ES2836144T3 - Hoja de acero inoxidable ferrítico de alta pureza con excelente resistencia a la oxidación y excelente resistencia mecánica a alta temperatura, y método para producirla - Google Patents

Hoja de acero inoxidable ferrítico de alta pureza con excelente resistencia a la oxidación y excelente resistencia mecánica a alta temperatura, y método para producirla Download PDF

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Abstract

Una hoja de acero inoxidable ferrítico de alta pureza con excelente resistencia a la oxidación y excelente resistencia mecánica a alta temperatura, que consiste en, como % en masa, C: 0,001 a 0,03%, Si: 0,01 a 2%, Mn: 0,01 a 1,5%, P: 0,005 a 0.05%, S: 0.0001 a 0.01%, Cr: 16.0% a 30%, N: 0.001 a 0.03%, Al: 0.05 a 3% y Sn: 0.01 a 1% y opcionalmente uno o más de Nb: 0.5% o menos, Ti: 0,5% o menos, Ni: 0,5% o menos, Cu: 0,5% o menos, Mo: 0,5% o menos, V: 0,5% o menos, Zr: 0,5% o menos, Co: 0,5% o menos , Mg: 0,005% o menos, B: 0,005% o menos, y Ca: 0,005% o menos y/u opcionalmente uno o más de La: 0,1% o menos, Y: 0,1% o menos, Hf: 0,1% o menos y REM: 0,1% o menos, siendo el resto Fe e impurezas inevitables en las que la hoja de acero inoxidable ferrítico de alta pureza tiene una resistencia a la oxidación en la que no se produce una oxidación anormal en la prueba de oxidación continua a 980°C durante 200 horas, determinada de acuerdo con el método divulgado en la descripción y una resistencia mecánica a alta temperatura de 0.2% de la tensión de prueba a 800°C >= 35 MPa determinada de acuerdo con el método divulgado en la descripción y resistencia a la tracción >= 55 MPa determinada de acuerdo con el método divulgado en la descripción.

Description

DESCRIPCIÓN
Hoja de acero inoxidable ferrítico de alta pureza con excelente resistencia a la oxidación y excelente resistencia mecánica a alta temperatura, y método para producirla
Campo técnico
La presente invención se refiere a una hoja de acero inoxidable ferrítico de alta pureza y baja aleación con excelente resistencia a la oxidación y excelente resistencia mecánica a alta temperatura en un entorno de alta temperatura, por ejemplo, de 400°C a 1050°C, y a un método para producirlo. En particular, la presente invención se refiere a un acero inoxidable ferrítico de alta pureza con excelente resistencia a la oxidación y excelente resistencia mecánica a alta temperatura que es adecuado como miembro constituyente de calentadores, aparatos de combustión, sistemas de escape de automóviles y similares.
Estado de la técnica
Los aceros inoxidables ferríticos se han utilizado en una amplia gama de campos, por ejemplo, utensilios de cocina, electrodomésticos y equipos electrónicos. En los últimos años, los contenidos extremadamente bajos de carbono/nitrógeno y la reducción de elementos de impurezas como P y S se han hecho posibles gracias a la mejora de la tecnología de refinado, y los aceros inoxidables ferríticos con resistencia a la corrosión y trabajabilidad mejorada por la adición de elementos estabilizadores como Nb y Ti (en lo sucesivo, acero inoxidable ferrítico de alta pureza) se han utilizado en una amplia gama de aplicaciones. Esto se debe a que los aceros inoxidables ferríticos de alta pureza tienen una eficiencia económica más excelente que los aceros inoxidables austeníticos que contienen grandes cantidades de Ni, cuyo precio se ha disparado recientemente.
También en el campo del acero resistente al calor, que requiere resistencia a la oxidación y resistencia mecánica a alta temperatura, los aceros inoxidables ferríticos de alta pureza como SUS430J1L, SUS436J1L y SUH21 están estandarizados (JIS G 4312). SUS430J1L, SUS436J1L y SUH21, representados respectivamente por 19Cr-0.5Nb, 18Cr-1Mo y 18Cr-3Al, se caracterizan por la adición de elementos raros Nb y Mo o la adición de grandes cantidades de Al. Los aceros inoxidables ferríticos de alta pureza que contienen Al representados por SUH21 tienen una excelente resistencia a la oxidación pero tienen problemas de trabajabilidad, soldabilidad y fabricación asociados con baja tenacidad.
Hasta ahora se han realizado varios estudios sobre los problemas de la ferrita de alta pureza que contiene Al mencionados anteriormente. Por ejemplo, el Documento de Patente 1 describe una hoja de acero inoxidable ferrítico resistente al calor que contiene Al con excelente trabajabilidad y resistencia a la oxidación, que incluye Cr: 13 a 20%, Al: 1,5 a menos de 2,5%, Si: 0,3 a 0,8% y Ti: 3 x (C N) a 20 x (C N), y un método para producirlo. El documento de patente 2 describe un acero inoxidable ferrítico con excelente resistencia a la oxidación por vapor y propiedades de fatiga térmica, que incluye Cr: 8 a 25%, C: 0,03% o menos, N: 0,03% o menos, Si: 0,1 a 2,5%, Al: 4% o menos, y un valor A, definido como A = Cr 5 (Si Al), en el rango de 13 a 60. Dichos aceros inoxidables descritos en los documentos de patente 1 y 2 se caracterizan por la adición combinada de Al y Si con la cantidad de Al que está reduciéndose. Sin embargo, tales aceros todavía tienen un problema de fabricación porque el Si es un elemento que disminuye la tenacidad del acero. Además, el acero inoxidable descrito en el documento de patente 3 contiene Cr: 11 a 21%, Al: 0,01 a 0,1%, Si: 0,8 a 1,5%, Ti: 0,05 a 0,3%, Nb: 0,1 a 0,4%, C: 0,015% o menos, y N: 0.015% o menos, y se agrega 2% o menos de W según se requiera para obtener resistencia mecánica a alta temperatura. Los aceros inoxidables descritos en estos documentos de patente garantizan la resistencia a la oxidación y la resistencia mecánica a alta temperatura al reducir el contenido de Al y agregar Si o un elemento raro W.
