ES2729562T3 - Aleación de acero para un acero de baja aleación con alta resistencia - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la fabricación de una aleación de acero para la fabricación de cintas, chapas y tubos para un acero bainítico libre de carburos de alta resistencia y de baja aleación con la siguiente composición química (en % p/p): 0,10 - 0,70 C 0,25 - 4,00 Si 0,05 - 3,00 Al 1,00 - 3,00 Mn 0,10 - 2,00 Cr 0,001 - 0,50 Nb 0,001 - 0,025 N máx. 0,15 P máx. 0,05 S hierros residuales con impurezas debidas a la producción de acero con adición opcional de uno o varios elementos de Mo, Ni, Co, W, Ti o V, así como Zr, y tierras raras como Ce, Hf, La, Re, Sc y/o Y en contenidos de, en total, hasta 1 % p/p, con la condición de que, para la prevención de precipitaciones primarias de AIN, son cumplidas la condición AI x N < 5 x 10-3 20 (% p/p) y, para la supresión de la formación de cementita, la condición Si + Al > 4 x C (% p/p), en donde - los elementos que se desea alear opcionalmente presentan los siguientes contenidos en % p/p: máx. 5,00 Ni máx. 1,00 Mo máx. 2,00 Co máx. 1,50 W máx. 0,10 Ti máx. 0,20 V - en donde el contenido total de Ti, V es de máx. 0,20 % y, el contenido total de Ni, Mo, Co, W, Zr, de máx. 5,50 % p/p, - en donde el tamaño de grano de austenita previo promedio -determinado con microscopio electrónico de barrido- presenta un valor de no más de 100 μm y la separación promedia de las laminillas de austenita retenida es de menos de 750 nm, la estructura está formada por bainita libre de carburos y laminillas de austenita retenida con una proporción de como mínimo 75 % de bainita, como mínimo 10 % de austenita retenida y hasta como máximo 5 % de martensita, en donde los aceros en el estado de nódulo, o bien de desbaste plano, presentan, ya tras la refrigeración al aire, una resistencia (Rm) de por encima de 1250 MPa, un alargamiento de rotura de por encima de 12 % y una dureza (KBZ) a -20º C de como mínimo 15 J, en donde - para lograr las propiedades de material requeridas se cumplen las siguientes condiciones para la cinética de la transformación, la temperatura inicial martensítica y la configuración de la estructura: - cinética de la transformación ferrítica (en este caso, C, Mn, Si y Al corresponden a los contenidos de elemento en % p/p, así como a la tasa de refrigeración enº C/s):**Fórmula** - cinética de la transformación bainítica (en este caso, C, Mn y Al corresponden a los contenidos de elemento en % p/p, así como a la tasa de refrigeración enº C/s):**Fórmula** - temperatura inicial martensítica (ºC; en este caso, C, Mn, Si, Al y Mo corresponden a los contenidos de elemento en % p/p):**Fórmula** - estabilización de la austenita retenida (en este caso, C, Si y Al corresponden a los contenidos de elemento en % p/p):**Fórmula** - prevención de precipitaciones de AIN primarias (en este caso, Al y N corresponden a los contenidos de elemento en % p/p):**Fórmula** - cumplimiento de la combinación requerida de las propiedades mecánicas:**Fórmula**

Description

DESCRIPCIÓN

Aleación de acero para un acero de baja aleación con alta resistencia

La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de una aleación de acero para la fabricación de cintas, chapas y tubos para un acero bainítico libre de carburos de alta resistencia y de baja aleación según la reivindicación 1.

En particular, la invención se refiere a tubos, cintas y chapas fabricados a partir de esta aleación, a partir de los cuales se fabrican, p. ej., elementos componentes para la industria automovilística, como chapas para carrocerías, componentes de estructuras portantes o tubos para airbags y tubos cilíndricos. En el sector de la industria de los equipos de construcción se pueden utilizar, p. ej., en el caso de altas exigencias de desgaste, chapas de desgaste a partir de esta aleación para palas excavadoras. Este tipo de aceros también se utilizan para aplicaciones donde se deben absorber energías de impacto que aparecen de repente, p. ej., como blindaje antifuegos.

