MX2011006451A - Acero inoxidable ferritico-austenitico. - Google Patents

Abstract

La invención está relacionada con acero inoxidable dúplex que tiene una microestructura austenítica-ferrítica de 35-65% en volumen, preferiblemente 40-60% en volumen de ferrita y que tiene una buena soldabilidad, buena resistencia a la corrosión y buena capacidad de ser trabajado en caliente. El acero contiene 0.005-0.04% en peso de carbono, 0.2-0.7% en peso de silicio, 2.5-5% en peso de manganeso, 23-27% en peso de cromo, 2.5-5% en peso de níquel, 0.5-2.5% en peso de molibdeno, 0.2-0.35% en peso de nitrógeno, 0.1 - 1.0% en peso de cobre, opcionalmente menos de 1% en peso de tungsteno, menos de 0.0030% en peso de uno o más elementos del grupo que contiene boro y calcio, menos de 0.1% en peso de cerio, menos de 0.04% en peso de aluminio, menos de 0.010% en peso de azufre y el resto es hierro con impurezas incidentales.

Description

ACERO INOXIDABLE FERRÍTICO-AUSTENÍTICO Campo de la Invención La presente invención está relacionada con un acero inoxidable ferrítico-austénico dúplex, en el cual el nivel de ferrita en la microestructura del acero es de 35-65% en volumen, preferiblemente 40-60% en volumen y es económico en su fabricación y tiene una buena capacidad para ser trabajado en caliente sin agrietamiento de las orillas en el laminado en caliente. El acero es resistente a la corrosión y tiene una alta fortaleza y buena capacidad para ser soldado así como también que los costos de las materias primas son optimizados con relación a cuando menos el contenido de níquel y molibdeno de forma que el equivalente de resistencia a picaduras, valor de PRE, esté entre 30 y 36.

Antecedentes de la Invención Los aceros inoxidables dúplex o ferríticos-austeníticos tienen una historia casi tan larga como los aceros inoxidables. Un gran número de aleaciones dúplex han aparecido durante este periodo de ochenta años. Ya en 1930 Avesta Steelworks, ahora incluida en Outokumpu Oyj, producía moldeados, forjados y placas de acero inoxidable dúplex bajo el nombre de 453 S. Este fue de este modo uno de los primerísimos aceros dúplex y contenía esencialmente 26% de cromo, 5% de níquel y 1.5% de molibdeno (expresado como porciento en peso) dando al acero un equilibrio de fase de aproximadamente 70% de ferrita y 30% de austenita. El acero tenía una fortaleza mecánica mejorada en gran medida en comparación con los aceros inoxidables austeníticos y también era menos propenso a la corrosión intercristalina debido a la estructura dúplex. Con las técnicas de fabricación de este periodo el acero contenía altos niveles de carbono y no contemplaba la adición intencional de nitrógeno y el acero mostraba altos niveles de ferrita en las áreas soldadas con alguna reducción en sus propiedades. Sin embargo, esta composición de acero dúplex básica fue mejorada gradualmente con menores contenidos de carbono y una relación de fase más balanceada y este tipo de acero dúplex aún existe en los estándares nacionales y está disponible comercialmente. Esta composición base también ha sido la precursora para muchos desarrollos posteriores de aceros dúplex.

Una segunda generación de aceros dúplex fue introducida en los años 1970 cuando el proceso convertidor AOD mejoró las posibilidades de refinar los aceros y facilitó la adición de nitrógeno a los aceros. En 1974 el acero dúplex fue patentado (patente DE 2,255,673), el cual se decía era resistente a la corrosión intercristalina en una condición soldada debido a un equilibrio de fase controlado. Este acero fue estandarizado bajo el número de EN 1.4462 y fue gradualmente producido por diversos fabricantes de acero. Posteriormente, el trabajo de investigación mostró que el nitrógeno es un elemento crucial en el control del equilibrio de fase durante las operaciones de soldadura y el amplio rango de nitrógeno tanto en la patente anterior como en el estándar no podía dar un resultado consistente. Hoy este acero inoxidable dúplex optimizado de grado 1.4462 tiene una posición dominante producida en un amplio tonelaje de muchos proveedores. Un nombre comercial para este acero es 2205. El conocimiento del rol del nitrógeno ha sido también usado en desarrollos posteriores y los aceros dúplex modernos contienen niveles de nitrógeno de moderados a altos dependiendo de la composición total.

