MX2015002716A - Hoja de acero inoxidable ferritico, metodo para su produccion, y uso de la misma, especialmente en conductos de escape. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a una hoja de acero inoxidable ferrítico de la siguiente composición expresada en porcentajes en peso: trazas = C = 0.03 %; 0.2 % = Mn = 1 %; 0.2 %= Si = 1 %; trazas = S = 0.01 %; trazas = P = 0.04 %; 15 % = Cr = 22 % trazas = Ni = 0.5 %; trazas = Mo = 2 %; trazas = Cu = 0.5 %; 0.160 % = Ti = 1 %; 0.02 % = Al = 1 %; 0.2 % = Nb = 1 %; trazas = V = 0.2 %; 0.009 % = N = 0.03 %; trazas = Co = 0.2 %; trazas = Sn = = 0.05 %; tierras raras (REE) = 0.1 %; trazas = Zr = 0.01 %; el resto de la composición consiste de hierro y las impurezas inevitables que resultan del procesamiento de la misma; los contenidos de Al y de las tierras raras (REE) satisfacen la relación: Al + 30 x REE = 0.15 %; los contenidos de Nb, C, N y Ti en % satisfacen la relación: 1/[Nb + (7/4) x Ti - 7 x (C + N)] = 3, la hoja tiene una estructura totalmente recristalizada y un tamaño de grano ferrítico promedio de entre 25 y 65 µm. La invención también se refiere a un método para la producción de tal hoja de acero inoxidable ferrítico, y al uso de la misma para la producción de partes que involucran la conformación y soldadura, que van a ser sometidas a una temperatura de uso periódica de entre 50 °C y 700 °C y a una proyección de una mezcla de agua, urea y amoníaco.

Description

HOJA DE ACERO INOXIDABLE FERRÍTICO, MÉTODO PARA SU PRODUCCIÓN, Y USO DE LA MISMA, ESPECIALMENTE EN CONDUCTOS DE ESCAPE Campo de la Invención La invención se refiere a un acero inoxidable ferrítico, a su método de fabricación, y a su uso para la fabricación de partes soldadas mecánicamente sometidas a altas temperaturas, tales como los elementos de los conductos de escape de los motores de combustión interna.

Antecedentes de la Invención Para ciertas aplicaciones de aceros inoxidables ferríticos, tales como las partes localizadas en las partes calientes de los conductos de escape de los motores de combustión interna equipados con un sistema de control de la contaminación con urea o amoníaco (vehículos privados, camiones, maquinaria de construcción, máquinas agrícolas, o máquina de transporte marino) que aseguran la reducción de los óxidos de nitrógeno, se busca simultáneamente: buena resistencia a la oxidación; buena resistencia mecánica a la alta temperatura, es decir la conservación de las características mecánicas elevadas y una buena resistencia a la deformación por fluencia y la fatiga térmica; y buena resistencia a la corrosión por la Ref . 254850 urea, el amoníaco, a sus productos de descomposición.

Realmente, estas partes son sometidas a temperaturas comprendidas entre 150 y 700 °C, y a una proyección de una mezcla de urea y agua (típicamente 32.5 % de urea - 67.5 % de agua), o de una mezcla de amoníaco y agua, o de amoníaco puro. Los productos de la descomposición de la urea y el amoníaco también pueden degradar las partes del conducto de escape.

La resistencia mecánica a alta temperatura también debe ser adaptada a los ciclos térmicos asociados con las fases de aceleración y desaceleración de los motores. Además, el metal debe tener buena formabilidad en frío para que sea conformado por flexión o por hidroformación, así como una buena soldabilidad.

Los diferentes grados de los aceros inoxidables ferríticos están disponibles para la satisfacción de los requerimientos específicos de varias áreas del conducto de escape.

Por consiguiente ya se conocen los aceros inoxidables ferríticos con 17 % de Cr estabilizado con 14 % de titanio y 0.5 % de niobio (tipo EN 1.4509, AISI 441) permitiendo el uso de hasta 950 °C.

Los aceros inoxidables ferríticos con un contenido de cromo inferior también ya son conocidos, por ejemplo aceros con 12 % de Cr estabilizado con 0.2 % de titanio (tipo EN 1.4512 AISI 409) para temperatura máximas abajo de 850 °C, aceros con 14 % de Cr estabilizado con 0.5 % de niobio sin nada de titanio (Tipo EN 1.4595) para temperatura máximas abajo de 900 °C. Estos tienen una resistencia a temperatura elevada equivalente a aquellas de los grados previos, pero con mejor capacidad de conformación.

Finalmente, para temperaturas más elevadas que varína hasta 1,050 °C o para resistencias mejoradas a la fatiga térmica, una alternativa del grado EN 1.4521 AISI 444 ya es conocido, con 19 % de Cr estabilizado con 0.6 % de niobio y que contiene 1.8 % de molibdeno (véase el documento EP-A-l 818422).