Un posible método para resolver los problemas descritos anteriormente es mejorar la resistencia a la oxidación y la resistencia mecánica a alta temperatura utilizando oligoelementos sin depender de una alta aleación. Convencionalmente, los elementos de tierras raras se conocen como oligoelementos que mejoran espectacularmente la resistencia a la oxidación. Por ejemplo, el documento de patente 4 describe la adición de uno o más elementos de tierras raras: 0,2% o menos, Y: 0,5% o menos, Hf: 0,5% o menos, y Zr: 1% o menos, siendo su cantidad total 1 % o menos, a un acero inoxidable ferrítico que incluye Cr: 12 a 32% sin depender de Si o Al. Además, en cuanto a resistencia mecánica a alta temperatura, el documento de patente 5 describe un acero inoxidable ferrítico con excelente resistencia mecánica a alta temperatura que incluye oligoelementos Sn y Sb, y un método para producirlo. La mayoría de los aceros descritos en el documento de patente 5 son aceros con bajo contenido de Cr, que incluyen Cr: 10 a 12%, y en el caso del acero con alto contenido de Cr que incluye Cr: más del 12%, se añaden V, Mo y similares en combinación para garantizar la resistencia mecánica a alta temperatura. Aunque la mejora en la resistencia mecánica a alta temperatura se describe como un efecto de Sn y Sb, no hay discusión o descripción de la resistencia a la oxidación que persigue la presente invención.
Los inventores han descrito hasta ahora aceros inoxidables ferríticos de alta pureza con resistencia a la corrosión y trabajabilidad mejoradas por adición de trazas de Sn sin depender de una alta aleación de Cr o Mo desde el punto de vista del ahorro de recursos y la eficiencia económica. Los aceros inoxidables descritos en los documentos de patente 6 y 7 son un acero inoxidable ferrítico de alta pureza que incluye Cr: 13 a 22%; Sn: 0,001 a 1%; C, N, Si, Mn y P: cantidad reducida; y Al: en el intervalo de 0,005 a 0,05%; añadiendo los elementos estabilizadores Ti y Nb según se requiera.
Sin embargo, estos documentos de patente no han discutido la influencia de la adición de cantidades traza de Sn y Al sobre la resistencia a la oxidación y la resistencia mecánica a alta temperatura que persigue la presente invención. Además, el Documento de Patente 8 describe un acero inoxidable ferrítico que incluye Cr: 11 a 22%; Al: 1,0 a 6,0%; C, N y S: cantidad reducida; y uno o más elementos seleccionados del grupo que consiste en Sn: 0,001 a 1,0%, Nb: 0,001 a 0,70% y V: 0,001 a 0,50% y describe la prevención de la evaporación de Cr y/o compuestos del mismo en un ambiente donde el acero inoxidable ferrítico está expuesto al vapor de agua a alta temperatura, pero no revela el efecto de la adición de Al y Sn sobre la resistencia a la oxidación y la resistencia mecánica a alta temperatura. El documento EP2548988 A1, que se rige por el art. 54 (3) EPC, describe un acero inoxidable ferrítico que comprende Ni: 0,5 a 2,0%.
El documento JP2010116619 A describe un acero inoxidable ferrítico que no comprende Mo.
El documento JPH0353026 A describe un acero inoxidable ferrítico que no comprende Mn.
Documentos del estado de la técnica
Documentos de patente
Documento de patente 1: Publicación de patente japonesa abierta al público núm.2004-307918
Documento de patente 2: Publicación de patente japonesa abierta al público núm.2003-160844
Documento de patente 3: Publicación de patente japonesa abierta al público núm. 08-260107
Documento de patente 4: Publicación de patente japonesa abierta al público núm.2004-39320
Documento de patente 5: Publicación de patente japonesa abierta al público núm.2000-169943
Documento de patente 6: Publicación de patente japonesa abierta al público núm.2009-174036
Documento de patente 7: Publicación de patente japonesa abierta al público núm.2010-159487
Documento de patente 8: Publicación de patente japonesa abierta al público núm. 2009-167443
Sumario de la invención
Problemas que debe resolver la invención
Como se mencionó anteriormente, la adición de Al o la adición combinada de Al y Si es eficaz para asegurar la resistencia a la oxidación y la resistencia mecánica a alta temperatura de un acero inoxidable ferrítico de alta pureza, pero todavía existen problemas con la capacidad de fabricación y la soldabilidad. Además, para asegurar las propiedades descritas anteriormente sin depender de una alta aleación de Al o Si, es necesario utilizar elementos raros muy costosos como Nb, Mo, W y tierras raras. Por otro lado, se ha descrito un acero inoxidable ferrítico de alta pureza al que se le añade Sn en cantidades mínimas desde el punto de vista del ahorro de recursos y la eficiencia económica, pero el acero inoxidable ferrítico de alta pureza no tiene resistencia a la oxidación ni resistencia a las altas temperaturas.
