MX2011009958A

MX2011009958A - Tira de acero al niquel con muy bajo contenido en carbono.

Info

Publication number: MX2011009958A
Application number: MX2011009958A
Authority: MX
Inventors: Katsuhiko Ohishi; Toshihiro Uehara
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2010-03-25
Publication date: 2011-10-06
Also published as: US8747574B2; EP2412836A1; EP2412836A4; WO2010110379A1; US20120031529A1; EP2412836B1; JP5429651B2; CN102356171A; JPWO2010110379A1

Abstract

Se proporciona una tira de acero al níquel muy bajo en carbono, que tiene una composición tal que puede reducir el contenido de TiN que actúa como punto de inicio de fractura de fatiga en una región de alto-ciclo, y la resistencia a fatiga por doblado de la cual se ha mejorado por el efecto de endurecimiento-precipitación que se logra al precipitar nitruros coherentes en la estructura nitrurada. Una tira de acero al níquel muy bajo en carbono producida al nitrurar un acero al níquel muy bajo en carbono que contiene en masa, C: 0.01% o menos, Si: 0.1% o menos, Mn: 0.1% o menos, P: 0.01% o menos, S: 0.005% o menos, Ni: 8.0 a 22.0%, Cr: 0.1 a 8.0%, Mo: 2.0 a 10.0%, Co: 2.0 a 20.0%, Ti: 0.1% o menos, Al: 2.5% o menos, N: 0.03% o menos, y 0: 0.005% o menos, con el resto que es Fe e impurezas inevitables, en donde la relación de orientación Baker-Nutting con una diferencia de orientación dentro de 10 grados existe entre el nitruro de Cr precipitado en la capa nitrurada y la matriz martensita.

Description

TIRA DE ACERO AL NÍQUEL CON MUY BAJO CONTENIDO EN CARBONO Campo Técnico La invención se refiere a una tira de acéro al níquel con muy bajo contenido de carbono o acero al carbón niquelado o acero martensítico envejecido, que tiene mejorada resistencia a la fatiga. Particularmente, la invención se refiere a un control estructural de una estructura nitrurada, que se obtiene a través de tratamiento de nitruración de una tira de acero al níquel muy bajo en carbono, para una banda metálica empleada en transmisiones variables continuas para automóviles o semejantes.

Técnica Previa Un acero al níquel muy bajo en carbono tiene muy alta resistencia a la tracción de aproximadamente 20001 MPa, y de esta manera se ha empleado para miembros que se requiere tengan alta resistencia en diversas aplicaciones, tales como partes de cohetes, partes de separador centrífugo, partes de aeronaves, partes de transmisión variable de motores de automóviles o matrices. Una composición típica del acero al níquel muy bajo en carbono contiene 18% de Ni, 8% de CO, 5% de Mo, 0.4% de Ti, 0.1% de Al y el resto Fe. El acero al níquel muy bajo en carbono contiene cantidades apropiadas de Co, Mo y Ti como elementos endurecedores , y puede obtener alta resistencia al precipitar compuestos intermetálicos I tales como Ni3Mo, Ni3Ti o Fe2Mo a través de tratamiento de envejecimiento. En particular, es un requerimiento importante el tener resistencia a la fatiga, particularmente en una región de alto ciclo para una tira de acero empleada para partes de transmisión variable continua de motores automotrices. De esta manera, se requiere hacer inclusiones no metálicas tales como TiN, que se incluyen en el acéro al níquel muy bajo en carbono que tiene la más posible alta resistencia, fina. Aún más, el acero al níquel muy bajo en i carbono se ha empleado al someterlo a tratamiento de i nitruración para formar una capa nitrurada en su superficie I para mejorar la resistencia a la fatiga.

Por ejemplo, JP-A-2004-514056 (Literatura de Patente 1), JP-A-2001-240943 (literatura de patente 2) y JP-A-2002-167652 (Literatura de Patente 3) proponen mejoradas aleaciones para evitar disminuir resistencia a la fatiga, lo que ocurre debido a una inclusión no metálica como un punto de partida, para bandas metálicas utilizadas para transmisiones continuamente variables de m 1otores I automotrices .

El solicitante también ha propuesto mejoradas aleaciones para evitar la disminución en existencia a la fatiga que ocurre debido a una inclusión no metálica como punto de partida, esta aleación contiene un reducido contenido de Ti de 0.1 por ciento en masa o menos para eliminar sustancialmente las inclusiones tales como TiN, en JP-A-2008-088540 (Literatura de Patente 4), JP-A-2007-186780 (Literatura de Patente 5) y WO2009-008071 (Literatura de Patente 6) .

Aún más, JP-A-2008-185183 (Literatura de Patente 7) ha propuesto un método para producir una tira de acero al níquel muy bajo en carbono que tiene alta resistencia a la fatiga, en donde los aceros al níquel muy bajo en carbono descritos en las Literaturas de Patentes anteriores 4 a 6, se calientan y mantienen en una atmósfera de gas que contiene compuestos de flúor para retirar una película de óxido, de su superficie, y después se someten a tratamiento de nitruración a una temperatura de 400 a 500 °C en un gas de nitruración que se controla para tener una proporción de composición de gas NH3/H2 de 1 a 3.

Lista de Citas Literatura de patente Literatura de patente 1: JP-A-2004-514056 Literatura de patente 2: JP-A-2001-240943 Literatura de patente 3: JP-A-2002-167652 Literatura de patente 4: JP-A-2008-088540 Literatura de patente 5: JP-A-2007-186780 Literatura de patente 6: WO2009/008071 Literatura de patente 7: JP-A-2008-185183 Compendio de la Invención La aleación descrita en la Literatura de Patentes anterior 1 tiene reducido contenido de Ti de 0.1% o menos ya que Ti forma inclusiones no metálicas. Por lo tanto, aunque la aleación es ventajosa en términos de incluir TiN fino que actúa como punto de partida de fractura por fatiga, la aleación tiene un problema en dificultad en el tratamiento de nitruración ya que simplemente restringe la adición del elemento que forma las inclusiones no metálicas.

