MX2014011875A - Acero inoxidable ferritico rentable. - Google Patents

Abstract

Un acero inoxidable ferrítico rentable presenta resistencia a la corrosión mejorada comparable con la observada en el acero Tipo 304L; el acero inoxidable ferrítico está sustancialmente libre de níquel, estabilizado doblemente con titanio y niobio, y contiene cromo, cobre y molibdeno.

Description

ACERO INOXIDABLE FERRÍTICO RENTABLE Esta solicitud es una solicitud de patente no provisional que reclama la prioridad de la solicitud provisional de serie No. 61/619,048 titulada "21% Cr Ferritic Stainless Steel", presentada el 2 de abril de 2012. La divulgación de la solicitud de serie No. 61/619,048 se incorpora aquí como referencia.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Es deseable producir un acero inoxidable ferrítico con resistencia a la corrosión comparable a aquel acero inoxidable de la norma ASTM para el tipo 304, pero que sea sustancialmente libre de níquel, estabilizado doblemente con titanio y niobio para proporcionar protección contra la corrosión intergranular, y que contenga cromo, cobre y molibdeno para proporcionar resistencia a las picaduras sin sacrificar la resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión. Un acero de este tipo es particularmente útil para la lámina de acero de los productos básicos que se encuentran comúnmente en aplicaciones comerciales de cocina, componentes arquitectónicos, y aplicaciones automotrices, incluyendo, pero sin limitarse a escapes de vehículos comerciales y de pasajeros y componentes de reducción catalítica selectiva (SCR).

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La figura 1 es un diagrama de fase para elementos de titanio y nitrógeno en la temperatura líquida para una modalidad del acero inoxidable ferrítico.

La figura 2 es una gráfica que ilustra la tasa de corrosión como una función de la composición de acero en un ambiente de cloruro ácido reductor tal como ácido clorhídrico.

La figura 3 es una gráfica que ilustra la tasa de corrosión como una función de la composición de acero en un ácido reductor que es rico en sulfato.

La figura 4 es una gráfica que ilustra la densidad de corriente en disolución anódica electroquímica como una función de la composición de acero.

La figura 5 es una gráfica que ilustra el potencial de ruptura electroquímica como una función de la composición de acero.

La figura 6 es una gráfica que ilustra el potencial de ruptura electroquímica como una función de la composición de acero.

La figura 7 es una gráfica que ilustra el potencial de repasivación electroquímica como una función de la composición de acero.

La figura 8 es una gráfica que ilustra el potencial de repasivación electroquímica como una función de la composición de acero.

La figura 9 es una gráfica que ilustra el comportamiento potenciostático comparativo de un acero inoxidable ferrítico y un acero comparativo.

La figura 10 es una gráfica que ilustra el comportamiento potenciodinámico comparativo de un acero inoxidable ferrítico y un acero comparativo.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN En los aceros inoxidables ferríticos, se controla la interrelación de una cantidad de titanio, niobio, carbono y nitrógeno para lograr una calidad superficial por debajo del punto de equilibrio, una estructura de grano fundido sustancialmente equiaxial, y una estabilización sustancialmente completa contra la corrosión intergranular. Además, se controla la interrelación del cromo, cobre, y molibdeno para optimizar la resistencia a la corrosión.

Las masas fundidas por debajo del punto de equilibrio se definen típicamente como composiciones con niveles de titanio y nitrógeno suficientemente bajos de manera que no se forman nitruros de titanio en la masa fundida de la aleación. Tales precipitados pueden generar defectos, tales como defectos filiformes en la superficie o laminaciones, durante el laminado en frío o en caliente. Tales defectos pueden disminuir la conformabilidad, la resistencia a la corrosión, y la apariencia. La Fig. 1 se obtuvo a partir de un ejemplo de un diagrama de fases, creado usando el modelado termodinámico para los elementos titanio y nitrógeno a la temperatura de inicio de solidificación para una modalidad del acero inoxidable ferrítico. Para estar sustancialmente libre de nitruros de titanio y ser considerado por debajo del punto de equilibrio, los niveles de titanio y nitrógeno en el acero inoxidable ferrítico deben caer a la parte izquierda o inferior de la curva de solubilidad que se muestra en la Fig. 1. La curva de solubilidad del nitruro de titanio, como se muestra en la Fig. 1 , se puede representar matemáticamente de la siguiente manera: Ecuación 1 : Timáx = 0.0044 (N"1 027) donde TimáX es la concentración máxima de titanio en porcentaje en peso, y N es la concentración de nitrógeno en porcentaje en peso. Todas las concentraciones en el presente documento serán reportadas en porcentaje en peso, a menos que se indique expresamente lo contrario.

