ES2945796T3 - Chapa de acero inoxidable ferrítico, método para producir la misma y chapa de acero inoxidable chapada con Al - Google Patents

Chapa de acero inoxidable ferrítico, método para producir la misma y chapa de acero inoxidable chapada con Al Download PDF

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Abstract

Una lámina de acero inoxidable ferrítico según la presente invención está configurada para tener una composición de componentes que contiene, en % en masa, 0,030 % o menos de C, 3,0 % o menos de Si, 1,0 % o menos de Mn, 0,040 % o menos de P, 0,010 % o menos de S, 11,0-30,0 % de Cr, 8,0-20,0 % de Al, 0,05-0,50 % de Ni y 0,020 % o menos de N, conteniendo al menos uno de 0,01-0,20 % de Zr y 0,01-0,20% de Hf, siendo el resto Fe e impurezas inevitables. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Chapa de acero inoxidable ferrítico, método para producir la misma y chapa de acero inoxidable chapada con Al Campo técnico
La presente divulgación se refiere a una chapa de acero inoxidable ferrítico que tiene una excelente resistividad eléctrica y resistencia a la oxidación y que, incluso en caso de que su espesor sea fino, tiene poca deformación, tal como alabeo o distorsión, y una chapa de acero inoxidable recubierta con Al o una aleación de Al como material para producir la chapa de acero inoxidable ferrítico.
Antecedentes
El calentamiento con resistencia es un método para calentar un objeto mediante el calor de Joule generado al pasar una corriente a través de un elemento calentador de resistencia. Este método tiene una gran eficacia de conversión de energía eléctrica en energía térmica y puede llevarse a cabo mediante una unidad de control sencilla, y por tanto, se utiliza en un amplio intervalo de campos tales como los hornos industriales de calentamiento eléctrico y las cocinas de calentamiento eléctrico.
Los elementos calentadores de resistencia utilizados en el calentamiento con resistencia pueden dividirse en elementos calentadores metálicos, tales como las aleaciones de Ni-Cr y las aleaciones de Fe-Cr, y elementos calentadores no metálicos, tales como el SiC. De éstos, los elementos calentadores metálicos tienen una mejor trabajabilidad que los no metálicos, y consecuentemente se pueden trabajar en materiales de chapa o de alambre. Por lo tanto, los elementos calentadores metálicos pueden utilizarse en miembros delgados, tales como cristales de ventanas y suelos, y en miembros sometidos a una carga de flexión, tales como guantes.
Como dichos elementos calentadores metálicos, por ejemplo, la norma JIS C 2520 define tres tipos de aleaciones de Ni-Cr (alambres de níquel-cromo y alambres enrollados para calentamiento eléctrico, del tipo 1 al tipo 3) y dos tipos de aleaciones de Fe-Cr (alambres de hierro-cromo y alambres enrollados para calentamiento eléctrico, del tipo 1 al tipo 2) como alambres de aleación para calentamiento eléctrico y alambres enrollados de aleación para calentamiento eléctrico. Las aleaciones de Ni-Cr son aleaciones a base de Ni cuyos principales elementos aditivos son Cr: del 15 % al 21 %, y Si: del 0,75 % al 3 %, y las aleaciones de Fe-Cr son aleaciones a base de Fe cuyos principales elementos aditivos son Cr: del 17 % al 26 %, Al: del 2 % al 6 %, y Si: 1,5 % o menos (donde "%" utilizado en relación con cada elemento es % en masa, lo mismo se aplicará en lo sucesivo en el presente documento). De éstos, las aleaciones de Fe-Cr, en particular, las chapas de acero inoxidable con un alto contenido de Al (en lo sucesivo en el presente documento denominadas también "chapas de acero inoxidable que contienen Al"), tienen una excelente resistencia a la oxidación a alta temperatura y son más baratas que las aleaciones de Ni-Cr, y por lo tanto se utilizan ampliamente como elementos calentadores de resistencia.
Como técnicas relativas a dichas chapas de acero inoxidable que contienen Al, por ejemplo, el documento JP H2-133563 A (PTL 1) divulga "un método de producción de una chapa de acero inoxidable con alto contenido de Al que comprende la superposición de una chapa de Al en al menos una cara de una chapa de acero inoxidable que contiene C < 0,03 %, Cr < 30 %, y uno o más de Ti, Nb, V y Mo en una cantidad del 0,01 % al 0,8 % para conseguir una proporción correspondiente a la cantidad de Al que debe contener, haciéndolas pasar entre rodillos para obtener una chapa laminada unida por presión, y sometiendo la chapa laminada unida por presión obtenida a un tratamiento de difusión a una temperatura en un intervalo de 600 °C a 1300 °C en unas condiciones en las que la capa de Al se alea sin fundirse".
El documento JP 2004-169110 A (PTL 2) divulga "una chapa de acero inoxidable a base de Fe-Cr-Al que contiene, en % en masa, Cr: 10 % o más y 30 % o menos, Al: más del 6,5 % y 15 % o menos, uno o ambos de Ti: 0,02 % o más y 0,1 % o menos, y Nb: 0,02 % o más y 0,3 % o menos, La: 0,01 % o más y 0,1 % o menos, Ce: 0,01 % o más y 0,1 % o menos, y P: 0,01 % o más y 0,05 % o menos".
Lista de citas
Bibliografía de patentes
PTL 1: JP H2-133563 A
PTL 2: JP 2004-169110 A
Sumario
(Problema técnico)
El acero inoxidable que contiene Al tiene una alta resistividad eléctrica por el Al. Sin embargo, el Al es un elemento que disminuye la dureza del acero, y un mayor contenido de Al aumenta la posibilidad de agrietamiento en la laminación en caliente o en frío. Por lo tanto, es difícil producir una chapa de acero inoxidable que tenga un contenido de Al del 6,5 % o más mediante un método típico de fundición y laminación.
En vista de esto, con la técnica descrita en el documento PTL 1, se prepara una chapa laminada unida por presión superponiendo una chapa de Al en al menos una cara de una chapa de acero inoxidable como chapa de acero de base, y la chapa laminada unida por presión se somete a un tratamiento térmico predeterminado (denominado también en lo sucesivo en el presente documento "tratamiento térmico de difusión") para difundir el Al en la chapa de acero inoxidable, aumentando así el contenido de Al de la chapa de acero inoxidable como producto terminado. Con la técnica descrita en el documento PTL 2, se prepara una chapa multicapa recubriendo la superficie de una chapa de acero inoxidable como chapa de acero de base con Al o una aleación de Al, y la chapa multicapa se somete a un tratamiento térmico de difusión predeterminado (recocido de difusión) para difundir el Al en la chapa de acero inoxidable, aumentando así el contenido de Al de la chapa de acero inoxidable como producto terminado. Sin embargo, las técnicas descritas en los documentos PTL 1 y PTL 2 tienen el problema de que tienden a producirse deformaciones tales como alabeo o distorsión en la chapa de acero en el tratamiento térmico de difusión, particularmente en caso de que la chapa de acero sea delgada. La chapa de acero obtenida como resultado del tratamiento térmico de difusión tiene una gran cantidad de Al disuelto en la misma y, en consecuencia, su resistencia ha aumentado considerablemente. Si se produce una deformación tal como alabeo o distorsión en dicha chapa de acero en el tratamiento térmico de difusión, es difícil ajustar la chapa de acero a la forma original. En caso de realizar el tratamiento térmico de difusión en la chapa laminada unida por presión o en la chapa multicapa después de trabajar la chapa para darle la forma de una pieza predeterminada, también, surge el problema de que se produce una deformación en el tratamiento térmico de difusión y la pieza resultante se deforma.
Por lo tanto, podría ser útil proporcionar una chapa de acero inoxidable ferrítico que tenga una excelente resistividad eléctrica y resistencia a la oxidación y, incluso en caso de que su espesor sea fino, tenga poca deformación, tal como alabeo o distorsión, junto con un método ventajoso de producción de la misma.
También podría ser útil proporcionar una chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al como material para producir la chapa de acero inoxidable ferrítico.
(Solución del problema)
Hemos llevado a cabo diferentes estudios para resolver los problemas manifestados anteriormente. En primer lugar, hemos analizado y estudiado repetidamente por qué se producen deformaciones tales como alabeos o distorsiones al realizar el tratamiento térmico de difusión en la chapa laminada unida por presión o en la chapa multicapa que tiene la chapa de Al o la capa de recubrimiento de Al o de aleación de Al en la superficie de la chapa de acero de base (chapa de acero inoxidable).
Como resultado, averiguamos que la deformación está causada por el cambio de densidad cuando el Al difunde en la chapa de acero de base.