La aleación descrita en la Literatura de Patentes 2 también tiene un contenido reducido de Ti, y por lo tanto, es ventajoso en términos de hacer TiN fino que actúa cómo un punto de partida de fractura por fatiga. Sin embargo, la aleación tiene dificultad en asegurar alta resistencia a la tracción ya que se mantiene bajo un contenido de Co que es uno de los elementos de endurecimiento. Aún más, Si y Mn se agregan para asegurar la resistencia a la tracción. Sin embargo, probablemente disminuyen la tenacidad.

La aleación descrita en la Literatura de Patentes 3 también contiene un reducido contenido de Ti, y por lo tanto es ventajosa en términos de hacer TiN fino que actúe como punto de partida de fractura por fatiga. Sin embargo, la adición positiva de C para incrementar la resistencia puede llevar a precipitación de carburos de Cr, Mo y semejantes, que actúan como punto de partida de fractura por fatiga para disminuir la resistencia a la fatiga, y el C agregado positivamente probablemente deteriora la capacidad de soldadura requerida para partes de transmisión continuamente variable.

Los aceros al níquel muy bajo en carbono propuestos por el solicitante en la Literatura de Patentes 4 a 6 son aleaciones inventadas para resolver problemas de los aceros al níquel muy bajo en carbono propuestos en la Literatura de Patente anteriores 1 a 3.

En la Literatura de patente 7, la resistencia a la i fatiga puede ser adicionalmente mejorada por tratamiento de nitruración específico utilizando los aceros al níquel muy bajo en carbono propuestos en la Literatura de Patentes 4 a 6. Sin embargo, en la Literatura de Patente 7, sólo se discuten temperaturas y proporciones de composición de gas para el tratamiento de nitruración.

Los elementos de aleaciones en los aceros al níquel muy bajo en carbono propuestos en la Literatura de Patentes 4 a 6, contienen Cr y Al, que influencian la resistencia a la fatiga ya que su precipitación cambia durante el tratamiento de nitruración e influencia en las propiedades de nitruración. Los presentes inventores estudiaron en detalle una estructura nitrurada típica de precipitados generados durante el tratamiento de nitruración y su influencia en la resistencia a la fatiga. Como resultado, los inv ntores encontraron que los precipitados generados durante el tratamiento de nitruración, influencian enormemente la resistencia a la fatiga.

Un objetivo de la invención es proporcionar una tira de acero al níquel muy bajo en carbono que tiene una composición capaz de reducir el contenido de TiN que actúa como punto de partida de fractura por fatiga, en una región de alto ciclo, y que tiene una resistencia a la fatiga de doblado mejorada al optimizar una estructura nitrurada después del tratamiento de nitruración.

Los inventores estudiaron diligentemente la relación entre la estructura nitrurada de un precipitado típico generado en el tratamiento de nitruración y la resistencia a la fatiga, con el uso de aceros al níqüel muy bajo en carbono propuestos en la Literatura de Patentes 4 a 6. Como resultado de este estudio, los inventores encontraron que la resistencia a la fatiga puede mejorarse al ajustar una estructura de nitruro de Cr formada por el tratamiento de nitruración. Este hallazgo llevó a la invención.

De esta manera, la invención proporciona una tira de acero al níquel muy bajo en carbono, producida al nitrurar un acero al níquel muy bajo en carbono que comprende en por ciento en masa, C: 0.01% o menos, Si: 0.1% o menos, Mn: 0.1% o menos, P: 0.01% o menos, S: 0.005% o menos, Ni:' 8.0 a 22.0%, Cr: 0.1 a 8.0%, Mo : 2.0 a 10.0%, Co: 2.0% a 20.0%, Ti: 0.1% o menos, Al: 2.5% o menos, N: 0.03% o menos, 0: 0.005% o menos, y el resto es Fe e impurezas inevitables, en donde el nitruro de Cr precipita en una capa nitrurada y la matriz de martensita tiene una relación de orientación Baker-Nutting con una diferencia de orientación dentro de 10°.

En la invención, uno o más de, por ciento en masa de Ca: 0.01% o menos, Mg: 0.005% o menos, y B: 0.01% o, menos puede estar contenido además de la composición elemental anterior.

Aún más, en la invención, una tira de acero al níquel muy bajo en carbono es más ventajosa que contiene Al menor a 0.1%, y Al+Ti se restringe a 0.1% o menos.

Ventajas de la Invención De acuerdo con la invención, TiN que actúa como un punto de partida de fractura por fatiga, puede reducirse en el acero al níquel muy bajo en carbono, y puede obtenerse excelente propiedad de fatiga después del tratamiento de nitruración. Por lo tanto, cuando se emplea el acero al níquel muy bajo en carbono para miembros que se requiere tengan alta resistencia a la fatiga, tales como¡ banda metálica de transmisión de potencia o mecánica empleada para transmisiones continuamente variables para automóviles, se espera que tenga una ventaja industrialmente notable por ejemplo de ser capaz de obtener una prolongada vida útil de fatiga.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 muestra un resultado de mediciones de distribución de dureza de tiras de acero al níquel muy bajo en carbono para una banda metálica después de tratamiento de nitruración.

La Figura 2 muestra una imagen de campo brillante de una estructura nitrurada que se obtiene a través de observación de microscopio electrónico de transmisión No. 1 después del tratamiento A de la invención.