Utilizando la Ecuación 1 , si el nivel de nitrógeno se mantiene en o por debajo de 0.020% en una modalidad, entonces la concentración de titanio para esa modalidad debe mantenerse en o por debajo de 0.25%. Permitir que la concentración de titanio exceda 0.25% puede conducir a la formación de precipitados de nitruro de titanio en la aleación fundida. Sin embargo, la Fig. 1 también muestra que los niveles de titanio por encima de 0.25% pueden ser tolerados si los niveles de nitrógeno son menores a 0.02%.

Las modalidades de los aceros inoxidables ferríticos presentan una estructura de grano recocida y laminada y fundida equiaxial sin grandes granos columnares en las placas o granos bandeados en la hoja laminada.

Esta estructura refinada de grano puede mejorar la conformabilidad y la dureza. Para lograr esta estructura de grano, debe haber niveles de titanio, nitrógeno y oxígeno suficientes para sembrar las placas de solidificación y proporcionar sitios para que se inicien los granos equiaxiales. En tales modalidades, se muestran los niveles mínimos de titanio y nitrógeno en la Fig. 1 , y se expresan mediante la siguiente ecuación: Ecuación 2: Timin = 0.0025 / N donde Timin es la concentración mínima de titanio en porcentaje en peso, y N es la concentración de nitrógeno en porcentaje en peso.

Usando la Ecuación 2, si el nivel de nitrógeno se mantiene en o por debajo de 0.02% en una modalidad, la concentración mínima de titanio es 0.125%. La curva parabólica representada en la Fig. 1 revela que se puede lograr una estructura de grano equiaxial con niveles de nitrógeno por encima de 0.02% de nitrógeno, si se reduce la concentración total de titanio. Se espera una estructura de grano equiaxial con niveles de titanio y nitrógeno a la derecha o por encima de la Ecuación 2 representada. Esta relación entre los niveles por debajo del punto de equilibrio y de titanio y de nitrógeno que produjeron una estructura de grano equiaxial se ilustra en la Fig. 1 , en la que se representa la ecuación de titanio mínimo (Ecuación 2) en el diagrama de fase de inicio de solidificación de la Fig. 1. El área entre las dos líneas parabólicas es el intervalo de niveles de titanio y de nitrógeno en las modalidades.

Las fundiciones totalmente estabilizadas de los aceros inoxidables ferríticos deben tener suficiente titanio y niobio para combinarse con el carbono y el nitrógeno solubles presentes en el acero. Esto ayuda a evitar que se formen el carburo y nitruro de cromo y a reducir la resistencia a la corrosión intergranular. El titanio y el carbono mínimos necesarios para conducir a la estabilización completa están mejor representados por la siguiente ecuación: Ecuación 3: Ti + Cbmin = 0.2% + 4 (C + N), donde Ti es la cantidad de titanio en porcentaje en peso, Cbm¡n es la cantidad mínima de niobio en porcentaje en peso, C es la cantidad de carbono en porcentaje en peso, y N es la cantidad de nitrógeno en porcentaje en peso.

En las modalidades descritas anteriormente, el nivel de titanio necesario para una estructura de grano equiaxial y condiciones por debajo del punto de equilibrio se determinó cuando el nivel máximo de nitrógeno era de 0.02%. Como se explicó anteriormente, las Ecuaciones 1 y 2 respectivas proporcionaron un 0.125% de titanio mínimo y 0.25% de titanio máximo. En tales modalidades, utilizando un máximo de 0.025% de carbono y la aplicación de la Ecuación 3, se requerirían contenidos de niobio mínimos de 0.25% y 0.13%, respectivamente, para los niveles mínimo y máximo de titanio. En algunas de tales modalidades, el objetivo para la concentración de niobio sería de 0.25%.

