ES2301521T3 - Acero inoxidable ferritico y acero inoxidable martensitico que tienen ambos una excelente maquinabilidad. - Google Patents
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Abstract
Un acero inoxidable ferrítico con buena maquinabilidad, que tiene: una composición química que consiste en 0,001-0,1% en peso de C, Si hasta 1,0% en peso, Mn hasta 1,0% en peso, 15-30% en peso de Cr, Ni hasta 0,60% en peso, 0,5-6,0% en peso de Cu, uno o los dos de Sn e In en no menos de 0,005% en peso en total y el resto es Fe, excepto impurezas inevitables; y la estructura es tal que las partículas enriquecidas en Cu con una concentración de Sn y/o In de no menos de 10% en peso están dispersadas a una relación de 0,2% en volumen o más en una matriz ferrítica.
Description
Acero inoxidable ferrítico y acero inoxidable
martensítico que tienen ambos una excelente maquinabilidad.
La presente invención se refiere a aceros
inoxidables ferríticos con maquinabilidad mejorada mediante la
adición de Cu no tóxico.
La aplicación de acero inoxidable en diversos
campos industriales ha sido desarrollada en respuesta a un
considerable progreso de la industria de maquinarias de precisión y
también a un aumento de la de manda de instrumentos domésticos
eléctricos, mobiliario, etc. Con el fin de fabricar partes para
estos usos por medio de herramientas de máquinas automatizadas con
ahorro de trabajo, han sido descritas hasta ahora diversas
propuestas sobre la mejora de la maquinabilidad de los aceros
inoxidables. Por ejemplo, la maquinabilidad del acero inoxidable
ferrítico es mejorada mediante la adición de Se como se indica en el
documento SUS430F regulado bajo la norma JIS4303. La maquinabilidad
del acero inoxidable martensítico es mejorada mediante la adición de
Pb como se indica en los documentos SUS410F y SUS410F2, o mediante
la adición de Se como se indica en los documentos SUS416 y SUS420F,
cada uno de ellos regulados bajo la norma JIS4303.
Sin embargo, el aditivo S degrada
sustancialmente la capacidad de tratamiento en caliente, la
ductilidad y la resistencia a la corrosión y provoca también una
anisotropía de las propiedades mecánicas, aunque es eficaz para la
maquinabilidad. El acero ferrítico o martensítico, que contiene Pd
para la maquinabilidad, no es reciclable debido a la disolución
inevitable de Pb tóxico durante su uso. El acero inoxidable 5143FSe
regulado bajo la norma SAE (correspondiente al tipo 4304Se bajo la
norma AISI), que contiene Se para la maquinabilidad, provoca
realmente trastornos medioambientales debido a la toxicidad del
Se.
El documento
EP-A-0.779.374 describe un acero
inoxidable que contiene 0,4 a 5,0% en peso de Cu y que tiene una
estructura en la que una fase secundaria compuesta principalmente
por Cu es precipitada a la relación de 0,2% en volumen o más en la
matriz, y un método para elaborar este acero.
La presente invención se dirige a la provisión
de aceros inoxidables ferríticos con una maquinabilidad mejorada
sin influencias perjudiciales sobre la capacidad de tratamiento,
resistencia a la corrosión, propiedades mecánicas y
medioambientales, mediante la precipitación de partículas
enriquecidas en Cu en lugar de elementos convencionales.
La presente invención propone aceros inoxidables
ferríticos en los que las partículas enriquecidas en Cu están
dispersadas a una relación de 0,2% en volumen o más para mejorar la
maquinabilidad sin influencias perjudiciales sobre el medio
ambiente. Las partículas enriquecidas en Cu son una fase que
contienen Sn y/o In a una concentración de 10% en peso o más.
El acero inoxidable ferrítico tiene una
composición básica que consiste en 0,001-1% en peso
de C, Si hasta 1,0% en peso, Mn hasta 1,0% en peso,
15-30 en peso de Cr, Ni hasta 0,60% en peso,
0,5-6,0% en peso de Cu y el resto es Fe, excepto
las impurezas inevitables.