De forma detallada, cuando el Al difunde y se disuelve en la chapa de acero inoxidable, la densidad de la chapa de acero inoxidable disminuye, y el volumen de la chapa de acero inoxidable tiende a aumentar. En el proceso del tratamiento térmico de difusión, el contenido de Al en la capa superficial llega a ser mayor que el contenido de Al en la parte central en la chapa de acero de base, y la densidad de la chapa de acero de base varía en la dirección del espesor. Además, si el peso del recubrimiento de Al sobre la superficie de la chapa de acero de base no es uniforme, la densidad varía en la dirección del plano de la superficie de la chapa de acero de base. Esto provoca tensiones en la chapa de acero. Dado que las chapas de acero inoxidable y, en particular, las chapas de acero inoxidable ferrítico no tienen una resistencia muy elevada a alta temperatura, la chapa de acero no puede soportar la tensión y sufre deformaciones tales como alabeo o distorsión.
Tomando como base estos hallazgos, hemos realizado estudios adicionales para suprimir deformaciones tales como el alabeo o la distorsión en el tratamiento térmico de difusión.
En consecuencia, descubrimos que ajustando apropiadamente la composición química de una chapa de acero inoxidable ferrítico como chapa de acero base, específicamente, aumentando el contenido de Al hasta un intervalo del 2,5 % en masa al 6,5 % en masa y conteniendo al menos uno seleccionado del grupo que consiste en Zr y Hf en una cantidad apropiada, y formando una capa recubierta predeterminada de Al o aleación de Al en la superficie del sustrato de base y realizando un tratamiento térmico de difusión, es posible obtener una chapa de acero inoxidable ferrítico que tenga una excelente resistividad eléctrica y resistencia a la oxidación y que, incluso en caso de que su espesor sea fino, tenga poca deformación, tal como alabeo o distorsión.
De forma detallada, hemos descubierto lo siguiente:
(1) Para suprimir deformaciones tales como el alabeo o la distorsión en el proceso del tratamiento térmico de difusión, la cantidad de Al contenida de antemano en la chapa de acero inoxidable ferrítico como chapa de acero de base y la cantidad de Al difundida en la chapa de acero de base en el tratamiento térmico de difusión se ajustan adecuadamente.
Específicamente, aumentando la cantidad de Al contenida de antemano en la chapa de acero inoxidable ferrítico como chapa de acero de base hasta un intervalo del 2,5% en masa al 6,5% en masa, la no uniformidad de la densidad de la chapa de acero inoxidable que se produce en el tratamiento térmico de difusión puede suprimirse eficazmente tanto como sea posible.
(2) Sin embargo, aunque es ventajoso formar la capa que contiene Al en la superficie de la chapa de acero de base mediante un recubrimiento de Al o de aleación de Al, si la cantidad de Al contenida de antemano en la chapa de acero inoxidable ferrítico como chapa de acero de base es del 2,5% en masa al 6,5% en masa, disminuye la capacidad de recubrimiento del recubrimiento de Al o de aleación de Al.
(3) De forma detallada, dado que el recubrimiento de Al o de aleación de Al se realiza sumergiendo la chapa de acero de base como sustrato de recubrimiento (denominado también en lo sucesivo en el presente documento simplemente "sustrato de recubrimiento") en Al o aleación de Al fundidos, es necesario, antes de la inmersión del sustrato de recubrimiento, aumentar la temperatura de la chapa del sustrato de recubrimiento hasta entre aproximadamente 650 °C y 750 °C, que es aproximadamente igual a la temperatura del Al o la aleación de Al fundidos.
(4) Sin embargo, si el contenido de Al en el sustrato de recubrimiento es del 2,5 % en masa o más, se forma una capa de A^03 en la superficie del sustrato de recubrimiento durante el aumento de temperatura anterior, como resultado de lo cual disminuye la capacidad de recubrimiento del recubrimiento de Al o de aleación de Al y aparece una parte no recubierta.
Esto dificulta la difusión de una cantidad suficiente de Al a la vez que se suprimen deformaciones tales como el alabeo o la distorsión en el tratamiento térmico de difusión.
(5) La formación de la capa de A^03 en la superficie del sustrato de recubrimiento durante el aumento de temperatura es, sin embargo, suprimida por contener, en el sustrato de recubrimiento, al menos uno seleccionado del grupo que consiste en Zr y Hf en una cantidad apropiada.
Como resultado, se mejora la capacidad de recubrimiento del recubrimiento de Al o de aleación de Al, y se suprimen las deformaciones tales como el alabeo o la distorsión en el proceso del tratamiento térmico de difusión causadas por la presencia de la parte no recubierta.
(6) Por lo tanto, aumentando el contenido de Al en la chapa de acero inoxidable ferrítico como sustrato de recubrimiento hasta un intervalo del 2,5 % en masa al 6,5 % en masa y conteniendo, en el sustrato de recubrimiento, al menos uno seleccionado del grupo que consiste en Zr y Hf en una cantidad apropiada y, a continuación, formar una cantidad predeterminada de capa recubierta de Al o de aleación de Al en la superficie del sustrato de recubrimiento y realizar el tratamiento térmico de difusión, es posible obtener una chapa de acero inoxidable ferrítico que tenga un contenido de Al igual del 8,0 % en masa o más, tenga una excelente resistividad eléctrica y resistencia a la oxidación, y que, incluso en caso de que su espesor sea fino, tenga poca deformación, tal como alabeo o distorsión.
La presente invención se basa en estos descubrimientos y en estudios adicionales y está especificada en las reivindicaciones adjuntas.
(Efecto ventajoso)
Es por tanto posible obtener una chapa de acero inoxidable ferrítico que tenga una excelente resistividad eléctrica y resistencia a la oxidación y que, incluso en caso de que su espesor sea fino, tenga poca deformación, tal como alabeo o distorsión.
La chapa de acero inoxidable ferrítico tiene una excelente resistencia a la oxidación, particularmente a alta temperatura, y por tanto es adecuada para usar en un elemento calentador de un calentador de gases de escape instalado inmediatamente antes de un purificador de gases de escape en un vehículo y similares, un elemento calentador de un horno de calentamiento eléctrico o de una cocina de calentamiento eléctrica, un soporte catalizador, un reflector de estufa, un miembro de chimenea, etc.
Descripción detallada
A continuación se describirá una de la realizaciones divulgadas.
En primer lugar, se describirá a continuación la composición química de una chapa de acero inoxidable ferrítico resultante del método reivindicado de acuerdo con la invención. Aunque la unidad del contenido de cada elemento en la composición química es "% en masa", el contenido se expresará simplemente en "%" a no ser que se especifique de otro modo.
C: 0,030 % o menos
Si el contenido de C es mayor del 0,030 %, la dureza de la chapa de acero disminuye, dificultando la producción de un sustrato de recubrimiento de una chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al (denominado también en lo sucesivo en el presente documento simplemente "sustrato de recubrimiento"). En el presente documento, la chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al es un material para producir la chapa de acero inoxidable ferrítico de acuerdo con una de las realizaciones divulgadas. El contenido de C es por tanto del 0,030 % o menos. El contenido de C es preferentemente del 0,020 % o menos, y más preferentemente del 0,010 % o menos. No se impone un límite inferior en el contenido de C. Sin embargo, dado que una descarburación excesiva conlleva un aumento de los costes, el límite inferior es preferentemente del 0,002 %.
Si: 3,0 % o menos
El Si tiene la función de aumentar la resistividad eléctrica de la chapa de acero inoxidable ferrítico, y su efecto de mejora de la resistividad eléctrica por % en masa es aproximadamente igual al del Al. Desde el punto de vista de conseguir este efecto, el contenido de Si es preferentemente del 0,01 % o más. El contenido de Si es más preferentemente del 0,10% o más. Si el contenido de Ti es mayor del 3,0%, el acero se endurece en exceso, dificultando el trabajo de la chapa de acero en forma de una pieza predeterminada. El contenido de S es por tanto del 3,0 % o menos. El contenido de Si es preferentemente del 2,0 % o menos.
Mn: 1,0 % o menos
Si el contenido de Mn es mayor del 1,0 %, la resistencia a la oxidación del acero disminuye. El contenido de Mn es por tanto del 1,0 % o menos. El contenido de Mn es preferentemente del 0,5 % o menos, y más preferentemente del 0,15 % o menos. Si el contenido de Mn es menor del 0,01 %, el refinado es difícil. Por consiguiente, el contenido de Mn es preferentemente del 0,01 % o más.