La Figura 3 muestra un patrón de difracción de electrones de un precipitado y una matriz No. 1 después de tratamiento A de la invención. ¡ La Figura 4 muestra un diagrama esquemático del i patrón de difracción de electrones en la Figura 3.

La Figura 5 muestra una proyección estereográfica calculada a partir del patrón de difracción de electrones en la Figura 3.

La Figura 6 muestra una imagen de campo brillante de una estructura nitrurada que se obtiene a través de observación del microscopio electrónico de transmisión No. 1 después de tratamiento B de un ejemplo comparativo. \ La Figura 7 muestra un patrón de difracción de electrones que se obtiene de un precipitado y una matriz No. 1 después de tratamiento B del ejemplo comparativo.

La Figura 8 muestra un diagrama esquemático del patrón de difracción de electrones en la Figura 7.

La Figura 9 muestra una proyección estereográfica calculada a partir del patrón de difracción de electrones en la Figura 7.

La Figura 10 muestra una imagen de campo brillante de una estructura nitrurada que se obtiene a través de observación de microscopio electrónico de transmisión No. 2 después de tratamiento C de la invención.

La Figura 11 muestra un patrón de difracción de electrones que se obtiene de un precipitado y una matriz No. 2 después de tratamiento C de la invención.

La Figura 12 muestra un diagrama esquemático del patrón de difracción de electrones en la Figura 11.

La Figura 13 muestra una proyección estereográfica calculada a partir del patrón de difracción de electrones en la Figura 11.

La Figura 14 muestra una imagen de campo brillante de una estructura nitrurada que se obtiene a través de observación de microscopio electrónico de transmisión No. 3 después de tratamiento C de la invención.

La Figura 15 muestra un patrón de difracción de electrones que se obtiene de un precipitado y una matriz No. 3 después de tratamiento C de la invención.

La Figura 16 muestra un diagrama esquemático del patrón de difracción de electrones en la Figura 15.

La Figura 17 muestra una proyección estereográfica calculada a partir del patrón de difracción de electrones en la Figura 15.

La Figura 18 muestra una imagen de campo brillante de una estructura nitrurada que se obtiene a través de observación de microscopio electrónico de transmisión No. 4 después de tratamiento C de la invención. , La Figura 19 muestra un patrón de difracción de electrones que se obtiene a partir de un precipitado y una matriz No. 4 después de tratamiento C de la invención. I La Figura 20 muestra un diagrama esquemático del patrón de difracción de electrones en la Figura 19.

La Figura 21 muestra una proyección estereográfica calculada a partir del patrón de difracción de electrones en la Figura 19.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La invención se ha realizado con base en el nuevo hallazgo anterior. A continuación, el efecto de cada elemento en la invención se describirá.

En el acero al níquel muy bajo en carbono de la invención, cada elemento químico se define dentro del siguiente intervalo y la razón para ello es como sigue. Por favor, note que los contenidos se describen en por ciento en masa a menos que se especifique de otra forma.

Carbono (C) deberá mantenerse bajo ya que C forma carburos junto con Mo para reducir compuestos intermetálicos precipitados y disminuir la resistencia del acero. Aún más, la adición positiva de C aumenta un riesgo de deteriorar la capacidad de soldado requerida por ejemplo para partes de transmisión continuamente variable. Por estas razones, un contenido de C se define como 0.01% o menos. El contenido C de preferencia es 0.008% o menos.

Silicio (Si) hace finos a los compuestos intermetálicos, durante el tratamiento de añe amiento y1 forma compuestos intermetálicos con Ni de manera tal que el elemento es capaz de compensar por disminución en resistencia provocada por reducción de Ti. Sin embargo, el contenido de Si deberá mantenerse bajo para asegurar tenacidad y ductilidad del acero en la invención, ya que Si posiblemente disminuye la tenacidad. El contenido de Si se define como 0.1% o menos ya que la adición de Si que excede 0.1% disminuye la tenacidad y ductilidad. El contenido de Si de preferencia es 0.05% o menos a fin de asegurar firmemente la tenacidad y ductilidad.

El manganeso (Mn) forma compuestos intermetálicos con Ni durante el tratamiento de añej amiento y contribuye al envejecimiento, de manera tal que el elemento es capaz de compensar disminución en resistencia provocado por la reducción en Ti. Sin embargo, el contenido de Mn deberá mantenerse bajo para asegurar tenacidad y ductilidad del acero en la invención ya que Mn posiblemente disminuye la tenacidad. El contenido de Mn se define como 0 . 1% o menos ya que la adición de Mn que excede 0 . 1% disminuye la tenacidad y ductilidad. El contenido de Mn de preferencia es 0 . 05% o menor a fin de asegurar la tenacidad y ductilidad.

Fósforo (P) y azufre (S) se agregan en viejas fronteras de grano de austenita y forman inclusiones. Dé esta manera, son elementos perjudiciales ya que fragilizán el i acero al níquel muy bajo en carbono y disminuyen su resistencia a la fatiga. Por lo tanto, el contenido de P se i define como 0 . 01% o menos, y el contenido de S se define como 0 . 005% o menos. De preferencia, el contenido de P está ' en un intervalo de 0 . 005% o menos, y el contenido de S es 0 . 004% o menos . 1 El cromo (Cr) disminuye una profundidad de nitruración, aumenta la dureza de nitruración, y aumenta la tensión residual de compresión de una superficie nitrurada, ya que el elemento tiene fuerte afinidad con nitrógeno . De esta manera, la adición de Cr es esencial para el acero. Sin embargo, ya que el contenido de Cr menor a 0 . 1% no logra los efectos y el contenido de Cr que excede 8 . 0% no logra mayores efectos y disminuye enormemente la resistencia del acero después de envejecimiento. Por lo tanto, el contenido ¡ de Cr se define como 0 . 1 o 8 . 0% . El contenido de Cr de preferencia es mayor a 0 . 2% y 4 . 0% o menos.