Los aceros dúplex hoy pueden ser divididos en grados magro, estándar y superdúplex. En general los aceros dúplex magros muestran una resistencia a la corrosión por picaduras al nivel con los aceros inoxidables austeníticos que tienen los números de estándar EN 1.4301 (ASTM 304) y EN 1.4401 (ASTM 316). Con un contenido de níquel mucho menor que el de las contrapartes austeníticas los grados dúplex magro pueden ser ofrecidos a un costo menor. Uno de los primeros aceros dúplex magros fue patentado en 1973 (patente de los Estados Unidos de América No. 3,736,131). Una aplicación para la que se tenía la intención de dirigir este acero era para sujetadores recalcados en frío y con un bajo contenido de níquel sustituyéndolo con manganeso. Otra aleación dúplex magra que fue patentada en 1987 (patente de los Estados Unidos de América No. 4,798,635) estaba esencialmente libre de molibdeno para una buena resistencia en ciertos ambientes. Este acero fue estandarizado como EN 1.4362 (nombre comercial 2304) y es parcialmente usado para reemplazar los aceros inoxidables austeníticos del tipo EN 1.4401. Asimismo este acero 2304 puede sufrir de problemas de un alto nivel de ferrita en la zona de soldadura ya que se pueden obtener niveles de nitrógeno bastante bajos con este grado.

Outokumpu patentó un nuevo acero dúplex magro (LDX 2101) en 2000 (patente EP 1 ,327,008) con el objetivo de mostrar un cierto perfil de propiedades deseables con bajos costos de materias primas compitiendo con el acero inoxidables austenítico de tipo EN 1.4301.

Entre los así denominados aceros dúplex estándar el acero antes mencionado 1.4462 (nombre comercial 2205) es el más establecido y de grado dominante. Para cumplir con varios requerimientos de propiedades combinadas con consideraciones de precios varias versiones de este grado existen en nuestros días. Esto puede ser un problema si a este acero se le especifican diferentes propiedades para su obtención.

Un intento por proveer una alternativa de bajo costo para el acero inoxidable austenítico del tipo EN 1.4401 (ASTM 316) así como también para el acero inoxidable dúplex de grado 2205 fue realizado en la patente de los Estados Unidos de América 6,551 ,420, la cual se relaciona con un acero inoxidable dúplex que puede ser susceptible de ser soldado y formado y que tiene una resistencia a la corrosión mayor que el EN 1.4401 y es particularmente ventajoso para funcionar en ambientes que contienen cloruro. En los ejemplos de esta patente de los Estados Unidos de América 6,551 ,420 se describen dos composiciones de forma que los rangos para cada elemento estén tal como se indica a continuación, como porcentaje en peso: 0.018-0.021 % de carbono, 0.46-0.50 % de manganeso, 0.022% de fósforo, 0.0014-0.0034% de azufre, 0.44-0.45% de silicio, 20.18-20.25% de cromo, 3.24-3.27% de níquel, 1.80- 1.84% de molibdeno, 0.21% de cobre, 0.166-0.167%o de nitrógeno y 0.0016%) de boro. El valor equivalente de resistencia a picaduras, PRE, es para estas composiciones de ejemplo de entre 28,862 y 28,908. Cuando se comparan estos rangos con los rangos reivindicados de la patente de los Estados Unidos de América No. 6,551 ,420 descritos en la siguiente Tabla 2, los rangos reivindicados son muy amplios para los rangos de los ejemplos.

También se conoce a partir de la solicitud de patente de los Estados Unidos de América 2004/0050463 un acero dúplex de alto contenido de manganeso con una buena capacidad de ser trabajado en caliente (composición química en la Tabla 2). En esta publicación se dice que si el contenido de cobre está limitado a 0-1.0% y el contenido de manganeso es aumentado, la capacidad de ser trabajado en caliente es mejorada. Además, esta solicitud de patente de los Estados Unidos de América menciona que en un acero inoxidable dúplex que contiene molibdeno, conforme el contenido de manganeso aumenta, se mejora la capacidad de ser trabajado en caliente, cuando el contenido de molibdeno es constante. En el caso en donde el contenido de manganeso es constante y el contenido de molibdeno aumenta, la capacidad de ser trabajado en caliente se vuelve peor. Esta solicitud de patente de los Estados Unidos de América también describe que en un acero inoxidable dúplex con alto contenido de manganeso, el tungsteno y el manganeso tienen un efecto sinérgico en la mejora de la capacidad de ser trabajado en caliente. Sin embargo, esta solicitud de patente de los Estados Unidos de América también dice que en un acero inoxidable dúplex que contiene bajos niveles de manganeso, conforme el contenido de tungsteno aumenta, la capacidad de ser trabajado en caliente disminuye.