P: 0,040 % o menos
Si el contenido de Mg es mayor del 0,040 %, disminuyen la dureza y la ductilidad del acero, dificultando la producción del sustrato de recubrimiento. El contenido de P es por tanto del 0,040 % o menos. El contenido de P es preferentemente del 0,030 % o menos. No se impone un límite inferior en el contenido de P. Sin embargo, dado que una desfosforización excesiva conlleva un aumento de los costes, el límite inferior es preferentemente del 0,010 %. S: 0,010 % o menos
Si el contenido de Mg es mayor del 0,010%, la trabajabilidad en caliente disminuye, dificultando la producción del sustrato de recubrimiento. El contenido de S es por tanto del 0,010% o menos. El contenido de Si es preferentemente el 0,004 % o menos, y más preferentemente el 0,002 % o menos. No se impone un límite inferior en el contenido de S. Sin embargo, dado que una desulfuración excesiva conlleva un aumento de los costes, el límite inferior es preferentemente del 0,0005 %.
Cr: del 11,0% al 30,0%
El Cr es un elemento necesario para garantizar la resistencia a la oxidación a alta temperatura. El Cr también tiene la función de aumentar la resistividad eléctrica, aunque en menor medida que el Al y el Si. Si el contenido de Cr es mayor del 11,0%, la resistencia a la oxidación a alta temperatura no puede garantizarse suficientemente. Si el contenido de Cr es mayor del 30,0 %, disminuye la dureza de la plancha o de la chapa de acero laminada en caliente en el proceso de producción, dificultando la producción del sustrato de recubrimiento. El contenido de Cr es por tanto del 11,0 % al 30,0 %. El contenido de Cr es preferentemente del 15,0 % o más, y más preferentemente del 18,0 % o más. El contenido de Cr es preferentemente del 26,0 % o menos y más preferentemente del 22,0 % o menos.
Al: del 8,0 % al 20,0 %
El Al tiene el efecto aumentar la resistividad eléctrica. El Al también tiene un efecto de mejora de la resistencia a la oxidación al formar una capa de oxidación compuesta principalmente de Ah03 a alta temperatura cuando la chapa de acero se utiliza como elemento calentador de resistencia. Para lograr la alta resistividad eléctrica deseada, el contenido de Al debe ser del 8,0 % o más. Si el contenido de Al es mayor del 20,0 %, el acero se vuelve quebradizo, dificultando el trabajo de la chapa de acero para darle la forma de una pieza predeterminada. El contenido de Al es por tanto del 8,0% al 20,0%. El contenido de Al es preferentemente del 9,0% o más. El contenido de Al es preferentemente del 15,0 % o menos.
Ni: del 0,05 % al 0,50 %
El Ni tiene el efecto de mejorar la propiedad de soldadura fuerte cuando se produce un elemento calentador de resistencia. Desde el punto de vista de conseguir este efecto, el contenido de Ni es del 0,05 % o más. Al mismo tiempo, el Ni es un elemento que estabiliza la microestructura de austenita. Por consiguiente, si el contenido de Ni es alto, particularmente si el contenido de Ni es mayor del 0,50 %, tiende a formarse la microestructura de austenita cuando la chapa de acero se utiliza como elemento calentador de resistencia. De forma detallada, durante su uso como elemento calentador de resistencia, si la oxidación a alta temperatura progresa y el Al del acero se agota, tiende a formarse una microestructura de austenita. En caso de que se forme una microestructura de austenita, el coeficiente de expansión térmica (calor) de la pieza cambia, lo que provoca problemas tales como la fractura de la pieza. El contenido de Ni es por tanto del 0,50 % o menos. El contenido de Ni es preferentemente del 0,20 % o menos.
N: 0,020 % o menos
Si el contenido de N es mayor del 0,020 %, la dureza disminuye, dificultando la producción del sustrato de recubrimiento. El contenido de N es por tanto del 0,020 % o menos. El contenido de N es preferentemente del 0,010 % o menos. No se impone un límite inferior en el contenido de N. Sin embargo, dado que una desnitrificación excesiva conlleva un aumento de los costes, el límite inferior es preferentemente del 0,002 %.
Al menos uno seleccionado del grupo que consiste en Zr: del 0,01 % al 0,20 %, y Hf: del 0,01 % al 0,20 %
El Zr y el Hf tienen cada uno un efecto de mejora de la capacidad de recubrimiento del recubrimiento de Al o de aleación de Al (denominada también en lo sucesivo en el presente documento simplemente "capacidad de recubrimiento"). Como se ha mencionado anteriormente, dado que el recubrimiento de Al o de aleación de Al se realiza sumergiendo el sustrato de recubrimiento en Al o aleación de Al fundidos, es necesario, antes de la inmersión del sustrato de recubrimiento, aumentar la temperatura de la chapa del sustrato de recubrimiento hasta entre aproximadamente 650 °C y 750 °C, que es aproximadamente igual a la temperatura del Al o la aleación de Al fundidos. En caso de que el sustrato de recubrimiento contenga una gran cantidad de Al, sin embargo, durante este aumento de temperatura se forma una capa de A^03 en la superficie del sustrato de recubrimiento, dando como resultado una disminución de la capacidad de recubrimiento. Tanto el Zr como el Hf tienen el efecto de mejorar la capacidad de recubrimiento al disminuir la velocidad de crecimiento de la capa de A^03 durante el aumento de temperatura, incluso en caso de que el sustrato de recubrimiento contenga una gran cantidad de Al. Desde el punto de vista de conseguir este efecto, el contenido de Zr y el contenido de Hf son cada uno del 0,01 % o más. Si el contenido de Zr y el contenido de Hf son cada uno mayores del 0,20 %, el elemento forma un compuesto intermetálico con el Fe o similares y provoca una disminución de la dureza.
Por consiguiente, el contenido de cada uno de Zr y Hf es preferentemente del 0,01 % al 0,20 %. El contenido es preferentemente del 0,02 % o más. El contenido es preferentemente del 0,15 % o menos.
Puede contener uno de Zr y Hf, o puede contener tanto Zr como Hf. En caso de que contenga tanto Zr como Hf, el contenido total de Zr y de Hf es preferentemente del 0,20 % o menos.
Si bien se han descrito anteriormente los componentes básicos, la composición química puede contener opcionalmente adicionalmente, además de los anteriores componentes básicos, uno o más seleccionados del grupo que consiste en REM: del 0,01 % al 0,20 %, Cu: del 0,01 % al 0,10 %, Ti: del 0,01 % al 0,50 %, Nb: del 0,01 % al 0,50 %, V: del 0,01 % al 0,50 %, Mo: del 0,01 % al 6,0 %, W: del 0,01 % al 6,0 %, B: del 0,0001 % al 0,0050 %, Ca: del 0,0002 % al 0,0100 %, y Mg: del 0,0002 % al 0,0100 %.
REM: del 0,01 % al 0,20 %
REM se refiere al Sc, el Y y los elementos lantánidos (los elementos con los números atómicos 57 a 71 tales como La, Ce, Pr, Nd y Sm). Los REM tienen el efecto de mejorar la propiedad de adherencia de una capa de Ah03 que se forma a alta temperatura cuando la chapa de acero se utiliza como elemento calentador de resistencia y de mejorar la resistencia a la exfoliación de la capa de A^03 en un entorno en el que se produce oxidación repetidamente. Este efecto se consigue si el contenido de REM (el contenido total de Sc, Y y elementos lantánidos) es del 0,01 % o más. Si el contenido de REM es mayor del 0,20 %, la trabajabilidad en caliente disminuye, dificultando la producción del sustrato de recubrimiento. Por consiguiente, en caso de que contenga Mg, el contenido de REM es del 0,01 % al 0,20 %. El contenido de REM es más preferentemente del 0,03 % o más. El contenido de REM es más preferentemente del 0,10 % o menos.
Como REM, puede contener un elemento de entre Sc, Y y elementos lantánidos, o dos o más elementos de entre Sc, Y, y los elementos lantánidos pueden estar contenidos juntos.
Cu: del 0,01 % al 0,10 %
El Cu tiene el efecto de precipitar en el acero y mejorar la resistencia a alta temperatura, y por consiguiente, puede estar contenido opcionalmente en una cantidad del 0,01 % o más. Si el contenido de Cu es mayor del 0,10 %, la dureza del acero disminuye. Por consiguiente, en caso de que contenga Cu, el contenido de Cu es del 0,01 % al 0,10 %. El contenido de Cu es más preferentemente del 0,05 % o menos, y aún más preferentemente del 0,03 % o menos.