Al menos 8 . 0% de níquel (Ni) se requiere para formar en forma estable una estructura martensítica de bajo -C, que es una estructura de matriz del acero al níquel muy bajo en carbono. Sin embargo, el contenido de Ni que excede 22 . 0% estabiliza una estructura austenítica y hace difícil inducir la transformación de martensita. De esta manera, el contenido de Ni se define de 8 . 0 a 22 . 0% . El intervalo preferible de Ni es mayor a 17 . 0% y 22 . 0% o menos.

Molibdeno (Mo) es un elemento importante para el acero, ya que el elemento forma compuestos intermetálicos finos tales como Ni3Mo y Fe2Mo durante el tratamiento de añejamiento y contribuye a endurecimiento por precipitación. Aun más , Mo es efectivo para incrementar la dureza superficial y tensión residual de compresión debido a nitruración. Contenido de Mo menor a 2 . 0% hace la resistencia a la tracción del acero insuficiente y el contenido de Mo que excede 10 . 0% facilita la formación de compuestos intermetálicos gruesos compuestos primordialmente de Fe y Mo. De esta manera, el contenido de Mo se define de 2 . 0 a 10 . 0% . El intervalo preferible de Mo es mayor a 3 . 0% y 7 . 0% o menos.

El cobalto (Co) es un elemento importante ya que promueve la precipitación de compuestos intermetálicos finos que contienen Mo y Al, y contribuye a endurecimiento con precipitación-envejecimiento. Co aumenta el grado de solución sólida de elementos que forman precipitado de envejecimiento tales como Mo y Al en una temperatura de tratamiento de solución sólida, y disminuye el grado de solución sólida de Mo y Al a una temperatura de precipitación-envejecimiento, sin ejercer una gran influencia en la estabilidad de una estructura martensitica de la matriz del acero. Aunque es necesario que gran contenido de Co se ha agregado desde un punto de vista de resistencia y tenacidad, si el contenido de Co es menor a 2.0%, el acero al níquel muy bajo en carbono que tiene reducidos Si, Mn y Ti tiene dificultad para obtener suficiente resistencia. Por otra parte, si el contenido^ de Co excede 20.0, Co hace la austenita estable para hacer difícil el obtener una estructura martensitica. De esta manera, el contenido de Co se define más que 2.0% y 20.0% o menos . Un intervalo preferible de Co es mayor a 4.0% y 20.0% o menos.

En caso de limitar el aluminio (Al) , es preferible que el contenido de cobalto (Co) se incremente ligeramente, i ya que Al que contribuye a reforzar el acero, se disminuye. Por lo tanto, el contenido de Co está en el intervalo mayor a 10.0% y 20.0% o menos.

Titanio (Ti) es uno de elementos esenciales para endurecer el acero al níquel muy bajo en carbono. Sin embargo, Ti es un elemento perjudicial al mismo tiempo que forma inclusiones tales como TiN o Ti (C, N) , de esta manera disminuye la resistencia por fatiga del acero, particularmente en una región de ciclo ultra alto. Por lo tanto, en un caso de poner importancia en la resistencia de fatiga, Ti es necesario que se mantenga bajo, como un nivel de impureza.

Ti tiende a formar una película de óxido delgada y estable en una superficie del acero. La película de óxido impide la reacción de nitruración, y por lo tanto hace difícil obtener una tensión residual por compresión suficiente en una superficie nitrurada. Ti es un elemento de impureza perjudicial, y su contenido es necesario que se mantenga bajo a fin de facilitar nitruración e incrementar la tensión residual de compresión en la superficie despiiés de nitrurar.

El contenido de Ti se define como 0.1% o menos ya que el contenido de Ti mayor a 0.1% no produce efecto suficiente para reducir TiN o Ti(C, N) , y facilita la formación de la película de óxido estable en la superficie del acero. El contenido de Ti de preferencia es 0¿05% o menos, y además de preferencia 0.01% o menos.

Respecto al aluminio (Al), hay dos casos i en la invención: uno es adición positiva de Al y el otro : es su restricción.

La adición positiva de Al puede mejorar la resistencia del acero al níquel muy bajo en carbono. Por lo tanto, cuando se da importancia a la resistencia, de preferencia se agrega Al .

Al usualmente se agrega en una pequeña cantidad para desoxidación, y esencialmente forma compuestos intermetálicos con Ni durante el tratamiento de envejecimiento y contribuye a reforzar. Ya que el acero al níquel muy bajo en carbono para una banda metálica de la invención tiene reducidos Si, Mn y Ti, Al puede compensar la resistencia. Aún más, también puede esperarse un efecto de que se obtenga una buena capa nitrurada al facilitar el tratamiento de nitruración en el acero al níquel muy bajo en carbono con reducido Ti .

Sin embargo, el contenido de Al mayor a 2.5% no es preferible ya que muchas inclusiones de AlN y Al203 se forman para disminuir la resistencia a la fatiga, o se forma una película de óxido delgada y estable en una superficie del acero para impedir la reacción de nitruración. Cuando Al se agrega en forma positiva, puede incrementarse al^o la aspereza superficial del acero al níquel muy bajo en carbono. Por lo tanto, un límite superior preferible de Al agregado en forma positiva es 1.5%.