En ciertas modalidades, manteniendo el nivel de cobre entre 0.40 - 0.80% en una matriz que consiste en aproximadamente 21 % de Cr y 0.25% de Mo, se puede lograr una resistencia total a la corrosión que es comparable si no mejor que aquella encontrada en el tipo 304L comercialmente disponible. La única excepción puede estar en la presencia de un cloruro reductor fuertemente ácido como el ácido clorhídrico. Las aleaciones que contienen cobre muestran un mejor rendimiento en ácido sulfúrico. Cuando se mantiene el nivel de cobre entre 0.4 - 0.8%, se reduce la tasa de disolución anódica y se maximiza el potencial electroquímico de ruptura en entornos de cloruro neutros. En algunas modalidades, el nivel óptimo de Cr, Mo, y Cu, en porcentaje en peso satisface las dos ecuaciones siguientes: Ecuación 4: 20.5 < Cr + 3.3 Mo Ecuación 5: 0.6= Cu + Mo= 1.4 cuando Cumá < 0.80 Las modalidades del acero inoxidable ferrítico pueden contener carbono en cantidades de aproximadamente 0.020 o menos en porcentaje en peso.

Las modalidades del acero inoxidable ferrítico pueden contener manganeso en cantidades de aproximadamente 0.40 o menos en porcentaje en peso.

Las modalidades del acero inoxidable ferrítico pueden contener fósforo en cantidades de aproximadamente 0.030 o menos en porcentaje en peso.

Las modalidades del acero inoxidable ferrítico pueden contener azufre en cantidades de aproximadamente 0.010 o menos en porcentaje en peso.

Las modalidades del acero inoxidable ferrítico pueden contener silicio en cantidades de aproximadamente 0.30 a 0.50 por ciento en peso. Algunas modalidades pueden contener aproximadamente 0.40% de silicio.

Las modalidades del acero inoxidable ferrítico puede contener cromo en cantidades de aproximadamente 20.0 a 23.0 por ciento en peso. Algunas modalidades pueden contener aproximadamente 21.5 - 22 por ciento en peso de cromo, y algunas modalidades pueden contener aproximadamente 21.75% de cromo.

Las modalidades del acero inoxidable ferrítico puede contener níquel en cantidades de aproximadamente 0.40 o menos en porcentaje en peso.

Las modalidades del acero inoxidable ferrítico pueden contener nitrógeno en cantidades de aproximadamente 0.020 o menos en porcentaje en peso.

Las modalidades del acero inoxidable ferrítico pueden contener cobre en cantidades de aproximadamente 0.40 - 0.80 por ciento en peso. Algunas modalidades pueden contener aproximadamente 0.45 - 0.75 por ciento en peso de cobre y algunas modalidades pueden contener aproximadamente 0.60% de cobre.

Las modalidades del acero inoxidable ferrítico pueden contener molibdeno en cantidades de aproximadamente 0.20 hasta 0.60 por ciento en peso. Algunas modalidades pueden contener aproximadamente desde 0.30 hasta 0.5 por ciento en peso de molibdeno, y algunas modalidades pueden contener aproximadamente 0.40% de molibdeno.

Las modalidades del acero inoxidable ferrítico pueden contener titanio en cantidades de aproximadamente 0.10 hasta 0.25 por ciento en peso. Algunas modalidades pueden contener aproximadamente 0.17- 0.25 por ciento en peso de titanio, y algunas modalidades pueden contener aproximadamente 0.21 % de titanio.

Las modalidades del acero inoxidable ferrítico pueden contener niobio en cantidades de aproximadamente 0.20 hasta 0.30 por ciento en peso. Algunas modalidades pueden contener aproximadamente 0.25% de niobio.

Las modalidades del acero inoxidable ferrítico puede contener aluminio en cantidades de aproximadamente 0.010 o menos en porcentaje en peso.

Los aceros inoxidables ferríticos son producidos utilizando condiciones de proceso conocidas en la técnica para su uso en la fabricación de aceros inoxidables ferríticos, tales como los procesos descritos en las patentes de los Estados Unidos de América Nos. 6,855,213 y 5,868,875.