Ti: del 0,01 % al 0,50 %
El Ti tiene el efecto de combinarse con el C o el N del acero y de mejorar la dureza, y un efecto de mejorar la resistencia a la oxidación, y por consiguiente, puede estar contenido opcionalmente en una cantidad del 0,01 % o más. Si el contenido de Ti es mayor del 0,50 %, se mezcla una gran cantidad de óxido de Ti en la capa de A^03 que se forma a alta temperatura cuando la chapa de acero se utiliza como elemento calentador de resistencia, dando como resultado la disminución de la resistencia a la oxidación a alta temperatura. Por consiguiente, en caso de que contenga Ti, el contenido de Ti es del 0,01 % al 0,50 %. El contenido de Ti es más preferentemente del 0,05 % o más. El contenido de Ti es más preferentemente del 0,20 % o menos.
Nb: del 0,01 % al 0,50 %
El Nb tiene el efecto de combinarse con el C o el N del acero y mejorar la dureza, y por consiguiente, puede estar contenido opcionalmente en una cantidad del 0,01 % o más. Si el contenido de Nb es mayor del 0,50 %, se mezcla una gran cantidad de óxido de Nb en la capa de A^03 que se forma a alta temperatura cuando la chapa de acero se utiliza como elemento calentador de resistencia, dando como resultado la disminución de la resistencia a la oxidación a alta temperatura. Por consiguiente, en caso de que contenga Nb, el contenido de Nb es del 0,01 % al 0,50 %. El contenido de Nb es más preferentemente del 0,05 % o más. El contenido de Nb es más preferentemente del 0,20 % o menos.
V: del 0,01 % al 0,50 %
El V tiene el efecto de combinarse con el C o el N del acero y mejorar la dureza, y por consiguiente, puede estar contenido opcionalmente en una cantidad del 0,01 % o más. Si el contenido de V es mayor del 0,50 %, se mezcla una gran cantidad de óxido de V en la capa de A^03 que se forma a alta temperatura cuando la chapa de acero se utiliza como elemento calentador de resistencia, dando como resultado la disminución de la resistencia a la oxidación a alta temperatura. Por consiguiente, en caso de que contenga V, el contenido de V es del 0,01 % al 0,50 %. El contenido de V es más preferentemente del 0,05 % o más. El contenido de V es más preferentemente del 0,20 % o menos.
Mo: del 0,01 % al 6,0 %
El Mo aumenta la resistencia a alta temperatura y contribuye a alargar la vida útil cuando la chapa de acero inoxidable ferrítico se utiliza como elemento calentador de resistencia. El Mo también tiene el efecto, al aumentar la resistencia a alta temperatura, de suprimir deformaciones tales como el alabeo o la distorsión en la chapa de acero inoxidable ferrítico en el tratamiento térmico de difusión. Estos efectos se consiguen si el contenido de Mo es del 0,01 % o más. Si el contenido de Mo es mayor del 6,0 %, la trabajabilidad disminuye. Por consiguiente, en caso de que contenga Mo, el contenido de Mo es del 0,01 % al 6,0 %. El contenido de Mo es más preferentemente del 1,0 % o más. El contenido de Mo es más preferentemente del 5,0 % o menos.
W: del 0,01 % al 6,0%
El W aumenta la resistencia a alta temperatura y contribuye a alargar la vida útil cuando la chapa de acero inoxidable ferrítico se utiliza como elemento calentador de resistencia. El W también tiene el efecto, al aumentar la resistencia a alta temperatura, de suprimir deformaciones tales como el alabeo o la distorsión en la chapa de acero inoxidable ferrítico en el tratamiento térmico de difusión. Estos efectos se consiguen si el contenido de W es del 0,01 % o más. Si el contenido de W es mayor del 6,0 %, la trabajabilidad disminuye. Por consiguiente, en caso de que contenga W, el contenido de W es del 0,01 % al 6,0 %. El contenido de W es más preferentemente del 1,0 % o más. El contenido de W es más preferentemente del 5,0 % o menos.
En caso de que contenga tanto Mo como W, el contenido total de Mo y de W es preferentemente del 6,0 % o menos, desde el punto de vista de evitar una disminución de la trabajabilidad.
B: del 0,0001 % al 0,0050 %
B tiene un efecto de reforzar los límites de la veta del acero y de evitar el agrietamiento en la laminación en caliente en el proceso de producción del sustrato de recubrimiento. Este efecto se consigue si el contenido de B es del 0,0001 % o más. Si el contenido de B es mayor del 0,0050 %, la resistencia a la oxidación disminuye. Por consiguiente, en caso de que contenga B, el contenido de B es del 0,0001 % al 0,0050 %. El contenido de B es más preferentemente del 0,0010 % o más. El contenido de B es más preferentemente del 0,0040 % o menos.
Ca: del 0,0002 % al 0,0100 %, Mg: del 0,0002 % al 0,0100 %
Una cantidad apropiada de Ca o de Mg tiene el efecto de mejorar la resistencia a la oxidación al mejorar la propiedad de adherencia de la capa de Al2O3, que se forma cuando la chapa de acero se utiliza como elemento calentador de resistencia, al acero, y de disminuir la velocidad de crecimiento de la capa de Ah03. Este efecto se consigue si el contenido de Ca es del 0,0002 % o más, y si el contenido de Mg es del 0.0002 % o más. Más preferentemente, el contenido de Ca es del 0,0005 % o más, y el contenido de Mg es del 0,0015% o más. Adicionalmente preferentemente, el contenido de Ca es del 0,0010% o más. Si estos elementos están contenidos en exceso, la dureza y la resistencia a la oxidación disminuyen. Por consiguiente, en caso de que contenga Ca y Mg, el contenido de Ca y el contenido de Mg son, cada uno, del 0,0100 % o menos. El contenido de Ca y el contenido de Mg son, cada uno, más preferentemente del 0,0050 % o menos.
Otros componentes distintos a los descritos anteriormente son Fe e impurezas inevitables.
El espesor de la chapa de acero inoxidable ferrítico de acuerdo con una de las realizaciones divulgadas no está limitado. En el caso de utilizar la chapa de acero inoxidable ferrítico en un elemento calentador de, por ejemplo, una cocina de calentamiento eléctrica o un calentador de gases de escape instalado inmediatamente antes de un purificador de gases de escape, el espesor de la chapa de acero inoxidable ferrítico es preferentemente de 200 μm o menos, para reducir el área de la sección transversal y aumentar el área superficial. El límite inferior es preferentemente de 20 μm o más, para garantizar la resistencia.
A continuación se describirá una chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al como material para producir la chapa de acero inoxidable ferrítico anterior.
En primer lugar, se describirá a continuación el sustrato de recubrimiento de la chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al.
El sustrato de recubrimiento de la chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al es una chapa de acero inoxidable ferrítico con una composición química que contiene, en % en masa, C: 0,030 % o menos, Si: 1,0 % o menos, Mn: 1,0 % o menos, P: 0,040 % o menos, S: 0,010 % o menos, Cr: del 11,0 % al 30,0 %, Al: del 2,5 % al 6,5 %, Ni: del 0,05 % al 0,50 %, N: 0,020 % o menos, y al menos uno seleccionado del grupo que consiste en Zr: del 0,01 % al 0,20 %, y Hf: del 0,01 % al 0,20 %, y que contiene opcionalmente, en % en masa, uno o más seleccionados del grupo que consiste en REM: del 0,01 % al 0,20%, Cu: del 0,01 % al 0,10%, Ti: del 0,01 % al 0,50 %, Nb: del 0,01 % al 0,50 %, V: del 0,01 % al 0,50 %, Mo: del 0,01 % al 6,0 %, W: del 0,01 % al 6,0 %, B: del 0,0001 % al 0,0050 %, Ca: del 0,0002 % al 0,0100 %, y Mg: del 0,0002 % al 0,0100 %, consistiendo el resto en Fe e impurezas inevitables.
A continuación se describirá la composición química del sustrato de recubrimiento de la chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al. Aunque la unidad del contenido de cada elemento en la composición química es "% en masa", el contenido se expresará simplemente en "%" a no ser que se especifique de otro modo. En la composición química del sustrato de recubrimiento de la chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al, el contenido de los elementos distintos del Si y el Al puede ser el mismo que el de la anterior chapa de acero inoxidable ferrítico de acuerdo con una de las realizaciones divulgadas, y en consecuencia, se omite su descripción. Si: 1,0 % o menos
El Si tiene la función de aumentar la resistividad eléctrica de la chapa de acero inoxidable ferrítico, y su efecto de mejora de la resistividad eléctrica por % en masa es aproximadamente igual al del Al. Desde el punto de vista de conseguir este efecto, el contenido de Si es preferentemente del 0,01 % o más. Si el contenido de Ti es mayor del 1,0 %, la dureza disminuye, dificultando la producción del sustrato de recubrimiento. El contenido de Si en el sustrato de recubrimiento de la chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al es, por tanto, del 1,0% o menos. El contenido de Si es preferentemente del 0,5 % o menos.