Por otra parte, cuando el contenido de Al se restringe, pueden reducirse inclusiones no metálicas ,en el acero al. níquel muy bajo en carbono. Además, la aspereza superficial del acero al níquel muy bajo en carbono se influencia por Al y puede mantenerse fácilmente plana. Por lo tanto, cuando se da importancia en la resistencia , a la fatiga, es preferible restringir Al. De acuerdo con un estudio realizado por los inventores, la estructura nitrurada específica es efectiva para mejorar adicionalmente la resistencia a la fatiga que se ha mejorado al reducir Al. Para propósitos de incrementar la resistencia a la fatiga, el contenido de Al de preferencia se restringe a menos qué 0 . 1% y más preferiblemente a 0 . 05% o menos.

Aun más, es efectivo para mantener la cantidad total de Al y Ti baja, para mejorar la resistencia 1 a la fatiga ya que tanto Al como Ti forman inclusiones no metálicas. Por lo tanto, es deseable que una cantidad j total de Al y Ti (Al+Ti) sea 0 . 1% o menos. El rango preferible del contenido de Al+Ti es 0 . 07% o menos.

Nitrógeno (N) es un elemento de impureza que se combina con Ti para formar inclusiones de TiN o Ti(C,, N) y i disminuye la resistencia a la fatiga particularmente en la región de ciclo ultra alto. Para un acero al níquel muy bajo en carbono que contiene Ti, el contenido de N es necesario que se mantenga significativamente bajo para evitar la formación de TiN o Ti(C, N) gruesos. Sin embargo, para un acero al níquel muy bajo en carbono que escasamente contiene Ti, el contenido de N se define como 0 . 03 % o menos, ya que una cantidad de N mezclada en fusión de vacío usual ejerce un poco de influencia adversa. De manera conveniente, el contenido de N es 0 . 01% o menos. En forma adicionalmente conveniente, el contenido de N es 0 . 005% o menos.

Oxígeno (O) es un elemento de impureza que forma inclusiones basadas en óxido y de esta manera disminuye la tenacidad y resistencia a fatiga del acero. Por lo tanto, el contenido de 0 se restringe a 0.005% o menos. Convenientemente, el contenido de O es 0.003% o menos.

En la invención, uno o más de Ca: 0.01% o menos, Mg: 0.005% o menos, y B: 0.01% o menos está contenido.

Un lingote del acero al níquel muy bajo en carbono de la invención puede producirse al fundir en una atmósfera al vacío, tal como por fusión con inducción al vacío o ;fusión con inducción al vacío seguido por re-fusión con arco de vacío o re-fusión de electroescoria . Sin embargo, aún ¡cuando dicha fusión en la atmósfera al vacío se realiza, es técnicamente difícil eliminar por completo inclusiones no metálicas .

Ya que el acero de la invención puede contejner Al para mejorar la resistencia del acero, hay riesgos de formación de inclusiones de Al203 gruesas y duras que exceden por ejemplo 25 µp? o de la ocurrencia de Al203 enjambrado. Las inclusiones de Al203 tienen alta dureza y alto punto de fusión y se deforman escasamente, por ejemplo incluso durante trabajo plástico en caliente. De esta manera, pueden generar una falla en un rollo, por ejemplo durante el laminado en frío, de manera tal que puede generarse defecto superficial en el acero al níquel muy bajo en carbono para una banda metálica. Por lo tanto, es preferible que las inclusiones de Al203 se hagan inclusiones compuestas combinadas con otros óxidos para disminuir la dureza y reducir su punto de fusión. Aún más, un elemento capaz de evitar la ocurrencia del enjambre, de preferencia se agrega para evitar defectos de inclusiones.

Silicio (Si) , manganeso (Mn) , calcio (Ca) y magnesio (Mg) se elevan como cantidades efectivas para producir las inclusiones compuestas de Al203 . En la invención, cantidades de adición de Si y Mn se restringen ya que Si y Mn reducen la tenacidad y ductilidad. Por lo tanto, uno o más de Ca y Mg diferentes a Si y Mn pueden agregarse en el acero para hacer que las inclusiones de ?1203 sean inclusiones compuestas. Ca y Mg también pueden tener un efecto para evitar la ocurrencia de enjambre de inclusiones de Al203 . Por lo tanto, el acero de la invención contiene Ca: 0 . 01% o menos y/o Mg: 0 . 005% o menos. ; Para lograr con seguridad los efectos de Ca y Mg, el límite inferior del contenido puede ser de preferencia 0 . 001% para Ca y 0 . 0001% para Mg.

Boro (B) es un elemento que hace viejos granos austeníticos finos al tiempo del tratamiento de solución sólida después de procesamiento en frío y contribuye a reforzado. B además tiene un efecto de restringir la aspereza de una superficie del acero. Por lo tanto, B puede agregarse opcionalmente . El contenido de B se define como 0.01% o menos, ya que el contenido de B mayor a 0.01% disminuye la tenacidad del acero. El contenido de B convenientemente es 0.005% o menos. El limite inferior preferible del contenido B capaz de hacer con seguridad los viejos granos austeníticos finos es 0.0002%.

El balance diferente a los elementos anteriormente descritos puede ser hierro (Fe) e impurezas inevitables.

Sin embargo, el acero puede contener el siguiente elemento en el siguiente intervalo con el propósito de desoxidación, desulfurización y semejantes.

Circonio (Zr) < 0.01% Como se describió anteriormente, la tira de acero al níquel muy bajo en carbono de la invención tiene una ventaja importante ya que la tira de acero al níquel muy bajo en carbono se ajusta para tener una estructura nitruráda no convencional en donde existe una relación de orientación Baker-Nutting sustancial entre el nitruro de Cr y la matriz martensita después del tratamiento de nitrurado. Esta estructura nitruráda específica logra adicional mejora de las propiedades de fatiga.

La relación de orientación Baker-Nutting , aquí significa que la estructura nitruráda y la matriz de la invención satisfacen las siguientes relaciones, (OOl)crN // (001)«., y [HOlcrN // [110] .„·.