En algunas modalidades, los aceros inoxidables ferríticos pueden incluir también otros elementos conocidos en la técnica de la fabricación de acero lo cual puede hacerse ya sea como adiciones deliberadas o estar presentes como elementos residuales, es decir, impurezas del proceso de fabricación del acero.

Se provee una masa fundida ferrosa para el acero inoxidable ferrítico en un horno de fundición tal como un horno de arco eléctrico. Esta masa fundida ferrosa puede formarse en el horno de fundición a partir de chatarra que contiene hierro sólido, chatarra de acero al carbono, chatarra de acero inoxidable, materiales que contienen hierro sólido que incluyen óxidos de hierro, carburo de hierro, hierro de reducción directa, hierro briqueteado en caliente, o la masa fundida puede ser producida corriente arriba del homo de fundición en un alto horno o cualquier otra unidad de fundición de hierro capaz de proveer una masa fundida ferrosa. La masa fundida ferrosa será refinada luego en el horno de fundición o transferida a un recipiente de refinación tal como un recipiente de descarburación de argón-oxígeno o un recipiente de descarburación al vacío de oxígeno, seguido de una estación de corte tal como un horno metalúrgico de cuchara de colada o una estación de alimentación de alambre.

En algunas modalidades, el acero se funde a partir de una masa fundida que contiene suficiente titanio y nitrógeno pero una cantidad controlada de aluminio para formar pequeñas inclusiones de óxido de titanio para proporcionar los núcleos necesarios para formar la estructura de grano equiaxial en estado fundido, de manera que una lámina recocida producida a partir de este acero también ha mejorado las características de acanalamiento.

En algunas modalidades, se añade titanio a la masa fundida para la desoxidación antes de la fundición. La desoxidación de la masa fundida con titanio forma pequeñas inclusiones de óxido de titanio que proporcionan los núcleos que dan como resultado una estructura de grano fino equiaxial en estado fundido. Para minimizar la formación de inclusiones de alúmina, es decir, óxido de aluminio, Al203, no se puede añadir aluminio a esta masa fundida refinada como desoxidante. En algunas modalidades, pueden estar presentes titanio y nitrógeno en la masa fundida antes de la fundición, de modo que la relación del producto de titanio y nitrógeno dividido entre el aluminio residual es al menos aproximadamente 0.14.

Si se va a estabilizar el acero, se puede añadir una cantidad suficiente de titanio superior a la requerida para la desoxidación para que se combine con el carbono y el nitrógeno en la masa fundida, pero preferiblemente menor que la requerida para la saturación con nitrógeno, es decir, en una cantidad por debajo del punto de equilibrio, evitando de este modo, o al menos minimizando, la precipitación de grandes inclusiones de nitruro de titanio antes de la solidificación.

El acero fundido se procesa en caliente para formar una lámina. Para esta divulgación, se entiende que el término "lámina" incluye una tira continua o piezas cortadas formadas a partir de una tira continua, y el término "procesado en caliente" significa que se calienta nuevamente el acero en estado fundido, si es necesario, y después se reduce hasta un espesor predeterminado, tal como mediante laminación en caliente. Si se lamina en caliente, se calienta nuevamente una placa de acero entre 2000° y 2350°F (1093° - 1288°C), se lamina en caliente usando una temperatura de acabado de 500 a 1800°F (816 - 982°C) y se enrolla en espiral a una temperatura de 1000 - 1400? (538 - 760°C). La lámina laminada en caliente también se conoce como la "banda en caliente". En algunas modalidades, la banda en caliente puede ser recocida a una temperatura máxima del metal de 1700 -2100 ° F (926 - 1149°C). En algunas modalidades, se puede desincrustar la banda caliente y reducirla en frío al menos un 40% hasta un espesor deseado de la lámina final. En otras modalidades, se puede desincrustar la banda caliente y reducirla en frío al menos un 50% hasta un espesor deseado de la lámina final. Después de eso, se puede recocer finalmente la lámina reducida en frío a una temperatura máxima del metal de 1700 - 2100°F (927 - 1 149°C).