Al: del 2,5 % al 6,5 %
Si el contenido de Al en el sustrato de recubrimiento es mayor del 6,5 %, la dureza del acero disminuye, dificultando la producción del sustrato de recubrimiento. Si el contenido de Al en el sustrato de recubrimiento es menor del 2,5 %, es necesario difundir una mayor cantidad de Al en el sustrato de recubrimiento desde el recubrimiento de Al o de aleación de Al proporcionado en la superficie del sustrato de recubrimiento por el tratamiento térmico de difusión, para aumentar el contenido de Al en la chapa de acero inoxidable ferrítico como producto terminado hasta el 8,0 % o más. Si la cantidad de Al difundido aumenta, sin embargo, el cambio de densidad de la chapa de acero inoxidable ferrítico a medida que aumenta el sustrato de recubrimiento. Esto provoca deformaciones tales como el alabeo o la distorsión. Si el contenido de Al en el sustrato de recubrimiento es del 2,5 % o más, disminuye la densidad del propio sustrato de recubrimiento antes de la difusión del Al, por lo que se reduce la falta de uniformidad de la densidad que se produce en el tratamiento térmico de difusión. Esto es eficaz para suprimir deformaciones tales como el alabeo o la distorsión. Por lo tanto, el contenido de Al en el sustrato de recubrimiento de la chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al debe ser del 2,5 % al 6,5 %. El contenido de Al es preferentemente del 4,0 % o más, y más preferentemente del 5,0 % o más. El contenido de Al es preferentemente del 6,0 % o menos.
El espesor del sustrato de recubrimiento de la chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al de acuerdo con una de las realizaciones divulgadas no está limitado. Sin embargo, si el sustrato de recubrimiento es grueso, la capa recubierta tiene que ser gruesa, y disminuye la productividad en el tratamiento de recubrimiento. Por consiguiente, el espesor del sustrato de recubrimiento es preferentemente de 1,0 mm o menos. El límite inferior es preferentemente de 30 μm, para garantizar la resistencia en el tratamiento de recubrimiento.
Particularmente, en caso de realizar la laminación adicional descrita a continuación tras el tratamiento de recubrimiento de Al, el espesor del sustrato de recubrimiento de la chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al de acuerdo con una de las realizaciones divulgadas es preferentemente de 200 μm a 1,0 mm. El espesor es más preferentemente de 200 μm a 500 μm.
En caso de no realizar la laminación adicional descrita a continuación, el espesor del sustrato de recubrimiento de la chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al de acuerdo con una de las realizaciones divulgadas es preferentemente de 20 μm a 200 μm. El espesor es más preferentemente de 150 μm o menos, y adicionalmente preferentemente de 100 μm o menos. El espesor es más preferentemente de 30 μm o más.
A continuación se describirá la capa recubierta de Al o de aleación de Al proporcionada sobre la superficie del sustrato de recubrimiento de la chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al.
La capa recubierta de Al o de aleación de Al es una capa recubierta formada por un recubrimiento de Al o de aleación de Al-Si.
La composición química del recubrimiento de Al (baño fundido) contiene Al e impurezas inevitables. La composición química del recubrimiento de aleación de Al-Si (baño fundido) contiene Al, 15.0% en masa o menos de Si, e impurezas inevitables.
El Si contenido de el recubrimiento de aleación de Al-Si (baño fundido) tiene el efecto de suprimir la formación de la fase de compuesto intermetálico a base de Fe-Al en la interfase entre la capa recubierta de Al o de aleación de Al y el sustrato de recubrimiento durante el tratamiento de recubrimiento y de mejorar la resistencia a la exfoliación y la trabajabilidad de la capa recubierta de Al o de aleación de Al. El Si es también un elemento que contribuye a aumentar la resistividad eléctrica de la chapa de acero inoxidable ferrítico como con el Al, y el Si contenido de la capa recubierta de Al o de aleación de Al difunde en el sustrato de recubrimiento mediante un tratamiento térmico predeterminado como ocurre con el Al. Si el contenido de Si en la capa recubierta de Al o de aleación de Al es mayor del 15,0% en masa, sin embargo, precipita Si columnar en la capa recubierta de Al o de aleación de Al, como resultado de lo cual disminuye la resistencia a la oxidación y la trabajabilidad. El contenido de Si en el recubrimiento de aleación de Al-Si (baño fundido) es, por tanto, preferentemente del 15,0% en masa o menos. No se impone ningún límite inferior al contenido de Si en el recubrimiento de aleación de Al-Si (baño fundido), pero el límite inferior es preferentemente del 1,0 % en masa.
Algunos ejemplos de impurezas inevitables en cada uno de los recubrimientos de Al (baño fundido) y de aleación de Al-Si (baño fundido) incluyen B, Be, Mg, Ca, Sr, Ti, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Sn, Pb, As, Sb, Bi, La y Ce. El contenido total de impurezas inevitables es preferentemente del 1 % en masa o menos.
La composición química de la capa recubierta de Al o de aleación de Al no coincide necesariamente con la composición química del recubrimiento de Al (baño fundido) o del recubrimiento de aleación de Al-Si (baño fundido). De forma detallada, la capa recubierta de Al o de aleación de Al contiene componentes del sustrato de recubrimiento incorporados en el baño fundido como resultado de la reacción entre el baño fundido y el sustrato de recubrimiento durante el tratamiento de recubrimiento, impurezas inevitables en el baño fundido, y similares. Algunos ejemplos de componentes del sustrato de recubrimiento incorporados a la capa recubierta de Al o de aleación de Al incluyen Fe y Cr. En el caso del recubrimiento de aleación de Al-Si (baño fundido), el Si también se incorpora a la capa recubierta de Al o de aleación de Al.
Por ejemplo, en una realización, en el caso de formar la capa recubierta de Al o de aleación de Al en el anterior recubrimiento de Al (baño fundido) o recubrimiento de aleación de Al-Si (baño fundido) utilizando el anterior sustrato de recubrimiento mediante el método de tratamiento de recubrimiento descrito a continuación, la capa recubierta de Al o de aleación de Al está formada por un 80 % en masa o más de Al y un 20 % en masa o menos en total el resto (por ejemplo, Si, Fe, Cr y/o impurezas inevitables). La cantidad total de impurezas inevitables (componentes distintos de Al, Si, Fe y Cr) contenida en la capa recubierta de Al o de aleación de Al es preferentemente de 1 % en masa o menos.
Con el fin de difundir suficientemente el Al contenido de la capa recubierta de Al o de aleación de Al en el sustrato de recubrimiento mediante el tratamiento térmico descrito a continuación (tratamiento térmico de difusión), es importante que el espesor y el contenido de Al del sustrato de recubrimiento y el espesor de la capa recubierta de Al o de aleación de Al satisfagan la relación de la siguiente expresión (1):
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donde Caí es el contenido de Al del sustrato de recubrimiento (% en masa), T es el espesor del sustrato de recubrimiento (μm), y t es el espesor de la capa recubierta de Al o de aleación de Al (en caso de que la capa recubierta de Al o de aleación de Al esté presente en ambas caras del sustrato de recubrimiento, el espesor total de las capas recubiertas de Al o de aleación de Al en ambas caras del sustrato de recubrimiento) (μm).
Es decir, la chapa de acero inoxidable ferrítico de acuerdo con una de las realizaciones divulgadas tiene una característica que, como resultado de realizar un tratamiento térmico de difusión en una chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al que incluye, como sustrato de recubrimiento, una chapa de acero inoxidable ferrítico con una composición química predeterminada, específicamente, una composición química que contiene Al en un intervalo del 2,5 % en masa al 6,5 % en masa y al menos uno seleccionado del grupo que consiste en Zr y Hf en una cantidad apropiada, el Al se difunde en el sustrato de recubrimiento para aumentar el contenido de Al hasta el 8,0 % en masa o más.
Produjimos chapas de acero inoxidable recubiertas de Al o de aleación de Al que variaban en el espesor y el contenido de Al del sustrato de recubrimiento y variaban en el espesor de la capa recubierta de Al o de aleación de Al utilizando diversos recubrimientos de Al o de aleación de Al-Si, y estudiamos la cantidad de Al aumentada como resultado del tratamiento térmico de difusión. En consecuencia, averiguamos que la cantidad de Al aumentada como resultado del tratamiento térmico de difusión puede predecirse por 30 x t/T, utilizando el espesor del sustrato de recubrimiento y el espesor de la capa recubierta de Al o de aleación de Al.
