ES2862309T3 - Lámina de acero inoxidable martensitico - Google Patents

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Abstract

Una lámina de acero inoxidable martensítico que comprende una composición química que contiene, en % en masa, C: 0.030 % o más y menos de 0.20 %, Si: 0.01 % o más y 2.0 % o menos, Mn: 0.01 % o más y 3.0 % o menos, P: 0.050 % o menos, S: 0.010 % o menos, Cr: 10.0 % o más y 16.0 % o menos, Ni: 0.01 % o más y 0.80 % o menos, Al: 0.001 % o más y 0.50 % o menos, Zr: 0.005 % o más y 0.50 % o menos, y N: 0.030 % o más y menos de 0.20 %, opcionalmente al menos uno seleccionado del grupo que consiste en Cu: 0.01 % o más y 3.0 % o menos, Mo: 0.01 % o más y 0.50 % o menos, Co: 0.01 % o más y 0.50 % o menos, Ti: 0.001 % o más y 0.50 % o menos, Nb: 0.001 % o más y 0.50 % o menos, V: 0.001 % o más y 0.50 % o menos, B: 0.0002 % o más y 0.0100 % o menos, Ca: 0.0002 % o más y 0.0100 % o menos, y Mg: 0.0002 % o más y 0.0100 % o menos, con el balance que consiste en Fe e impurezas inevitables, en el que la lámina de acero inoxidable martensítico tiene una resistencia a la tracción de 1300 MPa o más, un alargamiento del 7.0 % o más y una capacidad de deformación final de 0.5 o más, medida en una prueba de tracción a temperatura ambiente de acuerdo con el documento JIS Z 2241.

Description

DESCRIPCIÓN
Lámina de acero inoxidable martensitico
Campo técnico
La presente divulgación se relaciona con a una lámina de acero inoxidable martensitico excelente en resistencia, capacidad de trabajo y resistencia a la corrosión.
Antecedentes
Las brechas entre las partes del sistema de escape de los automóviles se sellan con partes de sellado denominadas juntas con el fin de evitar fugas de gas de escape, agua de refrigeración, aceite lubricante y similares. Dado que una junta debe exhibir el rendimiento de sellado tanto en el caso en el que la brecha se ensancha como en el caso en el que la brecha se estrecha debido a la fluctuación de presión en la tubería o similares, se forma una porción convexa llamada cordón en la junta. Dado que el cordón se comprime y relaja repetidamente durante el uso, se requiere una alta resistencia. Dependiendo de la forma del cordón, se puede aplicar un procesamiento severo y también se requiere una excelente capacidad de trabajo para el material de la junta. Además, dado que las juntas están expuestas a gases de escape, agua de refrigeración y similares durante su uso, también se requiere resistencia a la corrosión. Si el material de la junta tiene una resistencia a la corrosión insuficiente, puede producirse una fractura debido a la corrosión.
Se han utilizado ampliamente, los aceros inoxidables austeníticos convencionales que tienen una alta resistencia y una alta capacidad de trabajo, tales como SUS 301 (17 % en masa de Cr - 7 % en masa de Ni) y SUS 304 (18 % en masa de Cr - 8 % en masa de Ni). Sin embargo, dado que los aceros inoxidables austeníticos contienen una gran cantidad de elemento Ni costoso, tienen un problema importante en términos de coste de material. Otro problema es que los aceros inoxidables austeníticos tienen una alta susceptibilidad al agrietamiento por corrosión bajo tensión.
En respuesta a estos problemas, existen propuestas de aceros inoxidables martensíticos tal como SUS403 (12 % en masa de Cr - 0.13 % en masa de C), y aceros inoxidables que comprenden una estructura de múltiples fases que contiene martensita. Ambos son aceros inoxidables económicos debido a su bajo contenido de Ni, y su resistencia se puede mejorar mediante un tratamiento térmico de enfriamiento rápido.
Por ejemplo, el documento JP2002-38243A (PTL 1) describe un acero inoxidable martensítico y un acero inoxidable de fase dual martensita-ferrita que mejoran su resistencia a la fatiga al nitrurar la capa superficial para formar una fase austenítica mediante el tratamiento térmico de enfriamiento rápido en una atmósfera que contiene nitrógeno.
El documento JP2005-54272A (PTL 2) describe un acero inoxidable de fase dual martensita-ferrita que logra tanto dureza como capacidad de trabajo enfriando rápido en un intervalo de temperatura de fase dual de austenita y ferrita.
El documento JP2002-97554A (PTL 3) describe un acero inoxidable de múltiples fases que tiene una fase martensítica y austenítica retenida en la capa superficial y una fase única martensítica en la capa interna después de someterse a un tratamiento térmico en una atmósfera que contiene nitrógeno.
Además, el documento JPH3-56621A (PTL 4) describe un acero inoxidable de doble fase de martensita-ferrita mejorado en características de resorte después de someterse a un tratamiento térmico de múltiples fases seguido de un tratamiento de envejecimiento.
El documento JPH8-319519A (PTL 5) describe un acero inoxidable de fase dual de martensita-ferrita que tiene la dureza deseada especificando la rata de laminación en frío.
El documento JP2001-140041A (PTL 6) describe un acero inoxidable en el que la capa superficial está hecha de dos fases de martensita y austenita retenida.