Los tubos fabricados a partir de esta aleación pueden estar realizados como tubos soldados a partir de fleje laminado en caliente o en frío o fabricados sin costura, los cuales, según las circunstancias, también pueden presentar secciones transversales que difieren de la forma circular.

Los tubos o chapas para construcciones a partir de esta aleación de acero también se pueden utilizar para construcciones de acero soldadas sometidas a un esfuerzo especialmente alto, por ejemplo, en la construcción de grúas, de puentes, de barcos, de equipos elevadores y de vehículos de carga.

Las exigencias de resistencias cada vez más altas y propiedades de manipulación y de elementos componentes mejorados con, al mismo tiempo, reducción de peso y/o costes han conducido, entre otras cosas, al desarrollo de aceros dúplex de grano ultrafino, los cuales también son conocidos bajo el término «superbainita» como aceros bainíticos libres de carburos. La creación de una estructura tal, que se compone de ferrita bainítica con laminillas de austenita retenida, a diferencia de la estructura bainítica superior e inferior, está esbozada de manera esquemática en la figura 1.

Característico para estos aceros es, p. ej., una resistencia de 1000 a aproximadamente 2000 MPa, dependiendo de la resistencia, un alargamiento de rotura de como mínimo 5 % y una estructura bainítica (nano) estructurada extremadamente fina con proporciones de austenita retenida.

El enfoque para la creación de esta microestructura más fina yace en la transformación de fase a bajas temperaturas en el área bainítica evitando la precipitación de cementita, así como una formación de martensita. Una supresión de carburos que se precipitan en la bainita como, p. ej., cementita, es por lo tanto necesaria porque, por un lado, estos actúan con efecto altamente agrietante como posibles iniciadores de rotura y, en consecuencia, las durezas exigidas ya no se pueden alcanzar más y, por otro lado, no se pueden ajustar las proporciones necesarias de austenita estabilizada para conseguir las propiedades de conformidad con la invención.

El uso económico de estos aceros se ve dificultado, no obstante, al estar fuertemente ralentizada, en el caso de estas bajas temperaturas de transformación, la cinética de transformación, lo cual conduce, dependiendo de la composición de la aleación, en particular con contenido de carbono cada vez mayor, a tiempos de parada isotérmicos más largos de muchas horas hasta uno o varios días. Estos tipos de tiempos de proceso largos son sin embargo insostenibles para una producción económica de elementos componentes, de manera que se buscaron soluciones del tipo de técnica de aleación con el fin de acelerar la transformación.

Una composición de aleación, la cual requiere un tiempo de transformación isotérmico largo tal de hasta 48 horas, es conocido de la publicación internacional WO 2009/075494 A1. Además, es desventajoso que este acero, además de carbono e hierros, presente adiciones costosas, p. ej., de níquel, molibdeno, boro y titanio, y que las durezas que se pueden alcanzar para los ámbitos de aplicación descritos no sean aún lo suficientemente altas.

Aceros bainíticos libres de carburo para rieles son conocidos, p. ej., del documento DE 69631 953 T2. La aleación de acero hecha pública allí presenta, además de adiciones de manganeso, cromo y otros elementos como molibdeno, níquel, vanadio, wolframio, titanio y boro, un contenido de silicio entre 1 y 3 %.

En este documento también se menciona que, además del silicio, una adición de aluminio puede evitar, o bien suprimir, la formación de carburos en la bainita, y que puede estabilizar la austenita retenida que queda. Igualmente, con este acero se puede superar la desventaja de una duración de transformación larga, en donde sólo con una refrigeración continua al aire (temple al aire) se puede generar una estructura bainítica correspondiente.

Este acero está diseñado para las exigencias de rieles fuertemente sometidos a esfuerzos de desgaste, pero no es económico, o bien no se puede utilizar, para cintas, chapas y tubos para los ámbitos de aplicación mencionados, ya que aquí, además de las exigencias de la resistencia al desgaste, se deben mantener asimismo las exigencias de resistencia y dureza. Además, las dimensiones de sección transversal de los rieles se diferencian claramente por su sección transversal compacta de aquéllas de las cintas, chapas y tubos, lo cual hace necesario un ajuste del concepto de aleación en cuanto a las propiedades de material que se desean alcanzar tras el refrigerado al aire del acero. Desventajosa en el caso del acero conocido es también la adición costosa de titanio y otros elementos de aleación como níquel, molibdeno y wolframio.

