ES2831163T3 - Chapa de acero inoxidable ferrítico, procedimiento de fabricación y uso del mismo, especialmente en líneas de escape - Google Patents

Abstract

Chapa de acero inoxidable ferrítico de composición, expresada en porcentajes ponderales: - cantidades traza <= C <= 0,03%; - 0,2% <= Mn <= 1%; - 0,2 % <= Si <= 1%; - cantidades traza <= S <= 0,01%; - cantidades traza <= P <= 0,04%; - 15% <= Cr <= 22%; - cantidades traza <= Ni <= 0,5%; - cantidades traza <= Mo <= 2%; - cantidades traza<= Cu <= 0,5%; - 0,160% <= Ti <= 1%; - 0,02% <= Al <= 1%; - 0,2% <= Nb <= 1%; - cantidades traza <= V <= 0,2%; - 0,009% <= N <= 0,03%; preferentemente entre el 0,010% y el 0,020%; - cantidades traza <= Co <= 0,2%; - cantidades traza <= Sn <= 0,05%; - tierras raras (REE) <= 0,1%; - cantidades traza <= Zr <= 0,01%; - estando el resto de la composición constituido por hierro e impurezas inevitables resultantes de la elaboración; - de manera que los contenidos de Al y tierras raras (REE) cumplen la relación: **(Ver fórmula)** - los contenidos de Nb, C, N y Ti en % cumplen la relación: **(Ver fórmula)** teniendo dicha chapa una estructura totalmente recristalizada y un tamaño medio de grano ferrítico comprendido entre 25 y 65 μm.

Description

DESCRIPCIÓN

Chapa de acero inoxidable ferrítico, procedimiento de fabricación y uso del mismo, especialmente en líneas de escape [0001] La invención se refiere a un acero inoxidable ferrítico, su procedimiento de fabricación y su uso para la fabricación de piezas mecanosoldadas sometidas a temperaturas elevadas, tales como los elementos de las líneas de escape de motores de explosión.

[0002] Para determinadas aplicaciones de los aceros inoxidables ferríticos, tales como las piezas situadas en las partes calientes de las líneas de escape de motores de explosión equipados con un sistema de descontaminación de urea o amoniaco (vehículos particulares, camiones, motores de obra, motores agrícolas o motores de transportes marítimos) que aseguran la reducción de los óxidos de nitrógeno, se busca simultáneamente:

- una buena resistencia a la oxidación;

- una buena resistencia mecánica a alta temperatura, en concreto la conservación de características mecánicas elevadas y de buena resistencia a la fluencia y a la fatiga térmica;

- y una buena resistencia a la corrosión debida a la urea, el amoniaco o sus productos de descomposición.

[0003] De hecho, estas piezas son sometidas a temperaturas comprendidas entre 150 y 700°C, y a una proyección de una mezcla de urea y de agua (normalmente 32,5% de urea - 67,5% de agua), o de una mezcla de amoniaco y de agua, o de amoniaco puro. Los productos de descomposición de la urea y el amoniaco son susceptibles también de degradar las piezas de la línea de escape.

[0004] La resistencia mecánica a alta temperatura debe adaptarse igualmente a los ciclos térmicos asociados a las fases de aceleraciones y de desaceleraciones de los motores. Además, el metal debe tener una buena conformabilidad en frío para poder conformarse mediante plegado o hidroconformado, así como una buena soldabilidad.

[0005] Existen diferentes clases de aceros inoxidables ferríticos disponibles para responder a las exigencias específicas de las diferentes zonas de la línea de escape.

[0006] Se conocen así aceros inoxidables ferríticos con Cr al 17% estabilizados con el 0,14% de titanio y el 0,5% de niobio (tipo EN 1.4509, AISI 441) que permiten un uso hasta 950°C.

[0007] Se conocen también aceros inoxidables ferríticos de contenido más bajo en cromo, por ejemplo, aceros al 12% de Cr estabilizados con el 0,2% de titanio (tipo EN 1.4512 AISI 409) para temperaturas máximas inferiores a 850°C, aceros al 14% de Cr estabilizados con el 0,5% de niobio sin titanio (tipo EN 1.4595) para temperaturas máximas inferiores a 900°C. Estos presentan una resistencia a altas temperaturas equivalente a la de las clases anteriores, pero una mejor aptitud a la conformación.

[0008] Finalmente se conoce, para temperaturas muy altas de hasta 1050°C, o para resistencias a la fatiga térmica mejoradas, una variante de la clase ^e N 1.4521 AISI 444 al 19% de Cr estabilizada con el 0,6% de niobio y que contiene el 1,8% de molibdeno (véase el documento EP-A-1 818422).

[0009] Sin embargo, a pesar de sus buenas propiedades mecánicas en caliente y en oxidación en una atmósfera clásica de gases de escape, las clases ferríticas citadas se corroen de forma excesiva en los límites de grano, en presencia de una proyección de una mezcla de agua, urea y amoniaco y para temperaturas comprendidas entre 150 y 700°C. Como consecuencia, estos aceros están adaptados insuficientemente para su uso en las líneas de escape equipadas con sistemas de descontaminación de urea o amoniaco, como sucede a menudo, por ejemplo, en los vehículos de motor Diésel.