El documento JP2006-97050A (PTL 7) describe un acero inoxidable en el que se absorbe nitrógeno en SUS 403 o similares para precipitar un compuesto de nitrógeno en la capa superficial.
El documento JPH7-316740A (PTL 8) describe un acero inoxidable de múltiples fases en el que una capa superficial que tiene una profundidad de al menos 1 |jm desde la superficie más externa está cubierta con una capa monofásica de martensita.
El documento EP2439304A1 (PTL 9) describe una lámina de acero que tiene una resistencia estable a la corrosión y la estabilidad de la resistencia al calor durante un largo período de uso cuando la lámina de acero se usa como material de disco de freno, y un disco de freno producido a partir de la lámina de acero.
El documento EP2011891A1 (PTL 10) describe un disco de freno que tiene la dureza adecuada y una alta resistencia al ablandamiento por temperatura.
El documento EP1314791A1 (PTL 11) describe una lámina de acero inoxidable martensítico que es difícil de ablandar por el templado causado por el calentamiento durante el uso de un freno de disco, puede mantener la dureza predeterminada y tiene una excelente capacidad de trabajo de perforación, capacidad de trabajo para doblar antes de enfriamiento rápido, y una caída de cizaNamiento particularmente pequeña, y en la que se logra constantemente una dureza predeterminada después del enfriamiento rápido, en una lámina de acero inoxidable martensítico con bajo contenido de carbono utilizada solo después del enfriamiento rápido.
El documento US2015/101898A1 (PTL 12) describe un disco de freno de acero inoxidable que es excelente en tenacidad, resistencia a la corrosión y resistencia al desgaste.
El documento JP2007-314815A (PTL 13) describe un alambre de acero inoxidable martensítico de alta resistencia de tamaño grueso que tiene excelente ductilidad y capacidad de conformación en frío de resorte y alambre de acero como material para producir de forma económica un producto de resorte de tamaño grueso que tiene ligereza y durabilidad. Lista de citas
Literatura de patentes
PTL 1: JP2002-38243A
PTL 2: JP2005-54272A
PTL 3: JP2002-97554A
PTL 4: JPH3-56621A
PTL 5: JPH8-319519A
PTL 6: JP2001-140041A
PTL 7: JP2006-97050A
PTL 8: JPH7-316740A
PTL 9: EP2439304A1
PTL 10: EP2011891A1
PTL 11: EP1314791A1
PTL 12: US2015/101898A1
PTL 13: JP2007-314815A
Resumen
(Problema técnico)
Sin embargo, todos los aceros inoxidables de los documentos PTL 1 a 13 son insuficientes para obtener una capacidad de trabajo y una resistencia compatibles y pueden no satisfacer el requisito de una resistencia superior cuando se reduce el espesor para reducir el peso.
Como se describió anteriormente, el acero inoxidable martensítico es menos susceptible al agrietamiento por corrosión bajo tensión y es económico en comparación con el acero inoxidable austenítico en términos de coste, sin embargo, hay margen de mejora en términos tanto de resistencia como de capacidad de trabajo.
Sería útil proporcionar una lámina de acero inoxidable martensítico que pueda lograr una excelente resistencia y capacidad de trabajo y que pueda proporcionar una excelente resistencia a la corrosión.
(Solución al problema)
Se realizaron estudios sobre la resistencia y capacidad de trabajo de las láminas de acero inoxidable martensítico y se obtuvieron los siguientes hallazgos.
(1) Para las partes sometidas a un procesamiento local severo, tal como el cordón (parte convexa) de la junta, desde la perspectiva de la capacidad de trabajo, es eficaz mejorar no solo el valor de alargamiento sino también la capacidad de deformación final en el ensayo de tracción.
(2) Para suprimir el agrietamiento durante el procesamiento de cordones, es eficaz reducir los sulfuros gruesos, ya que los sulfuros gruesos como el MnS tienden a ser el punto de partida del agrietamiento.
(3) Además de reducir S, contener Zr es extremadamente eficaz para reducir los sulfuros gruesos, lo que permite mejorar la capacidad de formación final, así como el alargamiento, de modo que se puede suprimir el agrietamiento durante el procesamiento de cordones.
La presente divulgación se basa en los descubrimientos anteriores y nuestros estudios adicionales.
La invención se define en la reivindicación.
(Efecto ventajoso)
La presente divulgación puede proporcionar una lámina de acero inoxidable martensítico que es excelente tanto en resistencia como en capacidad de trabajo y que tiene una excelente resistencia a la corrosión no sólo cuando se realiza un tratamiento de enfriamiento rápido, sino también cuando se lleva a cabo un tratamiento de enfriamiento rápido y templado. Además, una lámina de acero inoxidable martensítico de la presente divulgación se puede utilizar de forma adecuada para partes de juntas de automóviles.
Descripción detallada
A continuación se proporcionan detalles de la presente divulgación.
En primer lugar, se describirá la composición química de la lámina de acero inoxidable de acuerdo con la divulgación. Las representaciones de % a continuación que indican la composición química están en "% en masa" a menos que se indique lo contrario.
