ES2927078T3

ES2927078T3 - Acero inoxidable ferrítico

Info

Publication number: ES2927078T3
Application number: ES18215480T
Authority: ES
Inventors: Timo Manninen; Juha Kela; Timo Juuti
Original assignee: Outokumpu Oyj
Current assignee: Outokumpu Oyj
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2022-11-02
Anticipated expiration: 2038-12-21
Also published as: EP3670692A1; CN113195762A; JP7464606B2; TW202035732A; AU2019406425A1; MX2021006953A; US20220056565A1; ZA202103639B; KR20210107657A; EP3670692B1; CA3122043A1; JP2022514575A; SI3670692T1; WO2020127275A1; BR112021011181A2

Abstract

La invención se refiere a un acero inoxidable ferrítico que tiene excelentes propiedades anticorrosivas y de formación de láminas. El acero se compone en porcentajes en peso de 0,003 - 0,035 % de carbono, 0,05 - 1,0 % de silicio, 0,10 - 0,8 % de manganeso, 18 - 24 % de cromo, 0,05 - 0,8 % de níquel, 0,003 - 2,5 % de molibdeno, 0,2 - 0,8 % de cobre, 0,003 - 0,05 % nitrógeno, 0,05 - 1,0 % titanio, 0,05 - 1,0 % niobio, 0,03 - 0,5 % vanadio, 0,010 - 0,04 % aluminio, y la suma C+N inferior al 0,06 %, siendo el resto hierro e impurezas inevitables, donde la relación (Ti+Nb)/(C+N) es mayor o igual a 8, y menor a 40, y la relaciónTieq/Ceq = (Ti + 0.515*Nb +0.940*V)/(C+0.858*N) es mayor o igual a 6, y menor a 40, y Leq = 5.8*Nb + 5*Ti*Si es mayor o igual a 3.3, y el acero se produce utilizando tecnología AOD (Argon-Oxygen-Decarburization). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Acero inoxidable ferrítico

La presente invención se refiere a un acero inoxidable ferrítico estabilizado que tiene buena resistencia a la corrosión, buena soldabilidad y resistencia mejorada a alta temperatura para su uso en servicio a alta temperatura en componentes utilizados en aplicaciones tales como sistemas de escape de automóvil, celdas de combustible y otras aplicaciones del sector energético, electrodomésticos, hornos y otros sistemas industriales de alta temperatura. El punto más crítico en el desarrollo del acero inoxidable ferrítico es el modo de cuidar los elementos de carbono y nitrógeno. Estos elementos tienen que estar ligados a carburos, nitruros o carbonitruros. Los elementos que se utilizan en este tipo de unión se denominan elementos estabilizadores. Los elementos estabilizadores comunes son niobio y titanio. Los requisitos para la estabilización de carbono y nitrógeno se pueden reducir para los aceros inoxidables ferríticos en los que, por ejemplo, el contenido de carbono es muy bajo, menor que un 0,01% en peso. Sin embargo, este bajo contenido de carbono genera requisitos para el proceso de fabricación. La tecnología común de producción de AOD (Argón-Oxígeno-Descarburización) para aceros inoxidables ya no resulta práctica y, por tanto, se deben utilizar métodos de producción más costosos, tales como la tecnología de producción de VOD (Vacío-Oxígeno-Descarburización).

Las partículas intermetálicas de la fase de Laves, que se pueden formar en el acero inoxidable ferrítico, aumentan la resistencia a alta temperatura del acero siempre que las partículas permanezcan pequeñas y estables a las temperaturas de operación. Además, las partículas de la fase de Laves, precipitadas dentro de los granos y en los límites de grano, también inhiben el crecimiento de grano. La aleación de una combinación equilibrada de niobio, silicio y titanio en el acero inoxidable ferrítico favorece la precipitación de la fase intermetálica de Laves y estabiliza la fase, aumentando la temperatura de disolución de los precipitados.

La microestructura formada en la soldadura depende de la composición química del metal de soldadura. Cuando se utiliza una cantidad suficiente de titanio en la estabilización de los elementos intersticiales carbono y nitrógeno, los compuestos formados durante la estabilización, tal como TiN, producen una estructura de grano fino equiaxial en las soldaduras. La estructura de grano fino equiaxial mejora la ductilidad y tenacidad de las soldaduras. Los granos columnares no deseados pueden provocar fisuración en caliente, ya que las impurezas se pueden segregar en la línea central de soldadura. Los granos columnares grandes también disminuyen la tenacidad de la soldadura.