Un factor importante además de la composición química, que determina la capacidad de ser trabajados en caliente, de los aceros inoxidables dúplex es el equilibrio de fases. La experiencia ha mostrado que las composiciones de acero inoxidable dúplex con altos contenidos de austenita presentan una baja capacidad de ser trabajados en caliente, mientras que los contenidos más altos de ferrita son benéficos en este respecto. Debido a que los altos contenidos de ferrita tienen un efecto adverso en la soldabilidad esta es crucial para optimizar el equilibrio de fases en el diseño de aleaciones de acero inoxidable dúplex. La solicitud de patente de los Estados Unidos de América 2004/0050463 no describe nada acerca de la porción de ferrita o austenita en la microestructura y, de este modo, los contenidos de ferrita fueron calculados usando la base de datos termodinámica ThermoCalc TCFE6 para los aceros inoxidables dúplex "specil7"y "speci28," cuyas capacidades de ser trabajados en caliente se comparan en la solicitud de patente de los Estados Unidos de América. Los contenidos de ferrita calculados a tres temperaturas para estos "specil7"y "speci 18" se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1: Contenido de ferrita en la solicitud de patente de los E.U.A. 2004/0050463 Acero Contenido de ferrita [%] 1050 °C 1 150 °C 1250 °C Speci 17 28 36 49 Speci28 60 69 83 Adicionalmente a que el "speci l 7"y "speci28" comparados en la solicitud de patente de los Estados Unidos 2004/0050463 son diferentes en sus composiciones, la Tabla 1 muestra claramente que estos aceros "specil 7" y "speci28" son totalmente diferentes en el equilibrio de fases, lo cual es suficiente para explicar la diferencia en la capacidad de ser trabajados en caliente, entre estas dos aleaciones. Es de este modo obvio que otras propiedades también son diferentes.

Las composiciones de los aceros inoxidables dúplex mencionados en las patentes anteriores son recolectadas en la siguiente Tabla 2. La Tabla 2 también contiene los valores para el equivalente a la resistencia a picaduras, PRE, calculado usando la formula: PRE= %Cr + 3.3x%Mo + 16x%N (1) Tabla 2: Composiciones químicas y valores PRE de aceros inoxidables dúplex calculados por la formula (1) La solicitud de patente de los Estados Unidos de América 2004/0050463 usa en la especificación para la resistencia a la corrosión un PREN (pitting resistance equivalent number, número de equivalente de resistencia a picaduras) el cual es calculado usando la formula (2) PREN- %Cr + 3.3x(%Mo + 0.5% W) + 30x%N (2) en donde el factor (%Mo + 0.5%W) está limitado al rango de 0.8<(%Mo+0.5%W)<4.4. Un objetivo para los aceros de esta solicitud de patente de los Estados Unidos de América es que el PREN calculado con la formula (2) sea mayor que 35 con el fin de tener una alta resistencia a la corrosión. Los aceros de la solicitud de patente de los Estados Unidos de América 2004/0050463 tienen una mejor resistencia a la corrosión que por ejemplo el acero inoxidable dúplex 2205, pero estos aceros tienen altos contenidos de manganeso, níquel y tungsteno para una mejor capacidad de ser trabajados con calor. Estos componentes aleados, especialmente el níquel y tungsteno, hacen que el acero sea más caro que por ejemplo el acero inoxidables dúplex 2205.

Adicionalmente, hay actualmente grandes problemas con la fabricación de rollos laminados en caliente de acero inoxidable dúplex sin que las orillas se agrieten, lo cual es atribuido a la perdida en la ductilidad en temperaturas más bajas. El agrietamiento de las orillas produce pérdidas en el rendimiento del proceso así como también problemas con varios daños en el equipo de proceso.

De este modo se tiene un interés comercial en encontrar un acero inoxidable dúplex que sea una alternativa rentable para los grados de acero inoxidable con un cierto perfil de propiedades específicas para las propiedades mecánicas, corrosivas y de soldadura.

Objetivos de la Invención El objetivo de la presente invención es el de eliminar las desventajas de la técnica anterior y lograr un acero inoxidable dúplex, ferrítico-austenítico, mejorado, el cual sea económico para fabricar sin el agrietamiento de las orillas en laminado en caliente y que sea resistente a la corrosión y tenga una buena capacidad de ser soldado. Las características esenciales de la invención son enlistadas en las reivindicaciones anexas.

Breve Descripción de los Dibujos El acero inoxidable dúplex de la invención se describe además en resultados de pruebas, los cuales son comparados en tablas con dos aceros inoxidables dúplex de referencia y en los dibujos, en donde: La Figura 1 muestra las orillas de un rollo hecho de acero inoxidable dúplex de la invención, y La Figura 2 muestra las orillas de un rollo hecho del grado de referencia a escala completa.