C: 0.030 % o más y menos de 0.20 %
El C estabiliza la fase austenítica a alta temperatura y aumenta la cantidad de martensita después del tratamiento térmico de enfriamiento rápido. El aumento del contenido de martensita aumenta considerablemente la resistencia. Además, C refuerza el acero endureciendo la propia martensita. Este efecto se obtiene cuando el contenido de C es igual o superior al 0.030 %. Sin embargo, cuando el contenido de C es 0.20 % o más, la capacidad de trabajo se deteriora significativamente, no se puede obtener un alargamiento excelente y una capacidad de deformación final, y no se puede obtener un excelente equilibrio resistencia-alargamiento. Además, dado que C se combina con Cr en el acero y se precipita como un carburo, si C aumenta excesivamente, la cantidad de Cr disuelto en el acero disminuye y la resistencia a la corrosión del acero disminuye. De ahora en adelante, a menos que se especifique lo contrario, la cantidad de Cr disuelto en el acero se denomina simplemente "contenido de Cr en el acero". Por lo tanto, el contenido de C se establece en un intervalo de 0.030 % o más y menos de 0.20 %. Es preferiblemente más del 0.050 % y más preferiblemente más del 0.100 %. También es preferiblemente inferior al 0.160 % y más preferiblemente inferior al 0.150 %.
Si: 0.01 % o más y 2.0 % o menos
El Si es un elemento eficaz para aumentar la resistencia del acero, y este efecto se obtiene cuando el contenido de Si es del 0.01% o más. Sin embargo, el Si es un elemento que facilita la conformación de una fase ferrítica a alta temperatura, y cuando su contenido excede el 2.0%, la cantidad de martensita después del tratamiento térmico de enfriamiento rápido disminuye y no se puede obtener una resistencia predeterminada. Por lo tanto, el contenido de Si se establece en un intervalo de 0.01 % o más y 2.0 % o menos. Es preferiblemente superior al 0.10% y más preferiblemente superior al 0.30%. También es preferiblemente inferior al 1.00 % y más preferiblemente inferior al 0.60%.
Mn: 0.01 % o más y 3.0 % o menos
El Mn es un elemento que tiene el efecto de estabilizar la fase de austenita a alta temperatura, y es posible aumentar la cantidad de martensita después del tratamiento térmico de enfriamiento. También tiene el efecto de aumentar la resistencia del acero. Estos efectos se obtienen cuando el contenido de Mn es de 0.01 % o más. Sin embargo, cuando el contenido de Mn supera el 3.0 %, el Mn se precipita en grandes cantidades como MnS grueso, lo que no solo deteriora la resistencia a la corrosión sino que también deteriora significativamente la capacidad de trabajo. Por lo tanto, el contenido de Mn se establece en 0.01 % o más y 3.0 % o menos. Es preferiblemente más del 0.10 %, más preferiblemente más del 0.30 % y más preferiblemente más del 0.40 %. También es preferiblemente menos del 1.00 %, más preferiblemente menos del 0.60 % y aún más preferiblemente menos del 0.50 %.
P: 0.050 % o menos
El P es un elemento que deteriora la tenacidad, y su contenido es preferiblemente lo más pequeño posible, y el contenido de P se establece en un 0.050 % o menos. Preferiblemente es 0.040 % o menos. Es más preferiblemente 0.030 % o menos. Aunque el límite inferior para el contenido de P no está particularmente limitado, normalmente es de aproximadamente 0.010% considerando el hecho de que la eliminación excesiva de P conduce a un aumento en el coste de fabricación.
S: 0.010 % o menos
El S es un elemento que no solo deteriora la resistencia a la corrosión sino que también deteriora significativamente la capacidad de trabajo. Con el fin de obtener la capacidad de trabajo deseada en la presente divulgación, el contenido de S es preferiblemente lo más pequeño posible y se establece en 0.010 % o menos. Preferiblemente es 0.005 % o menos. Más preferiblemente, es 0.003 % o menos.
Simplemente disminuyendo S, el efecto de mejorar la capacidad de trabajo, particularmente la capacidad de deformación final, es limitada. Por lo tanto, como se describirá más adelante, además de reducir el contenido de S, es importante añadir Zr en una cierta cantidad y mejorar la capacidad de deformación final por efectos sinérgicos de estos.
Cr: 10.0 % o más y 16.0 % o menos
El Cr es un elemento importante para asegurar la resistencia a la corrosión, y este efecto se obtiene cuando el contenido de Cr es del 10.0 % o más.
Sin embargo, cuando el contenido de Cr supera el 16.0 %, el acero se endurece y se deteriora la capacidad de fabricación y capacidad de trabajo. Además, dado que tiende a formarse una fase de ferrita, la cantidad de martensita después del tratamiento térmico de enfriamiento rápido disminuye y no se puede obtener suficiente resistencia. Por lo tanto, el contenido de Cr se establece en un intervalo de 10.0 % o más y 16.0 % o menos. Es preferiblemente 11.0 % o más, y más preferiblemente 12.0 % o más. También es preferiblemente 14.0 % o menos, y más preferiblemente 13.0 % o menos.
Ni: 0.01 % o más y 0.80 % o menos
El Ni es un elemento que estabiliza la fase austenítica a alta temperatura y tiene el efecto de incrementar la cantidad de martensita después del tratamiento térmico de enfriamiento. Además, puede contribuir a aumentar la resistencia del acero. Estos efectos se obtienen cuando el contenido de Ni es del 0.01 % o más. Sin embargo, cuando la cantidad de Ni supera el 0.80 %, la capacidad de trabajo se deteriora y no se puede obtener un excelente equilibrio resistenciaalargamiento. Por lo tanto, el contenido de Ni se establece en un intervalo de 0.01 % o más y 0.80 % o menos. Es preferiblemente más del 0.03 % y más preferiblemente más del 0.05 %. También es preferiblemente inferior al 0.50 % y más preferiblemente inferior al 0.20 %.