El acero inoxidable ferrítico puede ser producido a partir de una lámina procesada en caliente elaborada por una cantidad de métodos. La lámina puede ser producida a partir de placas formadas partiendo de lingotes o placas de fundición continua de 50 - 200 mm de espesor que se vuelven a calentar entre 2000° y 2350°F (1093° -1288°C) seguido por laminación en caliente para proporcionar una lámina procesada en caliente de partida de 1 -7 mm de espesor, o se puede procesar en caliente la lámina a partir de la fundición continua en listones en espesores de 2 - 26 mm. El presente proceso es aplicable a la lámina producida por métodos en los que se alimentan directamente placas de fundición continua o placas producidas a partir de lingotes a un laminador para laminación en caliente con o sin recalentamiento significativo, o lingotes reducidos en caliente en placas a una temperatura suficiente para ser laminadas en caliente para formar la lámina con o sin recalentamiento adicional.

EJEMPLO 1 Para preparar composiciones de acero inoxidable ferrítico que den como resultado una resistencia total a la corrosión comparable a la del acero inoxidable austenítico tipo 304L, se fundieron una serie de hornadas de laboratorio y se analizaron para determinar la resistencia a la corrosión localizada.

El primer grupo de hornadas se fundió en el laboratorio usando medios de fundición al aire. El objetivo de esta serie de fundiciones al aire era comprender mejor el papel del cromo, molibdeno y cobre en una matriz ferrítica y cómo se comparan las variaciones en la composición con el comportamiento de corrosión del acero tipo 304L. Para este estudio se exponen las composiciones de modalidades utilizadas en las fundiciones al aire investigadas en el Cuadro 1 de la siguiente manera: CUADRO 1 Tanto la inmersión en cloruro férrico como las evaluaciones electroquímicas se realizaron en todas las composiciones químicas mencionadas en el Cuadro 1 y se comparan con el desempeño del acero tipo 304L.

Siguiendo los métodos descritos en la norma ASTM G48, Método A de Prueba de Picado con Cloruro Férrico, se evaluaron las muestras con respecto a la pérdida de masa después de una exposición de 24 horas a la solución de cloruro férrico al 6% a 50°C. Esta prueba de exposición evalúa la resistencia básica a la corrosión por picado mientras están expuestas a un ambiente ácido con cloruro, fuertemente oxidante.

La prueba de selección sugiere que las aleaciones ferríticas que contienen más cromo que tienen una pequeña adición de cobre, darán como resultado una composición con la más alta resistencia a la corrosión dentro de la serie. La composición que tiene el más alto contenido de cobre de 1 % no se comportó tan bien como las otras composiciones químicas. Sin embargo, este comportamiento puede haber sido el resultado de una calidad de la superficie menor que la ideal debido al proceso de fundición.

Se hizo una investigación más profunda de la resistencia de la película pasiva y se estudió el comportamiento de repasivación mediante técnicas electroquímicas que incluyeron tanto diagramas de comportamiento a la corrosión (CDB) como polarización del ciclo en un ambiente de cloruro neutro, diluido, desaireado. El comportamiento electroquímico observado en este conjunto de masas fundidas al aire mostró que una combinación de aproximadamente 21% de Cr, aunque en presencia de aproximadamente 0.5% de Cu y una pequeña adición de Mo, logra tres mejoras principales para acero de tipo 304L. En primer lugar, la adición de cobre pareció hacer más lenta la tasa de disolución anódica inicial en la superficie; en segundo lugar, la presencia de cobre y una pequeña cantidad de molibdeno en la composición química con 21 % de Cr ayudó a la formación de la película pasiva fuerte; y en tercer lugar, el contenido de molibdeno y el alto contenido de cromo ayudaron a mejorar el comportamiento de repasivación. El nivel de cobre en la composición química fundida con 21 % de Cr + Mo residual pareció tener un nivel "óptimo" por cuanto la adición de 1% Cu dio como resultado un menor retorno. Esto confirma el comportamiento observado en la prueba de picado con cloruro férrico. Se sometieron composiciones químicas adicionales de fundiciones a fundición al vacío con la esperanza de crear muestras de acero más limpias y determinar la adición óptima de cobre con el fin de lograr la mejor resistencia general a la corrosión.

