ES2320224T3 - Composicion de acero inoxidable austenitico y su uso para la fabricacion de piezas de estructura de medios de transporte terrestre y de contenedores. - Google Patents
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Abstract
Composición de acero inoxidable austenítico que comprende, en % en peso: C <= 0,03% 14% <= Cr<= 17% 8%<= Ni <= 9,5% 2,0% <= Mo <= 3,5% Mn <= 2,0% Si <= 1,0% N <= 0,20% Cu <= 1,0% Ti <= 0,01% Co <= 0,5% Sn <= 0,4% P <= 0,045% S <= 0,030% estando constituido el resto por hierro e impurezas inevitables resultantes de la elaboración, y el valor del índice de estabilidad de la austenita Md30, definido por la fórmula Md30 = 497 - 462(%C + %N)- 9, 2x%Si - 8, 1x%Mn- 13, 7x%Cr - 20x%Ni- 18, 5x%Mo está comprendido entre 0 y 60ºC.
Description
Composición de acero inoxidable austenítico y su
uso para la fabricación de piezas de estructura de medios de
transporte terrestres y de contenedores.
\global\parskip0.900000\baselineskip
La presente invención se refiere a una
composición de acero mejorada que puede utilizarse particularmente
para la fabricación de piezas de estructura de medios de transporte
terrestres, así como para la fabricación de contenedores para
cualquier clase de industrias, tales como por ejemplo la industria
química o la industria agroalimentaria.
De manera más general, esta nueva composición
puede utilizarse ventajosamente para todas las aplicaciones que
necesiten un importante potencial de absorción de energía, en
particular en caso de accidentes, así como una buena resistencia a
la corrosión por picaduras y a la corrosión generalizada.
El problema de la reducción del peso es una
preocupación constante para los fabricantes de medios de transporte
en general, y en particular para los fabricantes y los usuarios de
tanques de transporte. Debido a limitaciones de peso impuestas para
los camiones, por ejemplo, los fabricantes de estos camiones buscan
constantemente soluciones técnicas que les permitan disminuir el
peso de la estructura, al tiempo que se aumente el volumen de
productos transportados y se disminuye la cantidad de acero
necesaria para la fabricación de un tanque, reduciéndose el espesor
de las láminas de acero utilizadas.
Por otro lado, no resulta concebible disminuir
la seguridad de estos camiones, y sólo puede admitirse una
reducción del espesor de las láminas de acero si este acero presenta
un potencial de absorción de energía mejorado. Este potencial de
absorción de energía, también denominado resistencia al impacto,
puede evaluarse por el valor del producto Rm x A, en el que Rm
representa la resistencia a la tracción del acero en MPa, y A
representa el alargamiento del acero en %. Su mejora depende por
tanto de estos dos factores y de su evolución.
Además, no puede considerarse una degradación
del comportamiento a la corrosión del acero, en particular para
aplicaciones en los campos de la química o de la agroalimentaria en
los que el almacenamiento y el transporte de líquidos ácidos,
incluso corrosivos, es frecuente.
Las clases de acero existentes en el mercado no
permiten satisfacer a la vez las exigencias de resistencia al
impacto mejorada y de buena resistencia frente a la corrosión. Por
tanto, las clases de tipo 301, 301LN, 304 ó 305 no presentan buenas
características de comportamiento a la corrosión, mientras que las
clases de acero dúplex 316 no tienen una resistencia al impacto
satisfactoria.
Además, en la técnica anterior se conoce: la
clase 316S42 o algunas modificaciones del acero 316 tales como en
los documentos JP-05050288 o
US-A-5512238. Otras clases similares
se divulgan en los documentos: JP0609382, US5494537, EP1156125A2 o
EP0735154A1.
Teniendo en cuenta estos elementos, la presente
invención tiene por objeto poner a disposición una composición de
acero mejorada, que presenta buenas características de resistencia
frente a la corrosión por picaduras y frente a la corrosión
generalizada, así como un potencial de absorción de energía más
importante que el de las clases de acero de la técnica
anterior.