Al: 0.001 % o más y 0.50 % o menos
El Al es un elemento eficaz para la desoxidación, y este efecto se obtiene cuando el contenido de Al es del 0.001 % o más. Sin embargo, el Al es un elemento que estabiliza la fase de ferrita a alta temperatura. Cuando el contenido supera el 0.50%, no se puede formar una cantidad suficiente de martensita después del tratamiento térmico de enfriamiento rápido. Por lo tanto, el contenido de Al se establece en un intervalo de 0.001 % o más y 0.50 % o menos. Es preferiblemente 0.01 % o más, y más preferiblemente 0.02 % o más. También es preferiblemente inferior al 0.35 % y más preferiblemente inferior al 0.10 %.
Zr: 0.005 % o más y 0.50 % o menos
El Zr es un elemento que tiene el efecto de suprimir la precipitación de sulfuros gruesos tales como MnS al combinarse con S y precipitar como un sulfuro, mejorando así la capacidad de deformación final. En la presente divulgación, además de la reducción de S mencionada anteriormente, es importante contener Zr en una cantidad predeterminada y la capacidad de deformación final se mejora mediante los efectos sinérgicos de estos. Es decir, es posible suprimir la precipitación de sulfuros gruesos tal como MnS reduciendo el contenido de S y precipitando el S que queda en el acero como ZrS al contener Zr, lo que permite mejorar la capacidad de trabajo, en particular la capacidad de deformación final. Este efecto se obtiene cuando el contenido de Zr es del 0.005 % o más. Sin embargo, un contenido de Zr superior al 0.50 % conduce a un engrosamiento de los sulfuros de Zr, lo que deteriora la capacidad de trabajo. Por lo tanto, el contenido de Zr se establece en un intervalo de 0.005 % o más y 0.50 % o menos. Es preferiblemente 0.01 % o más, y más preferiblemente 0.02% o más. También es preferiblemente 0.20 % o menos, y más preferiblemente 0.05 % o menos.
Desde el punto de vista de precipitar más eficazmente el S que queda en el acero como ZrS, es preferible satisfacer la relación de Zr % > 3 * S % para Zr y S. Aquí, Zr % y S % representan el contenido en % en masa de Zr y S en el acero, respectivamente.
N: 0.030 % o más y menos de 0.20 %
Como C, N estabilizan la fase austenítica a alta temperatura, aumenta la cantidad de martensita después del tratamiento térmico de enfriamiento rápido y endurece la propia martensita para fortalecer el acero. Con el fin de obtener una alta resistencia, es necesario contener N en una cantidad de 0.030 % o más. Sin embargo, cuando el contenido de N es del 0.20 % o más, la capacidad de trabajo (alargamiento y capacidad de deformación final) se deteriora significativamente. Por lo tanto, el contenido de N se establece en un intervalo de 0.030 % o más y menos de 0.20 %. Preferiblemente es más del 0.030 % y más preferiblemente más del 0.040 %. También es preferiblemente inferior al 0.150 % y más preferiblemente inferior al 0.100 %.
Además de los componentes básicos que se han descrito anteriormente, la lámina de acero inoxidable divulgada en el presente documento puede contener opcionalmente al menos uno seleccionado del grupo que consiste en Cu, Mo, Co, Ti, Nb, V, B, Ca y Mg. Los intervalos respectivos son los que se indican a continuación.
Cu: 0.01 % o más y 3.0 % o menos
Durante el enfriamiento en el tratamiento térmico de enfriamiento rápido, el Cu se precipita finamente en el acero y hace que el acero tenga una alta tensión de prueba y una alta resistencia. Por otro lado, dado que el Cu se precipita finamente, existe una influencia perjudicial sobre la capacidad de trabajo (alargamiento). El efecto de aumentar la tensión de prueba y la resistencia se obtiene cuando el contenido de Cu es de 0.01 % o más. Sin embargo, cuando el contenido de Cu supera el 3.0 %, no solo se satura el efecto de aumentar la resistencia, sino que también se precipita el Cu grueso y el acero se endurece y la capacidad de trabajo se deteriora. Por lo tanto, cuando se contiene Cu, el contenido de Cu se establece en un intervalo de 0.01 % o más y 3.0 % o menos. Es preferiblemente del 0.05 % o más, y más preferiblemente más del 0.40 %. Preferiblemente es 2.00 % o menos, y más preferiblemente 1.00 % o menos.
Mo: 0.01 % o más y 0.50 % o menos
El Mo es un elemento que aumenta la resistencia del acero mediante el fortalecimiento de la solución sólida, y este efecto se obtiene cuando el contenido de Mo es de 0.01 % o más. Sin embargo, el Mo es un elemento caro y cuando su contenido supera el 0.50 %, la capacidad de trabajo del acero se deteriora. Por lo tanto, cuando se contiene Mo, el contenido de Mo se establece en un intervalo de 0.01 % o más y 0.50 % o menos. Preferiblemente es del 0.02 % o más. También es preferiblemente inferior al 0,25 %.