Por lo tanto, desde el punto de vista de controlar el contenido de Al en la chapa de acero inoxidable ferrítico como producto terminado hasta el intervalo apropiado, el espesor y el contenido de Al del sustrato de recubrimiento y el espesor de la capa recubierta de Al o de aleación de Al en la chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al satisfacen la relación de la expresión anterior (1). El valor de Caí + 30 x t/T es preferentemente de 9,0 o más. El valor de Caí + 30 x t/T es preferentemente de 15,0 o menos.
El espesor de la capa recubierta de Al o de aleación de Al se mide mediante observación de la sección transversal con un microscopio electrónico de barrido (SEM).
De forma detallada, para cada una de las nueve piezas de ensayo cortadas de la chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al, su sección transversal en la dirección de laminación se pulió a espejo y se observó con el SEM a 1000 aumentos. La distancia desde la interfase entre la capa recubierta de Al o de aleación de Al y el sustrato de recubrimiento hasta la superficie de la capa recubierta de Al o de aleación de Al se mide a lo largo de toda la longitud de la pieza de ensayo en la dirección de laminación a intervalos de 1 mm, como el espesor de la capa recubierta por una cara. En caso de que la capa recubierta de Al o de aleación de Al se proporcione en ambas caras del sustrato de recubrimiento, esta medición se realiza en ambas caras de la chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al, y se calcula el espesor total de las capas recubiertas de Al o aleación de Al en ambas caras del sustrato de recubrimiento. El valor medio (aritmético) de estos valores de medición se toma como el espesor de la capa recubierta de Al o de aleación de Al.
En la chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al, la capa recubierta de Al o de aleación de Al puede proporcionarse únicamente en una cara del sustrato de recubrimiento o proporcionarse en ambas caras del sustrato de recubrimiento.
A continuación, se describe un método de producción de la chapa de acero inoxidable ferrítico preferente de acuerdo con la realizaciones divulgadas.
La chapa de acero inoxidable ferrítico de acuerdo con una de las realizaciones divulgadas se produce sometiendo la anterior chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al a un tratamiento térmico (tratamiento térmico de difusión) de mantenimiento en un intervalo de temperatura de 600 °C a 1300 °C durante 1 minuto o más para difundir el Al contenido en la capa recubierta de Al o de aleación de Al en el sustrato de recubrimiento de la chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al y aumentar el contenido de Al en el sustrato de recubrimiento hasta el 8,0 % o más.
Desde el punto de vista de homogeneizar el Al difundido, es preferible mantener la chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al en un intervalo de temperatura de 900 °C a 1200 °C durante 10 minutos o más. No se impone un límite superior en el tiempo de mantenimiento, pero el tiempo de mantenimiento es preferentemente de 120 minutos o menos desde el punto de vista de la productividad y similares.
La atmósfera en el tratamiento térmico puede ser aire, pero es preferible realizar el tratamiento térmico en un vacío de 1 x 10-1 Pa o menos, o en una atmósfera no oxidante tal como una atmósfera inerte de Ar o similar, una atmósfera de N2 o una atmósfera mixta de H2 y N2, para reducir el consumo de Al por oxidación.
Antes del tratamiento térmico, la chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al producida como se describe a continuación puede someterse a una laminación adicional para reducir el espesor. Particularmente, en el caso de producir una chapa fina de acero inoxidable ferrítico, dado que la eficacia del tratamiento de recubrimiento disminuye si la laminación se realiza hasta el espesor final en la fase del sustrato de recubrimiento, es preferible realizar una laminación adicional después del tratamiento de recubrimiento. Incluso en el caso de realizar dicha laminación adicional, la cantidad de Al aumentada como resultado del tratamiento térmico de difusión puede predecirse por 30 x t/T, donde T es el espesor del sustrato de recubrimiento antes de la laminación y t es el espesor de la capa recubierta de Al o de aleación de Al antes de la laminación.
El tratamiento térmico puede realizarse antes de trabajar la chapa de acero para convertirla en la pieza acabada, o después de trabajar la chapa de acero para darle una forma predeterminada, tal como un elemento calentador de resistencia.
Por ejemplo, en caso de que se realice un tratamiento de soldadura fuerte a alta temperatura en el proceso de producción del miembro, tal como un elemento calentador de resistencia, o la temperatura de uso del miembro supere los 900 °C, dicho calentamiento puede ser sustituido por el tratamiento térmico (tratamiento térmico de difusión). En este caso, la chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al producida como se describe a continuación puede someterse a otro tratamiento térmico. Por ejemplo, en caso de realizar la laminación adicional, el otro tratamiento térmico se realiza preferentemente antes de la laminación adicional. En caso de trabajar la chapa de acero para darle la forma predeterminada sin la laminación adicional, el otro tratamiento térmico se realiza preferentemente antes del trabajo. El otro tratamiento térmico es un tratamiento térmico que no cumple las condiciones de que la chapa de acero se mantenga en un intervalo de temperatura de 600 °C a 1300 °C durante 1 minuto o más (por ejemplo, un tratamiento térmico de mantenimiento en un intervalo de temperatura de 300 °C o más y menos de 600 °C durante entre 1 segundo y 10 minutos, o un tratamiento térmico de mantenimiento en un intervalo de temperatura de 600 °C a 1300 °C durante 1 segundo o más y menos de 1 minuto).
La chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al puede producirse, por ejemplo, de la siguiente manera:
El acero fundido que tiene la composición química anterior (la composición química del sustrato de recubrimiento de la chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al) se prepara mediante la fabricación de acero con un método comúnmente conocido tal como el uso de un convertidor, un horno eléctrico o un horno de fundición a vacío, y se somete a una colada continua o a una colada de lingotes y a un desbastado para obtener una plancha.
A continuación, la plancha se lamina para obtener una chapa de acero inoxidable ferrítico como sustrato de recubrimiento.
El método de laminación no está limitado y puede utilizarse un método convencional. Algunos ejemplos incluyen un método de someter la plancha a una laminación en caliente para obtener una chapa de acero laminada en caliente, y someter la chapa de acero laminada en caliente a una laminación en frío y un recocido de la chapa laminada en frío, y un método de someter la plancha a una laminación en caliente para obtener una chapa de acero laminada en caliente, someter la chapa de acero laminada en caliente a un recocido de chapa laminada en caliente y, a continuación, a una laminación en frío. El recocido de la chapa laminada en caliente y el recocido de la chapa laminada en frío son procesos opcionales, pudiendo realizarse únicamente uno de los procesos, ambos o ninguno. Las condiciones de la laminación en caliente, el recocido de la chapa laminada en caliente, la laminación en frío y el recocido de las chapas laminadas en frío no están limitados y pueden ser de acuerdo con los métodos convencionales.
Por ejemplo, la plancha se calienta a entre 1100 °C y 1250 °C durante entre 1 hora y 24 horas, y a continuación se somete a una laminación en caliente para obtener una chapa de acero laminada en caliente con un espesor de aproximadamente 2,0 mm a 6,0 mm. Después de esto, la chapa de acero laminada en caliente se somete opcionalmente a un descascarillado mediante decapado o pulido mecánico, y se somete además a una laminación en frío y a un recocido de la chapa laminada en frío, para obtener una chapa de acero inoxidable ferrítico como sustrato de recubrimiento.
A continuación, la chapa de acero inoxidable ferrítico como sustrato de recubrimiento se somete a un recubrimiento de Al o de aleación de Al, para producir una chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al. El método de recubrimiento no está limitado, y puede ser, por ejemplo, un método de producción que utiliza una típica línea continua de recubrimiento por inmersión en caliente. Puede utilizarse el proceso Sendzimir, un proceso de fundente, un proceso de recubrimiento previo o similares.
La temperatura del baño fundido del recubrimiento de Al o de aleación de Al (denominada también en lo sucesivo "temperatura del baño") está preferentemente en un intervalo de (temperatura de inicio de solidificación 20 °C) a 750 °C.
Aquí, el límite inferior preferible de la temperatura del baño se fija en (temperatura de inicio de solidificación 20 °C), para evitar la solidificación local de los componentes del recubrimiento causada por una disminución local de la temperatura del baño fundido. Si la temperatura del baño es mayor de 750 °C, el rápido enfriamiento del recubrimiento adherido a la superficie del sustrato de recubrimiento es difícil, dando lugar a un mal aspecto denominado pandeo. Por lo tanto, el límite superior preferido de la temperatura del baño se fija en 750 °C.