Otro problema más en el caso del acero conocido consiste en que no se hace ninguna indicación sobre el contenido de nitrógeno, el cual, en particular en el caso de adiciones de aluminio, ejerce una influencia negativa en las propiedades de material por medio de la formación de nitruros de aluminio.

Por medio de una adición de aluminio se forman, debido a la gran afinidad con el nitrógeno existente en el acero durante la solidificación, nitruros de aluminio gruesos, los cuales se precipitan principalmente en el acero, lo cual actúa de manera muy desventajosa sobre la ductilidad, la resiliencia, sobre el comportamiento de reventamiento y sobre la resistencia a la carga de rotura del acero y, con ello, empeora claramente las propiedades mecánicas. Mayores contenidos de nitrógeno y aluminio en el acero refuerzan además este efecto.

Esto tiene como consecuencia que esta aleación de acero conocida, en el caso de la cual, en vez de silicio, se alea aluminio o, adicionalmente, aún más aluminio, se hace inutilizable para la práctica, ya que la cantidad de precipitado y el tamaño de nitruros de aluminio nocivos es dependiente del contenido de nitrógeno y aluminio respectivo existente en el acero, y puesto que el contenido de nitrógeno queda mantenido, las propiedades de material concretas son imprevisibles. Además, en el caso de este acero, las resistencias que se pueden alcanzar para el ámbito de aplicación descrito de la invención tampoco son aún lo suficientemente altas.

Otras aleaciones de acero con áreas de aleación que se solapan parcialmente son conocidas del documento EP 2365103 A1 y el documento EP 1867747 A1.

Las exigencias que se desea satisfacer de las propiedades mecánicas de la aleación de acero se pueden resumir como sigue:

Resistencia: 1250 a 2500 MPa

Alargamiento de rotura: por encima de 12 %

Resistencia a resiliencia a -20° C: como mín. 15 J

La misión de la invención es indicar un procedimiento para la fabricación de una aleación de acero para un acero bainítico libre de carburos de alta resistencia y de baja aleación, al mismo tiempo duro y resistente al desgaste, para la fabricación de cintas, chapas y tubos, el cual, por un lado, es más rentable que las aleaciones de acero conocidas y, por otro lado, garantiza propiedades de material uniformes correspondientes a las exigencias, como resistencia, alargamiento de rotura, dureza, etc. Además, estas propiedades de material también se han de poder alcanzar durante el refrigerado al aire estático por medio de temple al aire.

Esta tarea se soluciona partiendo del preámbulo en conexión con las características que caracterizan la reivindicación 1. Perfeccionamientos ventajosos son objeto de las reivindicaciones secundarias.

Según la enseñanza de la invención, se propone una aleación de acero con la siguiente composición química (en % p/p):

0,10 - 0,70 C

0,25 - 4,00 Si

0,05 - 3,00 Al

1,00 - 3,00 Mn

0,10 - 2,00 Cr

0,001 - 0,50 Nb

0,001 - 0,025 N

máx. 0,15 P

máx. 0,05 S

hierros residuales con impurezas debidas a la producción de acero con adición opcional de uno o varios elementos de Mo, Ni, Co, W, Nb, Ti o V, así como Zr, y tierras raras con la condición de que, para la prevención de precipitaciones primarias de AIN, son cumplidas la condición AI x N < 5 10-3 (% p/p) y, para la supresión de la formación de cementita, la condición Si Al > 4 x C (% p/p).

Opcionalmente, todavía se pueden alear tierras raras y elementos reactivos como Ce, Hf, La, Re, Sc y/o Y de, en total, hasta 1 % p/p.

En el estado de nódulo, o bien de desbaste plano, los aceros de conformidad con la invención presentan, ya tras el refrigerado al aire, una resistencia (Rm) de por encima de 1250 MPa, un alargamiento de rotura de por encima de 12 % y una dureza (KBZ) a -20° C de como mínimo 15 J (véase tabla 1). La estructura se compone de bainita libre de carburos y austenita retenida con una proporción de como mínimo 75 % de ferrita bainítica, al menos 10 % de austenita retenida y hasta como máximo 5 % de martensita (o bien fase martensítica y/o austenítica en descomposición).