Co: 0.01 % o más y 0.50 % o menos
El Co es un elemento que mejora la resistencia y tenacidad del acero y este efecto se obtiene cuando el contenido de Co es del 0.01 % o más. Por otro lado, el Co es un elemento caro, y cuando su contenido supera el 0.50 %, no solo se satura el efecto anterior, sino que también se deteriora la capacidad de trabajo. Por lo tanto, cuando se contiene Co, se establece en un intervalo de 0.01 % o más y 0.50 % o menos. Preferiblemente es del 0.02 % o más. También es preferiblemente inferior al 0.25 % y más preferiblemente inferior al 0.10 %.
Ti: 0,001 % o más y 0.50 % o menos
El Ti se combina con C y se precipita como un carburo, y se combina con N y se precipita como un nitruro, suprimiendo así la formación de carburos de Cr y nitruros de Cr durante el enfriamiento después del tratamiento térmico de enfriamiento rápido, mejorando así la resistencia a la corrosión del acero. Este efecto se obtiene cuando el contenido de Ti es del 0.001 % o más. Por otro lado, cuando el contenido de Ti supera el 0.50 %, precipita nitruro de Ti grueso y la tenacidad del acero se deteriora. Por lo tanto, cuando se contiene Ti, el contenido de Ti se establece en un intervalo de 0.001 % o más y 0.50 % o menos. Preferiblemente es del 0.01 % o más. También es preferiblemente inferior al 0.25%.
Nb: 0.001% o más y 0.50% o menos
El Nb se combina preferentemente con el C disuelto en el acero y se precipita como un carburo, que suprime la conformación de carburo de Cr y mejora la resistencia a la corrosión de forma eficaz. Este efecto se obtiene cuando el contenido de Nb es del 0.001 % o más. Por otro lado, cuando el contenido de Nb supera el 0.50 %, la cantidad de carburo de Nb aumenta excesivamente, la cantidad de C en el acero disminuye, y no se puede obtener una resistencia suficiente. Por lo tanto, cuando se contiene Nb, el contenido de Nb se establece en un intervalo de 0.001 % o más y 0.50 % o menos. Es preferiblemente al menos 0.01 % y más preferiblemente al menos 0.02%. También es preferiblemente inferior al 0.20 % y más preferiblemente inferior al 0.10%.
V: 0.001 % o más y 0.50 % o menos
El V se combina preferentemente con N disuelto en el acero y se precipita como un nitruro, lo que suprime la conformación de nitruro de Cr y mejora la resistencia a la corrosión de forma eficaz. Este efecto se obtiene cuando el contenido de V es del 0.001 % o más. Por otro lado, cuando el contenido de V supera el 0.50 %, la cantidad de nitruro de V generado aumenta excesivamente, la cantidad de N en el acero disminuye y no se puede obtener una resistencia suficiente. Por lo tanto, cuando V está contenido, el contenido de V se establece en un intervalo de 0.001 % o más y 0.50 % o menos. Es preferiblemente 0.01 % o más, y más preferiblemente 0.02 % o más. También es preferiblemente inferior al 0.30 % y más preferiblemente inferior al 0.10 %.
B: 0.0002 % o más y 0.0100 % o menos
El B es un elemento eficaz para mejorar la capacidad de trabajo. Este efecto se obtiene cuando el contenido de B es 0.0002 % o superior. Por otra parte, cuando el contenido de B supera el 0.0100 %, la capacidad de trabajo y la tenacidad del acero se deterioran. Dado que B se combina con N en el acero y se precipita como un nitruro, la cantidad de martensita disminuye y la resistencia del acero disminuye. Por lo tanto, cuando B está contenido, el contenido de B se establece en un intervalo de 0.0002 % o más y 0.0100 % o menos. Es preferiblemente del 0.0005 % o más, y más preferiblemente del 0.0010 % o más. También es preferiblemente inferior al 0.0050 % y más preferiblemente inferior al 0.0030 %
Ca: 0.0002 % o más y 0.0100 % o menos
El Ca es un componente eficaz para prevenir la obstrucción de la boquilla que de otro modo se produciría fácilmente debido a la precipitación de inclusiones generadas durante la colada continua. Este efecto se obtiene al contener 0.0002 % o más de Ca. Por otro lado, cuando el contenido de Ca supera el 0.0100 %, se producen defectos superficiales. Por lo tanto, cuando se contiene Ca, el contenido de Ca se establece en un intervalo de 0.0002 % a 0.0100 %. Preferiblemente es 0.0005 % o más. También es preferiblemente inferior al 0.0030 % y más preferiblemente inferior al 0.0020 %.
Mg: 0.0002 % o más y 0.0100 % o menos
El Mg es un elemento efectivo para suprimir el engrosamiento de carburo y nitruro. Cuando se conforman precipitados gruesos de carburo y nitruro, se convierten en el origen de una fractura frágil que deteriora la tenacidad. El efecto de mejora de la tenacidad se obtiene cuando el contenido de Mg es del 0.0002 % o más. Por otro lado, cuando el contenido de Mg supera el 0.0100 %, las características superficiales del acero se deterioran. Por lo tanto, cuando se contiene Mg, el contenido de Mg se establece en un intervalo de 0.0002 % o más y 0.0100 % o menos. Preferiblemente es 0.0005 % o más. También es preferiblemente inferior al 0.0030 % y más preferiblemente inferior al 0.0020 %.