[0010] Se ha destacado, además, que los fenómenos de corrosión intergranular debidos a la urea se agravan cuando se usa una clase austenítica estabilizada o no (tipos EN 1.4301 AISI 304, EN 1.4541 AISI 321 o EN 1.4404 AISI 316L). Por tanto, estas clases no son una solución totalmente satisfactoria a los problemas encontrados.

[0011] El documento JP-A-2011-105976 describe un tubo de acero inoxidable para conducción de evacuación de aguas usadas, cuya zona de soldadura (efectuada por el procedimiento TIG) presenta una excelente resistencia a la corrosión debida a cloruros y H2S. Para este fin, no se procede al levantamiento de la calamina formada en el curso de la soldadura.

[0012] Este acero tiene la composición: C < 0,02%; Si = 0,2-1%; Mn < 0,4%; P < 0, 04%; S < 0,005%; Cr = 17-26%; Mo = 0,4-2%; Nb = 0,1-0,5%; Ti = 0,2-0,4%; N < 0,025%; Al = 0,04-0,3%. También debe respetar una relación de enlace de Cr, Mo, Ti, Al y en su caso Ni, relación que depende del contenido de Cr.

[0013] El documento «Development of continuous annealing process for 17% chromium stainless steelstrip», Newdev. Stainless Steel Technol. Conf. Proc., 1.01.1985, páginas 269-282, describe un tratamiento térmico aplicado a un acero de composición diferente de la del documento JP-A-2011 105976. Este tratamiento térmico incluye un recocido continuo efectuado antes del laminado en frío, y un recocido final de 30 s efectuado a una temperatura de 830°C.

[0014] La presente invención tiene como objeto resolver los problemas de corrosión referidos anteriormente. En particular pretende poner a disposición de los usuarios motores equipados con un sistema de descontaminación de los gases de escape de urea o amoniaco un acero inoxidable ferrítico que presenta, con respecto a las clases conocidas para este efecto, una resistencia mejorada a la corrosión por una mezcla de agua, urea y amoniaco.

[0015] Este acero debe conservar también una buena resistencia en caliente, es decir, una resistencia elevada a la fluencia, a la fatiga térmica y a la oxidación a temperaturas de uso que varían periódicamente y que pueden alcanzar varios centenares de °C, así como una aptitud a la conformación en frío y a la soldadura equivalente a la de la clase EN 1.4509 AISI 441, es decir, que garantice una elongación a la rotura mínima del 28% en tracción, para características mecánicas en tracción normalmente de 300 MPa para el límite de elasticidad Re y 490 MPa para la resistencia a la tracción Rm.

[0016] Finalmente, la resistencia mecánica de las soldaduras de la línea de escape realizada con este acero debe ser excelente.

[0017] Para este fin, la invención tiene por objeto una chapa de acero inoxidable ferrítico de composición, expresada en porcentajes ponderales:

- cantidades traza < C < 0,03%;

- 0,2% < Mn < 1%;

- 0,2 % < Si < 1%;

- cantidades traza < S < 0,01%;

- cantidades traza < P < 0,04%;

-15% < Cr < 22%;

- cantidades traza < Ni < 0,5%;

- cantidades traza < Mo < 2%;

- cantidades traza < Cu < 0,5%;

- 0,160% < Ti < 1%;

- 0,02% < Al < 1%;

- 0,2% < Nb < 1%;

- cantidades traza < V < 0,2%;

- 0,009% < N < 0,03%; preferentemente entre el 0,010 y el 0,020%;

- cantidades traza < Co < 0,2%;

- cantidades traza < Sn < 0,05%;

- tierras raras (REE) < 0,1%;

- cantidades traza < Zr < 0,01%;

- estando el resto de la composición constituido por hierro e impurezas inevitables resultantes de la elaboración; - de manera que los contenidos de Al y tierras raras (REE) cumplen la relación:

- los contenidos de Nb, C, N y Ti en % cumplen la relación:

teniendo dicha chapa una estructura totalmente recristalizada y un tamaño medio de grano ferrítico comprendido entre 25 y 65 |jm.

[0018] La invención tiene por objeto igualmente dos procedimientos de fabricación de una chapa de acero inoxidable ferrítico del tipo anterior.

[0019] Según un primer procedimiento:

- se elabora un acero que tiene la composición citada anteriormente;

- se procede a la colada de un semiproducto a partir de este acero;

- se lleva el semiproducto a una temperatura superior a 1000°C e inferior a 1250°C, y se lamina en caliente el semiproducto para obtener una chapa laminada en caliente de grosor comprendido entre 2,5 y 6 mm;

- se lamina en frío dicha chapa laminada en caliente, a una temperatura inferior a 300°C, en una etapa única o en varias etapas separadas por recocidos intermedios;

- se ejecuta un recocido final de la chapa laminada en frío, a una temperatura comprendida entre 1000 y 1100°C y durante un tiempo comprendido entre 10 segundos y 3 minutos, para obtener una estructura completamente recristalizada con un tamaño de grano medio comprendido entre 25 y 65 pm.