Esto será explicado en detalle a continuación.

Los inventores encontraron que ligero cambio en una condición de tratamiento de nitruración para una tira de acero al níquel muy bajo en carbono que contiene Cr, llevó a resistencia a la fatiga significativamente mejorada, y el seguimiento de sus causas. Como resultado, los inventores encontraron que, en el tratamiento de nitruración, la relación de orientación Baker-Nutting puede establecerse entre nitruro de cromo (CrN) precipitado en una superficie de una tira de acero al níquel muy bajo en carbono que contiene Cr y una matriz, y después el acero puede tener resistencia a la fatiga significativamente mejorada debida a efecto de endurecimiento-precipitación. Ya que esta relación tiende a ser perturbada muy fácilmente debido a una variación de la condición de nitruración, se requiere seleccionar cuidadosamente la condición dependiente del grado de acero.

En la invención, se define que el nitruro de Cr y la matriz martensita satisfacen en la relación de orientación Baker-Nutting con una diferencia de orientación dentro de 10 grados, a fin de representar específicamente que existe la relación de orientación Baker-Nutting substancial entre el nitruro de Cr y la matriz martensita. Cuando la diferencia de orientación de la relación de orientación es más grande que 10 grados, no puede esperarse el efecto de endurecimiento-precipitación .

El acero al níquel muy bajo en carbono coñtiene escasamente Ti ya que Ti forma en la superficie del acero una película de óxido estable que tiene posibilidad de impedir nitruración. Por lo tanto, puede someterse fácilmente a diversos tipos de tratamiento de nitruración, tales como nitruración de gas usual, nitrocarburización de j gas, i nitrosulfurización, nitrurización de iones y nitrurización con baflo de sal .

A fin de lograr la estructura nitrurada anterior en la invención, una temperatura de tratamiento de solución sólida apropiada también es importante además de la composición de la tira de acero al níquel muy bajo en carbono y la condición de nitruración como se describió anteriormente. En la invención, la temperatura de tratamiento de solución sólida se aumenta a 850 - 950 grados C para incrementar la solubilidad sólida de Cr en la aleación. Esto es debido a que la solubilidad sólida ¡de Cr tiende a ser insuficiente cuando la temperatura de tratamiento de solución sólida es menor a 850 grados C, y esto hace difícil obtener la estructura nitrurada que se define en la invención. Por otra parte, cuando la temperatura de tratamiento de solución sólida es mayor a 950 grados C, ocurre engrosamiento de grano. Por lo tanto, la temperatura de tratamiento de solución sólida se define de 850 a 950 grados C .

La temperatura de tratamiento de nitruración puede estar en el intervalo de 450 a 500 grados C, por ejemplo, en el caso de nitrocarburización de gas . El tiempo de tratamiento es particularmente importante. La estructura nitrurada es sensible al tiempo de tratamiento'. La temperatura de tratamiento de nitruración cambia particularmente, ya que los diversos tipos de tratamiento de nitruración pueden aplicarse como el tratamiento de nitruración como se describió anteriormente. Por lo tanto, se prefiere verificar una estructura nitrurada al cambiar el tiempo de tratamiento, después de tratamiento de solución sólida a alta temperatura, a fin de obtener la estructura nitrurada de la invención en producción masiva.

En el acero al níquel muy bajo en carbono para una banda metálica a la cual se aplica la tira de acero al ¡níquel muy bajo en carbono de la invención, el valor absoluto: de la tensión residual de compresión de una capa nitrurada. puede aumentarse por Cr y Al que tienen un efecto de mejorar la dureza de nitruración y el valor absoluto de la tensión residual de compresión de la capa nitrurada, aunque la tensión residual de compresión tiende a disminuir.

La tira de acero al níquel muy bajo en carbono para una banda metálica de la invención tiene una alta resistencia a la tracción y resistencia a fatiga, y es adecuada para una banda metálica para una transmisión continuamente variable de motores automotrices, ya que tiene excelentes propiedades de fatiga a través del tratamiento de nitruracion.

E emplos La invención se explicará con más detalle con referencia a los siguientes Ejemplos.

(Ejemplo 1) El acero al níquel muy bajo en carbono que tiene una composición definida en la invención, se fundió en un í horno de fusión con inducción de vacío para producir un lingote de 10 kg, y el lingote se sometió a templado de homogenización, y después fundición en caliente. Además , tiras de acero que tienen un espesor de aproximadamente 0.2 mm se produjeron por laminado en caliente y laminado en frío, de esta manera se produjeron aceros al níquel muy bajo en carbono para una banda metálica. Su composición química se ilustra en la tabla 1.

Posteriormente, la tira de acero se sometió a tratamiento de solución sólida a 900 grados C, y además, tratamiento de enve ecimiento a 490 grados C. Como tratamiento de nitruracion, se realizó nitrocarburizadión de gas bajo condiciones a 460 grados C por 35 minutos como tratamiento A, y a 460 grados C por 50 minutos como tratamiento B, para representar claramente el cambio de una estructura nitrurada. El tratamiento de solución sólida se realizó en una atmósfera de hidrógeno [Tabla 1] Nota: Símbolo "—" no muestra adición.

La Figura 1 muestra un resultado de mediciones de distribución de dureza que se obtiene por tratamientos A y B.

Secciones transversales longitudinales de las; tiras de acero al níquel muy bajo en carbono para una banda metálica después de tratamiento de nitruración, fueron embebidas en una resina termoestable, y sometieron a pulido de espejo, y después la distribución de dureza se midió con un medidor de dureza micro Vickers bajo una carga de 50 g. La dureza superficial se midió de superficies de las tiras de acero al níquel muy bajo en carbono con el medidor de dureza micro Vickers bajo una carga de 100 g. Estas muestran que las profundidades de nitruracion de Nos. 1 y 2 son 25 µta y 50 µp?, respectivamente.