EJEMPLO 2 El segundo grupo de composiciones químicas fundidas expuesto en el Cuadro 2 fue sometido a un proceso de fundición al vacío. Las composiciones en este estudio se muestran a continuación: CUADRO 2 Las hornadas mencionadas anteriormente variaron principalmente en el contenido de cobre. También se fundieron hornadas adicionales al vacío, de las composiciones expuestas en el Cuadro 3, para propósitos de comparación. El acero tipo 304L utilizado para comparación era una lámina disponible en el mercado.

CUADRO 3 Las composiciones químicas de el Cuadro 3 se fundieron al vacío en lingotes, se laminaron en caliente a 2250°F (1232°C), se desincrustaron y redujeron en frío 60%. El material reducido en frío tenía un recocido final a 1825°F (996°C) seguido de una desincrustación final.

EJEMPLO 3 Los estudios comparativos realizados en las fundiciones al vacío del Ejemplo 2 (identificadas mediante sus números de identificación, ID) fueron inmersiones químicas ensayadas en ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, hipoclorito de sodio, y ácido acético. Ácido clorhídrico al 1 %.

Como se muestra en la Fig. 2, las evaluaciones de inmersión química mostraron los efectos benéficos del níquel en un ambiente reductor de cloruro de ácido tal como ácido clorhídrico. El acero tipo 304L superó a todas las composiciones químicas estudiadas en este entorno. La adición de cromo dio como resultado una tasa de corrosión general más baja y la presencia de cobre y molibdeno mostró una reducción adicional de la tasa de corrosión, pero los efectos del cobre fueron mínimos, como se muestra en el gráfico de la línea identificada como Fe21CrXCu0.25Mo en la Fig. 2. Este comportamiento afianza los beneficios de las adiciones de níquel para condiciones de servicio tales como la descrita a continuación. Ácido sulfúrico al 5% Como se muestra en la Fig. 3, en una prueba de inmersión que consta de un ácido reductor que es rico en sulfato, aleaciones con niveles de cromo entre 18 - 21% se comportaron de manera similar. La adición de molibdeno y cobre redujo significativamente la tasa global de corrosión. Al evaluar los efectos del cobre solo sobre la tasa de corrosión (como se indica mediante el gráfico de la línea identificada como Fe2 CrXCu0.25Mo en la Fig. 3), parecía como si existiera una relación directa ya que cuanto mayor sea el contenido de cobre, más baja es la tasa de corrosión. Con un nivel de cobre de 0.75% la tasa global de la corrosión comenzó a estabilizarse y estaba en el rango de 2 mm / año del acero 304L. El molibdeno en el nivel 0.25% tiende a jugar un papel importante en la tasa de corrosión en ácido sulfúrico. Sin embargo, la dramática reducción en la tasa también se atribuyó a la presencia de cobre. Aunque las aleaciones del Ejemplo 2 no tenían una tasa de corrosión de acero por debajo de la del acero tipo 304L, mostraron una mejor resistencia a la corrosión y comparable bajo las condiciones reductoras del ácido sulfúrico. Ácido acético e hipoclorito de sodio En inmersiones ácidas que consisten de ácido acético y e hipoclorito de sodio al 5%, el comportamiento a la corrosión fue comparable a la del acero tipo 304L. Las tasas de corrosión fueron muy bajas y no se observó una tendencia real con adición de cobre en el comportamiento a la corrosión. Todos los compuestos químicos investigados del Ejemplo 2 que tienen un nivel de cromo por encima del 20% estaban dentro de 1 mm / año del acero tipo 304L.

EJEMPLO 4 Se llevaron a cabo las evaluaciones electroquímicas incluyendo diagramas de comportamiento a la corrosión (CBD) y los estudios de polarización cíclica y se compararon con el comportamiento del acero tipo 304L.