Sin embargo, a pesar de sus buenas propiedades mecánicas en caliente y durante la oxidación en una atmósferas del gas de escape estándares, los grados ferríticos mencionados se corroen excesivamente en las zonas de contacto entre los granos, en la presencia de una proyección de una mezcla de agua, urea y amoníaco y para las temperaturas comprendidas entre 150 y 700 °C. Esto hace que estos aceros estén adaptados insuficientemente para su uso en los conductos de escape equipados con sistemas de control de la contaminación con urea o amoníaco, porque este es frecuentemente el caso, por ejemplo en los vehículos con motores diesel.

Además se ha señalado que los fenómenos de corrosión intergranular por la urea fueron empeorados cuando fue utilizado un grado austetínico ya sea estabilizado o no (tipos EN 1.4301 AISI 304, EN 1.4541 AISI 321 o EN 1.4404 AISI 316L). Por lo tanto tales grados no son una solución totalmente satisfactoria a los problemas encontrados.

Breve Descripción de la Invención El objeto de la presente invención es resolver los problemas de corrosión mencionados anteriormente. En particular, se tiene como objeto que esté disponible en la fabricación para los usuarios de los motores equipados con un sistema de control de la contaminación de los gases, un acero inoxidable ferrítico el cual tiene, cuando se compara con los grados conocidos para este propósito, una resistencia mejorada a la corrosión por una mezcla de agua, urea y amoníaco.

Este acero también debe retener una buena resistencia bajo condiciones calientes, es decir una resistencia elevada a la deformación por fluencia, a la fatiga térmica y a la oxidación a las temperaturas de uso que varían periódicamente y que pueden lograr varios cientos de °C, así como una capacidad de conformación en caliente y de soldadura equivalentes a aquellas del grado EN 1.4509 AISI 441, es decir que garantizan un alargamiento mínimo en la ruptura del 28 % en la tracción, para las características de la tracción mecánica típicamente de 300 MPa para el límite elástico Re y 490 MPa para la resistencia a la tracción Rm.

Finalmente, la resistencia mecánica de las soldaduras del conducto de escape hecho con este acero debe ser excelente.

Para este propósito, el objeto de la invención es una hoja de acero inoxidable ferrítico con una composición, expresada en porcentajes en peso: cantidades de trazas C 0.03 %; 0.2 % < Mn < 1 %; 0.2 % < Si < 1 %; cantidades de trazas < S £ 0.01 %; cantidades de trazas £ P £ 0.04 %; 15 % £ Cr £ 22 %; cantidades de trazas £ Ni £ 0.5 %; cantidades de trazas £ Mo £ 2 %; cantidades de trazas £ Cu £ 0.5 %; 0.160 % £ Ti £ 1 %; 0.02 % £ Al £ 1 %; 0.2 % £ Nb 1 %; cantidades de trazas £ V £ 0.2 %; 0.009 % £ N £ 0.03 %; preferentemente entre 0 .010 y 0.020 %; cantidades de trazas £ Co £ 0.2 %; cantidades de trazas < Sn < 0.05 %; tierras raras (REE) < 0.1 %; cantidades de trazas < Zr < 0.01 %; el resto de la composición consiste de hierro y las impurezas inevitables que resultan de la elaboración; los contenidos de Al y de las tierras raras (REE) satisfacen la relación: Al + 30 x REE > 0.15 %; los contenidos de Nb, C, N y Ti en % satisfacen la relación: 1/[Nb + (7/4) x Ti - 7 x (C + N)] < 3, la hoja metálica tiene una estructura totalmente recristalizada y un tamaño de grano ferrítico promedio comprendido entre 25 y 65 mm.

El objeto de la invención también son dos métodos para la fabricación de una hoja de acero inoxidable ferrítico del tipo previo.

De acuerdo con un primer método: se elabora un acero que tiene la composición mencionada previamente; el mismo es procesado con el colado de un producto semi-terminado de este acero; el producto semi-terminado es llevado a una temperatura arriba de 1,000 °C y menor que 1,250 °C, y el producto semi-terminado es laminado en caliente para obtener una hoja laminada en caliente con un espesor comprendido entre 2.5 y 6 mm; la hoja laminada en caliente es laminada en frío a una temperatura de menos de 300 °C, en una sola etapa o en varias etapas separadas por recocidos intermedios, el recocido final de la hoja laminada en frío es efectuado, a una temperatura comprendida entre 1,000 y 1,100 °C y durante un período comprendido entre 10 segundos y 3 minutos, para obtener una estructura completamente cristalizada con un tamaño de grano promedio comprendido entre 25 y 65 mm.

De acuerdo con un segundo método: se elabora un acero que tiene la composición mencionada previamente; el mismo es procesado con el colado de un producto semi-terminado de este acero; el producto semi-terminado es llevado a una temperatura arriba de 1,000 °C y menor que 1,250 °C, preferentemente entre 1,180 y 1,200 °C, y el producto semi-terminado es laminado en caliente para obtener una hoja laminada en caliente con un espesor comprendido entre 2.5 y 6 mm; la hoja laminada en frío es recocida a una temperatura comprendida entre 1,000 y 1,100 °C y durante un período comprendido entre 30 segundos y 6 minutos; la hoja laminada en caliente es laminada en frío a una temperatura de menos de 300 °C, en una sola etapa o en varias etapas separadas por recocidos intermedios,- el recocido final de la hoja laminada en frío es efectuado a una temperatura comprendida entre 1,000 y 1,100 °C y durante un período comprendido entre 10 segundos y 3 minutos, para obtener una estructura completamente recristalizada que tiene un tamaño de grano promedio comprendido entre 25 y 65 micrómetros.