Los componentes distintos de los anteriores son Fe e impurezas inevitables. Específicamente, la composición química consiste, en % en masa,
C: 0.030 % o más y menos de 0.20 %,
Si: 0.01 % o más y 2.0 % o menos,
Mn: 0.01 % o más y 3.0 % o menos,
P: 0.050 % o menos,
S: 0.010 % o menos,
Cr: 10.0 % o más a 16.0 % o menos,
Ni: 0.01 % o más y 0.80 % o menos,
Al: 0.001 % o más y 0.50 % o menos,
Zr: 0.005 % o más y 0.50 % o menos, y
N: 0.030 % o más y menos de 0.20 %, y opcionalmente
al menos uno seleccionado del grupo que consiste en
Cu: 0.01 % o más y 3.0 % o menos,
Mo: 0.01 % o más y 0.50 % o menos, y
Co: 0.01 % o más y 0.50 % o menos;
Ti: 0.001 % o más y 0.50 % o menos,
Nb: 0.001 % o más y 0.50 % o menos, y
V: 0.001 % o más y 0.50 % o menos; o
B: 0.0002 % o más y 0.0100 % o menos,
Ca: 0.0002 % o más y 0.0100 % o menos, and
Mg: 0.0002 % o más y 0.0100 % o menos,
con el balance que consiste en Fe e impurezas inevitables.
Además, para obtener un material de alta resistencia de 1300 MPa o más, la lámina de acero inoxidable martensítico de la presente divulgación tiene una estructura compuesta principalmente por una fase martensítica, específicamente, una estructura que contiene 80 % o más de una fase martensítica con el resto que consiste en una fase ferrítica y/o una fase austenítica retenida. Es preferible que la martensita represente el 90% o más de la estructura en relación de volumen, incluyendo una fase única de martensita.
La relación de volumen de la fase martensítica se puede determinar de la siguiente manera: se prepara una pieza de prueba a partir de una lámina final laminada en frío (ya sea enfriada rápidamente o enfriada rápidamente y templada) y se graba con agua regia, luego mediante observación de la sección transversal bajo un microscopio óptico para 10 campos de observación con un aumento de 200 veces, la fase martensítica se distingue de la fase ferrítica y la fase austenítica retenida de acuerdo con la forma de la microestructura y la resistencia de grabado, se determina la relación de volumen de la fase martensítica mediante procesamiento de imágenes, los resultados se promedian, y el promedio se usa como la relación de volumen de la fase martensítica.
A continuación se describe un método de producción adecuado para el acero inoxidable martensítico divulgado actualmente.
La lámina de acero inoxidable martensítico de la presente divulgación se produce preparando un acero que tiene la composición química anterior mediante la fabricación de acero en un horno de fusión, tal como un convertidor o un horno eléctrico, sometiéndolo a un refinado secundario tal como el refinado en cuchara o el refinado al vacío, seguido de colada continua o colada de lingotes y floración para obtener un producto semiacabado (plancha), y sometiendo la plancha a laminado en caliente, recocido de banda en caliente y decapado para obtener una lámina laminada en caliente y recocida. Además, el método también puede incluir laminado en frío, tratamiento térmico de enfriamiento rápido y otros pasos opcionales tales como tratamiento térmico de decapado y templado para obtener una lámina laminada en frío.
Por ejemplo, el acero fundido se prepara mediante la fabricación de acero en un convertidor o un horno eléctrico, el refinado secundario se lleva a cabo mediante el método VOD o el método AOD para obtener la composición química anterior, y se forma una plancha mediante colada continua. La plancha así obtenida se calienta de 1000 °C a 1250 °C y se lamina en caliente en una lámina laminada en caliente del espesor deseado. La lámina laminada en caliente se somete a un recocido por lotes a una temperatura de 600 °C a 800 °C, y luego se eliminan las incrustaciones de óxido mediante granallado y decapado para obtener una lámina laminada en caliente y recocida. Esta lámina laminada en caliente y recocida se sigue laminando en frío, se enfría rápidamente y se enfría para obtener una lámina laminada en frío. En el laminado en frío, si es necesario, se pueden realizar dos o más pasos de laminado en frío que incluyen un recocido intermedio. La reducción total de laminación en la laminación en frío que incluye uno o más pasos de laminación en frío se establece en 60 % o más, y preferiblemente 80 % o más. Desde el punto de vista de obtener las propiedades mecánicas deseadas (tales como resistencia, tensión de prueba al 0,2%, alargamiento y capacidad de deformación final), es preferible realizar el tratamiento térmico de enfriamiento rápido en un intervalo de 900 °C a 1200 °C. El intervalo es más preferiblemente 1000 °C o más. El intervalo es más preferiblemente 1100 °C o menos. La rata de enfriamiento después del tratamiento térmico de enfriamiento rápido es preferiblemente de 1 °C/seg o más con el fin de obtener la resistencia deseada. Después del enfriamiento subsiguiente al tratamiento térmico de enfriamiento rápido, se puede llevar a cabo el tratamiento térmico de templado según sea necesario. Es preferible realizar el tratamiento térmico de templado en un intervalo de 100 °C a 500 °C desde el punto de vista de obtener las propiedades deseadas. El intervalo es más preferiblemente de 200 °C o más. El intervalo es más preferiblemente 300 °C o menos. Además, después del tratamiento térmico de enfriamiento rápido y del tratamiento térmico de templado, se puede llevar a cabo el tratamiento de decapado. Además, el acabado BA se puede realizar sin decapado realizando un tratamiento térmico de enfriamiento rápido y un tratamiento térmico de templado en una atmósfera reductora que contiene hidrógeno.