La aleación de acero de conformidad con la invención se aplica al desarrollo del acero bainítico libre de carburos conocido del documento DE 69631953 T2 y la publicación internacional WO 2009/075494 A1.

Las pruebas realizadas como consecuencia de la presente invención han mostrado sorprendentemente que, en comparación con la aleación de acero conocida para lograr las propiedades de material requeridas también ya en el caso de un temple al aire, por medio de una adición específica de aluminio en el rango 0,05 a 3,0 % p/p y niobio en el rango 0,001 a 0,5 % p/p, además de una resistencia al desgaste y del material excelentes, se pueden lograr propiedades de dureza muy buenas. En particular, la adición de niobio provoca en este caso una clara mejora de las propiedades de dureza por medio del refinado de granos, de manera que esta aleación se ajusta de manera óptima tanto a las altas exigencias de las propiedades mecánicas como también de la resistencia al desgaste.

Por medio de una adición ventajosa de cromo en el rango de 0,10 a 2,00 % p/p también se puede controlar además, de manera decisiva, la cinética de la formación de ferrita, de manera que la creación de granos de ferrita poligonales gruesos, los cuales pueden influenciar de manera negativa las propiedades de material, se evita de forma eficaz. En este caso, es decisiva la interacción de aluminio y cromo. Mientras que el aluminio acelera la transformación ferrítica y bainítica, por medio de una adición de cromo se retrasa la transformación ferrítica (véase también la figura 2). A través de una combinación específica de estos dos elementos se pueden controlar tanto la cinética de la formación de ferrita como también la de la formación de bainita.

Además de los efectos ventajosos conocidos de una adición de aluminio en la prevención de precipitaciones de carburo en la bainita, las pruebas también han mostrado que la adición de aluminio, en comparación con silicio, acelera de forma clara la cinética de la transformación bainítica. Esta aumenta asimismo con contenidos cada vez mayores de aluminio, lo cual significa que la dureza y resistencia del acero de conformidad con la invención tras la refrigeración continua, en comparación con aceros sólo aleados con silicio, se mejora claramente, es decir, se pueden lograr valores de resistencia y dureza mayores. De manera ventajosa, las tasas de refrigeración se deben mantener mayores de 10° C/s, con el fin de lograr la combinación requerida de las propiedades mecánicas también en el caso de chapas más gruesas (por ejemplo, a partir de 10 mm); las propiedades mecánicas requeridas también se pueden lograr ventajosamente mediante refrigeración al aire estático en el caso de chapas más finas o ajustando el concepto de aleación. La influencia de los distintos elementos de aleación sobre la cinética de la transformación la muestra la figura 2. En este caso, los modos de acción de C, Si, Al, Mn, Cr y Mo en la cinética de la transformación de ferrita, perlita y bainita, así como en la temperatura martensítica, están representados de manera esquemática. De conformidad con la invención, en comparación con el acero conocido para lograr estas propiedades ventajosas, es obligatoriamente necesario, sin embargo, que el contenido de nitrógeno no sobrepase el límite superior de 0,025 % p/p, mejor 0,015 % p/p, o bien óptimamente 0,010 % p/p, con el fin de minimizar el número y tamaño de los nitruros de aluminio nocivos como precipitaciones primarias en el acero, en donde, adicionalmente, se debe cumplir la condición Al x N < 5 x 10-3 (% p/p). Por otro lado, es necesario un contenido mínimo de nitrógeno de 0,001 % p/p, óptimamente 0,0020, con el fin de posibilitar una formación de carbonitruros de niobio necesaria para un aumento de la dureza por medio del refinado de granos.