Preferentemente, en ambos métodos, la temperatura de laminado en caliente está comprendida entre 1,180 y 1,200 °C.

Preferentemente, en ambos métodos, la temperatura de recocido final está comprendida entre 1,050 y 1,090 °C.

El objeto de la invención también es el uso de tal hoja de acero para la fabricación de partes que involucran la conformación y soldadura y propuesta para ser sometida a una temperatura periódica de uso comprendida entre 150 °C y 700 °C y a la proyección de una mezcla de agua, urea y amoníaco o a una proyección de urea o de amoníaco.

Estas notablemente pueden ser partes de conductos de escape de los motores de combustión interna equipados con un sistema catalítico para la reducción de los óxidos de nitrógeno por la inyección de urea o amoníaco.

Como se habrá entendido, la invención está basada en el uso de hojas de acero inoxidable ferrítico que tienen la composición y estructura especificadas, para las cuales los inventores han descubierto que están particularmente bien adaptadas para la resolución de los problemas téenicos mencionados previamente.

El tamaño de grano promedio comprendido entre 25 y 65 mm es una característica importante de la invención, y es controlado tanto por la presencia de nitruros como carbonitruros de titanio y de niobio y por la temperatura para llevar a cabo el recocido final.

Un tamaño de grano demasiado pequeño endurece el metal, limitando por lo tanto su capacidad de conformación, acelera la difusión del nitrógeno de la descomposición de la urea (puesto que la densidad en la línea de contacto entre los granos es más significativa que en el caso de la invención), y reduce la resistencia a la deformación por fluencia.

En cambio, un tamaño de grande demasiado grande reduce la resiliencia del metal notablemente en las áreas soldadas (en particular las áreas afectadas por el calor) y degrada el aspecto de las partes después de la conformación (piel de naranja).

La obtención del intervalo del tamaño de grano promedio de acuerdo con la invención evita estas desventajas.

Breve Descripción de las Figuras La invención será mejor descrita con detalle, con referencia a las siguientes figuras: La figura 1 muestra el ciclo térmico al cual se sometieron las muestras durante las pruebas que serán descritas.

La figura 2 muestra una micrografía en sección a lo largo de su espesor de los primeros 0.150 mm de una muestra de un acero de referencia después de una prueba de corrosión por la urea.

La figura 3 muestra una micrografía en sección a lo largo de su espesor de los primeros 0.150 mm de una muestra de un acero de acuerdo de la invención después de una prueba de corrosión por la urea llevada a cabo bajo las mismas condiciones que para el acero de la figura 2.

Descripción Detallada de la Invención La presencia de varios elementos químicos y sus intervalos del contenido será justificada primero. Todos los contenidos están datos en porcentajes en peso.

El carbón podría ser capaz de incrementar las características mecánicas a temperatura elevada, en particular la resistencia a la deformación por fluencia. Sin embargo, debido a su muy baja solubilidad en ferrita, el carbón tiende a precipitarse como carburos M23C6 o M7C3 entre aproximadamente 600 °C y 900 °C por ejemplo carburos de cromo. Esta precipitación, localizada generalmente en las líneas de contacto entre los granos puede conducir al agotamiento del cromo en la proximidad de estas líneas de contacto, y por lo tanto a la sensibilización del metal a la corrosión intergranular. La sensibilización puede ser encontrada en particular en las áreas afectadas por el calor (HAA), las cuales fueron calentadas a una temperatura muy elevada durante la soldadura. Por lo tanto el contenido de carbón tiene que ser bajo, es decir limitado al 0.03 % para obtener una resistencia satisfactoria a la corrosión intergranular así como no reduce la formabilidad. Además, el contenido de carbón debe satisfacer una relación con niobio, titanio y nitrógeno, como será explicado posteriormente.

El manganeso mejora la adherencia de la capa de óxido que protege al metal contra la corrosión, cuando su contenido sea mayor que 0.2 %. Sin embargo, más allá del 1 %, las características cinéticas de la oxidación en caliente llega a ser demasiado rápida y se desarrolla una capa de óxido menos compacta, formada con espinelas y con cromo. El contenido de manganeso por lo tanto debe estar contenido entre ambos de estos límites.

De manera semejante al cromo, el silicio es un elemento muy eficiente para incrementar la resistencia a la oxidación durante los ciclos térmicos. Para asegurar este papel, un contenido mínimo de 0.2 % es requerido. Sin embargo, para no reducir la capacidad de laminado en caliente y la capacidad de conformación en frío, el contenido de silicio debe ser limitado al 1 %.

El azufre y el fósforo son impurezas indeseables en cantidades significativas, puesto que las mismas reducen la ductibilidad y formabilidad en caliente. Además, el fósforo se segrega fácilmente en las líneas de contacto entre los granos y reduce su cohesión. Sobre esta base, los contenidos de azufre y de fósforo deben ser menores que o iguales al 0.01 % y 0.04 % respectivamente. Estos contenidos máximos son obtenidos por la selección cuidadosa de las materias primas y/o por tratamientos metalúrgicos llevados a cabo sobre el metal líquido durante la elaboración.