El producto de lámina laminada en frío así producido se somete a procesamiento de doblado, procesamiento de cordones, procesamiento de perforación o similares de acuerdo con el uso, y se le da forma de partes de junta o similares que se usan como material de sellado entre el motor y las partes del sistema de escape del automóvil. El producto de lámina laminada en frío también se puede utilizar para miembros que requieran elasticidad. Si es necesario, el producto en lámina laminada en frío puede someterse a un tratamiento térmico de enfriamiento rápido y un tratamiento térmico de templado después de conformado en partes.
Ejemplos
Se prepararon lingotes de acero de 30 kg que tenían las composiciones químicas enumeradas en la Tabla 1 mediante fabricación de acero y colada en un horno de fusión al vacío. En cada caso, después de calentar a 1200 °C, se realizó un laminado en caliente para obtener una barra de lámina que tiene un espesor de 25 mm y una anchura de 150 mm. La barra de lámina se ablandó manteniéndola en el horno a 700 °C durante 10 horas. Luego, la barra de lámina se calentó a 1100 °C y se laminó en caliente para obtener una lámina laminada en caliente que tenía un espesor de 4 mm. Luego, la lámina laminada en caliente se recoció en el horno a 700 °C durante 10 horas para obtener una lámina laminada en caliente y recocida. Posteriormente, la lámina laminada en caliente recocida se laminó en frío en una lámina laminada en frío que tenía un espesor de 0.2 mm, se sometió a un tratamiento térmico de enfriamiento rápido a la temperatura de la Tabla 2 y luego se enfrió. En este momento, la rata de enfriamiento se estableció en 1 °c/seg o más en cada caso. Además, algunas de las láminas laminadas en frío se enfriaron después del tratamiento térmico de enfriamiento rápido y luego se sometieron a un tratamiento térmico de templado a las temperaturas enumeradas en la Tabla 2.
<Observación de microestructura>
Para cada lámina de acero inoxidable martensítico laminado en frío (ya sea enfriada rápido o enfriada rápido y templada), se preparó una pieza de prueba para la observación de la sección transversal, se grabó con agua regia, luego a través de la observación de la sección transversal bajo un microscopio óptico para 10 campos de observación a 200 aumentos, se distinguió la fase martensítica de la fase de ferrita de acuerdo con la forma y la resistencia de grabado, se determinó la relación de volumen de la fase martensítica mediante procesamiento de imágenes y se promediaron los resultados. En los aceros Nos. 1 a 22 y 31,32, 34 a 47 de los ejemplos (Ejemplos inventivos), siendo el acero No. 33 un ejemplo de referencia y en los aceros Nos. 23 a 28, 30 y 48 a 50 de los ejemplos comparativos, la fase martensítica representó el 80 % o más de toda la estructura en relación de volumen. Por otro lado, en el acero No. 29 del ejemplo comparativo en el que el contenido de Cr era alto, la fase martensítica representó menos del 80 % de toda la estructura en relación de volumen.
<Prueba de tracción>
Usando las láminas de acero inoxidable martensítico laminado en frío preparadas como se describe anteriormente (ya sea enfriadas rápido o enfriadas rápido y templadas), se prepararon piezas de prueba de tracción JIS No. 5 cuya dirección longitudinal era la dirección de laminación, y se sometieron a pruebas de tracción a temperatura ambiente de acuerdo con el documento JIS Z 2241 para medir la resistencia a la tracción (T.S.), la tensión de prueba del 0.2 % (P.S.), el alargamiento (EL) y la capacidad de deformación final (el). La distancia calibrada original era de 50 mm y la velocidad de tracción era de 10 mm/min. Cada acero se probó con N = 2 y se evaluó el valor promedio
El alargamiento (EL) se calculó mediante la siguiente fórmula empalmando profundamente las piezas de prueba divididas de manera que los ejes de las piezas de prueba estuvieran en línea recta y midiendo la distancia de calibre final:
Figure imgf000009_0001
donde EL es el alargamiento (alargamiento después de la fractura), L0 es la distancia de calibre original y Lu es la distancia de calibre final.
Se midieron el ancho W la de lámina y el espesor T de la lámina sobre la superficie fracturada de cada pieza de prueba de tracción después de la prueba de tracción, y se calculó la capacidad de deformación final el mediante la siguiente fórmula junto con el ancho W0 de la lámina y el espesor T0 de la lámina de la pieza de prueba de tracción antes de la prueba de tracción:
81 - -{In(W/W0) ln(T/T0)}
donde el es la capacidad de deformación máxima, W es el ancho de la lámina sobre la superficie fracturada de la pieza de prueba de tracción después de la prueba de tracción, W0 es el ancho de la lámina de la pieza de prueba de tracción antes de la prueba de tracción, T es el espesor de la lámina sobre la superficie fracturada de la pieza de prueba de tracción después de la prueba de tracción, y T0 es el espesor de la lámina de la pieza de prueba de tracción antes de la prueba de tracción. Los resultados de la evaluación también se enumeran en la Tabla 2. Los criterios de evaluación son los siguientes:
• Resistencia a la tracción (T.S.)