Las composiciones de aleaciones analizadas y los valores característicos mecánicos calculados están descritos en la tabla 1. Todas las pruebas se calentaron en este caso a aprox. 950° C y, a continuación, se refrigeraron al aire estático, o bien de manera acelerada. La velocidad de refrigeración necesaria se efectúa dependiendo del grosor de chapa y de la composición. Tal como muestran los resultados del muestreo mecánico, las propiedades requeridas no se pudieron lograr con el fundido de prueba 14 debido al contenido de Cr demasiado bajo. El fundido de prueba 16 de conformidad con la invención cumplió las exigencias debido a los mayores grosores de chapa de 12 mm en un primer momento por medio de una refrigeración acelerada. Perfiles de temperatura típicos para una refrigeración al aire estático, o bien con disuasión, están representados en la figura 3.

En la figura 4 están representados algunos de los fundidos de prueba analizados y sus valores característicos mecánicos y condiciones de refrigeración en comparación con materiales de acero habituales y de alta resistencia. Se hace evidente que con la aleación de acero desarrollada se incluye el rango de materiales altamente resistentes con, al mismo tiempo, propiedades de alargamiento claramente mejoradas.

Los resultados confirman de manera contundente las excelentes propiedades mecánicas (resistencia y dureza de la aleación de acero de conformidad con la invención ya para productos semiacabados como nodulos, o bien desbastes planos) en el estado endurecido (tabla 1).

Como elemento fundamental, el aluminio desempeña una función, la cual, además de la aceleración de la cinética de la transformación, en combinación con silicio, también suprime la precipitación de carburo en la bainita; de esta manera se estabiliza la austenita retenida, ya que el carbono sólo tiene una baja solubilidad en la ferrita. Una alta proporción de austenita retenida de como mínimo 10 % en la bainita provoca, además de la microestructura lamilar extremadamente fina, las excelentes propiedades mecánicas. Con microscopio electrónico de barrido se determinaron las distintas partes integrantes de la estructura, en donde se pudo determinar una separación de laminillas intermedia de 300 nm. Una representación esquemática de un grano austenítico previo con subestructura (como, p. ej., subgranos) con microestructura de laminillas finas está esbozada en la figura 5. En este caso, a través de la precipitación de Nb(C,N) se estabiliza la estructura de grano austenítico previa.

Con proporciones correspondientes de austenita retenida también se puede aprovechar ventajosamente el denominado efecto TRIP. Los aceros que habitualmente se denominan con el término TRIP (“Transformation Induced Plasticity”) son aceros que tienen al mismo tiempo una resistencia muy alta y una alta ductilidad, lo cual los hace especialmente apropiados para una conformación en frío. Estas propiedades se mantienen gracias a su estructura microscópica especial, en donde la formación martensítica inducida por deformación y la solidificación vinculada con ésta se inhibe y la ductilidad se aumenta. El efecto del efecto TRIP es óptimo en el caso de una proporción de austenita retenida de aproximadamente 10 a 20 % en la estructura.

A continuación, el concepto de aleación de conformidad con la invención se explica en más detalle.

- Carbono: por motivos de una resistencia suficiente del material, el contenido mínimo no debería estar por debajo de 0,10 % p/p. En cuanto a una temperatura inicial martensítica lo suficientemente baja y, con ello, el ajuste de una microestructura muy fina, pero aún una buena soldabilidad, el contenido de carbono no debería estar por arriba de 0,70 % p/p. Han demostrado ser convenientes contenidos de carbono entre 0,15 y 0,60 % p/p, en donde se logran propiedades óptimas si el contenido de carbono está entre 0,18 y 0,50 % p/p.

- Aluminio/Silicio: el elemento fundamental para lograr las propiedades de material requeridas tras la refrigeración continua es el aluminio, el cual acelera inmensamente la cinética de la transformación.

Con el fin de alcanzar este efecto, el contenido de aluminio debería ser como mínimo de 0,05 % p/p, pero como máximo 3,00 % p/p, ya que, de lo contrario, pueden surgir granos ferríticos poligonales gruesos, los cuales empeoran de nuevo las propiedades mecánicas. Si el contenido de aluminio es demasiado bajo, la transformación bainítica se vuelve demasiado lenta, de manera que surge martensita reforzada, lo cual repercute de manera desfavorable en el alargamiento de rotura y la resiliencia. Para una supresión suficiente de carburos en la bainita se puede añadir adicionalmente silicio en contenidos de 0,25 a 4,00 % p/p. Propiedades de material buenas se logran con contenidos de aluminio entre 0,07 y 1,50 % p/p y, óptimamente, entre 0,09 y 0,75 % p/p. Contenidos de silicio correspondientes se sitúan en 0,50 a 1,75 % p/p, o bien entre 0,75 y 1,50 % p/p.