El cromo es un elemento esencial para la estabilización de una fase ferrítica y para incrementar la resistencia a la oxidación. Con relación a los otros elementos presentes en el acero de la invención, su contenido mínimo debe ser mayor que o igual al 15 % para obtener una estructura ferrítica a la totalidad de las temperaturas de uso y para obtener una buena resistencia a la oxidación. Sin embargo, su contenido máximo no debe exceder 22 %, de otra manera se incrementa excesivamente la resistencia mecánica a temperatura ambiente, lo cual reduce la capacidad de ser conformada, o promueve la fragilización por la separación de la ferrita alrededor de 475 °C.

El níquel es un elemento gammagénico que incrementa la ductilidad del acero. Para retener una estructura de una sola fase, ferrítica, bajo todas las circunstancias, su contenido debe ser menor que o igual al 0.5 %.

El olibdeno mejora la resistencia a la corrosión por picaduras, pero reduce la ductilidad y la capacidad de conformación. Por lo tanto este elemento no es obligatorio y el contenido está limitado al 2 %.

El cobre tiene un efecto de endurecimiento en caliente que puede ser favorable. Sin embargo presente en una cantidad excesiva, el mismo reduce la ductilidad durante el laminado en caliente y la soldabilidad. Sobre esta base, por lo tanto el contenido de cobre debe ser menor que o igual al 0.5 %.

El aluminio es un elemento importante de la invención. Realmente, ya sea de manera conjunta o no con los elementos de las tierras raras (REE), el mismo mejora la resistencia a la corrosión por la urea si la fórmula Al + 30 x REE 0.15 % es observada, y si la estabilización del metal se lograda además por el titanio o niobio. La sinergia entre los elementos Ti, Nb, Al y REE para la limitación de la difusión a las líneas de contacto entre los granos del nitrógeno por ejemplo de la descomposición de la urea, es demostrada por experimentos que serán descritos posteriormente.

Además el aluminio, ya sea asociado o no con los elementos de las tierras raras, mejora fuertemente la resistencia mecánica de las soldaduras de MIG/MAG (mejor resistencia del HAA). Sin embargo, esta mejora es observada solamente para los aceros inoxidables ferríticos que forman el cromo es decir que contienen menos de 1 % de aluminio. Por otra parte, un contenido de aluminio de más del 1 % fragiliza fuertemente la ferrita y reduce ampliamente las propiedades de conformación en frío. El contenido del mismo por lo tanto está limitado al 1 %. Un contenido de aluminio mínimo de 0.020 es indispensable para la invención (mientras que los REEs no son obligatorios) para permitir el control de la germinación y por lo tanto del tamaño del grano de TiN.

El niobio y el titanio también son elementos importantes de la invención. Usualmente, estos elementos pueden ser utilizados como elementos de estabilización en aceros inoxidables ferríticos. Realmente, el fenómeno de sensibilización con respecto a la corrosión intergranular por la formación de carburos de cromo, lo cual fue mencionado anteriormente, puede ser evitado por la adición de elementos que forman los carbonitruros altamente estables térmicamente.

En particular, el titanio y el nitrógeno se combinan conjuntamente aún antes de la solidificación del metal líquido para formar el TiN; y en el estado sólido alrededor de 1,100 °C, se forman carburos y carbonitruros de titanio. De esta manera, el carbón y el nitrógeno presentes en la solución sólida en el metal durante su uso son reducidos tanto como sea posible. Tal presencia a niveles demasiado elevados podría reducir la resistencia a la corrosión del metal y podría endurecerlo. Para obtener este efecto de una manera suficiente, un contenido de Ti mínimo de 0.16 % es requerido. Se debe señalar que usualmente, la precipitación del TiN en el metal líquido se considera por los fabricantes de acero como una desventaja porque puede conducir a la acumulación de estos precipitados sobre las paredes de las boquillas de los recipientes para el colado (el caldero de colada, el distribuidor de la colada continua) que ocasiona los riesgos de bloqueo de estas boquillas. Pero el TiN mejora la estructura que se desarrolla durante la solidificación por contribución para obtener una estructura equi-axiada en lugar de una estructura dendrítica, y que mejora por lo tanto la homogeneidad del tamaño del grano final. En el caso de la invención, se considera que las ventajas de esta precipitación compensan sus desventajas, las cuales pueden ser minimizadas por la selección de las condiciones de la colada reduciendo los riesgos de bloqueo de las boquillas .

El niobio se combina con el nitrógeno y el carbón en el estado sólido y estabiliza el metal, justo semejante al titanio. Por lo tanto el niobio se une al carbón y el nitrógeno de una manera estable. Pero el niobio también se combina con el hierro para formar en el intervalo de 550 °C - 950 °C compuestos intermetálico en las líneas de contacto entre los granos, es decir las fases de Laves de Fe2Nb, que mejora la resistencia a la deformación por fluencia en este intervalo de temperatura. Un contenido de niobio mínimo de 0.2 % es requerido para obtener esta propiedad. Las condiciones para obtener este mejora en la resistencia a la deformación por fluencia también están relacionadas fuertemente con el método de fabricación de la invención, en particular la temperatura de recocido y con un tamaño de grano promedio controlado y mantenido dentro de los límites desde 25 hasta 65 mm .