La patente EP EP2922978B describe acero inoxidable ferrítico que tiene excelentes propiedades de corrosión y formación de chapa, caracterizado porque el acero consiste, en porcentaje en peso, en un 0,003-0,035% de carbono, un 0,05-1,0% de silicio, un 0,1-0,8% de manganeso, un 20-21,5% de cromo, un 0,05-0,8% de níquel, un 0,003 -0,5% de molibdeno, un 0,2-0,8% de cobre, un 0,003-0,05% de nitrógeno, un 0,05-0,15% de titanio, un 0,25%-0,8% de niobio, un 0,03-0,5% de vanadio, un 0,010- 0,04% de aluminio, y la suma C+ N es menor que un 0,06%, siendo el resto hierro e impurezas inevitables, siendo la relación (Ti+Nb)/(C+N) mayor o igual que 8, y menor que 40, y siendo la relación Tieq/Ceq=(Ti+ 0,515 *Nb 0,940*V)/(C+0,858*N) mayor o igual que 6, y menor que 40.

La patente EP 1818422 describe un acero inoxidable ferrítico estabilizado con niobio que tiene, entre otros, menos que un 0,03% en peso de carbono, un 18-22% en peso de cromo, menos que un 0,03% en peso de nitrógeno y un 0,2-1,0% en peso de niobio. De acuerdo con esta patente EP, la estabilización de carbono y nitrógeno se lleva a cabo utilizando únicamente niobio.

La solicitud de patente EP 2163658 describe un acero inoxidable ferrítico con resistencia a la corrosión por sulfato que contiene menos que un 0,02% de carbono, un 0,05-0,8% de silicio, menos que un 0,5% de manganeso, un 20-24% de cromo, menos que un 0,5% de níquel, un 0,3-0,8% de cobre, menos que un 0,02% de nitrógeno, un 0,20-0,55% de niobio, menos que un 0,1% de aluminio y el resto hierro e impurezas inevitables. En este acero inoxidable ferrítico únicamente se utiliza niobio en la estabilización de carbono y nitrógeno.

La publicación WO 2012046879 hace referencia a un acero inoxidable ferrítico para su uso en un separador de una celda de combustible de membrana de intercambio de protones. Se forma una película de pasivación sobre la superficie del acero inoxidable sumergiendo el acero inoxidable en una disolución que contiene principalmente ácido fluorhídrico o una mezcla líquida de ácido fluorhídrico y ácido nítrico. El acero inoxidable ferrítico contiene carbono, silicio, manganeso, aluminio, nitrógeno, cromo y molibdeno además de hierro, como elementos de aleación necesarios. Todos los demás elementos de aleación descritos en la referencia WO 2012046879 son opcionales. Como se describe en los ejemplos de la presente publicación WO, el acero inoxidable ferrítico que tiene un bajo contenido de carbono se produce mediante fundición a vacío, que es un método de fabricación muy costoso.

El documento EP1083241 describe un fleje de acero ferrítico al cromo estabilizado con niobio, producido a partir de un acero que tiene contenidos específicos de molibdeno, silicio y estaño y que contiene una fase cúbica de hierroniobio como única fase intermetálica a temperatura elevada. Se produce un fleje de acero ferrítico al 14% de cromo estabilizado con niobio, a partir de un acero de composición (en peso) < 0,02% de C, un 0,002-0,02% de N, un 0,05-1% de Si, más que de un 0 a 1% de Mn, un 0,2-0,6% de Nb, un 13,5-16,5% de Cr, un 0,02-1,5% de Mo, más que de 0 a un 1,5% de Cu, más que de un 0 a un 0,2% de Ni, más que de un 0 a un 0,020% de P, más que de un 0 a un 0,003% de S, más que de un 0,005 a un 0,04% de Sn, resto Fe e impurezas, los contenidos de Nb, C y N cumplen la relación Nb/(C N) > 9,5, mediante: (a) recalentamiento antes de laminado en caliente a 1150-1250 (preferentemente 1175) grados C; (b) enrollado a 600-800 (preferentemente 600) grados C; (c) laminado en frío, opcionalmente después del recocido previo; y (d) recocido final a 800-1100 (preferentemente 1050) grados C durante 1-5 (preferentemente 2) minutos. También se incluye una reivindicación independiente para una chapa de acero ferrítico al 14% de cromo estabilizada con niobio obtenida mediante el proceso anterior.