Para observación de la estructura nitrurada, se produjo una película delgada en un sitio 1 desde aproximadamente 15 a 20 µ ta en profundidad de nitruracion con un dispositivo de has de Ión Focalizado, y se someten a observación de microscopio electrónico de transmisión. La observación se realizó utilizando un electrón acelerad 1o con 200kV. Un patrón de difracción de electrones de un precipitado y una matriz y su método estéreo analítico, se i emplearon para identificación del precipitado y cálculo de la relación de orientación.

Mientras que las pruebas de fatiga incluyen diversos modos de tensión tales como doblado rotacional, tensión/compresión y torsión, un método de evaluación I conveniente es aquel que aplica la tensión de doblado ya que el acero al níquel muy bajo en carbono de la invención! tiene forma de tira. De esta manera , será aparente que el acero al níquel muy bajo en carbono, tiene alta resistencia1 a la fatiga a menos de que ocurra fractura cuando se aplica una i alta tensión que fractura un acero al níquel muy bajo en I carbono convencional en una prueba de fatiga por doblado repetido. Por lo tanto, la prueba de fatiga por doblado repetido se realiza hasta que un número de ciclos alcanza 107 ciclos cuando una prueba de doblado repetido se aplica a una tensión promedio de 617 MPa y una tensión máxima de 1176 MPa.

De la Figura 2 , se observó una pluralidad de precipitados aciculares en una imagen de campo brillante del tratamiento A, y se encontró que tienen la misma orientación. Aún más, se encontró que estos precipitados aciculares ;fueron CrN de un análisis de patrones de difracción de electrones en i las Figuras 3 y 4 , y que CrN y la matriz martensita satisfacen la relación de orientación Baker-Nutting, ya que son paralelos, ( - 100 ) CrN / / ( - 100 ) a· , y [ 010]CrN // [ 0 -1- 1 ] a · , con una diferencia de orientación de 4° del estéreo análisis en la Figura 5 . De esta manera, se encontró buena coherencia de retícula.

Por otra parte, de la Figura 6, también se observó una pluralidad de precipitados aciculares en una imágen de campo brillante del tratamiento B. Sin embargo, fueron más gruesos que los precipitados observados en el tratamiento A. Aún más, se encontró que estos precipitados aciculares fueron CrN de un análisis de patrones de difracción de electrones en las Figuras 7 y 8 , y una desviación de la orientación Baker-Nutting con una diferencia de orientación de 14° se reconoció entre CrN y la matriz martensita de un resultado de estéreo análisis en la Figura 9. De esta manera, se encontró deficiente coherencia de retícula.

La Tabla 2 muestra un resultado de prueba de doblado repetido . Esto muestra que el acero al níquel muy bajo en carbono No. 1 para una banda metálica con coherente CrN precipitó en una estructura nitrurada no se fractura hasta 107 ciclos en la prueba de doblado repetido1 bajo tensión máxima de 1176 MPa. Por otra parte, todos los aceros al níquel muy bajo en carbono No. 2 se fracturaron a 106 ciclos. Por lo tanto. No. 1 después de tratamiento A con los i precipitados CrN coherentes de retícula tiene excelente propiedad de fatiga por el efecto de endureciríiiento-precipitación .

De esta manera, la tira de acero al níquel müy bajo en carbono de la invención puede lograr alta resistencia a la fatiga al optimizar la estructura nitrurada.

[Tabla 2 ] Nota: Prueba de fatiga se realizó a tensión máxima de 1176 MPa, y a una tensión promedio de 617 MPa (Ejemplo 2 ) En el Ejemplo 2 , se investigó el efecto de la composición.

Aceros al níquel muy bajos en carbono Números 2 a 4 que tienen intervalos de composición de acuerdo con la invención y acero al níquel muy bajo en carbono Número 5 que fue un material comparativo con una composición convencional, se fundieron en un horno de fusión por inducción al vacío para producir lingotes de 10 kg, y los lingotes se sometieron a templado de homogenizacion y después fundición en caliente. Además, las tiras de acero cada una que tienen un espesor de aproximadamente 0 . 2 mm se produjeron por laminado en caliente y laminado en frío. De esta manera, se produjeron aceros al níquel muy bajos en carbono para una banda metálica. Sus composiciones químicas se ilustran en la tabla 3 .

[Tabla 3 ] Continúa Los aceros al níquel muy bajos en carbono anteriores para una banda metálica Números 1 a 4 se sometieron a tratamiento de solución sólida a 900°C, y el acero Número 5 se sometió a tratamiento de solución sólida a 850°C. Además, los aceros se sometieron a tratamiento de enve ecimiento a 490°C, y posteriormente a nitrocarburización bajo una condición a 460°C por 40 minutos como tratamiento C. El tratamiento de solución sólida se realizó en una atmósfera de hidrógeno .

Para observación de una estructura nitrurada, se produjo una película delgada en un sitio desde aproximadamente 15 a 20 µp? en profundidad de nitruracipn con un dispositivo de Has de Ion Focalizado, y someten a observación de microscopio electrónico de transmisión. La observación se realizó utilizando un electrón acelerado con 200kV. Un patrón de difracción de electrones 'de un precipitado y una matriz y un método estéreo analítipo, se emplearon para identificación del precipitado y cálculo1 de la relación de orientación. La identificación del precipitado y la relación de orientación se realizaron respecto a Números 2, 3 y 4 de la invención.

La Figura 10 muestra una imagen de campo brillante del acero Número 2. Una pluralidad de precipitados aciculares se observó en una imagen de campo brillante del acero Número 2 después de tratamiento C, y tienen l misma orientación. Aún más, se encontró que todos 1 estos precipitados aciculares fueron CrN de un análisis de patrón de difracción de electrones en la Figura 11.

