cuenta la presencia de tungsteno en una aleacion. El tungsteno mejora la resistencia al picado de los aceros inoxidables y es aproximadamente la mitad de eficaz que el molibdeno en peso. Cuando se anade tungsteno en el calculo, el numero de equivalencia de resistencia al picado se designa como PRE^w, que se calcula por la siguiente formula:

PRE^w= % de Cr 3,3 (% de Mo) 1,65 (% de W) 16 (% de N)

El tungsteno sirve como un fin similar al molibdeno en la aleacion de la invencion. Como tal, el tungsteno puede anadirse como un sustituto para el molibdeno para proporcionar resistencia al picado aumentada. De acuerdo con la ecuacion, debe anadirse dos veces el peso del tungsteno para cada porcentaje de molibdeno retirado para mantener la misma resistencia al picado. Ciertas realizaciones de la aleacion de la presente invencion tienen valores PRE^wmayores de 22 y en ciertas realizaciones preferidas es tan alto como 30.

La aleacion de la invencion tambien puede definirse por su numero de ferrita. Un numero de ferrita positivo generalmente se correlaciona con la presencia de ferrita, que mejora las propiedades de solidification de una aleacion y ayuda a inhibir el agrietamiento por calor de la aleacion durante las funciones de trabajo en caliente y soldadura. De esta manera se desea una pequena cantidad de ferrita en la microescructura solidificada para buen moldeado en estado fundido y para la prevention de agrietamiento por calor durante la soldadura. Por otro lado, demasiada ferrita puede dar como resultado problemas durante el servicio, incluyendo pero no limitado a, inestabilidad de la microestructura, ductilidad limitada y propiedades mecanicas de alta temperatura deterioradas. El numero de ferrita puede calcularse usando la siguiente ecuacion:

FN = 3,34 (Cr 1,5 Si Mo 2 Ti 0,5 Cb) - 2,46 (Ni 30 N 30 C 0,5 Mn 0,5 Cu) - 28,6

La aleacion de la presente invencion tiene un numero de ferrita de hasta 10, preferentemente un numero positivo, mas preferentemente de aproximadamente 3 a 5.

La temperatura MD³⁰de una aleacion se define como la temperatura a la que la deformacion en frlo del 30 % resultara en una transformacion del 50 % de la austenita en martensita. Cuanto menor es la temperatura MD³⁰, mas resistente es un material a la transformacion en martensita. La resistencia a la formacion de martensita da como resultado una tasa de endurecimiento de trabajo menor, que da como resultado buena formabilidad, especialmente en aplicaciones de extraccion. MD³⁰se calcula de acuerdo con la siguiente ecuacion:

MD³⁰(°C) = 413- 462 (C N) - 9,2 (Si) - 8,1 (Mn) - 13,7 (Cr) - 9,5 (Ni) - 17,1 (Cu) - 18,5 (Mo) La aleacion de la presente invencion tiene una temperatura MD³⁰de menos de 20 °C y en ciertas realizaciones preferidas es menos de aproximadamente -10 °C.

Ejemplos

La Tabla 1 incluye los valores de las composiciones reales y los parametros calculados para las Aleaciones de la Invencion 1-6, 8, 10, 11 y para las Aleaciones Comparativas CA1, S31600, S21600 y S20100. Las aleaciones 7 y 9 estan fuera del alcance de la invencion segun se reivindica.

Las Aleaciones de la Invencion 1-6, 8, 10, 11 la Aleacion Comparativa CA1 se fundieron en un horno de vaclo de tamano de laboratorio y se vertieron en lingotes de 22,7 kg (50 lb). Estos lingotes se re-calentaron y se laminaron en caliente para producir material de grosor aproximadamente 0,635 cm (0,250''). Este material se templo, se chorreo y se decapo. Algo de ese material se lamino en frlo a un espesor de 0,254 cm (0,100'') y el restante se lamino en frlo a un espesor de 0,13 cm o 0,1 cm (0,050 o 0,040''). El material laminado en frlo se templo y se decapo. Las Aleaciones Comparativas S31600, S21600 y S20100 estan disponibles en el mercado y los datos mostrados para estas aleaciones se tomaron de la bibliografla publicada o se midieron de ensayos de material recientemente producido para la venta comercial.