- Por medio de la adición específica de cromo de como mínimo 0,10 a 2,00 % p/p se puede retrasar la transformación ferrítica y, a través de una combinación con aluminio, se controlan de manera específica tanto la cinética de la formación ferrítica como también bainítica. Contenidos de cromo ventajosos se sitúan en 0,10 a 1,75 % p/p, o bien entre 0,10 y 1,50 % p/p.

- Manganeso: la adición de manganeso en el rango de 1,00 a 3,00 % p/p resulta, dependiendo de las exigencias respectivas de la aleación de acero, de un compromiso entre resistencia, la cual se debe alcanzar por medio de adiciones más altas, y una dureza suficiente, la cual se debe alcanzar con contenidos más bajos. En cuanto a una combinación de propiedades muy buena, o bien óptima, el contenido de manganeso debería ser entre 1,50 y 2,50 % p/p, o bien entre 1,70 y 2,50 % p/p.

- Niobio/Nitrógeno: se debe ajustar un contenido de niobio de 0,001 a 0,50 % p/p con el fin de garantizar la formación de Nb(C,N). El refinado de granos que resulta contribuye a una clara mejora de las propiedades de dureza. Adicionalmente, se recomienda un contenido de nitrógeno de 0,001 a 0,025 % p/p para la formación de Nb(N), ya que NbN es más estable que NbC y, por lo tanto, conduce a una cuota de refinado de granos reforzada. Contenidos de niobio ventajosos se sitúan en 0,001 a 0,10, o bien 0,001 a 0,05 % p/p con contenidos de nitrógeno ventajosos de 0,001 a 0,015, o bien 0,002 a 0,010 % p/p. Además, por medio de la adición de nitrógeno no se fragua demasiado C a través de Nb, ya que, de lo contrario, se podría perder el efecto estabilizador de la austenita del C.

- En caso necesario, para un mayor aumento de la resistencia, se pueden alear, p. ej., molibdeno (hasta 1,00 % p/p), níquel (hasta 5,00 % p/p), cobalto (hasta 2,00 % p/p) o wolframio (hasta 1,50 % p/p) como endurecedores de solución sólida. De manera alternativa o adicional, se pueden alear microaleados a base de vanadio hasta 0,20 % p/p y/o titanio hasta 0,10 % p/p. En este caso, se deberían mantener un contenido total en el caso de Ti, V de máx. 0,20 % p/p y, en el caso de Ni, Mo, Co, W, Zr, un contenido total de máx.

5,50 % p/p. Con el fin de poder aprovechar el efecto de estos aleados, se debería mantener respectivamente un contenido mínimo de 0,01 % p/p.

Tierras raras y elementos reactivos: la adición opcional de tierras raras y elementos reactivos como Ce, Hf, La, Re, Sc y/o Y se puede efectuar para el ajuste de una separación de laminillas específica y, por lo tanto, para un mayor aumento de la resistencia y dureza en contenidos de, en total, hasta 1 % p/p. En caso necesario, en este caso se debería alear un contenido total de 20 ppm.

En el caso de la composición de aleación, para lograr las propiedades de material requeridas, en particular las propiedades mecánicas y tecnológicas, se deberían cumplir, o bien respetar, las siguientes condiciones para la cinética de la transformación y el comportamiento de transformación (figura 2), la estabilización de la austenita retenida y la temperatura inicial martensítica teniendo en cuenta la tasa de refrigeración, en donde, en las fórmulas determinadas empíricamente mencionadas, los contenidos de C, Mn, Si, Al, Cr y Mo se deben utilizar en % p/p y □ como tasa de refrigeración en° C/s. Las unidades de los coeficientes utilizados en las fórmulas se deben elegir en función de las variables utilizadas en las fórmulas.