[0020] Según un segundo procedimiento:

- se elabora un acero que tiene la composición citada anteriormente;

- se procede a la colada de un semiproducto a partir de este acero;

- se lleva el semiproducto a una temperatura superior a 1000°C e inferior a 1250°C, preferentemente entre 1180 y 1200°C, y se lamina en caliente el semiproducto para obtener una chapa laminada en caliente de grosor comprendido entre 2,5 y 6 mm;

- se somete a recocido la chapa laminada en caliente a una temperatura comprendida entre 1000 y 1100°C y durante un tiempo comprendido entre 30 segundos y 6 minutos;

- se lamina en frío dicha chapa laminada en caliente, a una temperatura inferior a 300°C, en una etapa única o en varias etapas separadas por recocidos intermedios;

- se ejecuta un recocido final de la chapa laminada en frío a una temperatura comprendida entre 1000 y 1100°C y durante un tiempo comprendido entre 10 segundos y 3 minutos, para obtener una estructura completamente recristalizada con un tamaño de grano medio comprendido entre 25 y 65 micrómetros.

[0021] Preferentemente, en los dos procedimientos, la temperatura de laminado en caliente está comprendida entre 1180 y 1200°C.

[0022] Preferentemente, en los dos procedimientos, la temperatura del recocido final está comprendida entre 1050 y 1090°C.

[0023] La invención tiene asimismo por objeto el uso de dicha chapa de acero para la fabricación de piezas que implica una conformación y una soldadura y destinadas a someterse a una temperatura de uso periódico comprendida entre 150°C y 700°C y a una proyección de una mezcla de agua, urea y amoniaco o a una proyección de urea o amoniaco.

[0024] Especialmente puede tratarse de piezas de líneas de escape de motores de explosión equipados con un sistema catalítico de reducción de los óxidos de nitrógeno por inyección de urea o amoniaco.

[0025] Como se habrá comprendido, la invención se basa en el uso de chapas de acero inoxidable ferrítico que tienen la composición y la estructura especificadas, para las cuales los autores de la invención descubrieron que estaban especialmente bien adaptadas para la resolución de los problemas técnicos citados anteriormente.

[0026] El tamaño de grano medio comprendido entre 25 y 65 pm es una característica importante de la invención, y se controla a la vez por la presencia de nitruros y de carbonitruros de titanio y de niobio y por la temperatura de ejecución del recocido final.

[0027] Un tamaño de grano demasiado bajo endurece el metal, limitando así su capacidad de conformación, acelera la difusión del nitrógeno obtenido de la descomposición de la urea (ya que la densidad de límite de grano es mayor que en el caso de la invención), y reduce la resistencia a la fluencia.

[0028] En sentido contrario un tamaño de grano demasiado importante disminuye la resiliencia del metal, especialmente en las zonas soldadas (en particular, Zonas Afectadas por el Calor) y degrada el aspecto de las piezas después de la conformación (piel de naranja).

[0029] La obtención del intervalo de tamaño de grano medio según la invención evita estos inconvenientes.

[0030] A continuación, se describirá la invención en detalle, en referencia a las figuras siguientes:

- la figura 1 que muestra el ciclo térmico al que se sometieron las muestras durante los ensayos que se describirán;

- la figura 2 que muestra la micrografía en sección transversal según su grosor de los primeros 0,150 mm de una muestra de un acero de referencia después de una prueba de corrosión por urea;

- la figura 3 que muestra la micrografía en sección transversal según su grosor de los primeros 0,150 mm de una muestra de un acero según la invención después de una prueba de corrosión por urea efectuada en las mismas condiciones que para el acero de la figura 2.

[0031] En primer lugar, se justificará la presencia de los diversos elementos químicos y sus gamas de contenidos. Todos los contenidos se dan en porcentajes ponderales.

[0032] El carbono podrá aumentar las características mecánicas a alta temperatura, en particular la resistencia a la fluencia. Sin embargo, debido a su muy baja solubilidad en la ferrita, el carbono tiende a precipitar en forma de carburos M23C6 o M7C3 entre 600°C y 900°C aproximadamente, por ejemplo, de carburos de cromo. Esta precipitación, generalmente situada en los límites de grano, puede conducir a un empobrecimiento en cromo cerca de estos límites, y por tanto a una sensibilización del metal a la corrosión intergranular. Esta sensibilización puede encontrarse en particular en las Zonas Afectadas por el Calor (ZAC), que se calentaron a muy alta temperatura durante una soldadura. Por tanto, el contenido de carbono debe ser bajo, en concreto limitado al 0,03% para obtener una resistencia satisfactoria a la corrosión intergranular, así como para no reducir la conformabilidad. Además, el contenido de carbono debe cumplir una relación con el niobio, el titanio y el nitrógeno, como se explicará más adelante.