Con el fin de dispersar precipitados de
partículas enriquecidas en Cu con una concentración de Sn o In de
no menos de 10% en peso, el acero inoxidable es ajustado a una
composición que contiene 0,005% en peso o más de Sn o In. Los
aceros inoxidables ferríticos pueden contener una o más elementos
seleccionados entre 0,2-1,0% en peso de Nb,
0,002-1% en peso de Ti, 0-3% en peso
de Mo, 0-1% en peso de Zr, 0-1% en
peso de Al, 0-1% en peso de V,
0-0,05 % en peso de B y 0-0,005 en
peso de metales de tierras raras (REM).
Las partículas enriquecidas en Cu con una
concentración de Sn o In de no menos de 10% en peso son dispersadas
en precipitados en una matriz ferrítica mediante al menos un
tratamiento de envejecimiento con el tiempo, con lo que el acero
inoxidable ferrítico es mantenido una hora o más a
500-900ºC en una fase después de una etapa de la
laminación en caliente, antes de una etapa de conformación hasta un
producto final.
La Fig. 1 es una vista para explicar un ensayo
para la evaluación de la maquinabilidad.
El acero inoxidable convencional tiene escasas
propiedades de maquinabilidad en general y es considerado un
material representativo sin maquinabilidad. La escasa maquinabilidad
está provocada por la baja conductividad térmica, capacidad de
endurecimiento en tratamiento y adherencia. Los inventores ya han
descrito que la precipitación de partículas enriquecidas en Cu a
una relación apropiada mejora eficazmente la propiedad
anti-microbiana y la maquinabilidad de un acero
inoxidable austenítico sin influencias perjudiciales sobre el medio
ambiente, en el documento JP 2000-63996A. Los
inventores han investigado adicionalmente los efectos de partículas
enriquecidas en Cu y han comprobado que los efectos sobre la
maquinabilidad son también realizados sobre aceros inoxidables
ferríticos.
La maquinabilidad del acero inoxidable es
mejorada mediante precipitados finos de una fase enriquecida en Cu,
por ejemplo, \varepsilon-Cu, que lubrica entre un
material de acero y una herramienta de mecanización y mejora el
flujo térmico, uniformemente dispersado en una matriz de acero. El
efecto de una fase enriquecida en Cu sobre la maquinabilidad está
provocado probablemente por su acción lubricante y la conductividad
térmica para reducir la abrasión en una cara de barrido de la
herramienta de corte. La reducción de la abrasión conduce a una
disminución de la resistencia a la mecanización y también a una
prolongación de la vida de la herramienta.
El acero inoxidable ferrítico tiene una
estructura de B.C.C. (cúbica centrada en la estructura) mientras que
la fase enriquecida en Cu es F.C.C. (cúbica centrada en la cara).
La precipitación de la fase enriquecida en Cu en la matriz B.C.C,
lleva a cabo un efecto mayor sobre la mejora de la maquinabilidad,
en comparación con la precipitación de la fase enriquecida en Cu en
un acero inoxidable austenítico que tiene la misma estructura
cristalina F.C.C.
El efecto de las partículas enriquecidas en Cu
sobre un acero inoxidable ferrítico diferente de un acero inoxidable
austenítico puede ser explicado como sigue: en el caso en que los
precipitados enriquecidos en Cu (F.C.C.) son dispersados en una
matriz ferrítica de B.C.C., la correspondencia cristalográfica es
desordenada hasta un estado capaz de una acumulación de tensiones
pesadas mediante la dispersión de precipitados enriquecidos en Cu.
Además de ello, un C anterior de austenita es suministrado desde una
matriz de acero (B.C.C.) a una fase enriquecida en Cu (F.C.C.)
dando lugar a la condensación de C en la fase enriquecida en Cu y a
la fragilización de la fase fragilizada en Cu. Las partículas
enriquecidas en Cu quebradizas, que actúan como puntos de partida
para la destrucción con una acumulación densa de dislocaciones,
están presentes como residuos en la matriz ferrítica, con el fin de
facilitar la maquinabilidad, es decir, un tipo de fractura.
En la composición de acero que contiene 0,005%
en peso o más de Sn y/o In, el Sn y/o In son condensados a una
relación de 10% en peso o más en partículas enriquecidas en Cu y
convertida en una aleación de Cu-Sn o
Cu-In de bajo punto de fusión. En breve, las
partículas enriquecidas en Cu de bajo punto de fusión son
dispersadas como un residuo con una gran acumulación de
dislocaciones, con el fin de favorecer la lubricación entre un
material de acero y una herramienta de mecanización, dando lugar a
una prolongación considerable de la vida de la herramienta.