Cinética de la transformación ferrítica:

para el cumplimiento, o bien ajuste, de las propiedades mecánicas y tecnológicas y, en particular, para la prevención de la formación de granos ferríticos poligonales gruesos, los cuales influencian negativamente las propiedades de material, se debe cumplir la siguiente condición:

Cinética de la transformación bainítica:

la siguiente ecuación para la cinética de la transformación bainítica se debe cumplir para que se pueda ajustar una microestructura favorable para las propiedades mecánicas y tecnológicas con laminillas de ferrita/austenita retenida bainíticas configuradas muy finas:

Temperatura inicial martensítica (°C):

para la prevención de proporciones de estructura martensíticas mayores, las cuales pueden empeorar las propiedades mecánicas y tecnológicas, la temperatura inicial martensítica se debe determinar como sigue:

525 -(350 x C) -(45 * Mn) -(16 x Mo) -(5 x Si) (15 x Al) « 400

Para la estabilización de la austenita retenida, la formación de cementita se debe suprimir. Esto se logra por medio de una aleación específica con Si y Al, ya que ambos elementos tienen una solubilidad muy baja en cementita. Para ello se debe cumplir la siguiente condición:

Para la prevención de precipitaciones de AIN primarias nocivas se debe cumplir la siguiente condición:

En la figura 6, esta relación está representada otra vez gráficamente.

Capacidad de transformación:

para el ajuste de las propiedades de conformidad con la invención a base de la microestructura descrita, antes del tratamiento térmico final se debe lograr una austenización de los aceros de conformidad con la invención (véase figura 1).

Con el fin de lograr la combinación requerida de las propiedades mecánicas (resistencia, ductilidad y dureza), se debe cumplir la siguiente relación de los formadores de ferrita y austenita:

La microestructura del acero de conformidad con la invención se compone de ferrita bainítica y laminillas de austenita retenida. Ésta puede presentar proporciones de hasta 5 % de martensita (o bien fase martensita/austenita y/o austenita en descomposición). Los dos valores característicos más importantes de la estructura, los cuales influencian fundamentalmente las propiedades mecánicas del acero, son la separación de laminillas y la proporción de austenita retenida. Cuanto más baja sea la separación de laminillas y cuanto más alta sea la proporción de austenita retenida, mayores serán la resistencia y el alargamiento de rotura del material.

Con el fin de lograr la resistencia alta requerida del material de como mínimo 1250 hasta 2500 MPa, la separación de laminillas promedio debería ser menor de 750 nm, ventajosamente menor de 500 nm.

Con el fin de poder lograr los valores de alargamiento requeridos de como mínimo 12 % (alargamiento de rotura), debería estar presente una proporción de austenita retenida de al menos 10 % y una proporción de martensita de, como máximo, 5 %.

Con el fin de lograr la alta dureza requerida por medio del refinado de granos mediante la formación de carbonitruros de niobio, el tamaño de grano de austenita previo promedio no debería sobrepasar un valor de 100 pm.

Puesto que la microestructura es muy fina, las partes integrantes de la estructura apenas se pueden diferenciar con un microscopio óptico, de manera que, entonces, se debe aplicar, según las circunstancias, una combinación de microscopía electrónica y difracción de rayos X.

Mediante microscopía electrónica de barrido se pueden diferenciar las partes integrantes de la estructura. De esta manera se determinó una separación de laminillas media de aproximadamente 300 nm.

El resultado de una medición por difracción de rayos X está representado en la figura 7. A partir de la distribución de intensidad del espectro de rayos X se pueden determinar la estructura de cristal de las partes integrantes de la estructura existentes y sus proporciones de fase.

Con el método de la difracción de rayos X se determinaron proporciones de austenita retenida de entre 10 % y 20 %.