La relación de orientación Baker-Nutting se investigó con estéreo análisis en la Figura 13. CrN y matriz martensita satisfacen la relación de orientación ; Baker-Nutting ya que están en relaciones paralelas, (lOOJcrN // (-101)a·, y [OlOlcrN // [0-10]?·, con una orientación diferente de 6 grados. De esta manera, se encontró buena coherencia de retícula.

La Figura 14 muestra una imagen de campo brillante del acero No. 3 . Una pluralidad de precipitados aciculares se observaron en una imagen de campo brillante de ;No . 3 después de tratamiento C, y se encontró que tienen la; misma orientación. Aún más, todos los precipitados acicjulares fueron CrN de un análisis de patrones de difracción de j electrones en las Figuras 15 y 16 .

I La relación de orientación Baker-Nutting se investigó con estéreo análisis en la Figura 17 . CrN y matriz martensita satisfacen la relación de orientación Baker-Nutting ya que están en relaciones paralelas, ( 100)CrN / / ( -1-l)a'/ y [ 0-10]crN / / [ 0-11 ] a· , con una diferencia de orientación de 2 grados. De esta manera, se encontró! buena coherencia se retícula.

La Figura 18 muestra una imagen de campo brillante del acero No. 4 . Una pluralidad de precipitados aciculares se observaron en una imagen de campo brillante de No . 4 después de tratamiento C, y se encontró que se dirigen en la misma orientación. Aún más, todos los precipitados aciculares fueron CrN de un análisis de patrones de difracción de electrones en las Figuras 19 y 20 .

La relación de orientación Baker-Nutting se investigó con estéreo análisis en la Figura 21 . CrN y matriz martensita satisfacen la relación de orientación iaker-Nutting ya que están en relaciones paralelas, (100)CrN l \ (-1-10)a·, y [0-10] cr // [1-10]<?' / con una diferencia de orientación de 5 grados. De esta manera, se encontró ! buena i coherencia de retícula.

Prueba de fatiga se realizó por la prueba de doblado repetido en la misma forma que en el Ejemplo 1 Sin embargo, la prueba de doblado repetido se realizó; bajo superior tensión, que es una tensión promedio de 729 ¡MPa y I una tensión máxima de 1399 MPa, para asegurar ocurrencia de fractura en la tira de acero al níquel muy bajo en carbono. En este momento, la tira de acero al níquel muy bajjo en carbono de la invención de No. 1 después de tratamiento A en el Ejemplo anterior 1 también se sometió a prueba de doblado repetido. La Tabla 4 muestra un resultado de las prueias de doblado repetido. i i Se confirmó de la Tabla 4 que los aceros al ñíquel muy bajo en carbono para una banda metálica de los Nos.jl, 2, I 3 y 4 de la invención con precipitados CrN coherentes jen la estructura nitrurada, tuvo excelente propiedad de fatiga debido al efecto de endurecimiento - precipitación, en comparación con el acero comparativo No. 5 que no precipita CrN. j i Entre ellos, las tiras de acero al níquel muy bajo en carbono que tienen bajo Al, se encontró que obtienen alta j i resistencia a la fatiga independientemente de la prueba de doblado repetido bajo una condición de alta tensión.

[Tabla 4] Nota: Se realizó prueba de fatiga a tensión máxima de 1399 Pa, y a tensión promedio de 729 MPa.

Cada superficie fracturada de las tiras de acero al níquel muy bajo en carbono Nos. 1 a 4 en la Tabla 4, se observó después de la prueba de fatiga. La fractura no empezó de inclusiones tales como TiN y Ti(C, N) si no ocurrió debido a defecto de superficie creado en la prueba.

De acuerdo con esto, se encontró que la tira de acero al níquel muy bajo en carbono de la invención , puede mejorar la prueba de fatiga al doblado al optimizar la estructura nitrurada después de tratamiento de nitruración. Aplicabilidad Industrial La tira de acero al níquel muy bajo en carbóno de la invención puede emplearse para una banda metálica empleada bajo condiciones severas, y por lo tanto puede aplicarse a miembros- que se requiere tengan alta resistencia ; a la tracción y alta resistencia a la fatiga, tales como una banda metálica de transmisión empleada en transmisiones continuamente variables para automóviles y semejantes.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una tira de acero al níquel muy bajo en carbono producida al nitrurar un acero al níquel muy bajo en carbono que comprende en por % en masa, C: 0.01% o menos, Si: 0.1% o menos, Mn: 0.1% o menos, P: 0.01% o menos, S: 0.005% o menos, Ni: 8.0 a 22.0%, Cr: 0.1 a 8.0%, Mo: 2.0 a 10.0%, Co: 2.0% a 20.0%, Ti: 0.1% o menos, Al: 2.5% o menos, N: 0.03% o menos, 0: 0.005% o menos, y el resto es Fe e impurezas inevitables, en donde el acero comprende una capa nitrurada en una superficie del acero, la capa nitrurada comprende nitruro de Cr precipitado en la capa nitrurada y matriz martensitai y en i donde el nitruro Cr y la matriz martensita satisfacen la relación de orientación Baker-Nutting con una diferencia de orientación dentro de 10 grados.

2. La tira de acero al níquel muy bajo en carbono de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el acero al níquel muy bajo en carbono, además contiene uno o más de en % en masa, Ca: 0.01% o menos, Mg: 0.005% o meiios, y B: 0.01% o menos .

3. La tira de acero al níquel muy bajo en carbono de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el acero al níquel muy bajo en carbono contiene; menos de 0.1 de Al y una cantidad total de Al y Al+Ti es 0.1% o menos .