Los valores PRE^Wcalculados para cada aleacion se muestran en la Tabla 1. Usando la ecuacion analizada anteriormente en el presente documento, las aleaciones que tienen un PRE^Wmayor de 24,1 se esperarla que tuvieran mejor resistencia al picado por cloruro que el material S31600, mientras que aquellos que tienen un PRE menor se picarlan mas facilmente. ^WEl numero de ferrita para cada aleacion en la Tabla 1 se ha calculado tambien. Los numeros de ferrita de las Aleaciones de la Invencion son menos de 10, especlficamente entre -3,3 y 8,3. Mientras que el numero de ferrita de alguna de las Aleaciones de la Invencion puede ser ligeramente menor que el deseado para la soldabilidad y el moldeado en estado fundido optimos, todavla son mas altas que aquellas de la Aleacion Comparativa S21600, que es un material soldable.

Los valores MD³⁰tambien se calcularon para las aleaciones en la Tabla 1. De acuerdo con los calculos, todas las Aleaciones de la Invencion exhiben resistencia mayor a la formacion de martensita que la Aleacion Comparativa S31600.

La Tabla 1 tambien incluye un Indice de coste de materia prima (RMCI), que compara los costes de los materiales para cada aleacion con aquellos de la Aleacion Comparativa S31600. El RMCI se calculo multiplicando el coste promedio de octubre de 2007 para las materias primas Fe, Cr, Mn, Ni, Mo, W y Co por el porcentaje de cada elemento contenido en la aleacion y dividiendo por el coste de las materias primas en la Aleacion Comparativa S31600. Como muestran los valores calculados, todas las Aleaciones de la Invention tienen un RMCI de menos de 0,6, que significa que el coste de las materias primas contenidas en las mismas es menos del 60 % de aquellas en la Aleacion Comparativa S31600. Que pueda fabricarse un material que tenga propiedades similares a la Aleacion Comparativa S31600 a un coste de materia prima significativamente menor es sorprendente y no se anticipo de la tecnica anterior.

Las propiedades mecanicas de las Aleaciones de la Invencion 1 y 3-6 se midieron y se compararon con aquellas de una Aleacion Comparativa, CA1, y las Aleaciones Comparativas S31600, S21600 y S20100 disponibles en el mercado. La resistencia de rendimiento medida, la resistencia a traction, el porcentaje de alargamiento por encima de una longitud de calibre de 5,08 cm (2 pulgadas), una altura de copa Olsen y una energia de impacto V notch de Charpy de tamano 1/2 se muestran en la Tabla 1 para las Aleaciones de la Invencion 1 y 3-6. Los ensayos de traccion se llevaron a cabo en un material de calibre 0,254 cm (0,100''), los ensayos de Charpy se llevaron a cabo en muestras de espesor de 0,5 cm (0,197'') y los ensayos de la copa Olsen se llevaron a cabo en un material de espesor entre 0,1 y 0,13 cm (0,040 y 0,050 pulgadas). Todos los ensayos se realizaron a temperatura ambiente. Las unidades para los datos en la Tabla 1 son como sigue: rendimiento de resistencia y resistencia a la traccion, ksi; alargamiento, porcentaje; altura de copa Olsen, pulgadas; energia de impacto de Charpy, ft-lb. Como puede verse a partir de los datos, las Aleaciones de la Invencion exhibieron propiedades comparables a aquellas de la Aleacion Comparativa S31600.

Incluso aunque la composition de la Aleacion Comparativa CA1 cae dentro de los intervalos de las Aleaciones de la Invencion, el equilibro de los elementos es tal que la MD³⁰y PRE^westan fuera de los intervalos reivindicados. Los resultados de los ensayos mecanicos muestran que CA1, no es tan formable como S31600 y su menor PRE^wsignifica que su resistencia a la corrosion por picado no sera tan buena como aquella de S31600.