[0033] El manganeso mejora la adherencia de la capa de óxido que protege el metal contra la corrosión, cuando su contenido es superior al 0,2%. Sin embargo, por encima del 1%, la cinética de oxidación en caliente se hace demasiado rápida y se desarrolla una capa de óxido menos compacta, formada por espinela y cromina. Por tanto, el contenido de manganeso debe estar contenido entre estos dos límites.

[0034] Como el cromo, el silicio es un elemento muy eficaz para aumentar la resistencia a la oxidación durante ciclos térmicos. Para asegurar esta función, se necesita un contenido mínimo del 0,2%. Sin embargo, para no disminuir la aptitud al laminado en caliente y a la conformación en frío, el contenido de silicio debe limitarse al 1%.

[0035] El azufre y el fósforo son impurezas indeseables en cantidades importantes, ya que reducen la ductilidad en caliente y la conformabilidad. Además, el fósforo se segrega fácilmente en los límites de grano y disminuye su cohesión. Por este motivo, los contenidos de azufre y fósforo deben ser respectivamente inferiores o iguales al 0,01% y al 0,04%. Estos contenidos máximos se obtienen mediante una elección minuciosa de las materias primas y/o por tratamientos metalúrgicos efectuados en el metal líquido en curso de elaboración.

[0036] El cromo es un elemento esencial para la estabilización de la fase ferrítica y para el aumento de la resistencia a la oxidación. En conexión con los otros elementos presentes en el acero de la invención, su contenido mínimo debe ser superior o igual al 15% con el fin de obtener una estructura ferrítica a todas las temperaturas de uso y de obtener una buena resistencia a la oxidación. Sin embargo, su contenido máximo no debe superar el 22%, para que no aumente excesivamente la resistencia mecánica a la temperatura ambiente, lo que disminuye la aptitud para la conformación, ni favorecer la fragilización por una pérdida de mezcla de la ferrita en torno a 475°C.

[0037] El níquel es un elemento gammagénico que aumenta la ductilidad del acero. No obstante, con el fin de conservar una estructura monofásica ferrítica en todas las circunstancias, su contenido debe ser inferior o igual al 0,5%.

[0038] El molibdeno mejora la resistencia a la corrosión por picaduras, pero disminuye la ductilidad y la aptitud a la conformación. Este elemento no es por tanto obligatorio, y su contenido se limita al 2%.

[0039] El cobre tiene un efecto endurecedor en caliente que podría ser favorable. Presente en cantidad excesiva, disminuye sin embargo la ductilidad durante el laminado en caliente y la soldabilidad. Para este fin, el contenido de cobre debe ser por tanto inferior o igual al 0,5%.

[0040] El aluminio es un elemento importante de la invención. De hecho, conjuntamente o no con las tierras raras (REE), mejora la resistencia a la corrosión por urea si se respeta la fórmula Al 30 x REE > 0,15%, y si además se realiza una estabilización del metal mediante titanio y niobio. La sinergia entre los elementos Ti, Nb, Al y REE para la limitación de la difusión en los límites de grano del nitrógeno obtenido, por ejemplo, de la descomposición de la urea, se demuestra mediante los experimentos que se describirán más adelante.

[0041] Además, el aluminio, asociado o no a las tierras raras, mejora notablemente la resistencia mecánica de las soldaduras MIG/MAG (mejor resistencia de la ZAC). Sin embargo, esta mejora solo se observa para los inoxidables ferríticos formadores de cromo, es decir, que contienen menos del 1% de aluminio. Por otra parte, un contenido superior al 1% de aluminio fragiliza notablemente la ferrita y disminuye enormemente sus propiedades de conformación en frío. Por tanto, el contenido se limita al 1%. En la invención es indispensable un contenido mínimo de aluminio de 0,020 (mientras que las REE no son obligatorias) para permitir el control de la germinación de TiN y, por tanto, del tamaño de grano.

[0042] El niobio y el titanio son también elementos importantes de la invención. Habitualmente, estos elementos pueden usarse como elementos estabilizadores en los aceros inoxidables ferríticos. De hecho, el fenómeno de sensibilización a la corrosión intergranular por formación de carburos de cromo, que se mencionó anteriormente, puede evitarse mediante la adición de elementos que forman carbonitruros muy estables térmicamente.

[0043] En particular, el titanio y el nitrógeno se asocian antes incluso de la solidificación del metal líquido para formar TiN; y en estado sólido hacia 1100°C, se forman carburos y carbonitruros de titanio. De esta manera, se reduce lo más posible el carbono y el nitrógeno presentes en solución sólida en el metal durante su uso. Dicha presencia en niveles demasiado elevados reduciría la resistencia a la corrosión del metal y lo endurecería. Para obtener este efecto de forma suficiente, se necesita un contenido mínimo de Ti del 0,16%. Debe observarse que, habitualmente, la precipitación de los TiN en el metal líquido es considerada por los aceristas como un inconveniente ya que puede conducir a una acumulación de estos precipitados en las paredes de las boquillas de los recipientes de colada (cuchara, distribuidor de colada continua) que conlleva el riesgo de obturar estas boquillas. Pero los TiN mejoran la estructura que se desarrolla durante la solidificación ayudando a la obtención de una estructura equiaxial más que dendrítica, y mejoran por tanto la homogeneidad de tamaño de grano final. En el caso de la invención, se considera que las ventajas de esta precipitación superan a sus inconvenientes, que se podrán minimizar eligiendo condiciones de colada que reduzcan los riesgos de obturación de las boquillas.