Un primer objeto de la invención está
constituido por una composición de acero inoxidable austenítico
según el objeto de la reivindicación 1.
La composición de acero según la invención
permite obtener un acero inoxidable de estructura austenítica, pero
cuya austenita es lo suficientemente inestable a temperatura
ambiente (valor de Md), y que presenta una resistencia a la
corrosión del mismo nivel que la de la clase 316L en particular en
cuanto a la corrosión por picaduras, y una buena aptitud a la
puesta en práctica mediante el control del contenido en ferrita
delta. La composición de acero comprende menos del 9,5% de
níquel.
La composición de acero presenta un valor de
índice de estabilidad de la austenita Md30, definido por la
fórmula:
Md30 = 497 -
462(%C+%N) - 9,2x%Si - 8,1x%Mn - 13,7x%Cr - 20x%Ni -
18,5x%Mo
comprendido entre 0 y 60ºC, y de
manera más particularmente preferida comprendido entre 0 y
30ºC.
La composición de acero según la invención puede
presentar igualmente las siguientes características complementarias,
tomadas aisladamente o en combinación:
- -
- la composición de acero comprende menos del 16,0% de cromo
- -
- la composición de acero presenta un contenido en ferrita delta inferior o igual al 7%,
- -
- la composición de acero presenta un valor del producto Rm x A, en el que Rm es la resistencia a la tracción del acero y A el alargamiento del acero, superior a 32.000, preferiblemente superior a 34.000.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Un segundo objeto de la invención está
constituido por el uso del acero según la invención para la
fabricación de contenedores y para la fabricación de piezas de
estructura de medios de transporte terrestres.
En el contexto de esta solicitud, hay que
entender por medios de transporte terrestres los vehículos
automóviles, pero también los medios de transporte ferroviarios de
cualquier clase. Los contenedores a los que se refiere la invención
pueden utilizarse especialmente para el transporte de cualquier
clase de materiales líquidos, sólidos o gaseosos, tales como
ácidos, leche o vino, por ejemplo.
La invención va a describirse ahora en detalle,
no quedando limitado evidentemente el alcance de las
reivindicaciones por esta descripción.
La composición de acero inoxidable austenítico
según la invención comprende hasta el 0,03% de carbono. En un modo
de realización preferido, el contenido en carbono está comprendido
entre el 0,022 y el 0,027%.
La composición comprende igualmente cromo en un
contenido del 14 al 17%, preferiblemente entre el 14 y el 16,5%, de
manera más particularmente preferida entre el 14 y el 16,0%, y mejor
entre el 15 y el 15,2%. El cromo es un elemento esencial para la
resistencia a la corrosión de la clase. Su contenido está limitado
debido a su influencia sobre la estabilidad de la estructura
austenítica.
La composición comprende igualmente níquel en un
contenido entre el 8 y el 9,5%, de manera más particularmente
preferida entre el 8 y el 9,0%, y mejor entre el 8,9 y el 9,1%. El
efecto principal de este elemento es su acción favorable sobre la
resistencia a la corrosión generalizada. Su contenido está limitado
debido a su elevado coste y a su influencia sobre la estabilidad de
la estructura austenítica.
La composición comprende además molibdeno en un
contenido del 2,0 al 3,5%, preferiblemente entre el 2,0 y el 3,0%,
y de manera más particularmente preferida entre el 2,9 y el 3,1%.
Este elemento permite mejorar el comportamiento a la corrosión, en
particular el comportamiento a la corrosión por picaduras de la
clase, pero debe limitarse debido a su efecto endurecedor.
La composición también puede comprender hasta el
2,0% de manganeso y ventajosamente hasta el 1,45% de manganeso. En
un modo de realización preferido, el contenido en manganeso está
comprendido entre el 1,3 y el 1,45%.
La composición puede comprender igualmente hasta
el 1,0% de silicio y ventajosamente hasta el 0,5% de silicio. En un
modo de realización preferido, el contenido en silicio está
comprendido entre el 0,35% y el 0,5%. Este elemento puede
utilizarse como agente desoxidante durante la elaboración de la
clase, pero debe limitarse debido a su influencia nefasta sobre la
capacidad de conformación de la clase.