Por tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar una hoja de acero inoxidable ferrítico de alta pureza y baja aleación con resistencia a la oxidación y resistencia mecánica a alta temperatura mejoradas, mediante la utilización de la adición de Sn sin depender de una aleación excesiva de Al y Si que reduce la fabricabilidad y la adición de elementos raros como Nb, Mo, W y tierras raras, y un método para producirlos.
Medios para resolver los problemas
Para resolver los problemas descritos anteriormente, los presentes inventores estudiaron intensamente los efectos de la adición de Sn y Al sobre la resistencia a la oxidación y la resistencia mecánica a alta temperatura en acero inoxidable ferrítico de alta pureza para realizar los siguientes nuevos descubrimientos, completando así la presente invención. (a) Sn es un elemento eficaz para el aumento de la resistencia mecánica a alta temperatura, y la adición de Sn reduce la adición de Nb, Mo y W. Se encontró que el contenido de Cr del 16% o más fue eficaz para producir el efecto de mejorar la resistencia a la oxidación así como la resistencia mecánica a alta temperatura mediante la adición de Sn. Aunque dicho efecto de mejora de la resistencia a la oxidación todavía se comprende poco, los presentes inventores han deducido su mecanismo de acción basándose en la evidencia experimental mencionada a continuación.
(b) El acero 16Cr con Sn añadido (en lo sucesivo denominado acero 16Cr con Sn añadido) y los aceros inoxidables resistentes al calor mencionados en el tercer párrafo de esta memoria (acero 19Cr-0.5Nb y acero 18Cr-1Mo) se sometieron a una prueba de oxidación continua en aire a 950°C durante 200 h. En el acero 19Cr-0.5Nb y el acero 18Cr-1Mo, comenzó el desprendimiento de una película oxidada, mientras que el acero 16Cr con Sn añadido exhibió una alta estabilidad de una película protectora sin causar oxidación anormal o desprendimiento de una película oxidada.
(c) El análisis detallado de la película oxidada del acero 16Cr con Sn añadido demostró que Sn no estaba presente en la película oxidada y que la concentración de Cr en la película oxidada era más alta que la del acero 19Cr-0.5Nb y el acero 18Cr-1Mo. En otras palabras, la adición de Sn exhibió el efecto de incrementar la concentración de Cr en una película de cromia (C 2O3) para evitar la invasión de la película oxidada por Fe, Mn, Ti y similares, que conducen a la descomposición de Cr2O3. Debido a tal efecto de la adición de Sn, la resistencia a la oxidación y la resistencia mecánica a alta temperatura, iguales o superiores a las de los aceros inoxidables resistentes al calor descritos anteriormente (acero 19Cr-0.5Nb y acero 18Cr-1 Mo), se pueden lograr utilizando acero 16Cr de baja aleación.
(d) Se encontró que la resistencia a la oxidación del acero 16Cr con Sn añadido, descrito anteriormente, se mostraba de forma estable añadiendo Al en una cantidad de 0,05% o más. Cuando el contenido de Al es 0,8% o menos, aunque no se produce una película oxidada continua de Al, se cree que la presión parcial de oxígeno reducida en la interfaz del acero contribuye a la mejora de la estabilidad del Cr2O3. Aunque tal mejora en la resistencia a la oxidación debida a Sn Al todavía se comprende poco, se cree que el efecto de la adición de Sn se multiplica por las trazas de Al. Además, cuando la cantidad de Al es superior al 0,8%, se produce una película oxidada continua de Al, produciéndo así un efecto de mejora de la resistencia a la oxidación de una película de alúmina que excede al de una película de cromia. En otras palabras, la resistencia a la oxidación del acero inoxidable resistente al calor (SUH21) descrita anteriormente se puede lograr con menos contenido de Cr y contenido de Al.
(e) Para la mejora en la resistencia a la oxidación mencionada anteriormente, es eficaz reducir C, N, P y S para lograr de ese modo una alta purificación del acero y agregar elementos estabilizadores tales como Nb y Ti.
(f) Al calentar la palanquilla fundida durante el laminado en caliente, la temperatura de extracción después del calentamiento es una temperatura a la que se asegura la cantidad de depósitos de escamas para eliminar costras e inclusiones en la superficie de la palanquilla fundida, cuyas inclusiones degradan las propiedades de la superficie; se genera TiCS fino para reducir la solución sólida S que induce una oxidación anormal; y se inhibe la generación de MnS y CaS que pueden ser el origen de oxidación anormal. En el caso de un acero con Sn añadido con un contenido de Cr del 16,0% o más, es eficaz establecer la temperatura de extracción entre 1100 y 1200°C.
(g) El bobinado después del laminado en caliente se realiza a una temperatura que asegura la tenacidad del acero y previene el óxido interno y la oxidación del límite de los granos, que puede causar la degradación de las propiedades superficiales. En el caso de un acero al que se le haya añadido Sn con un contenido de Cr del 16,0% o más, es eficaz ajustar la temperatura en un rango de 500 a 600°C. Además, llevar a cabo un recocido de la hoja laminada en caliente a 900°C o más para formar una solución sólida de elementos estabilizadores como Nb y Ti y enfriar lentamente la chapa recocida a un ritmo de 10°C/s o menos en un rango de temperatura de 550 a 850°C es eficaz para mejorar la resistencia mecánica a alta temperatura y la resistencia a la oxidación, porque se promueve la reducción de la segregación de Sn y Cr en los límites del grano y la producción de carbonitruros finos.
La presente invención que se ha logrado basándose en los hallazgos (a) a (g) anteriores se define en las reivindicaciones.