[0044] El niobio se combina con el nitrógeno y el carbono en estado sólido, y estabiliza el metal, al igual que el titanio. El niobio fija así de forma estable el carbono y el nitrógeno. Pero el niobio se combina igualmente con el hierro para formar en el intervalo de 550°C-950°C compuestos intermetálicos en los límites de grano, en concreto fases de Laves Fe2Nb, lo que mejora la resistencia a la fluencia en este intervalo de temperatura. Se necesita un contenido mínimo del 0,2% de niobio necesario para obtener esta propiedad. Las condiciones para obtener esta mejora de la resistencia a la fluencia están también fuertemente relacionadas con el procedimiento de fabricación de la invención, en particular las temperaturas de recocido, y para un tamaño de grano medio controlado y mantenido en los límites de 25 a 65 |jm.

[0045] Finalmente, la experiencia muestra que cuando sus contenidos de titanio y de niobio, asociados a los contenidos de carbono y de nitrógeno, respetan la relación 1 / [Nb (7/4) x Ti-7x (C+N)] < 3, la corrosión por urea entre 150°C y 700°C se reduce intensamente. Esto se explica por la garantía de tener una cantidad de Ti y Nb todavía libres en el metal que permiten ayudar a limitar la difusión en los límites de grano del nitrógeno que proviene de la descomposición de la urea. Sin embargo, esta condición en solitario no es suficiente, y además es necesario añadir aluminio o tierras raras en las condiciones citadas.

[0046] Sin embargo, conviene limitar además las adiciones de niobio y de titanio. Cuando al menos uno de los contenidos de niobio y titanio es superior al 1% en peso, el endurecimiento obtenido es demasiado importante, el acero se deforma con menos facilidad y la recristalización después de laminado en frío es más difícil.

[0047] El zirconio tendría una función estabilizadora cercana a la del titanio, pero en la invención no se usa de forma deliberada. Su contenido es inferior al 0,01%, y por tanto debe permanecer en el orden de una impureza residual. La adición de Zr sería costosa, y sobre todo nefasta, ya que los carbonitruros de zirconio, por su forma su tamaño importante, reducen intensamente la resiliencia del metal.

[0048] El vanadio es un estabilizador muy poco eficaz en el contexto de la invención teniendo en cuenta la baja estabilidad de los carbonitruros de vanadio a alta temperatura. Por el contrario, mejora la ductilidad de las soldaduras. Sin embargo, a temperaturas medias en una atmósfera nitrogenada favorece la nitruración de la superficie del metal por difusión del nitrógeno. Se limita el contenido al 0,2%, teniendo en cuenta la aplicación pretendida.

[0049] Como el carbono, el nitrógeno aumenta las características mecánicas. Sin embargo, el nitrógeno tiende a precipitar en los límites de grano en forma de nitruros, reduciendo así la resistencia a la corrosión. Con el fin de limitar los problemas de sensibilización a la corrosión intergranular, el contenido de nitrógeno debe ser inferior o igual al 0,03%. Además, el contenido de nitrógeno debe satisfacer la relación anterior que conecta Ti, Nb, C y N. Sin embargo, en la invención es necesario un mínimo de nitrógeno del 0,009%, ya que garantiza la presencia de los precipitados de TiN, y también la buena recristalización de la banda laminada en frío en el curso de la operación de recocido final que permite la obtención de un grano de tamaño medio inferior a 65 micrómetros. Puede aconsejarse un contenido entre el 0,010% y el 0,020%, por ejemplo, del 0,013%.

[0050] El cobalto es un elemento endurecedor en caliente pero que degrada la conformabilidad. Para este fin su contenido debe limitarse al 0,2% en peso.

[0051] Con el fin de evitar los problemas de forjabilidad en caliente, el contenido de estaño debe ser inferior o igual al 0,05%.

[0052] Las tierras raras REE agrupan un conjunto de elementos como el cerio y el lantano, entre otros, y son conocidas porque mejoran la adherencia de las capas de óxidos que hacen el acero resistente a la corrosión. Se ha constatado también que las tierras raras mejoran la resistencia a la corrosión intergranular por la urea entre 150°C y 700°C como en el caso del aluminio ya descrito, y respetando la relación Al 30 x REE > 0,15%. En sinergia con el aluminio y los estabilizadores, las r Ee contribuyen a limitar la difusión del nitrógeno. Sin embargo, el contenido de tierras raras no debe superar el 0,1%. Por encima de este contenido, la elaboración del metal se volvería difícil debido a las reacciones de las REE con los materiales refractarios que revisten la cuchara de colada. Estas reacciones conducirían a la formación notable de óxidos de REE que degradarían la propiedad inclusiva del acero. Además, la eficacia de las REE es suficiente para los contenidos propuestos, e ir más allá no haría sino aumentar inútilmente el coste de la elaboración debido a lo elevado del precio de las REE, y también al desgaste acelerado de los materiales refractarios que conllevaría.