Descripción Detallada de Modalidades Preferidas de la Invención La presente invención está relacionada con un acero inoxidable dúplex que tiene una microestructura austenítica-ferrítica de 35-65% en volumen, preferiblemente 40-60% en volumen de ferrita, acero el cual contiene 0.005%-0.04% en peso de carbono, 0.2-0.7% en peso de silicio, 2.5-5% en peso de manganeso, 23-27% en peso de cromo, 2.5-5% en peso de níquel, 0.5-2.5% en peso de molibdeno, 0.2-0.35% en peso de nitrógeno, 0.1-1.0% en peso de cobre, opcionalmente menos de 1% en peso de tungsteno y el fierro restante con impurezas incidentales. Preferiblemente, el acero inoxidable dúplex que tiene una miroestructura austenítica-ferrítica contiene 0.01-0.03% en peso de carbono, 0.2-0.7% en peso de silicio, 2.5-4.5% en peso de manganeso, 24-26% en peso de cromo, 2.5-4.5% en peso de níquel, 1.2-2% en peso de molibdeno, 0.2-0.35% en peso de nitrógeno, 0.1-1% en peso de cobre, opcionalmente menos de 1% en peso de tungsteno, menos de 0.0030% en peso de uno o más elementos del grupo que contiene boro y calcio, menos de 0.1% en peso de cerio, menos de 0.04% en peso de aluminio, a un máximo de 0.010% en peso y preferiblemente un máximo de 0.003% en peso de azufre así como también un máximo preferible de 0.035%) de fósforo y el resto de fierro con impurezas incidentales. Más preferiblemente, el acero inoxidable dúplex de la invención, que tiene una microestructura austenítica-ferrítica, contiene menos de 0.03% en peso de carbono, menos de 0.7% en peso de silicio, 2.8-4.0% en peso de manganeso, 23-25% en peso de cromo, 3.0-4.5% en peso de níquel, 1.5-2.0% en peso de molibdeno, 0.23-0.30% en peso de nitrógeno, 0.1-1.8% en peso de cobre, opcionalmente menos de 1% en peso de tungsteno, menos de 0.0030% en peso de uno o más elementos del grupo que contiene boro y calcio, menos de 0.1% en peso de cerio, menos de 0.04% en peso de aluminio, a un máximo de 0.010% en peso y preferiblemente un máximo de 0.003% en peso de azufre así como también preferiblemente un máximo de 0.035% de fosforo y el resto es fierro con impurezas incidentales.

La presente invención se relaciona con un cierto tipo de acero inoxidable económico en donde los costos de la materia prima son optimizados considerando la gran fluctuación de precios de ciertos elementos de aleación importantes, tales como el níquel y el molibdeno. Más particularmente la presente invención comprende una alternativa económica con propiedades de resistencia y corrosión mejoradas en comparación a los aceros inoxidables austeníticos usados ampliamente de los tipos EN 1.4404 (ASTM 316L) y EN 1.4438 (ASTM 317L). La invención también provee una alternativa económica al acero inoxidable dúplex EN 1.4462 (2205) usado frecuentemente. El acero de acuerdo con la presente invención puede ser fabricado y ser usado en una muy amplia variedad de productos tales como placas, hojas, rollos, barras, tuberías y tubos así como en productos vaciados. Los productos de la presente invención encuentran aplicaciones en diversos segmentos de usuario tales como la industria de procesos, transportación e ingeniería civil.

De acuerdo con la invención es de gran importancia que todas las adiciones de aleación a acero inoxidable dúplex estén en buen equilibrio y estén presentes en niveles óptimos. Adicionalmente, para obtener buenas propiedades mecánicas, alta resistencia a la corrosión, y soldabilidad apropiada es deseable limitar el equilibrio de fase en el acero inoxidable dúplex de la invención. Por estas razones los productos recocidos en solución de esta invención deben contener 40 - 60% en volumen de ferrita o austenita. Sobre la base de la microestructura estabilizada en el acero de la invención el equivalente de resistencia a picaduras, el valor PRE calculado con la formula (1), está entre 30 y 36, preferiblemente entre 32 y 36, más preferiblemente entre 33 y 35. Además, para el acero inoxidables dúplex de la invención la temperatura de picadura crítica (CPT) para la corrosión es de más de 40 °C. Con respecto a las propiedades mecánicas, el límite de elasticidad, Rpo,2, del acero inoxidable dúplex de la invención es de más de 500 MPa.