Efectos de la invención
La presente invención tiene un efecto tan pronunciado que se puede obtener una hoja de acero inoxidable ferrítico de alta pureza y baja aleación, provista de una resistencia a la oxidación mejorada y una resistencia mecánica a alta temperatura igual o superior a las de los aceros resistentes al calor existentes, mediante la utilización de la adición de Sn sin depender en una aleación excesiva de Al y Si, que reduce la fabricabilidad y la soldabilidad o la adición de elementos raros como Nb, Mo, W y tierras raras.
Breve descripción de los dibujos
FIG. 1 ilustra la relación entre los contenidos de Cr, Sn y Al y la resistencia a la oxidación de la hoja de acero inoxidable del Ejemplo 1; y
FIG. 2 ilustra la relación entre los contenidos de Cr, Sn y Al y la resistencia a la oxidación de la hoja de acero inoxidable del Ejemplo 2.
Mejor modo de realizar la invención
Los requisitos de la presente invención se describirán ahora en detalle. Debe entenderse que la representación del contenido de cada elemento en "%" significa "% en masa".
(I) Primero, se describirán ahora las limitaciones de los componentes de la hoja de acero.
El C deteriora la resistencia a la oxidación, y su contenido es preferiblemente lo más pequeño posible; por tanto, el límite superior es 0,03%. Sin embargo, una reducción excesiva conduce a un mayor coste de refinación; por tanto, el límite inferior es 0,001%. Preferiblemente, en vista de la resistencia a la oxidación y el coste de producción, el contenido de C es del 0,002 al 0,01%.
El Si no solo es eficaz como elemento desoxidante, sino también como elemento que mejora la resistencia a la oxidación. Para asegurar el efecto de un desoxidante y la resistencia a la oxidación de la presente invención, el límite inferior es 0,01%.
Sin embargo, la adición excesiva provoca una reducción de la tenacidad y trabajabilidad del acero; por tanto, el límite superior es del 2%. Preferiblemente, en vista de la efectividad y la capacidad de fabricación, el contenido de Si está en el rango de 0,05 a 1%, y más preferiblemente de 0,1 a 0,6%.
El Mn es un elemento que reduce la resistencia a la oxidación y su contenido es preferiblemente lo más pequeño posible. Desde el punto de vista de prevenir la reducción de la resistencia a la oxidación, el límite superior es del 1,5%. Sin embargo, una reducción excesiva conduce a un mayor coste de refinación; por tanto, el límite inferior es 0,01%. Preferiblemente, en vista de la resistencia a la oxidación y el coste de producción, el contenido de Mn es del 0,05 al 0,5%.
P es un elemento que reduce la fabricabilidad y la soldabilidad, y su contenido es preferiblemente lo más pequeño posible. Desde el punto de vista de prevenir la reducción de la fabricabilidad y la soldabilidad, el límite superior es del 0,05%. Sin embargo, una reducción excesiva conduce a un mayor coste de refinación; por tanto, el límite inferior es 0,005%. Preferiblemente, en vista del coste de producción, el contenido de P es del 0,01 al 0,04%.
S deteriora la resistencia a la oxidación y la trabajabilidad en caliente, y su contenido es preferiblemente lo más pequeño posible. Por tanto, el límite superior es 0,01%. Sin embargo, una reducción excesiva conduce a un mayor coste de refinación; por tanto, el límite inferior es 0,0001. Preferiblemente, en vista de la resistencia a la oxidación y el coste de producción, el contenido de S es del 0,0002 al 0,002%.
El Cr es un elemento constituyente fundamental del acero inoxidable ferrítico de alta pureza de la presente invención, y es un elemento esencial para asegurar la resistencia a la oxidación y la resistencia mecánica a alta temperatura, que persigue la presente invención, añadiendo Sn. Para asegurar la resistencia a la oxidación y la resistencia mecánica a alta temperatura de la presente invención, el límite inferior es 16,0%. El límite superior, desde el punto de vista de la fabricabilidad, es del 30%. Sin embargo, en términos de eficiencia económica en comparación con SUH21, el contenido de Cr es preferiblemente del 16,0 al 22,0%. En vista del rendimiento y el coste de la aleación, es más preferiblemente del 16,0 al 18,0%.
El N deteriora la resistencia a la oxidación de manera similar al C, y su contenido es preferiblemente lo más pequeño posible; por tanto, el límite superior es 0,03%. Sin embargo, una reducción excesiva conduce a un mayor coste de refinación; por tanto, el límite inferior es 0,001%. Preferiblemente, en vista de la resistencia a la oxidación y el coste de producción, el contenido de N es del 0,005 al 0,015%.
El Al no solo es un elemento eficaz como elemento desoxidante, sino también un elemento esencial para mejorar la resistencia a la oxidación que persigue la presente invención. El límite inferior es no menos del 0,05% para producir un efecto de mejora de la resistencia a la oxidación en combinación con la adición de Sn, y preferiblemente más del 0,8%. El límite superior es el 3,0% desde el punto de vista de la fabricabilidad. Sin embargo, la adición excesiva provoca el deterioro de la tenacidad y soldabilidad del acero; por tanto, el contenido de Al es preferiblemente de más del 0,8% al 2,0%. En términos de eficiencia económica en comparación con SUH21, es más preferiblemente de 1,0 a 2,0%.