Finalmente, el experimento muestra que cuando sus contenidos de titanio y niobio, asociados con los contenidos de carbón y nitrógeno, observan la relación 1/ [Nb + (7/4) x Ti - 7 x (C + N)] 3, la corrosión por la urea entre 150 °C y 700 °C es reducida fuertemente. Esto es explicado por la garantía de tener una cantidad de Ti y Nb todavía libre en el metal proporcionando la posibilidad de contribuir a limitar la difusión del nitrógeno desde la descomposición de la urea en las líneas de contacto entre los granos. Sin embargo, esta sola condición no es suficiente, y la adición del aluminio o los elementos de las tierras raras bajo las condiciones mencionadas adicionalmente es requerida.

Sin embargo, las adiciones del niobio y titanio deben ser limitadas adicionalmente. Cuando al menos uno de contenidos de niobio y titanio es mayor que 1 % en peso, el endurecimiento obtenido es demasiado grande, el acero es menos fácilmente deformable y la recristalización después del laminado en frío es más difícil .

El zirconio podría tener un papel de estabilización cercano a aquel del titanio, pero no es utilizado deliberadamente en la invención. Su contenido es menor que 0.01 % y por lo tanto debe permanecer del orden de una impureza residual. Una adición de Zr podría ser costosa, y especialmente perjudicial, puesto que los carbonitruros de zirconio, a causa de su forma y tamaño grande, reducen fuertemente la resiliencia del metal.

El vanadio no es un estabilizador muy eficiente dentro del contexto de la invención, considerando la baja estabilidad de los carboni truros de vanadio a una temperatura elevada. Por otra parte, el mismo mejora la ductilidad de las soldaduras. Sin embargo, a temperaturas moderadas en una atmósfera que contiene nitrógeno, promueve la nitruración de la superficie del metal por difusión del nitrógeno. El contenido del mismo está limitado al 0.2 %, considerando la aplicación objetivo.

De manera semejante al carbón, el nitrógeno incrementa las características mecánicas. Sin embargo, el nitrógeno tiende a precipitarse en las líneas de contacto entre los granos en la forma de los nitruros, reduciendo así la resistencia a la corrosión. Para limitar los problemas de sensibilización a la corrosión intergranular, el contenido de nitrógeno debe ser menor que o igual al 0.03 %. Además, el contenido de nitrógeno debe observar la relación previa que conecta el Ti, Nb, C y N. Un nitrógeno mínimo de 0.009 %, sin embargo, es necesario para la invención, puesto que el mismo garantiza la presencia de los precipitados de TiN, y también una buena recristalización de la tira laminada en frío durante la operación de recocido final que permite que se obtenga un grano con un tamaño promedio de menos de 65 micrones. Un contenido entre 0.010 % y 0.020 %, por ejemplo 0.013 %, puede ser recomendado.

El cobalto es un elemento de endurecimiento en caliente pero el cual degrada la formabilidad. Para este propósito, su contenido debe ser limitado al 0.2 % en peso .

Para evitar problemas de forjado en caliente, el contenido de estaño debe ser menor que o igual al 0.05 %.

El grupo de los elementos de las tierras raras es un conjunto de elementos semejantes al cerio y lantano, nter alia y ya se sabe que mejoran la adherencia de las capas de óxido lo cual hace a los aceros resistentes a la corrosión. También se ha mostrado que los elementos de las tierras raras mejoran la resistencia a la corrosión intergranular por la urea entre 150 °C y 700 °C como en el caso del aluminio ya descrito, y por la observación de la relación Al + 30 x REE > 0.15 %. En sinergia con el aluminio y los estabilizadores, el REE contribuye a limitar la difusión del nitrógeno. Sin embargo, el contenido de elementos de las tierras raras no debe exceder 0.1 %. Más allá de este contenido, la elaboración del metal podría ser difícil a causa de las reacciones de los REEs con los refractarios que recubren la cuchara de colada. Estas reacciones podrían conducir a una formación notable de óxidos de REE que podrían degradar la limpieza de la inclusión del acero. Además, la eficiencia de las REEs es suficiente a los contenidos propuestos, y yendo más allá podría incrementar innecesariamente el costo de la elaboración a causa del alto costo de los REEs, y también del desgaste acelerado de los refractarios que esto podría provocar.