La precipitación de la fase enriquecida en Cu se
realiza mediante tratamiento isotérmico como envejecimiento en un
intervalo apropiado de temperaturas o enfriando gradualmente el
material de acero durante un periodo lo más largo posible en una
zona de temperaturas, para la precipitación en una etapa de caída de
temperaturas después de un tratamiento con calor. Los inventores
han confirmado a partir de una gran cantidad de resultados de
investigaciones sobre la precipitación de la fase enriquecida en Cu
que el tratamiento de envejecimiento a 500-900ºC
después de un recocido final acelera la precipitación de la fase
enriquecida en Cu con condensación de Sn y/o In no menor que 10% en
peso. La precipitación de la fase enriquecida en Cu confiere también
una propiedad anti-microbiana al acero inoxidable
ferrítico.
La precipitación de la fase enriquecida en Cu
puede ser acelerada mediante la adición de al menos un carbonitruro
o un elemento formador de precipitados como Nd, Ti o Mo. Los
carbonitruros de estos elementos sirven como sitio de precipitación
para dispersar uniformemente partículas enriquecida en Cu en la
matriz ferrítica con una buena productividad.
Cada componente de la aleación es añadido al
acero inoxidable a una relación controlada, como sigue:
\vskip1.000000\baselineskip
0,001-0,1% en peso de C para un
acero inoxidable ferrítico.
El C es condensado en la fase enriquecida en Cu
para la fragilización de la fase enriquecida en Cu, y es
parcialmente convertido en carburo de cromo, que actúa como sitio
de precipitación para la fase enriquecida en Cu con el fin de
distribuir partículas finas enriquecidas en Cu en una matriz de
acero. El efecto es normalmente apreciado a un contenido de 0,001%
en peso o más en el acero inoxidable ferrítico.
Sin embargo, el C en exceso degrada la
productividad y la resistencia a la corrosión del acero, de forma
que un límite superior del contenido de C es determinado a 0,1% en
peso para el acero inoxidable ferrítico.
\vskip1.000000\baselineskip
Si hasta 1,0% en peso
El Si es un elemento para mejora la resistencia
a la corrosión y la propiedad anti-microbiana. Sin
embargo, un contenido en exceso de Si por encima de 1,0% en peso
degrada la productividad del acero.
\vskip1.000000\baselineskip
Mn hasta 1,0% en peso
El Mn es un elemento para la mejora de la
productividad y estabiliza el S perjudicial en forma de MnS en una
matriz de acero. El compuesto intermetálico Mn mejora la
maquinabilidad del acero y sirve también como un sitio para la
precipitación de partículas finas enriquecidas en Cu. Sin embargo,
un Mn en exceso por encima de 1,0% en peso degrada la resistencia a
la corrosión del acero.
\vskip1.000000\baselineskip
S hasta 0,3% en peso
Aunque el S es un elemento que es convertido en
MnS eficaz sobre la maquinabilidad, la capacidad de trabajo en
caliente y la ductilidad de un acero inoxidable se degradan a medida
que aumenta el contenido de S. En este sentido, un límite superior
dele contenido de S se determina en 0,3% en peso.
\vskip1.000000\baselineskip
10-30% peso de Cr para un acero
inoxidable ferrítico
El Cr es un elemento esencial para la
resistencia a la corrosión de un acero inoxidable. La adición de Cr
a una relación de más de 10% en peso es necesaria para asegurar la
resistencia a la corrosión. Sin embargo, un Cr en exceso por encima
de 30% en peso degrada la productividad y la capacidad de trabajo de
un acero inoxidable ferrítico.
\vskip1.000000\baselineskip
Ni hasta 0,60% en peso
El Ni es una impureza inevitable incluida a
partir de las materias primas, en un procedimiento convencional
para elaborar aceros inoxidables ferríticos o martensíticos. Un
límite superior del contenido de Ni se determina a un nivel de
0,60% en peso.