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para la fabricación de una aleación de acero para la fabricación de cintas, chapas y tubos para un acero bainítico libre de carburos de alta resistencia y de baja aleación con la siguiente composición química (en % p/p):

0,10 - 0,70 C

0,25 - 4,00 Si

0,05 - 3,00 Al

1,00 - 3,00 Mn

0,10 - 2,00 Cr

0,001 - 0,50 Nb

0,001 - 0,025 N

máx. 0,15 P

máx. 0,05 S

hierros residuales con impurezas debidas a la producción de acero con adición opcional de uno o varios elementos de Mo, Ni, Co, W, Ti o V, así como Zr, y tierras raras como Ce, Hf, La, Re, Sc y/o Y en contenidos de, en total, hasta 1 % p/p, con la condición de que, para la prevención de precipitaciones primarias de AIN, son cumplidas la condición AI x N < 5 x 10-3 (% p/p) y, para la supresión de la formación de cementita, la condición Si Al > 4 x C (% p/p), en donde

- los elementos que se desea alear opcionalmente presentan los siguientes contenidos en % p/p:

máx. 5,00 Ni

máx. 1,00 Mo

máx. 2,00 Co

máx. 1,50 W

máx. 0,10 Ti

máx. 0,20 V

- en donde el contenido total de Ti, V es de máx. 0,20 % y, el contenido total de Ni, Mo, Co, W, Zr, de máx.

5,50 % p/p,

- en donde el tamaño de grano de austenita previo promedio —determinado con microscopio electrónico de barrido— presenta un valor de no más de 100 pm y la separación promedia de las laminillas de austenita retenida es de menos de 750 nm,

la estructura está formada por bainita libre de carburos y laminillas de austenita retenida con una proporción de como mínimo 75 % de bainita, como mínimo 10 % de austenita retenida y hasta como máximo 5 % de martensita, en donde los aceros en el estado de nódulo, o bien de desbaste plano, presentan, ya tras la refrigeración al aire, una resistencia (R^m) de por encima de 1250 MPa, un alargamiento de rotura de por encima de 12 % y una dureza (KBZ) a -20° C de como mínimo 15 J,

en donde

- para lograr las propiedades de material requeridas se cumplen las siguientes condiciones para la cinética de la transformación, la temperatura inicial martensítica y la configuración de la estructura:

- cinética de la transformación ferrítica (en este caso, C, Mn, Si y Al corresponden a los contenidos de elemento en % p/p, así como □ a la tasa de refrigeración en° C/s):

- cinética de la transformación bainítica (en este caso, C, Mn y Al corresponden a los contenidos de elemento en % p/p, así como □ a la tasa de refrigeración en° C/s):

- temperatura inicial martensítica (°C; en este caso, C, Mn, Si, Al y Mo corresponden a los contenidos de elemento en % p/p):

525 -(350 * C) -(45 * Mn) -(16 x Mo) -(5 * S¡) (15 * Al) « 400

- estabilización de la austenita retenida (en este caso, C, Si y Al corresponden a los contenidos de elemento en % p/p):

Si Al > 4 x C

- prevención de precipitaciones de AIN primarias (en este caso, Al y N corresponden a los contenidos de elemento en % p/p):

Al * N < 5 x 10 ^-3

- cumplimiento de la combinación requerida de las propiedades mecánicas:

C Si / 6 Mn / 4 ( Cr Mo ) / 3 > 1

2. Procedimiento según la realización 1

caracterizado por que

la aleación presenta los siguientes contenidos en % p/p:

0,15 - 0,60 C

0,50 - 1,75 Si

0,07 - 1,50 Al

1,50 - 2,50 Mn

0,10 - 1,75 Cr

0,001 - 0,10 Nb

0,001 - 0,015 N

3. Procedimiento según la realización 2

caracterizado por que

la aleación presenta los siguientes contenidos en % p/p:

0,18 - 0,50 C

0,75 - 1,5 Si

0,09 - 0,75 Al

1,70 - 2,50 Mn

0,10 - 1,5 % Cr

0,001 - 0,05 Nb

0,002 - 0,010 N

4. Procedimiento según la reivindicación 1

caracterizado por que

la separación promedia de las laminillas de austenita retenida es de menos de 500 nm.

5. Uso de una aleación de acero fabricada según por lo menos una de las anteriores reivindicaciones de procedimiento 1 a 4 para cintas, chapas, tubos y perfiles laminados en calor o en frío, o para piezas forjadas para la industria automovilística, industria de la construcción y construcción de maquinaria; así como barras y alambres.

6. Uso de una aleación de acero fabricada según una de las reivindicaciones de procedimiento 1 a 4 para piezas de desgaste y piezas para blindajes.