La hoja de acuerdo con la invención puede ser obtenida especialmente por el siguiente método: se elabora un acero que tiene la composición mencionada previamente; el mismo es procesado con el colado de un producto semi-terminado de este acero; el producto semi-terminado es llevado a una temperatura arriba de 1,000 °C y menor que 1,250 °C, preferentemente entre 1,180 y 1,200 °C, y el producto semi-terminado es laminado en caliente para obtener una hoja laminada en caliente con un espesor comprendido entre 2.5 y 6 mm; la hoja laminada en caliente es recocida en frío a una temperatura comprendida entre la temperatura ambiente y 300 °C, en una sola etapa o en varias etapas separadas por los recocidos intermedios, se debe señalar que, por el término del "etapa", se entiende aquí el laminado en frío incluyendo ya sea una sola pasada o una sucesión de varias pasadas (por ejemplo cinco pasadas) que no están separadas por cualquier recocido intermedio; por ejemplo, se puede contemplar una secuencia de laminado en frío, incluyendo una primera serie de cinco pasadas, y luego un recocido intermedio, y luego una segunda secuencia de cinco pasadas, típicamente (estos datos, los cuales son acostumbrados para los métodos convencionales para la fabricación de las hojas de acero inoxidable ferrítico, no están limitados por la definición de la invención), el recocido intermedio que separa las etapas son efectuados entre 950 y 1,100 °C durante 30 s hasta 6 min; el primer recocido de la hoja laminada en frío es efectuado a una temperatura comprendida entre 1,000 y 1,100 °C, preferentemente entre 1,050 °C y 1,090 °C y durante un período comprendido entre 10 segundos y 3 minutos, para obtener una estructura completamente recristalizada que tiene un tamaño de grano promedio comprendido entre 25 y 65 miti.

Alternativamente, es posible agregar una etapa de recocido entre el laminado en caliente y el laminado en frío. Este recocido se lleva a cabo a entre 1,000 y 1,100 °C durante un período desde 30 s hasta 6 min.

Una serie de experimentos que demuestran la ventaja de la invención serán descritos ahora. Se estudiaron los materiales fundidos en el laboratorio, los análisis químicos de los cuales son provistos en la Tabla lbllii dld d lbi T 1 Aátansseas coaasa :eaoraoro Las muestras de las coladas fueron transformadas de acuerdo con el siguiente método.

Por laminado en caliente, el metal, el cual está inicialmente en la forma de una preforma con un espesor de 20 mm, se lleva a una temperatura de 1,200 °C, y es laminado en caliente en 6 pasadas bajando hasta un espesor de 2.5 mm.

De acuerdo con una alternativa del método de acuerdo con la invención, un primer recocido de la tira laminada en caliente puede ser llevado a cabo entonces a 1,050 °C con el mantenimiento durante 1 min 30 s de la muestra a esta temperatura. Los ejemplos de acuerdo con la invención nos.1 a 11 y pocos ejemplos de referencia (nos.12 y 19) fueron tratados con y sin este primer recocido, y fue posible verificar esto en ambos casos que los mismos tuvieron propiedades finales muy semejantes. Llevando a cabo este primer recocido, es posible obtener una mejora ligera en la formabilidad, pero para lograr las metas típicas de la invención, las condiciones del recocido final son unas en las cuales son solo determinantes, en combinación con las otras características esenciales del método y por supuesto, la composición de acero. Los resultados mostrados en las tablas 2 y 3 corresponden a aquellos observados en las muestras que han sido sometidas al primer recocido de la alternativa que justo ha sido descrita.

Después del martilleo por impactos y decapado, el metal es laminado en frío a temperatura ambiente, es decir aproximadamente 20 °C en cinco pasadas, descendiendo hasta un espesor de 1 mm.

El metal es recocido a 1,050 °C manteniéndolo a esta temperatura durante 1 min 30 s y luego decapados.

Las muestras de metal de cada una de las coladas son sometidas al procedimiento de prueba A y luego son analizadas de acuerdo con el procedimiento de análisis B que será descrito.

El fenómeno de la corrosión por la urea es revelado por el siguiente procedimiento de prueba A.

La muestra es rociada con una mezcla que contiene 32.5 % de urea y 67.5 % de agua (velocidad de flujo: 0.17 ml/min) y simultáneamente padece un ciclo térmico entre 200 y 600 °C, con una señal del período triangular de 120 s como se ilustra en la figura 1 por la curva 1. La elevación en la temperatura desde 200 hasta 600 °C dura 40 s, y luego empieza el enfriamiento tan pronto como la temperatura de 600 °C es alcanzada y continua descendiendo hasta 200 °C durante 80 s.

De acuerdo con el procedimiento de análisis B, después de 300 h, se hace un corte de la muestra con una micro-sierra. El enchapado con cobre electrolítico de la muestra se lleva a cabo, antes del recubrimiento, en una solución de CuSO4 a 210 g/1 y H2SO4 a 30 ml/1, la densidad de la corriente impuesta es de 0.07 A/cm2 durante 5 minutos, y luego 0.14 A/cm2 durante 1 minuto. Este procedimiento se considera que es óptimo para obtener un buen enchapado con cobre. El grabado ácido electrolítico es logrado en una solución de ácido oxálico al 5 % durante 15 s a 20 °C. La densidad de la corriente expuesta es de 60 mA/cm2.

Este procedimiento B proporciona la posibilidad de revelar dos áreas corroídas por la urea, como se observa en el microscopio con una amplificación de x 1000.

Por esto se muestran dos ejemplos tratados: - la figura 2 muestra los primeros 0.150 mm a lo largo del espesor de la muestra que corresponde a la muestra de referencia No.28 de la Tabla 1; - la figura 3 muestra los primeros 0.150 mm a lo largo del espesor de la muestra que corresponde a la muestra de la invención No. 2 de la Tabla 1, una porción de la cual es agrandada adicionalmente.