El Sn es un elemento esencial para asegurar la resistencia a la oxidación y la resistencia mecánica a alta temperatura, que persaigue la presente invención, sin depender de una aleación excesiva de Al y Si o la adición de elementos raros como Nb, Mo, W y tierras raras. Para proporcionar la resistencia a la oxidación y la resistencia mecánica a alta temperatura, que persigue la presente invención, el límite inferior es 0,01%. El límite superior es del 1,0% desde el punto de vista de la fabricabilidad. Sin embargo, en términos de eficiencia económica en comparación con SUH21, el contenido de Sn es preferiblemente de 0,1 a 0,6%. En vista del rendimiento y el coste de la aleación, es más preferiblemente del 0,2 al 0,5%.
El Nb y el Ti son elementos que mejoran la resistencia a la oxidación por efecto de elementos estabilizadores para fijar C y N, y se agregan según se requiera. Su cantidad, cuando se añaden, es del 0.03% o más, en cuyo caso se ejerce el efecto de cada elemento. Sin embargo, la adición excesiva conduce a un aumento en el coste de la aleación y una reducción en la fabricabilidad asociada con una mayor temperatura de recristalización; por tanto, el límite superior de cada elemento es 0,5%. En vista de la eficacia, el coste de la aleación y la capacidad de fabricación, un intervalo preferido de uno o dos de Nb y Ti es del 0,05 al 0,5%. Un intervalo más preferido es del 0,1 al 0,3%.
Ni, Cu, Mo, V, Zr y Co son elementos que son efectivos para el aumento de la resistencia mecánica a alta temperatura mediante efectos sinérgicos con Sn, y se agregan según sea necesario. La cantidad de Ni, Cu y Mo, cuando se añade, es de 0,15% o más, en cuyo caso se ejerce el efecto de cada elemento. La cantidad de V, Zr y Co, cuando se añade, es 0.01% o más, en cuyo caso se ejerce el efecto de cada elemento. Sin embargo, la adición excesiva conduce a un aumento del coste de la aleación y una reducción de la capacidad de fabricación; por tanto, el límite superior de cada elemento es 0,5%.
El Mg forma óxido de Mg junto con Al en el acero fundido para actuar como desoxidante y, además, actúa como núcleos de cristalización de TiN. El TiN forma núcleos de solidificación de la fase de ferrita en un proceso de solidificación y promueve la cristalización de TiN, formando así una fase de ferrita fina en la solidificación. Al formar una estructura solidificada fina, se pueden prevenir los defectos superficiales debidos a una estructura solidificada gruesa, tales como crestas y encordado de productos, y, además, mejora la trabajabilidad; por lo tanto, se agrega Mg según sea necesario. La cantidad de Mg, cuando se añade, es del 0,0001%, en cuyo caso se ejercen dichos efectos. Sin embargo, cuando es superior al 0,005%, la fabricabilidad se deteriora; por tanto, el límite superior es 0,005%. Preferiblemente, en vista de la fabricabilidad, el contenido de Mg es del 0,0003 al 0,002%.
B es un elemento que mejora la trabajabilidad en caliente y la trabajabilidad secundaria, y su adición a un acero inoxidable ferrítico de alta pureza es eficaz. La cantidad de B, cuando se añade, es del 0,0003% o más, en cuyo caso se ejerce tal efecto. Sin embargo, la adición excesiva provoca una reducción del alargamiento; por tanto, el límite superior es 0,005%. Preferiblemente, en vista del coste del material y la trabajabilidad, el contenido de B es del 0,0005 al 0,002%.
El Ca es un elemento que mejora la trabajabilidad en caliente y la limpieza del acero y se agrega según sea necesario. La cantidad de Ca, cuando se añade, es del 0,0003% o más, en cuyo caso se ejerce tal efecto. Sin embargo, la adición excesiva conduce a la reducción de la capacidad de fabricación y la reducción de la resistencia a la oxidación debido a inclusiones solubles en agua tales como CaS; por tanto, el límite superior es 0,005%. Preferiblemente, en vista de la capacidad de fabricación y la resistencia a la oxidación, el contenido de Ca es de 0,0003 a 0,0015%.
Se pueden añadir Zr, La, Y, Hf y REM según sea necesario porque tienen el efecto de mejorar la trabajabilidad en caliente y la limpieza del acero y mejorar significativamente la resistencia a la oxidación y la trabajabilidad en caliente. Su cantidad, cuando se añade, es del 0,001% o más, en cuyo caso se ejerce el efecto de cada elemento. Sin embargo, la adición excesiva conduce a un aumento del coste de la aleación y una reducción de la fabricación; por tanto, el límite superior de cada elemento es 0,1%. Preferiblemente, en vista de la efectividad, eficiencia económica y capacidad de fabricación, el contenido de uno o más de ellos es cada uno del 0,001 al 0,05%.
(II) A continuación se describirán las limitaciones del método preferido para producir una hoja de acero.
A continuación se menciona un método de producción que se prefiere para lograr la resistencia a la oxidación y la resistencia mecánica a alta temperatura iguales o superiores a las de SUH21, siempre que estén contenidos los componentes descritos en la Sección (I) anterior.
La chapa de acero de la presente invención se obtiene fundiendo en lingotes un acero que tiene la composición de componentes de (I) mediante un método convencional utilizando un convertidor, horno eléctrico o refinador secundario adicional, formando una losa (palanquilla fundida, palanquilla de acero) mediante el método de colada continua o método de lingotes de acero, calentando la losa en un horno de calentamiento, laminando en caliente la losa calentada y enrollando la hoja de acero laminada en caliente en una bobina, alternativamente, si es necesario, recociendo la hoja laminada en caliente, y luego llevando a cabo además laminación en frío, recocido y decapado para formar una hoja de acero laminada en frío.