\vskip1.000000\baselineskip
0,5-6,0% en peso de Cu
El Cu es un elemento importante en el acero
inoxidable de la invención. La precipitación de partículas
enriquecidas en Cu en una matriz de acero a una relación de 0,2% en
volumen o más es necesaria para la realización de una buena
maquinabilidad. En este sentido, el contenido de Cu se determina en
0,5% en peso o más con el fin de precipitar partículas enriquecidas
en Cu a una relación de no menos de 0,2% en volumen en el acero
inoxidable ferrítico que tiene la composición especificada. Sin
embargo, Cu en exceso por encima de 6,0% en peso degrada la
productividad, la capacidad de trabajo y la resistencia a la
corrosión de los aceros inoxidables. No hay restricciones sobre el
tamaño de las partículas enriquecidas en Cu precipitadas en la
matriz ferrítica o martensítica, pero es preferible dispersar
uniformemente las partículas enriquecidas en Cu en toda la matriz.
La dispersión uniforme de partículas enriquecidas en Cu mejora la
maquinabilidad de los aceros inoxidables hasta un nivel altamente
estable y también dota a los aceros inoxidables de una propiedad
anti-microbiana.
\vskip1.000000\baselineskip
0,005% en peso o más de Sn y/o In
El Sn y/o In son elementos aleantes necesarios
para la precipitación de partículas enriquecidas en Cu, en las que
se condensan Sn y/o In. La temperatura decisión de la fase
enriquecida en Cu cae cuando la condensación de Sn y/o In está a
una relación de no menos de 10% en peso, dando lugar a una mejora
considerable de la maquinabilidad. La relación de Sn y/o In en el
acero inoxidable se controla hasta 0,005% en peso o más para una
caída de la temperatura de fusión de la fase enriquecida en Cu.
Cuando son añadidos Sn e In al acero, la relación total de Sn e In
se determina en 0,0005% en peso o más. Sin embargo, la adición
excesiva de Sn y/o In disminuye la temperatura de fusión de la fase
enriquecida de en Cu en gran medida, de forma que la capacidad de
trabajo en caliente de acero empeora enormemente debido a la
fragilización de la fase líquida. En este sentido, un límite
superior de contenido de Sn y/o In se determina preferentemente en
0,5% en peso.
\vskip1.000000\baselineskip
0,02-1% en peso de Nb
El Nb es un elemento opcional. Entre los
diversos precipitados el Nb precipita en el sitio más eficaz para
la precipitación de partículas enriquecidas en Cu. La estructura
metalúrgica, en la que están uniformemente dispersados precipitados
finos como carburo, nitruro y carbonitruro de niobio, es adecuada
para la precipitación uniforme de partículas enriquecidas en Cu.
Sin embrago, Nb en exceso degrada la productividad y la capacidad
de tratamiento el acero inoxidable. En este sentido, el Nb es
añadido preferentemente a una relación en un intervalo de
0,02-1% en
peso.
peso.
\vskip1.000000\baselineskip
0,02-1% en peso de Ti
El Ti es también un elemento opcional para la
generación de carbonitrilo de titanio, que sirve como un sitio para
la precipitación de partículas enriquecidas en Cu, de la misma
manera de que el Nb. Sin embargo, Ti en exceso degrada la
productividad y la capacidad de tratamiento y provoca también la
aparición de rallados en una superficie de un acero inoxidable. Por
lo tanto, el Ti es añadido preferido preferentemente a una relación
en un intervalo de 0,02-1% en peso si es
necesario.
\vskip1.000000\baselineskip
0-3% en peso de Mo
El Mo es un elemento opcional para la
resistencia a la corrosión. El Mo es parcialmente precipitado como
compuestos intermetálicos como Fe_{2}Mo, que sirve como sitios
para la precipitación de partículas finas enriquecidas en Cu. Si
embargo, un Mo en exceso por encima de 3% en peso degrada la
productividad y la capacidad de tratamiento del acero
inoxidable.
\vskip1.000000\baselineskip
0-1% en peso de Zr
El Zr es un elemento opcional, que precipita
como carbonitruro eficaz para la precipitación de partículas
enriquecidas en Cu. Sin embargo, un Zr en exceso por encima de 1% en
peso degrada la productividad y la capacidad de tratamiento del
acero inoxidable.