El documento EP1170392 describe un acero inoxidable ferrítico que comprende los tres de Co, V y B, que tiene un contenido de Co de aproximadamente un 0,01% en masa a aproximadamente un 0,3% en masa, un contenido de V de aproximadamente un 0,01% en masa a aproximadamente un 0,3% en masa y un contenido de B de aproximadamente un 0,0002% en masa a aproximadamente un 0,0050% en masa, y que tiene una resistencia superior a la fragilidad por procesado secundario y características superiores de fatiga a alta temperatura. Otros componentes son (en % en masa): un 0,02% o menos de C, de un 0,2 a un 1,0% de Si, de un 0,1 a un 1,5% de Mn, un 0,04% o menos de P, un 0,01% o menos de S, de un 11,0 a un 20,0% de Cr, de un 0,1 a un 1,0% de Ni, de un 1,0 a un 2,0% de Mo, un 1,0% o menos de Al, de un 0,2 a un 0,8% de Nb, un 0,02% o menos de N y opcionalmente de un 0,05 a un 0,5% de Ti, Zr o Ta, de un 0,1 a un 2,0% de Cu, de un 0,05 a un 1,0% de W, de un 0,001 a un 0,1% de Mg y de un 0,0005 a un 0,005% de Ca.

La patente de Estados Unidos 4726853 hace referencia a un fleje o chapa de acero inoxidable ferrítico, generalmente en estado recocido, cuya operación final de recocido va seguida en la mayoría de los casos por una etapa de acabado y procesado en frío o "etapa superficial", que produce un grado de alargamiento menor que un 1%, destinado en particular a la producción de tubos de escape y colectores. La composición del fleje o chapa es la siguiente (% en peso):

(C+N)<0,060-Si<0,9-Mn<1

Cr de 15 a 19-Mo<1-Ni<0,5-Ti<0,1-Cu<0,4-S<0,02-P<0,045

Zr=de 0,10 a 0,50 con Zr entre 7 (C+N)-0,1 y 7 (C+N)+0,2 Nb entre 0,25 y 0,55 si Zr^7 (C+N) y entre 0,25+7 (C+N)-Zr y 0,55+7 (C+N)-Zr si Zr<7 (C+N)

Al de 0,020 a 0,080; otros elementos y Fe: equilibrio.

El documento EP0478790 describe un acero inoxidable ferrítico termorresistente mejorado en cuanto a tenacidad a baja temperatura, que evita la aparición de fisuración por soldadura a alta temperatura y útil como material para el paso de gases de escape de automóvil, en particular un paso expuesto a alta temperatura entre el motor y el convertidor, de modo que el acero comprende hasta un 0,03% de carbono, de un 0,1 a un 0,8% de silicio, de un 0,6 a un 2,0% de manganeso, hasta un 0,006% de azufre, hasta un 4% de níquel, de un 17,0 a un 25,0% de cromo, de un 0,2 a un 0,8% de niobio, de un 1,0 a un 4,5% de molibdeno, de un 0,1 a un 2,5% de cobre, hasta un 0,03% de nitrógeno, y opcionalmente una cantidad necesaria de al menos uno de aluminio, titanio, vanadio, circonio, tungsteno, boro y REM, en el que la relación de manganeso con respecto a azufre es 200 o mayor, [Nb] = Nb % -8(C % N %) ^ 0,2,

y Ni % Cu % § 4,

el resto es hierro e impurezas inevitables en el proceso de producción.

El documento EP2557189 describe una chapa de acero inoxidable ferrítico para una pieza de escape que tiene escaso deterioro en cuanto a resistencia, incluso si se somete a un historial térmico a largo plazo y es de bajo coste, excelente en cuanto a resistencia térmica y trabajabilidad caracterizada por contener, en % en masa, C: menos que un 0,010%, N: un 0,020% o menos, Si: más que de un 0,1% a un 2,0%, Mn: un 2,0% o menos, Cr: de un 12,0 a un 25,0%, Cu: más que de un 0,9 a un 2%, Ti: de un 0,05 a un 0,3%, Nb: de un 0,001 a un 0,1%, Al: un 1,0% o menos, y B: de un 0,0003 a un 0,003%, con una relación Cu/(Ti+Nb) de 5 o más, y con un resto de Fe e impurezas inevitables.

El objeto de la presente invención consiste en eliminar algunos inconvenientes del estado de la técnica y lograr un acero inoxidable ferrítico que tenga buena resistencia a la corrosión, soldabilidad mejorada y mayor resistencia a alta temperatura, acero estabilizado con niobio, titanio y vanadio y producido utilizando tecnología AOD (Argón-Oxígeno-Descarburización). Las características esenciales de la presente invención se enumeran en las reivindicaciones adjuntas.