En el laminado en caliente, la temperatura de extracción después de calentar una palanquilla (losa) fundida se establece en 1100°C o más para garantizar la cantidad de depósito de incrustaciones para eliminar las inclusiones que inducen una costra de la superficie de la palanquilla fundida. La cantidad de depósito de incrustaciones es de 0,1 mm o más de espesor de incrustaciones. El límite superior de la temperatura de extracción se establece en 1250°C para inhibir la generación de MnS y CaS, que pueden ser el origen de una oxidación anormal, para estabilizar así el TiCS. En vista de la resistencia a la oxidación que persigue la presente invención, la temperatura de extracción se fija preferiblemente entre 1100 y 1200°C.
La temperatura del devanado después del laminado en caliente se establece en 600°C o menos para garantizar la tenacidad del acero y evitar la oxidación del límite de grano y el óxido interno que pueden causar la degradación de las propiedades de la superficie. Cuando la temperatura del devanado es superior a 600°C, es probable que precipiten precipitados que contienen Ti y P, lo que puede provocar una reducción de la resistencia a la oxidación. Cuando la temperatura del devanado es inferior a 400°C, se puede producir una malformación de una cinta de acero laminada en caliente cuando se vierte agua después del laminado en caliente, lo que induce un defecto en la superficie en el momento de desenrollar o roscar la bobina. En vista de la resistencia a la oxidación que persigue la presente invención, la temperatura del devanado se establece entre 500 y 600°C.
Después del laminado en caliente, se puede llevar a cabo un solo laminado en frío o una pluralidad de laminados en frío con un método de recocido intermedio omitiendo el recocido de la hoja laminada en caliente. Sin embargo, es preferible llevar a cabo el recocido de la hoja laminada en caliente a 900°C o más para aumentar la resistencia mecánica a alta temperatura, que es el objetivo de la presente invención, mediante el refuerzo en solución sólida de Nb y Ti, o Ni, Cu y Mo, además de Sn y Cr. El límite superior de la temperatura de recocido de la hoja laminada en caliente es preferiblemente 1050°C en vista de la reducción de las propiedades superficiales y la propiedad de descascarillado por decapado.
Establecer la velocidad de enfriamiento de la hoja laminada en caliente a 10°C/s o menos en un rango de temperatura de 550 a 850°C es efectivo para mejorar la resistencia mecánica a alta temperatura y la resistencia a la oxidación porque se reduce la segregación de Sn y Cr en los límites de grano para formar una solución sólida uniforme y se promueve la producción de carbonitruros finos. La velocidad de enfriamiento es preferiblemente de 5°C/s o menos para promover una precipitación fina. El límite inferior es, pero no se limita a, 0,01°C/s para reducir el carbonitruro grande.
Las condiciones de laminación en frío no están particularmente restringidas. El recocido final después del laminado en frío se lleva a cabo preferiblemente a 1000°C o menos en vista de las propiedades de la superficie. El límite inferior es preferiblemente 800°C donde, en el caso de la hoja de acero de la presente invención, se completa la recristalización. El método de decapado no está particularmente restringido y el decapado se realiza utilizando un método comúnmente utilizado en la industria. Los ejemplos de los mismos incluyen inmersión en un baño de sal alcalina extracción electrolítica inmersión en ácido fluorhídrico nítrico, en donde en la extracción electrolítica se realiza electrólisis de sal neutra, electrólisis de ácido nítrico o similares.
Ejemplos
Ahora se describirán ejemplos de la presente invención.
Un acero inoxidable ferrítico que incluía los componentes de la Tabla 1 se fundió en lingotes, se laminó en caliente a una temperatura de extracción de un horno de calentamiento de 1180 a 1250°C y se arrolló a una temperatura de 500 a 730°C para formar un chapa de acero laminado con un espesor de 3,0 a 6,0 mm. Se recoció la hoja de acero laminada en caliente y se llevó a cabo un laminado en frío simple o laminado en frío doble con un método de recocido intermedio para producir una hoja de acero laminada en frío con un espesor de 1,0 a 2,0 mm. Las chapas de acero laminadas en frío obtenidas se sometieron todas a un recocido final a una temperatura de 850 a 1050°C donde se completa la recristalización.
Se utilizaron los componentes de acero que están dentro del rango definido en la presente invención (componentes de la presente invención) y que están fuera del rango (componentes comparativos). Para las condiciones de producción, se utilizaron las condiciones preferidas definidas en la presente invención (ejemplos de la presente invención) y otras condiciones (ejemplos comparativos). Además, como acero comparativo, se utilizaron SUS430J1L (19% Cr-0,5% Nb), SUS436J1L (18Cr-1 Mo) y SUS21 (18% Cr-3% Al).
Ejemplo 1
Se recogieron varias piezas de ensayo de las láminas de acero obtenidas y se ensayaron los Aceros A a Q, SUS430J1L y SUS436JL mostrados en la Tabla 1 como se describe a continuación. Se examinaron y evaluaron las propiedades de las hojas de acero.
Las resistencias a alta temperatura (TS, 0,2% PS) se determinaron mediante ensayo de tracción a alta temperatura utilizando probetas de tracción con una longitud paralela de 40 mm y una anchura de 12,5 mm recogidas en la dirección de laminación. El ensayo de tracción a alta temperatura se llevó a cabo a 800°C. La velocidad de tracción fue de 0,09 mm/min hasta que se alcanzó una tensión de prueba del 0,2% y después de 3 mm/min.