El tiempo de inmersión en el baño fundido es preferentemente de 0,5 segundos o más, desde el punto de vista de la formación de una cantidad suficiente de capa recubierta en la superficie del sustrato de recubrimiento.
Como baño de fusión, se puede utilizar el recubrimiento de Al o el recubrimiento de aleación de Al-Si anterior. El espesor de la capa recubierta de Al o de aleación de Al debe ajustarse, por ejemplo, mediante un barrido con N2 gaseoso.
Las condiciones de los pretratamientos, tales como el desengrasado, no están limitadas y pueden ser de acuerdo con los métodos convencionales.
La temperatura del sustrato de recubrimiento (temperatura de la chapa) al entrar en el baño de fusión no está limitada. Sin embargo, en caso de utilizar una línea continua de recubrimiento por inmersión en caliente, la temperatura del sustrato de recubrimiento está preferentemente dentro de ±20 °C de la temperatura del baño fundido, desde el punto de vista de garantizar las propiedades del recubrimiento y evitar un cambio de la temperatura del baño en funcionamiento.
Las condiciones de calentamiento del sustrato de recubrimiento antes de la inmersión en el baño fundido no están limitadas, pero es preferible utilizar una atmósfera de gas reductor, tal como una atmósfera mixta de H2 y N2 con un punto de condensación de -15 °C o menos, para suprimir al máximo la formación de una capa de A^03 durante el calentamiento.
Ejemplos
Se prepararon cada una de las planchas que tenían las composiciones químicas mostradas en la tabla 1 (consistiendo el resto en Fe e impurezas inevitables) mediante la fabricación de acero usando un pequeño horno de fundición a vacío de 50 kg. Cada una de las planchas se calentó a 1200 °C y, a continuación, se sometió a una laminación en caliente en un intervalo de temperatura de 900 °C a 1200 °C para obtener una chapa de acero laminada en caliente con un espesor de 2,0 mm. Para el acero identificado como "0" en la tabla 1, se produjo agrietamiento durante la laminación en caliente, por lo que no se realizó la evaluación posterior. A continuación, la chapa de acero laminada en caliente obtenida se sometió a un recocido de la chapa laminada en caliente a 900 °C durante 1 minuto al aire. Después de eliminar la cascarilla superficial mediante decapado, la chapa de acero laminada en caliente se sometió a una laminación en frío para obtener una chapa de acero laminada en frío (chapa de acero inoxidable ferrítico) con el espesor T mostrado en la tabla 2. Algunas chapas de acero laminadas en frío (chapas de acero sometidas a una laminación adicional tras el tratamiento de recubrimiento descrito a continuación) se sometieron además a un recocido de las chapas laminadas en frío manteniéndolas a 900 °C durante 20 segundos en una atmósfera mixta de H2 y N2 (H2:N2 = 75:25 en relación de volumen).
Al utilizar la chapa de acero laminada en frío resultante como sustrato de recubrimiento, se realizó un tratamiento de recubrimiento por inmersión en caliente para obtener una chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al.
Específicamente, como sustrato de recubrimiento se utilizó una chapa de acero con una longitud (dirección de laminación) de 170 mm y una anchura de 70 mm cortada de la anterior chapa de acero laminada en frío. El sustrato de recubrimiento se calentó y se mantuvo a 700 °C durante 20 segundos en una atmósfera mixta de H2 y N2 (H2:N2 = 90:10 en relación de volumen, punto de condensación: -30 °C). Inmediatamente después, el sustrato de recubrimiento se sometió a un tratamiento de recubrimiento por inmersión en caliente consistente en sumergirlo en un baño fundido de Al de 700 °C o en un baño fundido de Al-8 % masa de Si de 660 °C durante 5 segundos, para obtener una chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al.
El área de recubrimiento en el sustrato de recubrimiento era un área con una longitud (dirección de laminación) de 100 mm y una anchura de 70 mm. El espesor de la capa recubierta de Al o de aleación de Al se ajustó mediante un barrido con N2 gaseoso.
El espesor de la capa recubierta de Al o de aleación de Al en la chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al resultante se midió de la siguiente manera:
El área de recubrimiento (longitud: 100 mm, anchura: 70 mm) de la chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al se cortó, y se recortó un área de 10 mm de cada borde, obteniendo por tanto una pieza de ensayo con una longitud de 80 mm y una anchura de 50 mm. La pieza de ensayo se dividió en tercios en la dirección longitudinal y se dividió en tercios en la dirección transversal, y se cortó una pequeña pieza con una longitud de 15 mm y una anchura de 10 mm de la parte central de cada pieza de ensayo dividida, obteniendo así nueve piezas de ensayo para la observación de la sección transversal.
A continuación, cada pieza de ensayo para la observación transversal se enterró en resina para dejar al descubierto una sección transversal en la dirección longitudinal (dirección de laminación), y la sección transversal en la dirección longitudinal se pulió a espejo. La observación transversal se realizó con un microscopio electrónico de barrido (SEM) con 1000 aumentos, y el espesor de la capa recubierta por una cara (la distancia desde la interfase entre la capa recubierta de Al o de aleación de Al y el sustrato de recubrimiento hasta la superficie de la capa recubierta de Al o de aleación de Al) se midió a lo largo de toda la longitud de la pieza de ensayo para la observación transversal en la dirección de laminación a intervalos de 1 mm. Esta medición se realizó en ambas caras de la pieza de ensayo para la observación transversal, y se calculó el espesor total de las capas recubiertas de Al o aleación de Al. El valor medio aritmético de los espesores calculados de las piezas de ensayo se tomó como el espesor de la capa recubierta de Al o de aleación de Al. El espesor medido de la capa recubierta de Al o de aleación de Al en la chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al se muestra en la tabla 2.
Cada chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al obtenida se sometió a un tratamiento térmico (tratamiento térmico de difusión), obteniendo así una chapa de acero inoxidable ferrítico como producto terminado (en lo sucesivo, el término "chapa de acero inoxidable ferrítico" significa una "chapa de acero inoxidable ferrítico como producto terminado", salvo que se indique lo contrario).
El tratamiento térmico se llevó a cabo manteniendo la chapa de acero a 1100 °C durante 30 minutos en un vacío de 1 x 10-1 Pa o menos y permitiendo el enfriamiento del horno.
Para algunas chapas de acero inoxidable recubiertas de Al o aleación de Al, antes del tratamiento térmico (tratamiento térmico de difusión), se realizó una laminación en frío adicional para obtener el espesor indicado en la tabla 2 (en caso de no realizar una laminación adicional, el campo "Grosor de la chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al tras la laminación adicional" de la tabla 2 indica el espesor total de la chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al (el espesor del sustrato de recubrimiento el espesor de la capa recubierta de Al o de aleación de Al).
La composición química de la chapa de acero inoxidable ferrítico resultante se midió recogiendo virutas de parte de la chapa de acero inoxidable ferrítico y realizando un análisis en húmedo. Los resultados de la medición se muestran en la tabla 3. El resto consiste en Fe e impurezas inevitables.
Además, la chapa de acero inoxidable ferrítico obtenida y la chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al se utilizaron para evaluar (1) la capacidad de recubrimiento, (2) la deformación causada por el tratamiento térmico, (3) la trabajabilidad, (4) la resistividad eléctrica, y (5) la resistencia a la oxidación. Los resultados de la evaluación se muestran en la tabla 4.
(1) Capacidad de recubrimiento
El área de recubrimiento (longitud: 100 mm, anchura: 70 mm) de la chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al (en caso de realizar una laminación adicional, la chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al antes de la laminación adicional) se recortó, y se cortó un área de 10 mm de cada borde, produciendo así una pieza de ensayo con una longitud de 80 mm y una anchura de 50 mm. Se produjeron cinco de dichas piezas de ensayo de acuerdo con el mismo procedimiento.
Se fotografió la superficie (superficie recubierta) de cada pieza de ensayo y se coloreó la parte no recubierta de la fotografía comparándola visualmente con la pieza de ensayo. A continuación, se utilizó la fotografía para determinar la relación de área (= [el área de la parte no recubierta (mm2)]/[el área de la zona recubierta de la pieza de ensayo (mm2)] x 100) de la parte no recubierta (área coloreada) mediante procesamiento de imágenes.
En caso de que la relación de área media de las partes no recubiertas de las cinco piezas de ensayo fuera menor del 1 %, la muestra se evaluó como buena. En caso de que la relación media de área fuera del 1 % o más, la muestra se evaluó como deficiente.