El acero inoxidable dúplex de la invención es además presentado en el efecto de los elementos separados en % en peso: La adición de carbono estabiliza la fase de austenita en los aceros dúplex, y si se mantiene en solución sólida, mejora tanto la fuerza como la resistencia a la corrosión. El contenido de carbono debe de este modo ser mayor a 0.005%, preferiblemente mayor que 0.01%. Debido a su solubilidad limitada y los efectos perjudiciales de los precipitados de carburo, el contenido de carbono debe ser restringido a un máximo de 0.04% y preferiblemente un máximo de 0.03%.

El silicio es una adición importante a los aceros para el proceso de refinación metalúrgica y debe ser mayor que 0.1% y preferiblemente 0.2%. El silicio también estabiliza la ferrita y las fases intermetálicas por lo que debe ser agregado en un máximo de 0.7%.

El manganeso es usado junto con nitrógeno como un sustituto económico para el níquel costoso para estabilizar la fase de austenita. Debido a que el manganeso mejora la solubilidad del nitrógeno este puede reducir el riesgo de precipitación de nitruro en la fase sólida y la formación de porosidad en la fase líquida tal como en un vaciado y durante el proceso de soldado. Por estas razones el contenido de manganeso debe ser mayor que 2.5% preferiblemente mayor que 2.8%. Los altos niveles de manganeso pueden aumentar el riesgo de fases intermetálicas y el nivel máximo debe ser de 5% y preferiblemente un máximo de 4.5% y más preferiblemente 4%.

El cromo es la adición más importante en aceros inoxidables, incluyendo los aceros dúplex debido a su efecto crucial tanto en la resistencia a la corrosión local como la uniforme. Favorece la fase de ferrita y aumenta la solubilidad del nitrógeno en el acero. Para lograr una resistencia a la corrosión suficiente el cromo debe ser agregado a un mínimo de 23% y preferiblemente un mínimo de 24%. El cromo aumenta el riesgo de precipitación de fase intermetálica a temperaturas de entre 600 y 900 °C así como la descomposición espinodal de la ferrita entre 300 y 500 °C. De este modo el acero de la presente invención no deberá contener más de 27% de cromo, preferiblemente un máximo de 26% de cromo y más preferiblemente un máximo de 25%.

El níquel es una adición importante pero costosa a los aceros dúplex para estabilizar la austenita y mejorar la ductilidad. Por razones económicas y técnicas el contenido de níquel deber ser restringido a un intervalo de 2.5 a 5%, preferiblemente 3 a 4.5%.

El molibdeno es un elemento de aleación muy costoso que mejora fuertemente la resistencia a la corrosión y estabiliza la fase de ferrita. Para utilizar su efecto positivo en la resistencia a la corrosión y picaduras el molibdeno debe ser agregado con mínimo 1% preferiblemente con mínimo 1.5%, al acero de acuerdo con la presente invención. Debido a que el molibdeno también aumenta el riesgo de la formación de fase intermetálica el nivel debe ser maximizado a 2.5% y preferiblemente menos de 2.0%.

El cobre tiene un efecto de estabilización débil de austenita y mejora la resistencia a la corrosión uniforme en ácidos tales como el ácido sulfúrico. El cobre ha sido conocido por suprimir la formación de la fase intermetálica con más de 0.1%. Las investigaciones actuales muestran que 1 % del cobre al acero de la invención resultó en una mayor cantidad de fase intermetálica. Por esta razón la cantidad de cobre debe ser de menos de 1.0%, preferiblemente menos de 0.8%.

El tungsteno tiene una influencia en aceros dúplex muy similar a aquella del molibdeno y es muy común usar ambos elementos para mejorar la resistencia a la corrosión. Debido a que el tungsteno es caro el contenido no debe ser mayor a 1%. El máximo contenido de molibdeno más tungsteno (%Mo + ½ %W) debe ser 3.0%.

El nitrógeno es un elemento muy activo disuelto intersticialmente principalmente en la fase de austenita. Este aumenta tanto la fuerza como la resistencia a la corrosión (especialmente picaduras y corrosión en grietas) de aceros dúplex. Otro efecto crucial es su fuerte contribución a la reformación de austenita durante el soldado para producir soldaduras sólidas. Para ser capaz de utilizar estos beneficios del nitrógeno es necesario proveer solubilidad suficiente del nitrógeno en el acero y en esta invención esto se hace a través de la combinación de alto cromo y manganeso con contenido moderado de níquel. Para lograr estos efectos se requiere un mínimo de 0.15% de nitrógeno en el acero y preferiblemente cuando menos 0.20% de nitrógeno, más preferiblemente cuando menos 0.23%) de nitrógeno. Aun con una composición optimizada para la solubilidad del nitrógeno existe un límite superior para la solubilidad en esta invención arriba de la cual el riesgo de la formación de nitruro o porosidad aumenta. De este modo, el contenido de nitrógeno máximo debe ser de menos de 0.35% y preferiblemente de menos de 0.32%, más preferiblemente menos de 0.30%.