\vskip1.000000\baselineskip
0-1% en peso de Al
El Al es un elemento opcional para la mejora de
la resistencia a la corrosión, de la misma manera que el Mo, y es
parcialmente precipitado como compuestos que sirven como sitios para
la precipitación de partículas enriquecida en Cu. Sin embrago, un
Al en exceso por encima de 1% en peso degrada la productividad y la
capacidad de tratamiento del acero inoxidable.
\vskip1.000000\baselineskip
0-1% en peso de V
El V es un elemento opcional y parcialmente
precipitado en forma de carbonitruro que sirve como un sitio para
la precipitación de partículas finas enriquecidas en Cu, de la misma
manera que el Zr. Sin embrago, un V en exceso por encima de 1% en
peso degrada la productividad y la capacidad de tratamiento del
acero inoxidable.
\vskip1.000000\baselineskip
0-0,05% en peso de B
El B es un elemento opcional para la mejora de
la capacidad de tratamiento en caliente y dispersado como partículas
finas en una matriz de acero. Los precipitados de boro sirven
también como sitios para la precipitación de partículas enriquecida
en Cu. Sin embrago, el B en exceso provoca una degradación de la
capacidad de tratamiento en caliente, por lo que un límite superior
de contenido de B se determina en 0,05% en peso.
\vskip1.000000\baselineskip
0-0,05% en peso de metales de
tierras raras (REM)
Las REM son un elemento opcional también. La
capacidad de tratamiento en caliente del acero inoxidable es
mejorada mediante la adición de REM a una relación apropiada de la
misma manera que el B. Los REM son dispersados también como
precipitados finos que sirven como sitios para la precipitación de
partículas enriquecidas en Cu. Sin embrago, las REM en exceso por
encima de 0,05% en peso degradan la capacidad de tratamiento en
caliente del acero inoxidable.
\vskip1.000000\baselineskip
Tratamiento en caliente a
500-900ºC
Un acero inoxidable es ventajosamente envejecido
a 500-900ºC con el fin de precipitar partículas
enriquecidas en Cu eficaces para la maquinabilidad. Como la
temperatura de envejecimiento es inferior, se reduce la solubilidad
de Cu en una matriz de acero, dando lugar a un aumento de partículas
enriquecidas en Cu. Sin embrago, una relación de partículas
enriquecidas en Cu precipitadas en la matriz de acero es bastante
reducida a una temperatura de envejecimiento demasiado inferior
debido a la baja velocidad de difusión. Los inventores han
confirmado a partir de diversos experimentos que un intervalo de
temperaturas apropiados para el tratamiento de envejecimiento es
500-900ºC para la precipitación de partículas
enriquecidas en Cu a una relación de no menos de 0,2% en volumen,
adecuada para la mejora de la maquinabilidad. El tratamiento de
envejecimiento se puede realizar en cualquier fase después de una
etapa de laminación, antes de una etapa final para conformar una
forma del producto, pero se debe continuar una hora o más a la
temperatura especificada.
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Las demás características de la presente
invención se comprenderán más claramente a partir de los siguientes
ejemplos.
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(Ejemplo de
Referencia)
Diversos aceros inoxidables ferríticos con las
composiciones químicas mostradas en Tabla 1 fueron fundidos en un
horno de fusión a vacío de 30 kg, extendidas en planchas y forjadas
en varillas de acero de 50 mm de diámetro. Cada varilla de acero
fue recocida 30 minutos a 1000ºC y envejecida a una temperatura que
se hizo variar en un intervalo de 490-950ºC.
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Una pieza de ensayo tomada de muestra de cada
varilla de acero fue sometida a un ensayo de maquinabilidad
regulado bajo la norma JIS B-4011 titulado "un
método de ensayo de la maquinabilidad con una viruta de aleación
dura". En el ensayo de la maquinabilidad, la abrasión de la
viruta fue evaluada en el desgaste del flanco (V_{B} = 0,3 mm)
bajo condiciones de una velocidad de alimentación de 0,05 mm/pasada,
una profundidad del corte de 0,3 mm/pasada y una longitud del corte
de 200 mm.
Otra pieza de ensayo tomada como muestra de la
misma varilla de acero fue observada mediante un microscopio
electrónico de transmisión (TE1V1) y las partículas enriquecidas en
Cu dispersadas en una matriz de ferrita fueron cuantitativamente
analizadas mediante un dispositivo de tratamiento de imágenes para
calcular una relación (% en volumen) de las partículas enriquecidas
Cu. Además de ello, se midió la concentración de C en las partículas
enriquecida en Cu mediante un análisis de rayos X de la energía
dispersada (EDX).