(2) Deformación en el tratamiento térmico
La deformación (deformación por alabeo o distorsión) en el tratamiento térmico se evaluó como sigue:
Se cortaron tres piezas de ensayo con una longitud (dirección de laminación) de 30 mm y una anchura de 10 mm de la chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al antes del tratamiento térmico (en caso de realizar una laminación adicional, la chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al tras la laminación adicional), y estas piezas de ensayo se sometieron a un tratamiento térmico (mantenimiento a 1100 °C durante 30 minutos en un vacío de 1,0 x 10-1 Pa o menos y a continuación permitiendo el enfriamiento del horno) que simulaba el tratamiento térmico de difusión.
A continuación, se midió la longitud de cada pieza de ensayo tras el tratamiento térmico en el centro en la dirección transversal, y se calculó la cantidad de cambio de forma de acuerdo con la siguiente expresión:
[la cantidad de cambio de forma (%)] = ([la longitud de la pieza de ensayo después del tratamiento térmico (mm)] -[la longitud de la pieza de ensayo antes del tratamiento térmico (mm)])/[la longitud de la pieza de ensayo antes del tratamiento térmico (mm)] x 100.
A continuación, se calculó el valor medio (aritmético) de las cantidades de cambio de forma de las tres piezas de ensayo. En caso de que la cantidad de cambio de forma estuviera en ±5 %, la muestra se evaluó como buena. En caso de que la cantidad de cambio de forma fuera mayor del ±5 %, la muestra se evaluó como deficiente.
(3) Trabajabilidad
La trabajabilidad se evaluó sometiendo la anterior chapa de acero inoxidable ferrítico a una ondulación, que se realiza habitualmente en los elementos calentadores metálicos utilizados en los purificadores de los gases de escape de vehículos.
La chapa de acero inoxidable ferrítico (longitud: 80 mm, anchura: 50 mm) se onduló haciendo pasar la chapa de acero entre dos rodillos dentados con un radio de curvatura máximo de 0,5 mm, un paso de onda de 2,0 mm y una altura de onda de 2,0 mm. En caso en que la chapa de acero inoxidable ferrítico pudiera trabajarse sin fractura ni agrietamiento, la chapa de acero inoxidable ferrítico se evaluó como buena. En caso de que se produjera fractura o agrietamiento, la chapa de acero inoxidable ferrítico se evaluó como deficiente.
(4) Resistividad eléctrica
La resistividad eléctrica se midió por el método de cuatro terminales definido en JIS C 2525.
Se cortaron cinco piezas de ensayo de 10 mm x 80 mm de la anterior chapa de acero inoxidable ferrítico y se midió la resistividad volumétrica de cada pieza de ensayo. Su valor medio se tomó como la resistividad volumétrica de la chapa de acero inoxidable ferrítico, que se evaluó tomando como base los siguientes criterios:
excelente: resistividad volumétrica superior a 170 pü cm
buena: resistividad volumétrica superior a 142 pü cm e inferior o igual a 170 pü cm
deficiente: resistividad volumétrica de 142 pü cm o inferior.
(5) Resistencia a la oxidación
La resistencia a la oxidación se evaluó mediante un ensayo de mantenimiento en aire a alta temperatura. De la chapa de acero inoxidable ferrítico anterior se recogieron dos piezas de ensayo con una anchura de 20 mm y una longitud (dirección de laminación) de 30 mm, y se sometieron a un tratamiento de oxidación en atmósfera de aire a 1100 °C durante 400 horas. Se midió la ganancia de masa por oxidación entre antes y después del tratamiento (el valor obtenido dividiendo la cantidad de cambio de masa de la pieza de ensayo entre antes y después del tratamiento de oxidación por el área superficial de la pieza de ensayo antes del tratamiento de oxidación). El valor medio de las ganancias de masa por oxidación de las piezas de ensayo se tomó como la ganancia de masa por oxidación de la chapa de acero inoxidable ferrítico, que se evaluó tomando como base los siguientes criterios: excelente: ganancia de masa por oxidación de 8,0 g/m2 o menos
buena: ganancia de masa por oxidación superior a 8,0 g/m2 e inferior o igual a 12,0 g/m2
deficiente: ganancia de masa por oxidación superior a 12,0 g/m2 o aparición de exfoliación de la capa.
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Como puede entenderse a partir de la tabla 4, todos los ejemplos tenían una buena capacidad de recubrimiento, presentaban poca deformación debido al tratamiento térmico y tenían una trabajabilidad, resistividad eléctrica y resistencia a la oxidación superiores.
En todos los ejemplos comparativos, por otro lado, se produjeron grietas en la laminación en caliente y no pudieron producirse piezas de ensayo, o al menos una de capacidad de recubrimiento, deformación en el tratamiento térmico, trabajabilidad, resistividad eléctrica y resistencia a la oxidación no era satisfactoria.
En el n.° 3, el n.° 7 y el n.° 13, la trabajabilidad era insuficiente, y por consiguiente se omitió la evaluación de (4) la resistividad eléctrica y (5) la resistencia a la oxidación.

Claims (2)

REIVINDICACI0NES
1. Una chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al que comprende:
un sustrato de recubrimiento; y
una capa recubierta de Al o de aleación de Al sobre una superficie del sustrato de recubrimiento,
en donde el sustrato de recubrimiento es una chapa de acero inoxidable ferrítico que tiene una composición química que contiene, en % en masa,
C: 0,030 % o menos,
Si: 1,0 % o menos,
Mn: 1,0 % o menos,
P: 0,040 % o menos,
S: 0,010 % o menos,
Cr: del 11,0% al 30,0%,
Al: del 2,5 % al 6,5 %,
Ni: del 0,05 % al 0,50 %,
N: 0,020 % o menos, y
al menos uno seleccionado del grupo que consiste en Zr: del 0,01 % al 0,20 %, y Hf: del 0,01 % al 0,20 %, opcionalmente, en % en masa, uno o más seleccionados del grupo que consiste en REM: del 0,01 % al 0,20 %, Cu: del 0,01 % al 0,10 %,
Ti: del 0,01 % al 0,50 %,
Nb: del 0,01 % al 0,50 %,
V: del 0,01 % al 0,50 %,
Mo: del 0,01 % al 6,0 %,
W: del 0,01 % al 6,0%,
B: del 0,0001 % al 0,0050 %,
Ca: del 0,0002 % al 0,0100 %, y Mg: del 0,0002 % al 0,0100 %,
consistiendo el resto en Fe e impurezas inevitables, y un espesor y un contenido de Al del sustrato de recubrimiento y un espesor de la capa recubierta de Al o de aleación de Al que satisfacen una relación de la siguiente expresión (1):
8,0 < Caí 30 x t/T < 20,0 ... (1)
donde Caí es el contenido de Al del sustrato de recubrimiento en % en masa, T es el espesor del sustrato de recubrimiento en μm, y t es el espesor de la capa recubierta de Al o de aleación de Al en μm, y, en caso de que la capa recubierta de Al o de aleación de Al esté presente en ambas caras del sustrato de recubrimiento, es un espesor total de las capas recubiertas de Al o aleación de Al en ambas caras del sustrato de recubrimiento.
2. Método de producción de una chapa de acero inoxidable ferrítico que comprende una composición química que contiene, en % en masa,
C: 0,030 % o menos,
Si: 3,0 % o menos,
Mn: 1,0 % o menos,
P: 0,040 % o menos,
S: 0,010 % o menos,
Cr: del 11,0% al 30,0%,
Al: del 8,0 % al 20,0 %,
Ni: del 0,05 % al 0,50 %,
N: 0,020 % o menos, y
al menos uno seleccionado del grupo que consiste en Zr: del 0,01 % al 0,20 %, y Hf: del 0,01 % al 0,20 %, opcionalmente, en % en masa, uno o más seleccionados del grupo que consiste en
REM: del 0,01 % al 0,20 %,
Cu: del 0,01 % al 0,10 %,
Ti: del 0,01 % al 0,50 %,
Nb: del 0,01 % al 0,50 %,
V: del 0,01 % al 0,50 %,
Mo: del 0,01 % al 6,0 %,
W: del 0,01 % al 6,0%,
B: del 0,0001 % al 0,0050 %,
Ca: del 0,0002 % al 0,0100 %, y
Mg: del 0,0002 % al 0,0100 %,
consistiendo el resto en Fe e impurezas inevitables, método que comprende
someter la chapa de acero inoxidable recubierta de Al o de aleación de Al de acuerdo con la reivindicación 1 a un tratamiento térmico de mantenimiento en un intervalo de temperatura de 600 °C a 1300 °C durante 1 minuto o más.
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