El boro, calcio y cerio pueden ser agregados en pequeñas cantidades en aceros dúplex para mejorar la capacidad de trabajo en caliente y en niveles no muy altos ya que esto puede deteriorar otras propiedades. Los niveles preferidos para el boro y calcio son de menos de 0.003% y para el cerio de menos de 0.1 %.

El azufre en los aceros dúplex deteriora la capacidad de trabajo en caliente y puede formar inclusiones de sulfuros que influencian la resistencia a la corrosión por picaduras de forma negativa. Es por esto que debe limitarse a menos de 0.010% y preferiblemente menos de 0.005%) y más preferiblemente menos de 0.003%.

El aluminio debe ser mantenido a un nivel bajo en el acero inoxidable dúplex de la invención con un alto contenido de nitrógeno ya que estos dos elementos pueden combinarse y formar nitruros de aluminio que perjudicarán el impacto en la resistencia. De este modo el contenido de aluminio debe ser maximizado a menos de 0.04% y preferiblemente a un máximo menos de 0.03% Para las pruebas de las propiedades del acero inoxidable dúplex de la invención una serie de aleaciones A a F, en caliente, de laboratorio de 30 kg, así como Refl y Ref2 fueron producidas en un horno de inducción al vacio con las composiciones que se enlistan en la Tabla 3. Las aleaciones Refl y Ref2 son composiciones típicas de dos grados comerciales AL2003 (similar al grado descrito en la patente de los Estados Unidos de América No. 6,551,420) y 2205 (EN 1.4462) respectivamente. Los lingotes de 100 mm cuadrados fueron acondicionados, re-calentados y forjados a un grosor de aproximadamente 50 mm y después laminados en caliente hasta tiras delgadas de 12 mm. Las tiras fueron recalentadas y laminadas en caliente adicionalmente a un grosor de 3 mm. El material laminado en caliente fue recocido en solución a 1050 °C y encurtido para varias pruebas. Las pruebas de soldadura fueron llevadas a cabo con una soldadura de arco de gas tungsteno (GTA) en material de 3 mm usando el material rellenador de soldadura 22-9-3 LN. La entrada de calor fue de 0.4-0.5 kJ/mm.

Tabla 3. Composiciones químicas de los calentados probados Aleación C Si Mn P S Cr Ni Mo Cu N W A 0.031 0.48 3.87 0.013 0.004 24.7 2.65 1.53 0.17 0.251 0.01 B 0.015 0.47 1.59 0.013 0.001 24.43 4.06 1.56 0.18 0.25 0.01 C 0.018 0.29 3.85 0.012 0.003 24.06 3.95 1.72 0.12 0.283 0.01 D 0.01 1 0.31 2.72 0.015 0.007 23.81 4.13 1.71 0.13 0.307 0.01 E 0.019 0.32 4.08 0.024 0.002 23.71 4.12 1.71 0.96 0.245 0.01 F 0.018 0.31 4.09 0.016 0.004 23.64 4.08 1.72 0.16 0.253 0.9 G 0.025 0.36 3.00 0.022 0.001 23.92 3.66 1.61 0.39 0.279 0.01 Refl 0.02 0.54 0.67 0.013 0.002 21.66 3.56 1.78 0.23 0.166 0.01 Ref2 0.018 0.41 1.43 0.021 0.001 22.07 5.67 3.18 0.2 0.171 0.01 Ref3 0.013 0.38 1.50 0.021 0.001 22.22 5.76 3.18 0.25 0.185 0.04 La aleación G y Ref3 son los calentadas a escala completa y estas aleaciones G y Ref3 fueron probadas de forma separada de los calentados en laboratorio. La Ref3 es un calentado a escala completa de la Ref2.

Las aleaciones de calentados de laboratorio A a F así como la Refl y Ref2 fueron evaluadas con relación a las propiedades mecánicas en la condición de recocido en solución. Las pruebas de tensión fueron llevadas a cabo en material de hoja de 3 mm. Para el material de escala completa la prueba fue llevada a cabo en material recocido de 6 mm. Los resultados son enlistados en la Tabla 4. Todas las aleaciones probadas de acuerdo con la presente invención tienen un límite de elasticidad Rp0;2 por arriba de 500 MPa, validos para el rango de grosor y la ruta de proceso de los rollos probados, y más altos que los materiales de referencia de los aceros comerciales. La resistencia a la fractura Rm de las aleaciones de calor de acuerdo con la invención está muy por arriba de los 700 Mpa, preferiblemente arriba de los 750 MPa, y la elongación A50 de fractura es mayor que 25%, preferiblemente más de 30%.