La composición química del acero inoxidable ferrítico según la invención se define en las reivindicaciones adjuntas. Los efectos y contenido, en % en peso si no se menciona nada más, de cada elemento de aleación se comentan a continuación:

Carbono (C) disminuye el alargamiento y el valor r y, preferentemente, se elimina en la medida en que resulte posible durante el proceso de fabricación de acero. El contenido de carbono de la disolución de sólidos se fija en forma de carburos mediante titanio, niobio y vanadio, como se describe a continuación. El contenido de carbono está limitado hasta un 0,035%, preferentemente hasta un 0,03%, pero con al menos un 0,003% de carbono.

Silicio (Si) se utiliza para reducir cromo de la escoria destinada de nuevo a fundición. Algunos restos de silicio en el acero resultan necesarios para garantizar que la reducción tenga lugar de manera correcta. En la disolución de sólidos, silicio promueve la formación de fases de Laves y estabiliza las partículas de la fase de Laves a temperatura elevada. Por tanto, el contenido de silicio está limitado hasta un 1,0%, pero al menos un 0,05%.

Manganeso (Mn) degrada la resistencia a la corrosión del acero inoxidable ferrítico mediante la formación de sulfuros de manganeso. Con bajo contenido de azufre (S), el contenido de manganeso está limitado hasta un 0,8%, preferentemente menos que un 0,65%, pero al menos un 0,10%.

Cromo (Cr) mejora la resistencia a la oxidación y la resistencia a la corrosión. Para lograr una resistencia a la corrosión comparable a la del acero de calidad EN 1.4301, el contenido de cromo debe ser de un 18 a un 22%. Preferentemente, el contenido de cromo es de un 20 a un 22%.

Níquel (Ni) es un elemento que contribuye de manera favorable a la mejora de tenacidad, pero níquel es sensible a la fisuración por corrosión bajo tensión (SCC). Para tener en cuenta estos efectos, el contenido de níquel está limitado hasta un 0,8%, preferentemente menos de un 0,5%, de modo que el contenido de níquel es al menos de un 0,05%.

Molibdeno (Mo) mejora la resistencia a la corrosión pero reduce el alargamiento hasta fractura. El contenido de molibdeno está limitado hasta un 2,5%, pero al menos un 0,003%. Para aplicaciones en ambientes altamente corrosivos con valores bajos de pH ácido <4, el contenido de molibdeno es preferentemente de hasta un 2,5% pero al menos un 0,5%. Para aplicaciones en entornos menos corrosivos con valores de pH neutros o altos >4, el intervalo más preferido es de un 0,003%-0,5% de molibdeno.

Cobre (Cu) mejora la resistencia a la corrosión en disolución ácida, pero un elevado contenido de cobre puede resultar perjudicial. El contenido de cobre está limitado hasta un 0,8%, preferentemente menos de un 0,5%, pero al menos un 0,2%.

Nitrógeno (N) reduce el alargamiento hasta fractura. El contenido de nitrógeno está limitado hasta un 0,05%, preferentemente menos que un 0,03%, pero al menos un 0,003%.

Aluminio (Al) se utiliza para eliminar el oxígeno de la masa fundida. El contenido de aluminio es de un 0,010 a un 0,04%.

Titanio (Ti) es muy útil porque forma nitruros de titanio con nitrógeno a temperatura muy elevada. Los nitruros de titanio evitan el crecimiento de grano durante el recocido y la soldadura. En las soldaduras, la aleación de titanio favorece la formación de una estructura de grano fino equiaxial. Titanio es el elemento más barato de los elementos de estabilización elegidos, titanio, vanadio y niobio. Por tanto, la utilización de titanio para la estabilización constituye una opción rentable. El contenido de titanio está limitado hasta un 1,0%, pero al menos un 0,05%. El intervalo más preferido es un 0,07%-0,40% de titanio.

Niobio (Nb) se utiliza hasta cierto punto para unir carbono a los carburos de niobio. Con niobio es posible controlar la temperatura de recristalización. Niobio estimula la precipitación de las partículas de las fases de Laves y tiene un efecto positivo en su estabilidad a alta temperatura. Niobio es el elemento más caro de los elementos de estabilización escogidos de titanio, vanadio y niobio. El contenido de niobio está limitado hasta un 1,0%, pero al menos un 0,05%.