Estas muestras son caracterizadas, como se observa en las figuras 2 y 3: - por la presencia en su superficie de un depósito de cobre 2, el cual por supuesto podría estar ausente de un producto industrial; - por un área homogénea 3 propuesta para que esté en contacto con la atmósfera y que consiste de una mezcla de óxidos y nitruros con un espesor máximo de 30 mm obtenido después de los procedimientos A y B, - por un área de corrosión intergranular 4 localizada bajo la capa previa 3 en el metal, y que contiene precipitados de nitruros de cromo, el espesor del área de corrosión intergranular es medida sobre la longitud total del corte (3 cm); se hace el promedio de los 15 valores máximos y proporciona el valor retenido como uno que es el espesor del área de corrosión intergranular de la muestra; esta última puede lograr 90 |im cuando el método de acuerdo con la invención no es utilizado, y es reducida hasta algunos mhti en el caso de la invención, como se podrá observar esto; la meta de la invención es lograr un espesor del área de corrosión intergranular de menos de 7 mm bajo las condiciones de prueba mencionadas, para asegurarse que no sea sometida a un daño redhibítorio de la superficie del metal debido a la fatiga o a la corrosión ácida por los condensados, durante su uso en un conducto de escape.

Debajo de esta área de corrosión intergranular, el metal 5 no es afectado.

La resistencia mecánica de las soldaduras fue evaluada por medio de una prueba de tracción a 300 °C. Dos muestras de un mismo material fundido son soldadas con el método de MIG/MAG con un alambre 430LNb bajo las siguientes condiciones: 98.5 % de argón, 1.5 % de oxígeno, voltaje: 26 V, velocidad del alambre: 10 m/min, intensidad: 250 A, velocidad de soldadura: 160 cm/min, energía: 2.5 kJ/cm (procedimiento de soldadura C). El resultado es estimado de un modo totalmente satisfactorio puesto que la relación entre la resistencia mecánica para el espécimen soldado y para el espécimen no soldado es cercano al 100 %.

Los resultados de las pruebas llevadas a cabo sobre varias muestras son mostrados en la tabla 2, lo cual también especifica si las muestras probadas observan tres de las condiciones analíticas particulares requeridas por la invención (en tal caso los valores están subrayados).

Tabla 2: Resultados de la prueba de corrosión intergranular por la urea y de la resistencia mecánica de las soldaduras a Esta tabla muestra que bajo iguales condiciones de tratamiento, la observación simultánea de las tres condiciones analíticas sobre el análisis planteado es requerida para garantizar el grabado con ácido intergranular sobre un espesor de menos de 7 mm: 1/[Nb + (7/4) x Ti - 7 x (C + N)] < 3; Al + 30 REE > 0.15 %; Nb > 0.2 %.

También se muestra que las soldaduras llevadas a cabo sobre los materiales fundidos de acuerdo con la invención tienen resistencias mecánicas altamente comparables con aquellas del metal base, es decir siempre mayor que 80 %. La resistencia mecánica de las soldaduras presentes en los componentes del conducto de escape, en particular cuando las mismas son obtenidas con el método de MIG/MAG, es mejorada por lo tanto por medio de la invención.

Además, un contenido de Nb mínimo del 0.2 % es una condición para mejorar la resistencia a la deformación por fluencia y limitan la deformación de las partes durante su uso a una temperatura elevada.

Para la totalidad de las muestras de acuerdo con la invención, las características de tracción mecánica son equivalentes a aquellas de 1.4509. En particular, se verificó que el alargamiento en la ruptura A sea realmente siempre mayor que 28 %.

Los experimentos adicionales llevados especialmente a cabo sobre las muestras del material fundido No. 2 los cuales observan las condiciones de la composición de acuerdo con la invención dieron la posibilidad de demostrar que la obtención de la estructura completamente cristalizada y el tamaño del grano como se prescribió es indispensable adicionalmente para satisfacer los requerimientos de la invención. Sus resultados son agrupados en la Tabla 3.

Tabla 3: Profundidad de la corrosión intergranular por la urea y resistencia mecánica de las soldaduras de acuerdo con el tamaño de grano promedio de una muestra Por lo tanto se ha observado, de acuerdo con la tabla 3 que el tamaño del grano obtenido sobre el producto después del recocido final es una característica fundamental para obtener simultáneamente todas las propiedades objetivo. Un tamaño de grano demasiado pequeño (5 mm en el ejemplo mencionado) conduce a corrosión intergranular por la urea que se extiende sobre una profundidad demasiado grande. Un tamaño del grano demasiado grande (200 mih en el ejemplo mencionado) proporciona la posibilidad de retener una sensibilidad suficientemente baja a la corrosión intergranular, pero entonces la resistencia mecánica de las soldaduras llegó a ser insatisfactoria.