Tabla 4. Propiedades Mecánicas de los calentados probados Las evaluaciones de las microestructuras en las aleaciones calentadas en laboratorio A a F así como la Refl y Ref2 fueron hechas usando microscopía óptica de luz. Los contenidos de ferrita fueron medidos en material con un grosor de 3 mm después del recocido en solución a 1050 °C usando metalografía cuantitativa. Los resultados son enlistados en la Tabla 5. Una característica importante de un acero inoxidable dúplex de la invención es el de mostrar una buena microestructura tanto como recocido en solución en el metal de base (PM), como en condición soldada (WM). El acero A muestra altos niveles de ferrita en ambas condiciones, lo cual puede ser explicado por un contenido muy bajo de Ni en el acero. El acero B muestra contenidos de ferrita aceptables pero el nivel de nitruro en la condición soldada es alto, la cual puede explicarse por el bajo contenido de manganeso en el acero. Con el acero de acuerdo con la invención un buen equilibrio de fase ha sido logrado tanto recocido en solución como en las condiciones de soldado. Adicionalmente, la cantidad de precipitados de nitruro en la zona afectada por calor (HAZ) es claramente menor en el acero de esta invención.

Tabla 5. Investigaciones Metalográficas Con el fin de evaluar la resistencia a la corrosión por picaduras de diferentes aleaciones en caliente de laboratorio A a F así como Refl y Ref2 la temperatura crítica de corrosión por picaduras, CPT fue medida por las aleaciones de calor A a F así como Refl y Ref2. El CPT es definido como la temperatura más baja a la cual ocurren picaduras en un ambiente específico. La CPT de las diferentes aleaciones en caliente de laboratorio A a F así como Refl y Ref2 fue medida en un material de 3 mm de condición recocido en solución y en una solución de 1M de NaCl usando el procedimiento estándar ASTM G150. Los resultados son enlistados en la Tabla 6. Los aceros de la invención tienen CPT por arriba de 40 °C. La Tabla 6 también contiene el valor PRE calculado usando la formula (1) para las aleaciones en caliente de laboratorio A a F y para los materiales de referencia Refl y Ref2.

Tabla 6. Temperaturas de picaduras críticas obtenidas de acuerdo con ASTM G150 con valores PRE Este nivel de resistencia a picaduras crítica también se compara favorablemente aquel de los diversos aceros comerciales más costosos tal como se enlista en la Tabla 7.

Tabla 7. Temperatura de picaduras crítica (ASTM G150) de algunos grados de acero Los resultados de las pruebas descritos para la aleación a escala completa G en las tablas 4, 5 y 6 están basados en las pruebas, las cuales fueron llevadas a cabo sobre el material que tiene un grosor de 6 mm y recibidos de la producción a escala completa. El recocido de esta aleación G fue hecho en circunstancias de laboratorio.

Una propiedad importante para los aceros inoxidables dúplex es la facilidad de la fabricación de estos aceros. Por varias razones es difícil evaluar tales efectos sobre los calentados de laboratorio, debido a que la refinación del acero no es óptima en escala pequeña. De este modo, adicionalmente a las aleaciones en caliente de laboratorio A a F para el acero inoxidable dúplex de la invención anterior, los calentados de escala completa (90 toneladas) fueron producidas (Aleación G y Ref 3 en la Tabla 3). Estos calentados fueron producidos usando un horno de fundición de arco eléctrico convencional, procesamiento AOD, refinación de horno de colado y vaciado continuo en bloques con una sección de 140x1660 mm.

Para la fabricación del acero inoxidable dúplex la capacidad de trabajo en caliente fue evaluada para la aleación de escala completa G de la invención y de Ref3 usando las pruebas de tracción en caliente de especímenes cilindricos cortados de un bloque vaciado continuo y tratado con calor por 30 minutos a 1200 °C y mitigando con agua. Los resultados son mostrados en la Tabla 8 en donde la capacidad de ser trabajadas (evaluada como contracción de área (? [%]) y tensión de flujo (s [MPa]) para la aleación G se compara con una referencia de escala completa de Ref3, en donde los especímenes tanto para la aleación G de la invención como para la Ref3 fueron preparados de la misma manera. La contracción de área, ?, fue determinada por la medición del diámetro de la muestra antes y después de la prueba de tracción. La tensión de flujo, s, es la tensión de la muestra necesaria para lograr una tasa de deformación de ls"1. La Tabla 8 también contiene los contenidos de ferrita calculados a tres temperaturas usando la base de datos termodinámica ThermoCalc TCFE6.

