ES2788530T3 - A procedure to produce a double stainless steel tube - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para producir un tubo de acero inoxidable doble que comprende la composición siguiente, en % en peso, C máx. 0,06; Cr 21-24,5; Ni 2,0-5,5; Si máx. 1,5; Mo 0,01-1,0 Cu 0,01-1,0; Mn máx. 2,0; N 0,05-0,3; P máx. 0,04; S máx. 0,03; y equilibrar Fe e impurezas inevitables, y tener un valor PRE de al menos 23,0, donde el procedimiento comprende las etapas de: a) proporcionar una fusión del acero inoxidable doble; b) fundir un cuerpo del acero inoxidable doble a partir de la masa fundida; c) formar una barra del cuerpo; d) formar un tubo a partir de barra al generar un agujero en el mismo; e) reducir el diámetro y/o el grosor de la pared del tubo por extrusión en caliente a una temperatura en el intervalo comprendido entre 1100 °C y 1200 °C y una reducción del área de la sección transversal en el intervalo comprendido entre el 92 y el 98 %; f) reducir aún más el diámetro y/o el grosor de la pared del tubo por deformación en frío al someter al tubo a una reducción del área de la sección transversal en el intervalo comprendido entre el 50 y el 95 %, y g) recocer el tubo deformado en frío; donde después de la etapa g), el acero inoxidable doble del tubo obtenido consiste en 40-60 % de austenita y 40-60 % de ferrita y donde la etapa g) comprende someter dicho tubo a una temperatura en el intervalo comprendido entre 950 °C y 1060 °C durante un período de tiempo de 0,3 a 10 minutos y a una atmósfera que consiste en una mezcla de gases que comprende 1-6 % en volumen de gas nitrógeno y el resto es FL o un gas inerte.A process for producing a double stainless steel tube comprising the following composition, in% by weight, C max. 0.06; Cr 21-24.5; Ni 2.0-5.5; If max. 1.5; Mo 0.01-1.0 Cu 0.01-1.0; Mn max. 2.0; N 0.05-0.3; P max. 0.04; S max. 0.03; and balancing Fe and unavoidable impurities, and having a PRE value of at least 23.0, where the process comprises the steps of: a) providing a double stainless steel melt; b) melting a body of the double stainless steel from the melt; c) forming a body bar; d) forming a tube from the bar by generating a hole therein; e) reducing the diameter and / or the wall thickness of the tube by hot extrusion at a temperature in the range between 1100 ° C and 1200 ° C and a reduction of the cross-sectional area in the range between 92 and 98%; f) further reducing the diameter and / or wall thickness of the tube by cold deformation by subjecting the tube to a reduction in cross-sectional area in the range of 50 to 95%, and g) annealing the cold deformed tube; where after stage g), the double stainless steel of the tube obtained consists of 40-60% austenite and 40-60% ferrite and where stage g) comprises subjecting said tube to a temperature in the range between 950 ° C and 1060 ° C for a time period of 0.3 to 10 minutes and at an atmosphere consisting of a gas mixture comprising 1-6% by volume of nitrogen gas and the remainder is FL or an inert gas.
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Un procedimiento para producir un tubo de acero inoxidable dobleA procedure to produce a double stainless steel tube
Campo técnicoTechnical field
La presente descripción se refiere a un procedimiento para producir un tubo de acero inoxidable doble, en particular un acero inoxidable doble adecuado para su uso en sistemas de inyección de combustible para inyección de combustible en la cámara de combustión de un motor de combustión.The present description relates to a process for producing a double stainless steel tube, in particular a double stainless steel suitable for use in fuel injection systems for injection of fuel into the combustion chamber of a combustion engine.
AntecedentesBackground
En relación con el diseño de los sistemas de inyección directa de gasolina (GDI, del inglés, Gasoline Direct Injection) para la industria automotriz, se ha sugerido usar acero inoxidable doble para los rieles utilizados para conducir el combustible que se inyectará en la cámara de combustión de un motor de combustión.In relation to the design of Gasoline Direct Injection (GDI) systems for the automotive industry, it has been suggested to use double stainless steel for the rails used to drive the fuel to be injected into the fuel chamber. combustion of a combustion engine.
Los requisitos sobre un tubo para ser utilizado como un riel GDI son varios y deberán tenerse en cuenta al diseñar el acero inoxidable doble que se utilizará en dicha aplicación. Por lo tanto, es importante seleccionar una composición química del acero inoxidable doble que, junto con un procedimiento de fabricación de tubos correctamente elegido, de como resultado una relación austenita/ferrita predeterminada, una resistencia a la corrosión solicitada (resistencia a la corrosión general, así como a la corrosión por picadura), una microestructura esencialmente sin fases intermetálicas, en particular fase sigma y nitruros de cromo, una resistencia al impacto predeterminada, una resistencia a la tracción predeterminada y una resistencia a la fatiga predeterminada.The requirements on a tube to be used as a GDI rail are various and should be considered when designing the double stainless steel to be used in such an application. Therefore, it is important to select a double stainless steel chemical composition which, together with a correctly chosen tube manufacturing procedure, results in a predetermined austenite / ferrite ratio, a requested corrosion resistance (general corrosion resistance, as well as pitting corrosion), a microstructure essentially without intermetallic phases, in particular sigma phase and chromium nitrides, a predetermined impact resistance, a predetermined tensile strength and a predetermined fatigue resistance.