La composición también puede comprender
nitrógeno en un contenido máximo del 0,20%, preferiblemente del
0,03%. En un modo de realización preferido, el contenido en
nitrógeno está comprendido entre el 0,02 y el 0,03%.
Este elemento tiene un efecto endurecedor cuando
está presente en disolución sólida en el acero. También puede
participar en el aumento de la resistencia a la tracción Rm, pero
disminuye al mismo tiempo el valor del alargamiento A. Su adición
está por tanto limitada a los valores mencionados anteriormente en
el presente documento.
La composición puede contener igualmente cobre
en un contenido máximo del 1,0%, y preferiblemente del 0,4%. El
cobre también actúa como un elemento endurecedor cuando está
presente en disolución sólida. Su contenido está limitado al 0,4%
debido a su influencia negativa sobre la resistencia a la corrosión,
pero también sobre la capacidad de conformación en caliente de la
clase.
La composición puede contener finalmente
elementos residuales, tales como titanio en un contenido máximo del
0,01%, cobalto en un contenido máximo del 0,5%, estaño en un
contenido máximo del 0,4%, fósforo en un contenido máximo del
0,045% y azufre en un contenido máximo del 0,030%.
Se limita particularmente el contenido en azufre
al 0,030%, preferiblemente al 0,0080%, y de manera más
particularmente preferida al 0,0060%, debido a su influencia
nefasta sobre la resistencia a la corrosión. Además, puede
combinarse fácilmente con el manganeso para generar inclusiones de
tipo MnS que no se desean.
\vskip1.000000\baselineskip
Se elaboraron aceros, cuyas composiciones se
resumen en la tabla 1, y después se colaron de manera continua en
forma de lingotes y se laminaron en caliente hasta alcanzar un
espesor de 8 mm. A continuación, las bandas laminadas en caliente
se recuecen de manera continua a una temperatura de 1150ºC, después
se laminan en frío hasta alcanzar un espesor final de 4,2 mm.
A continuación, las bandas laminadas en frío se
recuecen de manera continua a una temperatura de 1040ºC.
Se midieron las características mecánicas de
cada banda laminada en frío y se resumen en la tabla 2.
Se han utilizado las siguientes
abreviaturas:
- \bullet
- A: representa el alargamiento del acero, expresado en %
- \bullet
- Rm: representa la resistencia a la tracción del acero, expresada en MPa
- \bullet
- \Delta: representa el contenido en ferrita delta, expresado en %, y medido mediante difracción RX tras electropulido.
Las composiciones de aceros A y B son según la
presente invención, mientras que la composición de acero C es un
ejemplo comparativo.
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\vskip1.000000\baselineskip
Las resistencias a la corrosión por picaduras y
a la corrosión generalizada de las muestras se midieron según los
siguientes procedimientos:
Según la norma ASTM G 61, se sumergieron las
muestras de acero en una disolución que contenía 0,5 M de NaCl, y
que tenía un pH de 6,6 y una temperatura de 23ºC. A continuación se
amolaron las muestras en estado húmedo con un papel de lija 1200
SiC.
A continuación se evaluó el potencial de ruptura
de cada muestra a una velocidad de 100 mV/min, partiendo del
potencial de corrosión libre. La corriente final fue de 50
\muA/cm^{2}.
Según la norma ASTM G 61, se sumergieron las
muestras de acero en una disolución que contenía 2 M de
H_{2}SO_{4}, a una temperatura de 23ºC. A continuación se
amolaron las muestras en estado húmedo con un papel de lija 1200
SiC.
A continuación se evaluó la corriente crítica
(valor máximo de corriente alcanzado en la fase activa) de cada
muestra a una velocidad de 10 mV/min, de -750 mV/ECS a 1200 mV/ECS y
se evaluó la pérdida de peso.