[0053] La chapa según la invención puede obtenerse especialmente por el procedimiento siguiente:

- se elabora un acero que tiene la composición anterior;

- se procede a la colada de un semiproducto a partir de este acero;

- se lleva el semiproducto a una temperatura superior a 1000°C e inferior a 1250°C, preferentemente entre 1180 y 1200°C, y se lamina en caliente el semiproducto para obtener una chapa laminada en caliente de grosor comprendido entre 2,5 y 6 mm;

- se lamina en frío dicha chapa laminada en caliente, a una temperatura comprendida entre temperatura ambiente y 300°C, en una etapa única o en varias etapas separadas por recocidos intermedios; debe entenderse que, por el término «etapa», se designa aquí un laminado en frío que incluye una pasada única o una sucesión de varias pasadas (por ejemplo, cinco pasadas) que no están separadas por ningún recocido intermedio; se puede plantear, por ejemplo, una secuencia de laminado en frío que incluye una primera serie de cinco pasadas, y después un recocido intermedio, y posteriormente una segunda secuencia de cinco pasadas; normalmente (estos datos, que son habituales para procedimientos clásicos de fabricación de chapas de acero inoxidable ferrítico, no son limitativos para la definición de la invención), de manera que los recocidos intermedios separan las etapas se ejecutan entre 950 y 1100°C durante 30 s a 6 min;

- se ejecuta un recocido final de la chapa laminada en frío, a una temperatura comprendida entre 1000 y 1100°C, preferentemente entre 1050°C y 1090°C, y durante un tiempo comprendido entre 10 segundos y 3 minutos, para obtener una estructura completamente recristalizada con un tamaño de grano medio comprendido entre 25 y 65 pm.

[0054] Como variante, se puede añadir una etapa de recocido entre el laminado en caliente y el laminado en frío. Este recocido tiene lugar entre 1000 y 1100°C durante un tiempo de 30 s a 6 min.

[0055] A continuación, se describirá una serie de experimentos que muestran el interés de la invención. Se estudiaron coladas de laboratorio cuyos análisis químicos se proporcionan en la tabla 1.

[0056] Las muestras coladas se transformaron según el procedimiento siguiente.

[0057] Mediante un laminado en caliente, se lleva el metal, que inicialmente tiene forma de una plancha de 20 mm de grosor, a una temperatura de 1200°C, y se lamina en caliente en 6 pasadas hasta un grosor de 2,5 mm.

[0058] Según una variante del procedimiento según la invención, a continuación, puede efectuarse un primer recocido de la banda laminada en caliente a 1050°C con mantenimiento de 1 min 30 s de la muestra a esta temperatura. Los ejemplos según la invención n.° 1 a 11 y algunos ejemplos de referencia (n.° 12 y 19) se trataron con y sin este primer recocido, y se pudo verificar que tenían, en los dos casos, propiedades finales muy similares. La ejecución de este primer recocido permite obtener una ligera mejora de la conformabilidad, pero para alcanzar los objetivos típicos de la invención, las condiciones del recocido final son los únicos determinantes, en combinación con las otras características esenciales del procedimiento y, por supuesto, la composición del acero. Los resultados presentados en las tablas 2 y 3 corresponden a los observados en las muestras que no se han sometido al primer recocido de la variante que acaba de describirse.

[0059] Después de granallado y decapado, se lamina el metal en frío a temperatura ambiente, es decir, aproximadamente 20°C, en cinco pasadas, hasta un grosor de 1 mm.

[0060] Se somete a recocido el metal a 1050°C con mantenimiento de 1 min 30 s a esta temperatura, y después se decapa.

[0061] Los retales de metal obtenidos de cada colada se someten al procedimiento de ensayo A y a continuación se analizan según el procedimiento de análisis B que se describirá.

[0062] El fenómeno de corrosión por urea se revela mediante el procedimiento de ensayo A siguiente.

[0063] La muestra se rocía con una mezcla que contiene el 32,5% de urea y el 67,5% de agua (caudal: 0,17 ml/min), y experimenta simultáneamente un ciclo térmico entre 200 y 600°C, con una señal triangular de periodo 120 s como se representa en la figura 1 mediante la curva 1. El ascenso de temperatura de 200 a 600°C dura 40 s, y después comienza el enfriamiento cuando se alcanza la temperatura de 600°C y se mantiene hasta 200°C durante 80 s.

[0064] Según el procedimiento de análisis B, después de 300 h de prueba, se realiza un corte de la muestra con la microtronzadora. Se lleva a cabo un cobreado electrolítico de la muestra, antes de revestimiento, en una solución de CuSO4 a 210 g/L y H2SO4 a 30 ml/l; la densidad de corriente impuesta es de 0,07 A/cm2 durante 5 minutos, y después 0,14 A/cm2 durante 1 minuto. Este procedimiento se considera óptimo para obtener un buen cobreado Se lleva a cabo un ataque electrolítico en una solución de ácido oxálico al 5% durante 15 s a 20°C. La densidad de corriente impuesta es de 60 mA/cm2.