Los diagramas de comportamiento a la corrosión se recogieron en las composiciones químicas de las hornadas al vacío del Ejemplo 2 y el acero tipo 304L comercialmente disponible, en cloruro de sodio al 3.5% con el fin de investigar los efectos del cobre sobre el comportamiento de disolución anódica. La saliente anódica representa la disolución electroquímica que tiene lugar en la superficie del material antes de alcanzar un estado pasivo. Como se muestra en la Fig. 4, una adición de al menos 0.25% de molibdeno y un mínimo de aproximadamente 0.40% de cobre reducen la densidad de corriente durante la disolución anódica por debajo del valor medido para el acero tipo 304L. También se observa que la adición máxima de cobre que permite que la densidad de corriente anódica permanezca por debajo de la medida para el acero tipo 304L cae aproximadamente alrededor de 0.85%, como se muestra en el gráfico de la línea identificada como Fe21 CrXCu.25Mo en la Fig. 4. Esto demuestra que una pequeña cantidad de adición controlada de cobre si bien en presencia de 21% de Cr y 0.25% de molibdeno hace disminuir la tasa de disolución anódica en cloruros diluidos, pero existe una cantidad óptima con el fin de mantener una tasa menor que la mostrada para el acero tipo 304L.

Los barridos de polarización cíclica se recogieron en las composiciones químicas experimentales del Ejemplo 2 y del acero tipo 304L comercialmente disponible, en solución de cloruro de sodio al 3.5%. Estos barridos de polarización muestran el comportamiento anódico del acero inoxidable ferrítico a través de la disolución anódica activa, una región de pasividad, una región de comportamiento transpasivo y la ruptura de la pasividad. Además la reversión de estos barridos de polarización identifica el potencial de repasivación.

El potencial de ruptura expuesto en los barridos de polarización cíclica anteriormente mencionados se documentó como se muestra en la Fig. 5 y la Fig. 6, y se evaluó para medir los efectos de las adiciones de cobre, si es del caso. Se determinó que el potencial de ruptura era el potencial al cual la corriente comienza a fluir en forma consistente a través de la capa pasiva rota y se produce la iniciación de hoyos activos pequeños en la superficie.

Al igual que la tasa de disolución anódica, la adición de cobre, como se muestra mediante el gráfico de la línea identificada como Fe21CrXCu.25Mo en las Figs. 5 y 6, parece reforzar la capa pasiva y muestra que existe una cantidad óptima necesaria para maximizar los beneficios del cobre con respecto a la iniciación de hoyos pequeños en la superficie. Se encontró que el intervalo de máxima resistencia de la capa pasiva está entre 0.5 - 0.75% de cobre, si bien en presencia de 0.25% de molibdeno y 21 % de Cr. Esta tendencia en el comportamiento fue confirmada a partir del CBD recogido durante el estudio de disolución anódica que se discutió anteriormente, aunque debido a las diferencias en la tasa de barrido, los valores se desplazan más abajo.

Al evaluar el comportamiento de repasivación de las composiciones químicas fundidas al vacío del Ejemplo 2, se mostró que un nivel de cromo del 21 % y una pequeña adición de molibdeno pueden maximizar la reacción de repasivación. La relación del cobre con respecto al potencial de repasivación pareció volverse perjudicial a medida que el nivel de cobre aumentó, como se muestra en el gráfico de la línea identificada como Fe2 CrXCu.25Mo en la Fig. 7 y la Fig. 8. Siempre y cuando el nivel de cromo fuera de aproximadamente 21 % y estuviera presente una pequeña cantidad de molibdeno, las composiciones químicas investigadas del Ejemplo 2 fueron capaces de alcanzar un potencial de repasivación que fue mayor del acero tipo 304L, como se muestra en la Fig. 7 y la Fig. 8.

EJEMPLO 5 Se comparó un acero inoxidable ferrítico de la composición expuesta a continuación en el Cuadro 4 (ID 92, Ejemplo 2) con el acero tipo 304L con la composición expuesta el Cuadro 4: CUADRO 4 Los dos materiales presentaban las siguientes propiedades mecánicas expuestas en el Cuadro 5 cuando se analizaron de acuerdo con las pruebas estándar ASTM: CUADRO 5 El material del Ejemplo 2, ID 92 exhibe más resistencia electroquímica, mayor potencial de ruptura, y mayor potencial de repasivación que el acero tipo 304L que sirve de comparación, como se muestra en la Fig. 9 y la Fig. 10.