Las resistencias a la oxidación se evaluaron mediante una prueba de oxidación continua en aire a 980°C durante 200 h utilizando probetas de 20 mm x 25 mm recogidas y sometidas a un acabado pulido húmedo # 600 en ambas superficies y caras frontales. Los resultados se indican en la Tabla 2. Se utilizó como índice de evaluación la aparición de (i) desprendimiento y (ii) oxidación anormal de una película superficial. (i) Se consideró que se había producido el desprendimiento de una película superficial cuando se observaba un cambio en el tono que se producía en forma de manchas, y (ii) se consideró que se había producido una oxidación anormal cuando se rompía una película protectora sobre la superficie y se observaba una forma oxidada nodular compuesta principalmente por óxido de Fe.
En SUS430J1L y SUS436JL, usados como acero comparativo en las condiciones de ensayo de oxidación continuo en aire a 980°C durante 200 h, se observó desprendimiento de una película superficial y se observó oxidación anormal en algunas partes. En consecuencia, el objeto de la presente invención es una hoja de acero que tiene tanto una resistencia a la oxidación tal que no se produce una oxidación anormal en el ensayo de oxidación continua a 980°C durante 200 horas, como una resistencia mecánica a alta temperatura igual o superior a la del acero comparativo (0,2% PS a 800°C > 35 MPa, TS > 55 MPa).
Tabla 1
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Tabla 2
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La Tabla 2 indica que los Ensayos núm. 1, 5, 7, 8, y 11 a 15 son un acero inoxidable ferrítico de alta pureza que satisface tanto los componentes definidos en la presente invención como el método de producción preferido (condiciones de laminación en caliente, condiciones de recocido de la hoja enrollada en caliente). Estas hojas de acero están provistas de una resistencia mecánica a alta temperatura y una resistencia a la oxidación superiores a las de SUS430J1L y 436J1L.
Los ensayos núms. 2, 3, 4, 6, 9 y 10 tienen los componentes definidos en la presente invención y varían parcial y totalmente del método reivindicado o del método de producción preferido de la presente invención (condiciones de laminación en caliente, condiciones de recocido de la hoja laminada en caliente). Sin embargo, estas hojas de acero están provistas de una resistencia mecánica a alta temperatura y una resistencia a la oxidación iguales a las de SUS430J1 y SUS436J1L, como persigue la presente invención. Además, el ensayo n° 13 contiene un gran contenido de N en comparación con los aceros de otros ejemplos de la invención, y, aunque varía de la alta purificación adecuada en la presente invención mencionada en el párrafo [0014], tiene una composición dentro del alcance de la presente invención, que es el caso de tener las propiedades perseguidas por la presente invención.
Los ensayos núms. 16 a 21 implementan el método de producción preferido de la presente invención (condiciones de laminación en caliente, condiciones de recocido de la hoja laminada en caliente), pero varían de los componentes de la presente invención. Estas láminas de acero no están provistas de la resistencia mecánica a alta temperatura y la resistencia a la oxidación que persigue la presente invención.
Ejemplo 2
Se recogieron varias probetas de las hojas de acero obtenidas de la misma manera que en el Ejemplo 1, y se probaron los Aceros 2A a 2P y SUS21 (18% Cr-3% Al) de la misma manera que en el Ejemplo 1. Se examinaron y evaluaron las propiedades de las hojas de acero.
Sin embargo, las resistencias a la oxidación se evaluaron mediante un ensayo de oxidación continua en condiciones más duras en aire a 1050°C durante 200 h. Los resultados se indican en la Tabla 3. La ocurrencia de (i) desprendimiento y (ii) oxidación anormal de una película superficial se usó como índice de evaluación, de manera similar al Ejemplo 1. (i) se consideró que había ocurrido desprendimiento de una película superficial cuando se observaba un cambio en el tono que ocurría en forma de manchas, y (ii) se consideró que había ocurrido una oxidación anormal cuando se rompía una película protectora sobre la superficie y se observaba una forma oxidada nodular compuesta principalmente de óxido de Fe.
En SUH21 (18Cr-3Al) usado como acero comparativo, aunque no había una oxidación anormal, se observó parcialmente el cambio de tono y el desprendimiento asociado con el mismo de una película superficial. En consecuencia, el objeto de la presente invención es una hoja de acero que tiena tanto una resistencia a la oxidación tal que no se produce una oxidación anormal en el ensayo de oxidación continua en aire a 1050°C durante 200 horas, como una resistencia mecánica a alta temperatura igual o mayor que la del acero comparativo (0,2% P.S a 800°C > 45 MPa, T.S > 60 MPa).
Tabla 3
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La Tabla 3 indica que los Ensayos núms. 21,23, 25, 26, y 29 a 33 son un acero inoxidable ferrítico de alta pureza que satisface tanto los componentes definidos en la presente invención como el método de producción preferido (condiciones de laminación en caliente, condiciones de recocido de la hoja laminada en caliente). Estas hojas de acero tenían una película de alúmina y exhibían una resistencia a la oxidación igual o mejor que la del acero comparativo SUS21, y al mismo tiempo se obtenía la resistencia mecánica a alta temperatura.
Los ensayos núms. 22, 24 y 27 tienen los componentes definidos en la presente invención y varían parcial y totalmente del método reivindicado o del método de producción preferido de la presente invención (condiciones de laminación en caliente, condiciones de recocido de la hoja laminada en caliente). Sin embargo, estas chapas de acero están provistas de una resistencia mecánica a alta temperatura y una resistencia a la oxidación iguales que las del SUS21, que son las que persigue la presente invención. Además, los ensayos núms. 31 y 34 contienen un gran contenido de N en comparación con el acero de otros ejemplos de esta invención y, aunque varían de la alta purificación adecuada en la presente invención mencionada en el párrafo [0014], tienen una composición dentro del alcance de la presente invención, que es el caso de tener las propiedades que persigue la presente invención. Los ensayos núms. 31 y 34 cuentan con la resistencia mecánica a alta temperatura y la resistencia a la oxidación que persigue la presente invención, pero tienen un contenido de Al de más del 2% y son ligeramente deficientes en soldabilidad y tenacidad entre los ejemplos de la presente invención.