Se han empleado las siguientes abreviaturas:
- \bullet
- BP: representa el potencial de ruptura, expresado en mV con respecto al ECS (electrodo de calomel saturado)
- \bullet
- CC: representa la corriente crítica, expresada en \muA/cm^{2}
- \bullet
- WL: representa la pérdida de peso, expresada en mm/año.
Los resultados de las pruebas de corrosión se
resumen en la tabla 3.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Tal como puede observarse en estas pruebas, la
composición de acero según la invención permite alcanzar niveles
muy altos del producto Rm x A, principalmente debido a una mejora
del alargamiento, permaneciendo el valor de Rm estable. Este valor
mejorado del alargamiento presenta la ventaja complementaria de
facilitar la fabricación posterior de contenedores, ya que el acero
puede conformarse más fácilmente.
El bajo contenido en ferrita delta es favorable
además para la soldabilidad y la resistencia a la corrosión de la
clase.
Esta nueva composición de acero permite reducir
significativamente el espesor de las láminas de acero requeridas
para la fabricación de un contenedor, lo que reduce su coste,
permite aumentar la carga transportable y permite igualmente un
ahorro de energía cuando el contenedor está vacío.
Por tanto, puede observarse que una reducción de
0,1 mm de espesor de la lámina representa un aumento de 35 kg de la
carga transportable. Si se tienen en cuenta los rendimientos de la
clase según la invención, puede realizarse una disminución de las
láminas de acero de 0,2 mm en la mayoría de los casos.
Claims (8)
1. Composición de acero inoxidable austenítico
que comprende, en % en peso:
- \quad
- C \leq 0,03%
- 14% \leq
- Cr \leq 17%
- 8% \leq
- Ni \leq 9,5%
- 2,0% \leq
- Mo \leq 3,5%
- \quad
- Mn \leq 2,0%
- \quad
- Si \leq 1,0%
- \quad
- N \leq 0,20%
- \quad
- Cu \leq 1,0%
- \quad
- Ti \leq 0,01%
- \quad
- Co \leq 0,5%
- \quad
- Sn \leq 0,4%
- \quad
- P \leq 0,045%
- \quad
- S \leq 0,030%
estando constituido el resto por hierro e
impurezas inevitables resultantes de la elaboración, y el valor del
índice de estabilidad de la austenita Md30, definido por la
fórmula
Md30 = 497 -
462(%C+%N) - 9,2x%Si - 8,1x%Mn - 13,7x%Cr - 20x%Ni -
18,5x%Mo
está comprendido entre 0 y
60ºC.
2. Composición de acero según la reivindicación
1, que comprende además menos del 16,0% de cromo.
3. Composición de acero según una cualquiera de
las reivindicaciones 1 ó 2, que comprende además, en % en peso:
- 0,022% \leq
- C \leq 0,027%
- 15% \leq
- Cr \leq 15,2%
- 8,9% \leq
- Ni \leq 9,1%
- 2,9% \leq
- Mo \leq 3,1%
- 1,3% \leq
- Mn \leq 1,45%
- 0,35% \leq
- Si \leq 0,5%
- 0,02% \leq
- N \leq 0,03%
- \quad
- Cu \leq 0,4%
- \quad
- Ti \leq 0,01%
- \quad
- Co \leq 0,5%
- \quad
- Sn \leq 0,4%
- \quad
- P \leq 0,045%
- \quad
- S \leq 0,030%
estando constituido el resto por hierro e
impurezas inevitables resultantes de la elaboración.
4. Composición de acero según una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque su contenido
en ferrita delta ferrita es inferior o igual al 7%.
5. Composición de acero según una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el valor del
producto Rm x A, en el que Rm es la resistencia a la tracción del
acero y A el alargamiento del acero, es superior a 32.000.
6. Composición de acero según una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque el valor del
producto Rm x A, en el que Rm es la resistencia a la tracción del
acero y A el alargamiento del acero, es superior a 34.000.
7. Uso de un acero inoxidable austenítico cuya
composición es según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6,
para la fabricación de contenedores.
8. Uso de un acero inoxidable austenítico cuya
composición es según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6,
para la fabricación de piezas de estructura de medios de transporte
terrestres.
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