Se entenderá que pueden hacerse diversas modificaciones a esta invención sin apartarse del espíritu y alcance de la misma. Por lo tanto, los límites de esta invención deben determinarse a partir de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (17)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1. Un acero inoxidable ferrítico que comprende: aproximadamente 0.020 o menos en porcentaje en peso de carbono; aproximadamente 20.0 - 23.0 por ciento en peso de cromo; aproximadamente 0.020 o menos en porcentaje en peso de nitrógeno; aproximadamente 0.40 -0.80 por ciento en peso de cobre; aproximadamente 0.20 - 0.60 por ciento en peso de molibdeno; aproximadamente 0.10 - 0.25 por ciento en peso de titanio; y aproximadamente 0.20 - 0.30 por ciento en peso de niobio.

2. El acero inoxidable ferrítico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el cromo está presente en una cantidad de aproximadamente 21.5 - 22 por ciento en peso.

3. El acero inoxidable ferrítico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el cobre está presente en una cantidad de aproximadamente 0.45 - 0.75 por ciento en peso.

4. El acero inoxidable ferrítico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el molibdeno está presente en una cantidad de aproximadamente 0.30 - 0.50 por ciento en peso.

5. El acero inoxidable ferrítico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el titanio está presente en una cantidad de aproximadamente 0.17 - 0.25 por ciento en peso.

6. El acero inoxidable ferrítico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el cromo está presente en una cantidad de aproximadamente 21.75 por ciento en peso.

7. El acero inoxidable ferrítico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el cobre está presente en una cantidad de aproximadamente 0.60 por ciento en peso.

8. El acero inoxidable ferrítico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el molibdeno está presente en una cantidad de aproximadamente 0.40 por ciento en peso.

9. El acero inoxidable ferrítico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el titanio está presente en una cantidad de aproximadamente 0.21 por ciento en peso.

10. El acero inoxidable ferrítico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el niobio está presente en una cantidad de aproximadamente 0.25 por ciento en peso.

11. El acero inoxidable ferrítico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente aproximadamente 0.40 por ciento en peso o menos de manganeso.

12. El acero inoxidable ferrítico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente aproximadamente 0.030 por ciento en peso o menos de fósforo.

13. El acero inoxidable ferrítico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente aproximadamente 0.30 - 0.50 por ciento en peso de silicio.

14. El acero inoxidable ferrítico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente aproximadamente 0.40 por ciento en peso o menos de níquel.

15. El acero inoxidable ferrítico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente aproximadamente 0.30 - 0.50 por ciento en peso de manganeso.

16. El acero inoxidable ferrítico de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente aproximadamente 0.10 por ciento en peso o menos de aluminio.

17. Un método de fabricación de un acero inoxidable ferrítico que comprende las siguientes etapas: proveer una masa fundida de acero ferrítico que comprende: cromo; cobre; molibdeno; titanio; niobio; y carbono; determinando que las concentraciones de cromo, cobre y molibdeno satisfacen las Ecuaciones 1 y 2: Ecuación 1 : 20.5 < Cr + 3.3Mo; donde Cr es la concentración de cromo en porcentaje en peso, y Mo es la concentración de molibdeno en porcentaje en peso; Ecuación 2: 0.6 < Cu + Mo <1.4 cuando Cumáx < 0.80; donde Cu es la concentración de cobre en porcentaje en peso, Mo es la concentración de molibdeno en porcentaje en peso, y Cumáx es la cantidad máxima de cobre en porcentaje en peso; la determinación de las concentraciones de titanio, niobio y carbono utilizando las siguientes Ecuaciones 3, 4 y 5: Ecuación 3: Timáx = 0.0044(N"1 °27), donde Timáx es la concentración máxima de titanio en porcentaje en peso, y N es la concentración de nitrógeno en porcentaje en peso; Ecuación 4: Timin = 0.0025 / N, donde Timin es la concentración mínima de titanio en porcentaje en peso, y N es la concentración de nitrógeno en porcentaje en peso; y Ecuación 5: Ti + Cbmln = 0.2% + 4 (C + N), donde Ti es la cantidad de titanio en porcentaje en peso, Cbmin es la cantidad mínima de niobio en porcentaje en peso, C es la cantidad de carbono en porcentaje en peso, y N es la cantidad de nitrógeno en porcentaje en peso.