Se realizaron ensayos de traccion de temperatura elevada en la Aleacion de la Invencion 1 a 21,1, 315,6, 537,8 y 760 °C (70, 600,1000 y 1400 °F). Los resultados se muestran en la Tabla 2. Los datos ilustran que el rendimiento de la Aleacion de la Invencion 1 es comparable a aquel de la Aleacion Comparativa S31600 a temperaturas elevadas.

Tabla 2

La Tabla 3 ilustra los resultados de dos ensayos de ruptura al estres realizados en la Aleacion de la Invencion 1 a 704,4 °C (1300 °F) bajo un estres de 151,7 MPa (22 ksi). La Figura 1 demuestra que los resultados de ruptura al estres para la Aleacion de la Invencion 1 son comparables a aquellas propiedades obtenidas para la Aleacion Comparativa S31600 (LMP es el Parametro de Larsen-Miller, que combina tiempo y temperatura en una unica variable).

Tabla 3

Los usos potenciales de estas nuevas aleaciones son numerosos. Como se describe y se evidencia anteriormente, las composiciones de acero inoxidable austeniticas descritas anteriormente son capaces de reemplazar a S31600 en muchas aplicaciones. Adicionalmente, debido al alto coste de Ni y Mo, se reconoceran ahorros de coste significativos intercambiando de S31600 a las composiciones de aleacion de la invencion. Otro beneficio es, debido a que estas aleaciones son completamente austeniticas, que no seran susceptibles a una transition de ductil a fragil (DBT) aguda a temperatura sub-cero o bien una fragilizacion a 473,9 °C (885 °F). Por lo tanto, a diferencia de las aleaciones en duplex, pueden usarse a temperaturas por encima de 343,3 °C (650 °F) y son materias primas candidatas para aplicaciones de baja temperatura y criogenicas. Se espera que la resistencia a la corrosion, la formabilidad y la capacidad de procesamiento de las aleaciones descritas en el presente documento seran muy cercanas a aquellas de los aceros inoxidables austenlticos convencionales. Los ejemplos no limitantes de artlculos de fabricacion que pueden fabricarse a partir de o incluyen las presentes aleaciones son artlculos resistentes a la corrosion, paneles de arquitectura resistentes a la corrosion, conectores flexibles, fuelles, tubos, tuberlas, revestimientos de chimeneas, revestimientos de combustion, piezas de intercambiador de calor de marco de placa, piezas de condensador, piezas para equipo de procesamiento farmaceutico, piezas usadas en aplicaciones sanitarias y piezas para la produccion de etanol o equipo de procesamiento.

Aunque la description anterior ha presentado necesariamente solo un numero limitado de realizaciones, aquellos expertos en la materia relevante apreciaran que pueden realizarse diversos cambios en los aparatos y los metodos y otros detalles de los ejemplos que se han descrito e ilustrado en el presente documento por aquellos expertos en la materia y que dichas modificaciones se mantendran dentro del principio y el alcance de la presente divulgation como se expresa en el presente documento y en las reivindicaciones adjuntas. Se entiende, por lo tanto, que la presente invention no se limita a las realizaciones particulares desveladas o incorporadas en el presente documento, pero se pretende que abarque modificaciones que esten dentro del principio y el alcance de la invencion, como se define por las reivindicaciones. Tambien se apreciara por aquellos expertos en la materia que podrlan realizarse cambios a las realizaciones anteriores sin salir del amplio concepto de la invencion de las mismas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un acero inoxidable austenltico que consiste en, en % en peso, hasta 0,20 C, 2,0-9,0 Mn, hasta 2,0 Si, 16,0-23,0 Cr, 1,0-5,0 Ni, 0,4-2,0 Mo, hasta 1,0 Cu, 0,1-0,35 N, hasta 4,0 W, hasta 0,01 B, hasta 1,0 Co, hierro en equilibrio e impurezas, teniendo el acero un numero de ferrita de menos de 10 y un valor MD³⁰de menos de 20 °C y en el que 0,5 < (Mo+W/2) < 5,0.