Un período de desgaste de cada una de las piezas
del ensayo, que fueron tomadas como muestras de los aceros
A-1 a P-1 envejecidos 9 horas a
800ºC, fue comparado con un periodo de desgaste V_{B} de acero
D-1 como un valor de referencia. La maquinabilidad
de cada pieza del ensayo fue evaluada en comparación con el acero
E-1, que había sido considerado hasta ahora como un
material con buena maquinabilidad. El símbolo \odot significa una
maquinabilidad mejor que el acero E-1, el símbolo
\circ significa una maquinabilidad similar al acero
E-1 y el símbolo \times significa una
maquinabilidad más escasa que la del acero E-1. Los
resultados de la maquinabilidad se muestran el Tabla 2.
Cualquiera de los aceros del ensayo
A-1, B-1, C-1,
F-1, G-1, I-1, y
K-1 que contenían no menos de 0,5% en peso de Cu y
tenían las estructura de las partículas enriquecidas con Cu con una
concentración de C de no menos de 0,1% en peso, fueron dispersados
en una matriz de ferrita a una relación de 0,2% en volumen o más
mediante un tratamiento de envejecimiento, y tenían una excelente
maquinabilidad.
Por otra parte los aceros A-2,
B-2, C-2, y F-2 que
no fueron sometidos a tratamiento de envejecimiento, tenían
partículas enriquecidas en Cu dispersadas a una relación
insuficiente menor que 0,2% en volumen inpedientemente de un
contenido de Cu de más de 0,5% en peso, dando lugar a una
maquinabilidad escasa. El acero J-2 tenía una
escasa maquinabilidad debido al acortamiento de Cu para la
dispersión de partículas enriquecidas en Cu a una relación de 0,2%
en volumen o más, incluso después de un tratamiento de
envejecimiento. El acero P-1 no exhibió una buena
maquinabilidad debido a la escasa fragilidad de las partículas
enriquecidas con Cu, ya que la concentración de C en la partículas
enriquecidas con Cu era de menos de 0,01% en peso, aunque contenían
Cu en más de 0,5% en peso y tenían partículas enriquecidas en Cu
dispersada a una relación de más de 0,2% en volumen.
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(Ejemplo de
referencia)
Las piezas del ensayo fueron tomadas de muestras
del acero A de la Tabla 1 bajo las mismas condiciones que en el
Ejemplo 1. Las piezas del ensayo fueron sometidas individualmente a
un tratamiento de envejecimiento bajo condiciones variadas en
intervalos de 450-950ºC y 0,5-12
horas. La maquinabilidad de cada pieza de ensayo envejecida se
evaluó de la misma forma que en el Ejemplo 1.
Debe entenderse a partir de los resultados
mostrados en la Tabla 3 que cualquiera de las piezas
A-4 y A-6 a A-10,
que fueron envejecidas una hora o más a 500-900ºC,
tenían partículas enriquecidas en Cu con una concentración de C de
0,1% en peso o más dispersadas en una matriz de ferrita a una
relación de 0,2% en volumen o más, dando lugar a una buena
maquinabilidad.
Por otra parte, el acero A-5,
que había sido envejecido a una temperatura en un intervalo de
500-900ºC pero durante un periodo más corto que 1
hora, tenía una escasa maquinabilidad debido a la estructura de las
partículas enriquecidas con Cu con una concentración de C de no
menos de 0,1% en peso que estaban insuficientemente dispersadas a
una relación de menos de 0,2% en volumen. La relación de
precipitación de partículas enriquecidas en Cu era también de menos
de 0,2% en volumen a una temperatura de envejecimiento inferior a
500ºC o superior a 900ºC.
Los resultados demuestran que los factores para
la mejora de la maquinabilidad son un contenido de Cu de 0,5% en
peso o más en un acero ferrítico y partículas enriquecidas en Cu con
una concentración de C de no menos de 0,1% en peso dispersadas a
una relación de 0,2% en volumen o más en una matriz de ferrita y que
la relación de precipitación apropiada de partículas enriquecidas
en Cu se realiza mediante un envejecimiento del acero inoxidable a
500-900ºC durante 1 hora o más.