Vanadio (V) forma carburos y nitruros a temperatura más baja. Estas precipitaciones son pequeñas y la mayor parte de ellas se suelen producir en el interior de los granos. La cantidad de vanadio necesaria para la estabilización de carbono es únicamente la mitad de la cantidad de niobio necesaria para la misma estabilización del carbono. Esto se debe a que el peso atómico de vanadio es únicamente la mitad del peso atómico de niobio. Vanadio es una opción rentable para el elemento de estabilización, ya que es más barato que niobio. Vanadio también mejora la tenacidad del acero. El contenido de vanadio está limitado hasta un 0,5%, pero al menos un 0,03%, preferentemente entre un 0,03 y un 0,20%.

La invención se describe a continuación con mayor detalle haciendo referencia a los dibujos adjuntos, de los cuales La Figura 1 es un gráfico que muestra la combinación de contenido de Ti, Nb y Si, que tiene como resultado propiedades mecánicas mejoradas a alta temperatura en un material según la presente invención.

La Figura 2 es una microfotografía que muestra una microestructura típica utilizada para determinar la composición química de las partículas de la fase de Laves por medio de espectrometría de dispersión de energía (EDS), La Figura 3 es una microfotografía que muestra una estructura columnar de grano grueso formada en la soldadura autógena cuando el acero no tiene una cantidad suficiente de titanio, (a) corte transversal a la soldadura, y (b) corte en el plano de chapa soldada, y

La Figura 4 es una microfotografía de una estructura de grano fino equiaxial formada en la soldadura autógena cuando el acero tiene una cantidad suficiente de titanio.

Utilizando los tres elementos de estabilización, titanio, niobio y vanadio en el acero inoxidable ferrítico según la invención, es posible conseguir una estructura reticular atómica prácticamente exenta de intersticios. Eso significa que esencialmente todos los átomos de carbono y nitrógeno están ligados a elementos de estabilización. Cuando se utiliza una cantidad suficiente de titanio en la estabilización de los elementos intersticiales carbono y nitrógeno, los compuestos formados durante la estabilización, tal como TiN, favorecen la formación de una estructura de grano fino equiaxial en las soldaduras. La estructura de grano fino equiaxial mejora la ductilidad y la tenacidad de las soldaduras. Por tanto, un contenido suficiente de titanio evita la formación de una estructura columnar gruesa en la soldadura. Los granos columnares pueden provocar fisuración en caliente, ya que las impurezas se podrían segregar en la línea central de soldadura. Los granos columnares grandes también pueden disminuir la tenacidad de la soldadura. Usando adicionalmente un contenido suficiente de Ti, Si y Nb, es posible lograr un acero inoxidable ferrítico con propiedades mecánicas mejoradas a alta temperatura. Las combinaciones de contenidos de Ti, Nb y Si que tienen como resultado propiedades mecánicas mejoradas a alta temperatura en la presente invención se muestran en la Figura 1. La región viene determinada por presentar 5,8*Nb 5*Ti*Si mayor o igual que 3,3.

Se prepararon diversas aleaciones de acero inoxidable para someter a ensayo el acero inoxidable ferrítico de la invención. Durante la preparación, cada aleación se sometió a fundición, colada y laminado en caliente. La placa laminada en caliente se sometió a recocido y decapado antes del laminado en frío. A continuación, la chapa laminada en frío, al espesor final, se volvió a recocer y decapar. La Tabla 1 contiene además las composiciones químicas de los materiales EN 1.4509 y EN 1.4622 que no son de la invención.

A partir de la Tabla 1 se aprecia que la aleación A tiene menor cantidad de niobio y silicio en comparación con las otras aleaciones de B a H. Las aleaciones B, C y D tienen la

A partir de la Tabla 1 se aprecia que la aleación A tiene menor cantidad de niobio y silicio en comparación con las otras aleaciones de B a H. Las aleaciones B, C y D tienen la misma cantidad de niobio, mientras que la cantidad de silicio aumenta gradualmente de la aleación B a C y a D. La aleación E tiene esencialmente la misma composición química que la aleación D, excepto por pequeñas variaciones en las cantidades de silicio, titanio y niobio. La aleación F tiene esencialmente la misma cantidad de silicio que la aleación C, mientras que el contenido de niobio de la aleación F es el más alto entre todas las aleaciones de A a H. Las aleaciones G y H también contienen molibdeno además de silicio, titanio y niobio. Todas las aleaciones A-H están triplemente estabilizadas con titanio, niobio y vanadio. Las aleaciones A-F ilustran ejemplos que no son de la invención.