[0065] Este procedimiento B permite revelar dos zonas corroídas por la urea observadas al microscopio con aumento x 1000.

[0066] Se presentan dos ejemplos así tratados:

- la figura 2 muestra los primeros 0,150 mm según el grosor de la muestra que corresponden a la muestra de referencia n.° 28 de la tabla 1;

- la figura 3 muestra los primeros 0,150 mm según el grosor de la muestra que corresponden a la muestra según la invención n.° 2 de la tabla 1, de la que, además se amplía porción.

Estas muestras se caracterizan, como se ve en las figuras 2 y 3:

- por la presencia en su superficie de un depósito de cobre 2, que, naturalmente, no tendría ningún producto industrial; - por una zona homogénea 3 destinada a ser en contacto con la atmósfera, y que está constituida por una mezcla de óxidos y de nitruros de grosor máximo de 30 pm obtenido después de los procedimientos A y B;

- por una zona de corrosión intergranular 4 situada bajo la capa 3 anterior en el metal, y que contiene precipitados de nitruros de cromo; el grosor de la zona de corrosión intergranular se mide en toda la longitud de la sección (3 cm); se realiza la media de los 15 valores máximos y proporciona el valor retenido como el grosor de la zona de corrosión intergranular de la muestra; este puede alcanzar 90 pm cuando no se usa el procedimiento según la invención, y se reduce a algunos pm en el caso de la invención, como se verá; el objetivo de la invención es llegar a un grosor de la zona de corrosión intergranular de menos de 7 pm en las condiciones de ensayos citadas, para asegurarse de que no se produzca un daño excesivo de la superficie del metal debido a la fatiga o a una corrosión ácida por los condensados, durante su uso en una línea de escape.

[0067] Debajo de esta zona de corrosión intergranular, el metal 5 no se ve afectado.

[0068] La resistencia mecánica de las soldaduras se evaluó mediante una prueba de tracción a 300°C. Se sueldan dos muestras de una misma colada por el procedimiento MIG/MAG con un hilo 430LNb según las condiciones siguientes: 98,5% de argón, 1,5% de oxígeno, tensión: 26 V velocidad de hilo: 10 m/min, intensidad: 250 A, velocidad de soldadura: 160 cm/min, energía: 2,5 kJ/cm (Procedimiento de soldadura C). El resultado se valora como tanto más satisfactorio cuando la relación entre la resistencia mecánica para la probeta soldada y para la probeta no soldada se acerca al 100%.

[0069] En la tabla 2 se muestran los resultados de los ensayos efectuados en las diversas muestras, y se indica también si las muestras sometidas a ensayo respetan tres de las condiciones analíticas particulares exigidas por la invención (en cuyo caso los valores están subrayados).

Tabla 2: Resultados de los ensayos de corrosión intergranular por la urea y de resistencia mecánica de las soldaduras a 300°C

[0070] Esta tabla muestra que, en condiciones de tratamiento iguales, es necesario respetar simultáneamente tres condiciones analíticas en el análisis propuesto para garantizar un ataque intergranular en un grosor inferior a 7 |jm:

- 1/[Nb 7/4 Ti -7*(C+N)] < 3;

- Al 30 REE > 0,15%;

- Nb > 0,2%.

[0071] Además, muestra que las soldaduras efectuadas en las coladas según la invención tienen resistencias mecánicas muy comparables a las del metal de base, en concreto siempre superiores al 80%. La resistencia mecánica de las soldaduras presentes en los componentes de la línea de escape, en particular cuando se obtienen por el procedimiento MIG/MAG, se mejora así mediante la invención.

[0072] Además, un contenido mínimo del 0,2% de Nb es una condición para mejorar la resistencia a la fluencia y limitar la deformación de las piezas durante su uso a alta temperatura.

[0073] Para todas las muestras según la invención, las características mecánicas en tracción encontradas son equivalentes a la de un 1.4509. En particular se verificó que la elongación a la ruptura A es siempre muy superior al 28%.

[0074] Experimentos suplementarios realizados especialmente en muestras de la colada n.° 2 que respetaban las condiciones de composición según la invención permitieron demostrar que la obtención de la estructura totalmente recristalizada y del tamaño de granos establecidos son, además, indispensables para el cumplimiento de las exigencias de la invención. Sus resultados se agrupan en la tabla 3.

Tabla 3: Profundidad de la corrosión intergranular por urea y resistencia mecánica de las soldaduras en función del tamaño de granos medio de una muestra

[0075] Por tanto, se observa, según la tabla 3, que el tamaño de granos obtenido en el producto después del recocido final es una característica fundamental para la obtención simultánea de todas las propiedades pretendidas. Un tamaño de granos demasiado bajo (5 pm en el ejemplo citado) conduce a una corrosión intergranular por la urea que se extiende en una profundidad demasiado importante. Un tamaño de grano demasiado importante (200 pm en el ejemplo citado) permite conservar una sensibilidad a la corrosión intergranular suficientemente baja, en cuyo caso la resistencia mecánica de las soldaduras se vuelve insatisfactoria.