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Varios aceros inoxidables férricos con las
composiciones químicas mostradas en la Tabla 10 fueron fundidos en
un horno de fusión a vacío de 30 kg, extendidas en planchas,
calentados 1 hora a 1230ºC, laminados hasta un grosor de 4 mm,
envejecidos a diversas temperaturas y seguidamente decapados.
Cada acero inoxidable fue sometido al mismo
ensayo de maquinabilidad que en el ejemplo 5 con una máquina
trituradora horizontal. La maquinabilidad de cada pieza del ensayo
fue evaluada mediante un período de tratamiento de la máquina hasta
que las virutas fueron desgastadas en 0,1 mm.
Otra pieza de ensayo tomada como muestra de la
misma lámina de acero fue observada por TEM, y las partículas
enriquecidas en Cu dispersadas en una matriz de acero fueron
cuantitativamente analizadas mediante un dispositivo de tratamiento
de imágenes para calcular una relación (% en volumen) de las
partículas enriquecidas en Cu. Además de ello, La concentración de
Sn o In en las partículas enriquecidas en Cu fue medida mediante
EDX.
Los aceros FA y FN no son según la presente
invención.
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La maquinabilidad de cada pieza del ensayo, que
fueron tomadas como muestras de los aceros FA-1 a
FT-1, fueron envejecidas 9 horas a 820ºC, y se
comparó con la maquinabilidad del acero FN-1, que
había sido considerado hasta ahora un material de buena
maquinabilidad. El símbolo \odot significa una maquinabilidad
mejor que acero FN-1, el símbolo \circ significa
una maquinabilidad similar al acero FN-1 y el
símbolo \times significa una maquinabilidad inferior al acero
FN-1. Los resultados de la maquinabilidad se
muestran en la Tabla 11.
Cualquiera de los aceros FB-1,
FC-1, FF-1, FG-1,
FH-1, FI-1, FJ-1,
FK-1, FL-1 y FM-1,
que contenían Cu en no menos de 0,5% en peso y Sn (o In en el acero
FK-1) en no menos de 0,005% en peso y tenían la
estructura de partículas enriquecidas en Cu con una concentración
de Sn o In de no menos de 10% en peso dispersados en una matriz de
acero a una relación de 0,2% en volumen o más mediante un
tratamiento de envejecimiento, tenía una excelente
maquinabilidad.
Por otra parte, los aceros FB-2,
FC-2, FG-2, FH-2,
FI-2, FJ-2, FK-2 y
FM-2, que no fueron sometidos a un tratamiento de
envejecimiento, tenían partículas enriquecidas en Cu dispersadas a
una relación insuficiente menor que 0,2% en volumen independiente
de un contenido de Cu de más de 0,5% en peso, dando lugar a una
escasa maquinabilidad. Los aceros FE-1 y -2 tenían
una escasa maquinabilidad debido a un acortamiento de Cu para la
dispersión de partículas enriquecidas en Cu a una relación de 0,2%
en volumen o más, después de un tratamiento de envejecimiento. El
acero FA-1 tenía una maquinabilidad inferior debido
a un acortamiento de Sn para una concentración de Sn de no menos de
10% en peso en articulas enriquecidas en Cu. El acero
FD-1, que contenía Sn en más de 0,15% en peso, por
el contrario, tenía una capacidad de tratamiento en caliente
demasiado escasa para preparar una pieza de ensayo para una
evaluación.
\newpage
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
\cr}
\newpage
Las piezas el ensayo fueron tomadas de muestras
de acero FC en la Tabla 10 bajo las mismas condiciones que en el
Ejemplo 7. Las piezas del ensayo fueron sometidas individualmente a
un tratamiento de envejecimiento bajo condiciones variadas en
intervalos de 450-950ºC y 0,5-11
horas. La maquinabilidad de cada pieza del ensayo envejecida fue
evaluada de la misma forma que en el Ejemplo 7.
Debe entenderse a partir de los resultados
mostrados en la Tabla 12 que cualquiera de las piezas del ensayo
FC-4 y FC-6 a FC-10,
que fueron envejecidas una hora o más a 500-900ºC,
tenían partículas enriquecidas en Cu con una concentración de Sn de
10% en peso o más dispersadas en una matriz de acero a una relación
de 0,2% volumen o más, dando lugar a una buena maquinabilidad.