Cuando se usa niobio, titanio y vanadio en la estabilización de los elementos intersticiales carbono y nitrógeno en el acero inoxidable ferrítico de la invención, los compuestos que se generan durante la estabilización, son tales como carburo de titanio (TiC), nitruro de titanio (TiN), carburo de niobio (NbC), nitruro de niobio (NbN), carburo de vanadio (VC) y nitruro de vanadio (VN). En esta estabilización se usa una fórmula simple para evaluar la cantidad y el efecto de la estabilización, así como también el papel de los diferentes elementos de estabilización.

La conexión entre los elementos de estabilización titanio, niobio y vanadio viene definida por la fórmula (1) para un equivalente de estabilización (Ti^eq), en la que el contenido de cada elemento está en % en peso:

Ti^eq= Ti 0,515*Nb 0,940* V (1)

Respectivamente, la conexión entre los elementos intersticiales carbono y nitrógeno viene definida por la fórmula (2) para un equivalente intersticial (C^eq), en la que los contenidos de carbono y nitrógeno están en % en peso:

C^eq= C 0,858*N (2)

para evitar la sensibilización. La patente EP EP292278B proporciona información adicional sobre la sensibilización a la corrosión del límite de grano. En el presente documento se muestra que la estabilización frente a la corrosión intergranular resulta exitosa si Ti^eq/C^eqes mayor o igual que 6 y (Ti+Nb)/(C+N) es mayor o igual que 8.

La resistencia mejorada a alta temperatura del acero de la invención está garantizada por la dispersión fina de partículas de fase de Laves termodinámicamente estables. La aleación de Nb, Ti y Si se debe equilibrar con precaución para obtener una microestructura óptima para la alta temperatura de servicio. La aleación correcta favorece la precipitación de las partículas de fase de Laves y eleva su temperatura de disolución. Las partículas de fase de Laves se forman rápidamente durante la exposición a temperaturas dentro del intervalo de 650 a 850 °C. La Figura 2 ilustra los precipitados intergranulares e intragranulares observados en las aleaciones A a H cuando el material se expone a temperatura de 800 °C durante 30 minutos. La composición química de las partículas precipitadas se determina mediante espectrometría de dispersión de energía (EDS). Los resultados de la Tabla 2 revelan que las partículas formadas en el acero de la invención son precipitados de fase de Laves. Según la Tabla 2, la composición química de las partículas precipitadas en el acero de la invención sigue el modelo A²B, en el que A es una combinación de Fe y Cr y B es una combinación de Nb, Si y Ti. Según las medidas de EDS proporcionadas en la Tabla 2, la fórmula química de las partículas de la fase de Laves es (Fe^0,8Cr^0,2)²(Nb^0,70Si^0,25Ti^0,05). El número de átomos de Fe, Cr, Nb, Si y Ti en la molécula depende de la aleación y de los ciclos térmicos experimentados por el material.

Tabla 2: Composición química de 10 partículas de fase de Laves en el acero de la invención según espectrometría de dispersión de energía (EDS).

Una combinación equilibrada de silicio, niobio y titanio garantiza que el acero contenga una cantidad suficiente de partículas de fase de Laves a alta temperatura de servicio por encima de los 900 °C. La conexión entre los elementos de formación de fase de Laves titanio, niobio y silicio viene definida por la fórmula (3) para un número equivalente de fase de Laves L^eq, en el que el contenido de cada elemento es en % en peso:

L^eq= 5,8*Nb 5*Ti*Si (3)

El número equivalente de fase de Laves L^eqes mayor o igual que 3,3 para el acero inoxidable ferrítico de la invención, con el fin de garantizar propiedades mejoradas de resistencia a alta temperatura. La fase equivalente de Laves corresponde al límite inferior de la región indicada para garantizar las propiedades mejoradas de resistencia a alta temperatura. Para temperaturas de servicio mayores que 950 °C, el número equivalente de fase de Laves L^eqes mayor o igual que 4,5.

Los valores de las relaciones Ti^eq/C^eq, (Ti+Nb)/(C+N) y el valor de equivalente L^eqse calculan en la Tabla 3 para las aleaciones A a H. Los valores de la Tabla 3 muestran que las aleaciones G-H y los materiales que no son de la invención tienen valores favorables para las relaciones tanto Ti^eq/C^eqcomo (Ti+Nb)/(C+N). En cambio, únicamente las aleaciones A-H, tienen valores favorables para el número equivalente de fase de Laves L^eq.

Tabla 3: Valores de las relaciones Ti^eq/C^eq, (Ti+Nb)/(C+N) y número equivalente L^eqde fase de Laves.