Bueno: aprobado, 1300 MPa o más
Deficiente: fallido, menos de 1300 MPa
• Tensión de prueba del 0.2 % (P.S.)
Bueno: aprobado, 1050 MPa o más
Deficiente: fallido, menos de 1050 MPa
• Alargamiento (EL)
Bueno: aprobado, 7.0 % o más
Deficiente: fallido, menos del 7.0 %
• Capacidad de deformación final (el)
Bueno: aprobado, 0.5 o más
Deficiente: fallido, menos de 0.5
<Prueba de evaluación de la resistencia a la corrosión>
Se cortó una pieza de prueba de 60 mm de ancho y 80 mm de largo de cada lámina laminada en frío preparada como se describe anteriormente (ya sea enfriada rápido o enfriada rápido y templada) y se sometió a una prueba de evaluación de la resistencia a la corrosión siguiendo el método de prueba de corrosión para materiales automotrices (JASO M 609-91) según lo especificado por la Sociedad de Ingenieros Automotrices de Japón. La superficie de cada pieza de prueba se pulió con papel de lija #600. En cada pieza de prueba, toda la superficie posterior y 5 mm alrededor de la superficie frontal se cubrieron con un sello. En la prueba, la relación del área de corrosión de la superficie se midió después de 15 ciclos, siendo un ciclo de niebla salina al 5 % (2 horas), secado a 60 °C (4 horas) y humedecimiento a 50 °C (2 horas). El ensayo se realizó con N = 2, y se adaptó el de mayor relación de áreas de corrosión como evaluación de la lámina laminada en frío.
Los resultados obtenidos también se enumeran en la Tabla 2. Los criterios de evaluación son los siguientes:
Bueno: aprobado, donde la relación del área de corrosión fue inferior al 30%
Deficiente: fallido, donde la relación del área de corrosión fue del 30% o más
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A partir de la Tabla 1, puede verse que los ejemplos Nos. 1 a 22 y 31 a 47 fueron todos excelentes en resistencia, tensión de prueba al 0.2 %, alargamiento, capacidad de deformación final y resistencia a la corrosión.
Por otro lado, los ejemplos comparativos Nos. 23 y 50 que no contienen Zr (ambos correspondientes a SUS 403) fallaron en términos de alargamiento, capacidad de deformación final y resistencia a la corrosión. El Ejemplo comparativo No. 24 con un contenido de Cr tan bajo como fuera del intervalo apropiado falló en términos de resistencia a la corrosión. El ejemplo comparativo No. 25 con un contenido de N tan bajo como fuera del intervalo apropiado y el ejemplo comparativo No. 26 con un contenido de C tan bajo como fuera del intervalo apropiado fallaron en términos de resistencia y tensión de prueba del 0.2 %. El ejemplo comparativo No. 27 con contenido de C tan alto como fuera del intervalo apropiado y el ejemplo comparativo No. 28 con contenido de N tan alto como fuera del intervalo apropiado fallaron en términos de alargamiento, capacidad de deformación final y resistencia a la corrosión. El ejemplo comparativo No. 29 con un contenido de Cr tan alto como fuera del intervalo apropiado y con menos martensita falló en términos de resistencia y tensión de prueba del 0.2 %. Los ejemplos comparativos Nos. 30, 48 y 49 con un contenido de S tan alto como fuera del intervalo apropiado fallaron en términos de capacidad de deformación final y resistencia a la corrosión.
Capacidad de aplicación industrial
La lámina de acero inoxidable martensítico divulgada en el presente documento es excelente tanto en resistencia (resistencia a la tracción y tensión de prueba al 0.2 %) como en capacidad de trabajo (alargamiento, en particular, capacidad de deformación final) y, por lo tanto, es adecuada como miembro de junta. También es adecuado para su uso en partes que requieren resistencia a los resortes.

Claims (1)

REIVINDICACIONES
1. Una lámina de acero inoxidable martensítico que comprende una composición química que contiene, en % en masa, C: 0.030 % o más y menos de 0.20 %,
Si: 0.01 % o más y 2.0 % o menos,
Mn: 0.01 % o más y 3.0 % o menos,
P: 0.050 % o menos,
S: 0.010 % o menos,
Cr: 10.0 % o más y 16.0 % o menos,
Ni: 0.01 % o más y 0.80 % o menos,
Al: 0.001 % o más y 0.50 % o menos,
Zr: 0.005 % o más y 0.50 % o menos, y
N: 0.030 % o más y menos de 0.20 %,
opcionalmente al menos uno seleccionado del grupo que consiste en Cu: 0.01 % o más y 3.0 % o menos, Mo: 0.01 % o más y 0.50 % o menos,
Co: 0.01 % o más y 0.50 % o menos,
Ti: 0.001 % o más y 0.50 % o menos,
Nb: 0.001 % o más y 0.50 % o menos,
V: 0.001 % o más y 0.50 % o menos,
B: 0.0002 % o más y 0.0100 % o menos,
Ca: 0.0002 % o más y 0.0100 % o menos, y
Mg: 0.0002 % o más y 0.0100 % o menos,
con el balance que consiste en Fe e impurezas inevitables,
en el que la lámina de acero inoxidable martensítico tiene una resistencia a la tracción de 1300 MPa o más, un alargamiento del 7.0 % o más y una capacidad de deformación final de 0.5 o más, medida en una prueba de tracción a temperatura ambiente de acuerdo con el documento JIS Z 2241.
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