Por otra parte, el acero FC-5,
que fue envejecido a una temperatura en un intervalo de
500-900ºC pero durante un período más corto que una
hora, tenía una escasa maquinabilidad debido a la estructura de las
partículas enriquecidas en Cu con una concentración de Sn de no
menos de 10% en peso que estaban insuficientemente dispersadas a
una relación de menos 0,2% en volumen. La relación de precipitación
de partículas enriquecidas en Cu era también de menos de 0,2% en
volumen a una temperatura de envejecimiento inferior a 500ºC o
superior a 900ºC.
Los resultados demuestran que los factores
importantes para la mejora de la maquinabilidad son un contenido de
Cu de no menos de 0,5% en peso en una matriz de ferrita y una
relación de partículas enriquecidas en Cu con una concentración de
Sn o In de 10% en peso o más dispersadas a una relación de 0,2% en
volumen o más en una matriz de acero, y que la relación de
precipitación apropiada de partículas enriquecidas en Cu se realiza
mediante envejecimiento del acero inoxidable a
500-900ºC durante 1 hora o más.
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\newpage
Los aceros inoxidables ferríticos propuestos por
la presente invención como los anteriormente mencionados tienen una
buena maquinabilidad, debido a las composiciones químicas que
contienen 0,5% en peso o más de Cu, 0,001% en peso o más de C y uno
o los dos de Sn e In en no menos de 0,005% en peso en total, así
como la estructura de las partículas enriquecidas en Cu con una
concentración de Sn o In de no menos de 10% en peso que están
dispersadas a una relación de 0,2% en volumen en una matriz
ferrítica. No hay efectos perjudiciales sobre el medio ambiente, ya
que los aceros inoxidables no contienen elementos como S, Pb, Bi o
Se para la mejora de la maquinabilidad. Los aceros inoxidables son
mecanizados para conformaciones objetivas y son usados como
miembros para utensilios eléctricos domésticos, artículos de
mobiliario, instalaciones de cocinas, máquinas, aparatos y otras
instalaciones en diversos campos.
Claims (3)
1. Un acero inoxidable ferrítico con buena
maquinabilidad, que tiene:
una composición química que consiste en
0,001-0,1% en peso de C, Si hasta 1,0% en peso, Mn
hasta 1,0% en peso, 15-30% en peso de Cr, Ni hasta
0,60% en peso, 0,5-6,0% en peso de Cu, uno o los dos
de Sn e In en no menos de 0,005% en peso en total y el resto es Fe,
excepto impurezas inevitables; y
la estructura es tal que las partículas
enriquecidas en Cu con una concentración de Sn y/o In de no menos
de 10% en peso están dispersadas a una relación de 0,2% en volumen o
más en una matriz ferrítica.
2. El acero inoxidable ferrítico definido por la
reivindicación 1, en el que la composición contiene adicionalmente
al menos uno o más de 0,2-1,0% en peso de Nb,
0,02-1% en peso de Ti, 0-3% en peso
Mo, 0-1% en peso de Zr, 0-1% en
peso de Al, 0-1% en peso de V,
0-0,005% en peso de B y 0-0,05% de
en peso de metales de tierras raras (REM).
3. Un método para elaborar una lámina de acero
inoxidable ferrítico con una buena maquinabilidad, comprende las
etapas de:
proporcionar un acero inoxidable que consiste en
0,001-0,5% en peso de C, Si hasta 1,0% en peso, Mn
hasta 1,0% en peso, 10-30% en peso de Cr, Ni hasta
0,60% en peso, 0,5-6,0% en peso de Cu, uno o dos de
Sn e In en no menos de 0,005% en peso en total y el resto es Fe,
excepto las impurezas inevitables; y
envejecer dicho acero inoxidable ferrítico a una
temperatura en un intervalo de 500-900ºC durante una
hora o más, una o más veces en cualquier fase después de una etapa
de laminación en caliente, hasta una etapa de formación de un
producto final,
en el que las partículas enriquecidas en Cu con
una concentración de Sn y/o In de no menos de 10% en peso fueron
dispersadas en una matriz ferrítica mediante dicho
envejecimiento.
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