La disolución de la fase de Laves precipitada determina el límite superior de la temperatura de servicio de los aceros inoxidables ferríticos de la invención. La temperatura de disolución se calculó utilizando el software de simulación termodinámica Thermo-Calc versión 2018b para las aleaciones de la Tabla 1. Los resultados se presentan en la Tabla 4. Los valores de temperatura de disolución son favorables y mayores que la temperatura de servicio deseada de 900 °C para las aleaciones. A-H. De manera desfavorable, las temperaturas de disolución están por debajo de la temperatura deseada de 900 °C para los materiales de referencia.

Tabla 4: Temperatura a la que se disuelven las partículas de fase de Laves de fortalecimiento bajo exposición sostenida. Un valor por encima de T=900 °C se considera satisfactorio.

Se determinó la resistencia a la tracción a temperatura elevada de todas las aleaciones enumeradas en la Tabla 1 según la norma de ensayo de tracción a temperatura elevada EN ISO 10002-5. Los resultados de los ensayos realizados a T=950 °C y T=1000 °C se presentan en la Tabla 5.

Tabla 5: Resistencia a la tracción medida según EN ISO 12002-5. Se considera satisfactorio un valor de Rm mayor que 30 MPa a 950 °C y mayor que 20 MPa a 1000 °C.

La resistencia mecánica Rm se considera insuficiente cuando Rm < 30 MPa a 950 °C o Rm < 20 MPa a 1000 °C. Los resultados de la Tabla 5 muestran que los aceros según la invención cumplen estos requisitos mientras que los materiales EN 1.4509 y EN 1.4622 que no son de la invención no cumplen estos requisitos.

Debido a que la resistencia a la corrosión es la propiedad más importante del acero inoxidable, se determinó por vía potenciodinámica el potencial de corrosión por picadura de todas las aleaciones enumeradas en la Tabla 1. Las aleaciones se trituraron en húmedo con malla metálica 320 y se permitió la repasivación al aire a temperatura ambiente durante al menos 24 horas. Las mediciones de potencial por picadura se realizaron en una disolución acuosa de NaCl al 1,2% en peso aireada de forma natural (CI al 0,7% en peso, NaCl 0,2 M) a temperatura ambiente de aproximadamente 22 °C. Las curvas de polarización se registraron a 20 mV/min utilizando celdas con puerto de lavado exentas de fisuras (celdas Avesta como se describe en ASTM G150) con un área electroquímicamente activa de aproximadamente 1 cm2. Las chapas de platino sirvieron como contraelectrodos. Se utilizaron electrodos de calomelanos saturados KCI (SCE) como electrodos de referencia. Se calculó el valor promedio de seis mediciones de potencial por picadura por penetración para cada aleación y se enumeran en la Tabla 2.

Los resultados de la Tabla 6 muestran que el acero inoxidable ferrítico de la invención tiene mejor potencial de corrosión por picadura que el acero de referencia EN 1.4509. El potencial de corrosión por picadura de las aleaciones A-F es esencialmente el mismo que el del acero EN 1.4622 que no es de la invención, mientras que el potencial de corrosión por picadura de las aleaciones G y H aleadas con Mo es mayor que el del material EN 1.4622 que no es de la invención.

Tabla 6: Potencial de corrosión por picadura para las aleaciones A-H y para los materiales que no son de la invención.

La estructura de grano fino equiaxial de las soldaduras queda garantizada si se utiliza una cantidad suficiente de titanio para la estabilización. Los compuestos formados por titanio en el metal líquido de soldadura, tal como TiN, actúan como sitios de nucleación para la solidificación heterogénea que tiene como resultado una estructura de grano fino equiaxial en la soldadura. Los otros elementos utilizados para la estabilización, vanadio y niobio, no forman compuestos que actúen como sitios de nucleación en el metal líquido. Por tanto, se produce una soldadura de grano grueso con estructura de grano columnar si la cantidad de titanio no es suficientemente elevada. La estructura columnar de grano grueso puede provocar fisuración en caliente, ya que las impurezas se pueden segregar en la línea central de soldadura. Los granos columnares grandes también disminuyen la tenacidad de la soldadura. El problema es particularmente importante en soldadura autógena, en la que los aditivos de soldadura no pueden modificar la composición química del metal de soldadura. La influencia del método de estabilización en la estructura de soldadura resulta bien conocida y se analiza con detalle, por ejemplo, en el artículo de revista publicado por W. Gordon y A. Van Bennecom (W. Gordon y A. van Bennekom. Review of stabilisation of ferritic stainless steels. Materials Science and Technology, 1996. Vol. 12, N.° 2, páginas 126-131).