Tabla 8. Resultados de las pruebas de tracción en caliente La aleación G, de acuerdo con la invención, muestra una sorprendentemente buena ductilidad en caliente en el rango completo de temperatura de trabajo en comparación con el material de referencia (Ref3) que muestra una pérdida en la ductilidad (?) hacia temperaturas menores. Debido a que el equilibrio de fase entre la austenita y la ferrita es similar en la aleación G y la ReD comparadas, las diferentes composiciones de estos dos aceros son la causa principal de la diferencia en la capacidad de trabajo en caliente. Esta es una propiedad crucial para los aceros inoxidables dúplex que serán laminados en caliente a rollos. Con el fin de probar el agrietamiento de las orillas en un rollo laminado en caliente, un rollo de 20 toneladas de la aleación G fue laminado en caliente en un molino Steckel de 140 a 6 mm de grosor resultando en unas orillas de rollo muy lisas tal como se ilustra en las Figuras 1 y 2, en donde una comparación con un rollo similar de Ref3 es mostrado. La Figura 1 muestra orillas de rollo para la aleación G y la Figura 2 orillas de rollo para la Refi.

El acero inoxidable dúplex de acuerdo con la presente invención muestra un nivel de fuerza superior a otros aceros inoxidables dúplex y muestra un desempeño de corrosión comparable con otros aceros inoxidables dúplex y aleaciones de aceros inoxidables austeníticos con costos de materia prima mucho mayores. Es evidente que el acero de la invención también posee una microestructura equilibrada que hace que responda a los ciclos de soldadura de manera muy favorable.

Esta descripción ilustra algunos aspectos importantes de la invención. Sin embargo, variaciones y modificaciones serán evidentes para aquellos con capacidades ordinarias en la técnica sin alejarse del espíritu y alcance de la presente invención y las reivindicaciones anexas.

Claims (10)

Reivindicaciones

1. Acero inoxidable dúplex que tiene microestructura austenítica-ferrítica de 35-65% en volumen, preferiblemente 40-60%) en volumen de ferrita y que tiene una buena soldabilidad, buena resistencia a la corrosión y buena capacidad de trabajo en caliente, que se caracteriza en que el acero contiene 0.005-0.04%) en peso de carbono, 0.2-0.7% en peso de silicio, 2.5-5%) en peso de manganeso, 23-25%) en peso de cromo, 2.5-5% en peso de níquel, 0.5-2.5% en peso de molibdeno, 0.2-0.35%> en peso de nitrógeno, 0.1 -1.0% en peso de cobre, opcionalmente menos de 1 % en peso de tungsteno, menos de 0.0030% en peso de uno o más elementos del grupo que contiene boro y calcio, menos de 0.1% en peso de cerio, menos de 0.04% en peso de aluminio, menos de 0.010%) en peso de azufre y el resto es fierro con impurezas incidentales.

2. Acero inoxidable dúplex de acuerdo con la reivindicación 1 , que se caracteriza en que el acero contiene 2.5-2.5, preferiblemente 2.8-4.0%) en peso de manganeso.

3. Acero inoxidable dúplex de acuerdo con la reivindicación 1 , que se caracteriza en que el acero contiene 23-26, preferiblemente 23-25%) en peso de cromo.

4. Acero inoxidable dúplex de acuerdo con la reivindicación 1 , 2 o 3, que se caracteriza en que el acero contiene 3-5, preferiblemente 3-4.5%» en peso de níquel.

5. Acero inoxidable dúplex de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza en que el acero contiene 1.0-2.0, preferiblemente 1.5-2.0% en peso de molibdeno.

6. Acero inoxidable dúplex de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza en que el acero contiene 0.2-0.32, preferiblemente 0.23-0.3%» en peso de nitrógeno.

7. Acero inoxidable dúplex de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza en que la resistencia a la fractura del acero es de más de 700 MPa.

8. Acero inoxidable dúplex de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza en que el equivalente de resistencia a picaduras, PRE, del acero es de entre 30 y 36, preferiblemente entre 32 y 36, más preferiblemente entre 33 y 35.

9. Acero inoxidable dúplex de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza en que la temperatura crítica de picaduras, CPT, del acero es de más de 40 °C.

10. Acero inoxidable dúplex de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que se caracteriza en que la contracción de área (?) es a un intervalo de temperatura de 1000-1200 °C de entre 90.0 y 97.1%.