[0076] Es preciso señalar asimismo que, durante la implementación del procedimiento según la invención, puede contemplarse, sin salir del marco de la invención, practicar uno o varios decapados de la chapa, después de los tratamientos térmicos y termomecánicos efectuados a una temperatura más o menos alta (laminado en caliente, recocidos) si estos se efectuaron en una atmósfera oxidante tal como aire, y condujeron así a la formación de una capa indeseable de calamina en la superficie de la chapa. Se ha visto que dichos decapados se han realizado durante la elaboración de los ejemplos anteriores. Esta formación de calamina puede limitarse o evitarse cuando se efectúa el tratamiento térmico o termomecánico en atmósfera neutra o reductora, como es bien conocido. Las propiedades para las cuales la chapa según la invención es especialmente ventajosa no se ven afectadas por la ejecución o no de dichos decapados.

Claims (7)

REIVINDICACIONES

1. Chapa de acero inoxidable ferrítico de composición, expresada en porcentajes ponderales:

- cantidades traza < C < 0,03%;

-0,2% < Mn < 1%;

- 0,2 % < Si < 1%;

- cantidades traza < S < 0,01%;

- cantidades traza < P < 0,04%;

-15% < Cr < 22%;

- cantidades traza < Ni < 0,5%;

- cantidades traza < Mo < 2%;

- cantidades traza < Cu < 0,5%;

- 0,160% < Ti < 1%;

-0,02% < Al < 1%;

-0,2% < Nb < 1%;

- cantidades traza < V < 0,2%;

- 0,009% < N < 0,03%; preferentemente entre el 0,010% y el 0,020%;

- cantidades traza < Co < 0,2%;

- cantidades traza < Sn < 0,05%;

-tierras raras (REE) < 0,1%;

- cantidades traza < Zr < 0,01%;

- estando el resto de la composición constituido por hierro e impurezas inevitables resultantes de la elaboración; - de manera que los contenidos de Al y tierras raras (REE) cumplen la relación:

- los contenidos de Nb, C, N y Ti en % cumplen la relación:

teniendo dicha chapa una estructura totalmente recristalizada y un tamaño medio de grano ferrítico comprendido entre 25 y 65 pm.

2. Procedimiento de fabricación de una chapa de acero inoxidable ferrítico caracterizado porque: - se elabora un acero que tiene la composición según la reivindicación 1;

- se procede a la colada de un semiproducto a partir de este acero;

- se lleva el semiproducto a una temperatura superior a 1000°C e inferior a 1250°C, y se lamina en caliente el semiproducto para obtener una chapa laminada en caliente de grosor comprendido entre 2,5 y 6 mm;

- se lamina en frío dicha chapa laminada en caliente, a una temperatura comprendida entre temperatura ambiente y 300°C, en una etapa única o en varias etapas separadas por recocidos intermedios;

- se ejecuta un recocido final de la chapa laminada en frío, a una temperatura comprendida entre 1000 y 1100°C y durante un tiempo comprendido entre 10 segundos y 3 minutos, para obtener una estructura completamente recristalizada con un tamaño de grano medio comprendido entre 25 y 65 pm.

3. Procedimiento de fabricación de una chapa de acero inoxidable ferrítico caracterizado porque: - se elabora un acero que tiene la composición según la reivindicación 1;

- se procede a la colada de un semiproducto a partir de este acero;

- se lleva el semiproducto a una temperatura superior a 1000°C e inferior a 1250°C, y se lamina en caliente el semiproducto para obtener una chapa laminada en caliente de grosor comprendido entre 2,5 y 6 mm;

- se somete a recocido la chapa laminada en caliente a una temperatura comprendida entre 1000 y 1100°C y durante un tiempo comprendido entre 30 segundos y 6 minutos;

- se lamina en frío dicha chapa laminada en caliente, a una temperatura inferior a 300°C, en una etapa única o en varias etapas separadas por recocidos intermedios;

- se ejecuta un recocido final de la chapa laminada en frío a una temperatura comprendida entre 1000 y 1100°C y durante un tiempo comprendido entre 10 segundos y 3 minutos, para obtener una estructura completamente recristalizada con un tamaño de grano medio comprendido entre 25 y 65 micrómetros.

4. Procedimiento según la reivindicación 2 o 3, caracterizado porque la temperatura de laminado en caliente es de 1180 a 1200°C.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque la temperatura del recocido final está comprendida entre 1050 y 1090°C.

6. Uso de una chapa de acero fabricada por el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5 para la fabricación de piezas que implica una conformación y una soldadura y destinadas a ser sometidas a una temperatura de uso periódico comprendida entre 150°C y 700°C y a una proyección de una mezcla de agua, urea y amoniaco o a una proyección de urea o amoniaco.

7. Uso según la reivindicación 6, caracterizado porque dichas piezas son piezas de líneas de escape de motores de explosión equipados con un sistema catalítico de reducción de óxidos de nitrógeno por inyección de urea o amoniaco.