La Figura 3 muestra un ejemplo ilustrativo de estructura de soldadura columnar de grano grueso obtenida en soldadura autógena cuando se somete a aleación una cantidad insuficiente de titanio en el acero. La Figura 4 muestra un ejemplo de estructura de soldadura equiaxial de grano fino obtenida en soldadura autógena cuando se somete a aleación una cantidad suficiente de titanio en el acero. Las aleaciones G-H según la invención y los materiales EN 1.4509 y 1.4622 que no son de la invención tienen una cantidad favorable de titanio para producir una estructura de soldadura equiaxial de grano fino en soldadura autógena.

Claims

REIVINDICACIONES

1 Acero inoxidable ferrítico con excelentes propiedades de corrosión y formación de chapa, caracterizado por que el acero consiste en porcentajes en peso de un 0,003-0,035% de carbono, un 0,05-1,0% de silicio, un 0,10-0,8% de manganeso, un 18-22% de cromo, un 0,05-0,8% de níquel, un 0,5-2,5% de molibdeno, un 0,2-0,8% de cobre, un 0,003-0,05% de nitrógeno, un 0,05-1,0% de titanio, un 0,05-1,0% de niobio, un 0,03-0,5% de vanadio, un 0,010-0,04% de aluminio, y la suma C+N es menor que un 0,06%, siendo el resto hierro e impurezas inevitables, en el que la relación (Ti+Nb)/(C+N) es mayor o igual que 8, y menor que 40,

y la relación

Ti^eq/C^eq= (Ti 0,515*Nb 0,940*V)/(C+0,858*N) es mayor o igual que 6, y menor que 40, y

L^eq= 5,8*Nb 5*Ti*Si es mayor o igual que 3,3, y el acero se produce utilizando la tecnología AOD (Argón-Oxígeno-Descarburación).
2. - Acero inoxidable ferrítico con excelentes propiedades de corrosión y formación de chapa, caracterizado por que el acero consiste en porcentajes en peso en un 0,003-0,035% de carbono, un 0,05-1,0% de silicio, un 0,10-0,8% de manganeso, un 18-22% de cromo, un 0,05-0,8% de níquel, un 0,003-0,5% de molibdeno, un 0,2-0,8% de cobre, un 0,003-0,05% de nitrógeno, un 0,05-1,0% de titanio, un 0,05-1,0% de niobio, un 0,03-0,5% de vanadio, un 0,010-0,04% de aluminio, y la suma C+N es menor que un 0,06%, siendo el resto hierro e impurezas inevitables, en el que la relación

(Ti+Nb)/(C+N) es mayor o igual que 8, y menor que 40,

y la relación

Ti^eq/C^eq= (Ti 0,515*Nb 0,940*V)/(C+0,858*N) es mayor o igual que 6, y menor que 40, y

L^eq= 5,8*Nb 5*Ti*Si es mayor o igual que 3,3, y el acero se produce utilizando la tecnología AOD (Argón-Oxígeno-Descarburación).
3. - Acero inoxidable ferrítico según la reivindicación 1, caracterizado por que el contenido de carbono es menor que un 0,03% en peso, pero al menos un 0,003%.
4. - Acero inoxidable ferrítico, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el contenido de manganeso es un 0,10-0,65%.
5. - Acero inoxidable ferrítico, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el contenido de cromo es menor que un 22,0% en peso, pero al menos un 20,0%.
6. - Acero inoxidable ferrítico, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el contenido de níquel es menor que un 0,5% en peso, pero al menos un 0,05%.
7. - Acero inoxidable ferrítico, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el contenido de cobre es menor que un 0,5% en peso, pero al menos un 0,2%.
8. - Acero inoxidable ferrítico, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el contenido de nitrógeno es menor que un 0,03% en peso, pero al menos un 0,003%.
9. - Acero inoxidable ferrítico, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el contenido de titanio es un 0,07-0,40% en peso.
10. - Acero inoxidable ferrítico, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el contenido de vanadio es un 0,03-0,20% en peso.
11. - Acero inoxidable ferrítico, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la relación (Ti+Nb)/(C+N) es mayor o igual que 20 y menor que 30.
12. - Acero inoxidable ferrítico, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la relación Ti^eq/C^eq= (Ti 0,515*Nb 0,940*V)/(C+0,858*N) es mayor o igual que 15 y menor que 30.
13. - Acero inoxidable ferrítico, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que L^eq= 5,8*Nb 5*Ti*Si es mayor o igual que 4,5.