Los ensayos núms. 35 a 39 implementan el método de producción preferido de la presente invención (condiciones de laminación en caliente, condiciones de recocido de la hoja laminada en caliente), pero varían de los componentes de la presente invención. Estas hojas de acero no están provistas de la resistencia mecánica a alta temperatura y la resistencia a la oxidación que persigue la presente invención.
FIG. 1 ilustra la relación entre los contenidos de Cr, Sn y Al del acero del Ejemplo 1 indicados en la Tabla 1 y la resistencia a la oxidación indicada en la Tabla 2. De manera similar, la FIG. 2 ilustra la relación entre los contenidos de Cr, Sn y Al del acero del Ejemplo 2 indicados en la Tabla 1 y la resistencia a la oxidación que se indica en la Tabla 3. Los aceros provistos de la resistencia a la oxidación que persigue la presente invención se indican mediante "o", y los aceros cuya resistencia a la oxidación se evaluó como igual o inferior a la de los aceros comparativos mediante "x". Los resultados indican que para obtener una buena resistencia a la oxidación así como a alta temperatura mediante la adición de Sn, es importante ajustarlo para que esté en el rango de componentes definido en la presente invención (Cr, Sn, Al).
Aplicabilidad industrial
De acuerdo con la presente invención, se puede obtener una hoja de acero inoxidable ferrítico de alta pureza de baja aleación provista de una resistencia a la oxidación mejorada y una resistencia mecánica a alta temperatura igual o mayor que las de los aceros resistentes al calor existentes, mediante la utilización de la adición de Sn en cantidades traza sin depender en una aleación excesiva de Al y Si que reduce la fabricabilidad y la soldabilidad o la adición de elementos raros como Nb, Mo, W y tierras raras.

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. Una hoja de acero inoxidable ferrítico de alta pureza con excelente resistencia a la oxidación y excelente resistencia mecánica a alta temperatura, que consiste en, como % en masa, C: 0,001 a 0,03%, Si: 0,01 a 2%, Mn: 0,01 a 1,5%, P: 0,005 a 0.05%, S: 0.0001 a 0.01%, Cr: 16.0% a 30%, N: 0.001 a 0.03%, Al: 0.05 a 3% y Sn: 0.01 a 1% y opcionalmente uno o más de Nb: 0.5% o menos, Ti: 0,5% o menos, Ni: 0,5% o menos, Cu: 0,5% o menos, Mo: 0,5% o menos, V: 0,5% o menos, Zr: 0,5% o menos, Co: 0,5% o menos , Mg: 0,005% o menos, B: 0,005% o menos, y Ca: 0,005% o menos y/u opcionalmente uno o más de La: 0,1% o menos, Y: 0,1% o menos, Hf: 0,1% o menos y REM: 0,1% o menos, siendo el resto Fe e impurezas inevitables en las que la hoja de acero inoxidable ferrítico de alta pureza tiene una resistencia a la oxidación en la que no se produce una oxidación anormal en la prueba de oxidación continua a 980°C durante 200 horas, determinada de acuerdo con el método divulgado en la descripción y una resistencia mecánica a alta temperatura de 0.2% de la tensión de prueba a 800°C > 35 MPa determinada de acuerdo con el método divulgado en la descripción y resistencia a la tracción > 55 MPa determinada de acuerdo con el método divulgado en la descripción.
2. La hoja de acero inoxidable ferrítico de alta pureza con excelente resistencia a la oxidación y excelente resistencia mecánica a alta temperatura según la reivindicación 1, en donde el contenido de Al en la hoja de acero es de más del 0,8% al 3%.
3. La hoja de acero inoxidable ferrítico de alta pureza con excelente resistencia a la oxidación y excelente resistencia mecánica a alta temperatura de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde la hoja de acero inoxidable ferrítico de alta pureza tiene tanto una resistencia a la oxidación en donde la oxidación anormal no ocurre en el ensayo de oxidación continua a 1050°C durante 200 horas, determinada de acuerdo con el método divulgado en la descripción y una resistencia mecánica a alta temperatura de 0.2% de la tensión de prueba a 800°C > 45 MPa, determinada de acuerdo con el método divulgado en la descripción, y una resistencia a la tracción > 60 MPa determinada de acuerdo con el método divulgado en la descripción.
4. Un método para producir la hoja de acero inoxidable ferrítico de alta pureza con excelente resistencia a la oxidación y excelente resistencia mecánica a alta temperatura de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende calentar una losa de acero inoxidable que tiene los componentes de acero de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que durante el laminado en caliente una temperatura de extracción después de calentar la losa de acero inoxidable es de 1100 a 1250°C, y una temperatura de enrollado después del laminado en caliente es de 600°C o menos y 500°C o más.
5. Un método para producir la hoja de acero inoxidable ferrítico de alta pureza con excelente resistencia a la oxidación y excelente resistencia mecánica a alta temperatura según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende recocer la hoja de acero laminada en caliente producida por el método de producción según la reivindicación 4 en 900 a 1050°C, teniendo la chapa de acero laminada en caliente los componentes de acero según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, y luego enfriar la chapa de acero recocido a 10°C/s o menos en un rango de temperatura de 550 a 850°C .
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