También se debe especificar que durante la aplicación del método de acuerdo con la invención, es concebible, sin apartarse del alcance de la invención, practicar una o varios decapados de la hoja metálica, después que los tratamiento con calor y termomecánico se han llevado a cabo a una temperatura más o menos elevada (laminado en caliente, recocidos) si estos últimos han sido llevados a cabo en una atmósfera oxidante tal como el aire, y por lo tanto ha conducido a la formación de una capa indeseable de escorias en la superficie de la hoja metálica. Se observó que tales decapados han sido practicados durante la elaboración de los ejemplos anteriores. Esta formación de escorias puede ser limitada o evitada cuando el tratamiento con calor o termomecánico es llevado a cabo en una atmósfera neutral o reductora, como se sabe bien. Las propiedades para las cuales la hoja metálica de acuerdo con la invención es ventajosa particularmente no son afectadas si tales decapados ya sea se llevan a cabo o no.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (7)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Una hoja de acero inoxidable ferrítico, caracterizada porque tiene una composición, expresada en porcentajes en peso: cantidades de trazas C 0.03 %; 0.2 % < Mn £ 1 %; 0.2 % £ Si £ 1 %; cantidades de trazas £ S £ 0.01 %; cantidades de trazas £ P £ 0.04 %; 15 % £ Cr £ 22 %; cantidades de trazas £ Ni £ 0.5 %; cantidades de trazas £ Mo £ 2 %; cantidades de trazas £ Cu £ 0.5 %; 0.160 % Ti < 1 %; 0.02 % £ Al £ 1 %; 0.2 % < Nb £ 1 %; cantidades de trazas £ V £ 0.2 %; 0.009 % £ N £ 0.03 %; preferentemente entre 0.010 % y 0.020 %; cantidades de trazas £ Co £ 0.2 %; cantidades de trazas < Sn < 0.05 %; tierras raras (REE) < 0.1 %; cantidades de trazas < Zr < 0.01 %; el resto de la composición consiste de hierro y las impurezas inevitables que resultan de la elaboración; los contenidos de Al y de las tierras raras (REE) satisfacen la relación: Al + 30 x REE > 0.15 %; los contenidos de Nb, C, N y Ti en % satisfacen la relación: 1/[Nb + (7/4) x Ti - 7 x (C + N)] < 3, la hoja metálica tiene una estructura totalmente recristalizada y un tamaño de grano ferrítico promedio comprendido entre 25 y 65 mm.

2. Un método para la fabricación de una hoja de acero inoxidable ferrítico, caracterizado porque: - se elabora un acero que tiene la composición de conformidad con la reivindicación 1; el mismo es procesado con el colado de un producto semi-terminado de este acero; el producto semi-terminado es llevado a una temperatura arriba de 1,000 °C y menor que 1,250 °C, y el producto semi-terminado es laminado en caliente para obtener una hoja laminada en caliente con un espesor comprendido entre 2.5 y 6 miróla hoja laminada en caliente es laminada en frío a una temperatura comprendida entre la temperatura ambiente y 300 °C, en una sola etapa o en varias etapas separadas por recocidos intermedios, el recocido final de la hoja laminada en frío es efectuada a una temperatura comprendida entre 1,000 y 1,100 °C y durante un período comprendido entre 10 segundos y 3 minutos, para obtener una estructura completamente cristalizada con un tamaño de grano promedio comprendido entre 25 y 65 mm.

3. Un método para la fabricación de una hoja de acero inoxidable ferrítico, caracterizado porque: se elabora un acero que tiene la composición de conformidad con la reivindicación 1; el mismo es procesado con el colado de un producto semi-terminado de este acero; el producto semi-terminado es llevado a una temperatura arriba de 1,000 °C y menor que 1,250 °C, y el producto semi-terminado es laminado en caliente para obtener una hoja metálica laminada en caliente con un espesor comprendido entre 2.5 y 6 mm; la hoja laminada en frío es recocida a una temperatura comprendida entre 1,000 y 1,100 °C y durante un período comprendido entre 30 segundos y 6 minutos; la hoja laminada en caliente es laminada en frío a una temperatura de menos de 300 °C, en una sola etapa o en varias etapas separadas por recocidos intermedios; el recocido final de la hoja metálica laminada en frío es efectuado a una temperatura comprendida entre 1,000 y 1,100 °C y durante un período comprendido entre 10 segundos y 3 minutos, para obtener una estructura completamente recristalizada que tiene un tamaño de grano promedio comprendido entre 25 y 65 micrómetros.

4. El método de conformidad con las reivindicaciones 2 o 3, caracterizado porque la temperatura de laminado en caliente es desde 1,180 hasta 1,200 °C.

5. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque la temperatura de recocido final está comprendida entre 1,050 y 1,090 °C.

6. El uso una hoja de acero fabricada por el método de conformidad con una de las reivindicaciones 2 a 5, para la fabricación de partes que involucran la conformación y la soldadura y están propuestas para ser sometidas a una temperatura de uso periódica comprendida entre 150 °C y 700 °C y a la proyección de una mezcla de agua, urea y amoníaco o a una proyección de urea o del amoníaco.

7. El uso de conformidad con la reivindicación 6, en donde las partes son partes de los conductos de escape de los motores de combustión interna equipados con un sistema catalítico para la reducción de los óxidos de nitrógeno por la inyección de urea o amoníaco.