2. El acero inoxidable austenltico de la reivindicacion 1, que tiene un valor de PRE^wmayor de 22 y hasta 30.

3. El acero inoxidable austenltico de la reivindicacion 1, que tiene un numero de ferrita mayor de 0 hasta 10.

4. El acero inoxidable austenltico de la reivindicacion 1, que tiene un numero de ferrita de 3 hasta 5.

5. El acero inoxidable austenltico de la reivindicacion 1, que comprende 3,0-5,0 Ni.

6. El acero inoxidable austenltico de la reivindicacion 1, que comprende 1,0-3,0 Ni.

7. El acero inoxidable austenltico de la reivindicacion 1, que comprende hasta 0,08 C.

8. El acero inoxidable austenltico de la reivindicacion 1, que comprende hasta 0,5 Si.

9. El acero inoxidable austenltico de la reivindicacion 1, que comprende 2,0-8,0 Mn.

10. El acero inoxidable austenltico de la reivindicacion 1, que comprende 3,0-6,0 Mn.

11. El acero inoxidable austenltico de la reivindicacion 1, que comprende 16,0-22,0 Cr.

12. El acero inoxidable austenltico de la reivindicacion 1, que comprende 0,14-0,30 N.

13. El acero inoxidable austenltico de la reivindicacion 1, que comprende 0,5-2,0 Mo.

14. El acero inoxidable austenltico de la reivindicacion 1, que comprende hasta 0,008 B.

15. El acero inoxidable austenltico de la reivindicacion 1, que comprende hasta 0,05-0,60 W.

16. El acero inoxidable austenltico de la reivindicacion 1, que tiene un valor MD³⁰menor de -10 °C.

17. El acero inoxidable austenltico de acuerdo con la reivindicacion 1, que consiste en, en % en peso, hasta 0,10 C, 2.0- 8,0 Mn, hasta 1,0 Si, 16,0-22,0 Cr, 1,0-5,0 Ni, 0,40-2,0 Mo, hasta 1,0 Cu, 0,12-0,30 N, 0,050-0,60 W, hasta 1,0 Co, hasta 0,04 P, hasta 0,03 S, hasta 0,008 B, hierro en equilibrio e impurezas, teniendo el acero un numero de ferrita de menos de 10 y un valor MD³⁰de menos de 20 °C.

18. El acero inoxidable austenltico de acuerdo con la reivindicacion 1, que consiste en, en % en peso, hasta 0,08 C, 3.0- 6,0 Mn, hasta 1,0 Si, 17,0-21,0 Cr, 3,0-5,0 Ni, 0,50-2,0 Mo, hasta 1,0 Cu, 0,14-0,30 N, hasta 0,01 B, hasta 1,0 Co, 0,05-0,60 W, hasta 0,05 P, hasta 0,03 S, hierro en equilibrio e impurezas, teniendo el acero un numero de ferrita de menos de 10 y un valor MD³⁰de menos de 20 °C.

19. El acero inoxidable austenltico de las reivindicaciones 17 o 18, que tiene un valor MD³⁰menor de -10 °C.

20. El acero inoxidable austenltico de la reivindicacion 1 o la reivindicacion 19, que tiene un valor de PRE^wmayor de aproximadamente 22.

21. Un artlculo de fabricacion que comprende un acero inoxidable austenltico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

22. El artlculo de fabricacion de la reivindicacion 21, en donde el artlculo esta adaptado para su uso en al menos uno de los ambientes de baja temperatura y criogenico.

23. El artlculo de fabricacion de la reivindicacion 21, en donde el artlculo se selecciona del grupo que consiste en un artlculo resistente a la corrosion, un panel de arquitectura resistente a la corrosion, un conector flexible, un fuelle, un tubo, una tuberla, un revestimiento de chimeneas, un revestimiento de combustion, una pieza de intercambiador de calor de marco de placa, una pieza de condensador, una pieza para equipo de procesamiento farmaceutico, una pieza sanitaria y una pieza para la production de etanol o equipo de procesamiento.