Además, las propiedades mecánicas del acero doble deberían ser tales que el tubo obtenido presente una presión de ruptura predeterminada, es decir, presión interna hasta el fallo, que sea lo suficientemente alta para la aplicación prevista, también cuando el grosor de la pared del tubo sea relativamente pequeño, lo que permite un riel GDI que requiere menos espacio y peso. Las propiedades de corrosión y fatiga deberán garantizar la resistencia del tubo a lo largo del tiempo.Furthermore, the mechanical properties of double steel should be such that the tube obtained exhibits a predetermined burst pressure, i.e. internal pressure until failure, which is high enough for the intended application, also when the thickness of the tube wall is relatively small, allowing for a GDI rail that requires less space and weight. The corrosion and fatigue properties should guarantee the resistance of the tube over time.
El diseño de un acero inoxidable doble y el procedimiento de producción de un tubo que se supone que cumple con los requisitos de un riel GDI es, por lo tanto, una tarea compleja. La composición química seleccionada y los parámetros del procedimiento de producción deberán ajustarse entre sí. En consecuencia, una vez que se haya decidido una composición química nominal para el acero inoxidable doble, los parámetros del procedimiento de producción también deberán seleccionarse con respecto al mismo. La composición química del acero inoxidable doble también deberá promover un procedimiento de producción rentable. En otras palabras, la composición química no deberá ser tal que requiera etapas de producción excesivamente complicados, que consuman energía o tiempo. Tal ejemplo se da en JP S 63255322.The design of a double stainless steel and the production procedure of a tube that is supposed to meet the requirements of a GDI rail is therefore a complex task. The selected chemical composition and the parameters of the production procedure should be adjusted to each other. Consequently, once a nominal chemical composition for double stainless steel has been decided, the parameters of the production process will also need to be selected with respect to it. The chemical composition of double stainless steel should also promote a profitable production process. In other words, the chemical composition should not be such that it requires excessively complicated, energy or time consuming production steps. Such an example is given in JP S 63255322.
El aspecto de la presente descripción es presentar un procedimiento para producir un tubo de acero inoxidable doble que permita la producción de un tubo de dicho acero inoxidable doble que presente propiedades que hagan que el tubo sea adecuado para aplicaciones en las que existen altos requisitos de resistencia a la corrosión (resistencia contra la corrosión general, así como contra la corrosión por picadura), una resistencia al impacto predeterminada, una resistencia a la tracción predeterminada y una resistencia a la fatiga predeterminada.The aspect of the present description is to present a process for producing a double stainless steel tube that allows the production of a tube of said double stainless steel that exhibits properties that make the tube suitable for applications where there are high resistance requirements. corrosion (resistance against general corrosion as well as pitting corrosion), a predetermined impact resistance, a predetermined tensile strength and a predetermined fatigue resistance.
Una de estas aplicaciones es un riel GDI para conducir el combustible que se inyectará en la cámara de combustión de un motor de combustión. El acero inoxidable doble de dicho tubo debería presentar una microestructura esencialmente sin fases intermetálicas, en particular fase sigma y nitruros de cromo. La composición química del acero inoxidable doble permitirá la producción rentable de un tubo del mismo en términos de promover el uso de etapas de procedimiento rentables.One of these applications is a GDI rail to drive fuel to be injected into the combustion chamber of a combustion engine. The double stainless steel of such a tube should have a microstructure essentially without intermetallic phases, in particular sigma phase and chromium nitrides. The chemical composition of double stainless steel will allow cost-effective production of a double stainless steel tube in terms of promoting the use of cost-effective process steps.
ResumenSummary
Los aspectos mencionados anteriormente se logran mediante la presente descripción, que proporciona un procedimiento para producir un tubo de acero inoxidable doble como el de la reivindicación 1.The above-mentioned aspects are achieved by the present description, which provides a process for producing a double stainless steel tube as in claim 1.
Por lo tanto, se ha encontrado esta para alcanzar las propiedades óptimas del material, la temperatura de recocido, el tiempo de recocido y la atmósfera de recocido. Se ha encontrado que la temperatura de recocido deberá estar en el intervalo de 950 a 1060 °C y la atmósfera deberá comprender una mezcla de gases de 1 -6 % en volumen de nitrógeno y el resto se selecciona de entre H2 o un gas inerte y el recocido deberá realizarse en un período de tiempo comprendido entre 0,3 y 10 minutos.Therefore, this has been found to achieve optimal material properties, annealing temperature, annealing time, and annealing atmosphere. It has been found that the annealing temperature should be in the range of 950 to 1060 ° C and the atmosphere should comprise a mixture of gases of 1-6% by volume of nitrogen and the balance is selected from H2 or an inert gas and Annealing should be done in a period of time between 0.3 and 10 minutes.
Si se utilizan temperaturas de recocido más bajas, existe el riesgo de formar precipitados no deseados, como las fases intermetálicas. Además, la recristalización será más lenta y, por lo tanto, se requerirá un mayor tiempo de remojo para completar la recristalización, lo que tendrá un efecto negativo en la productividad.If lower annealing temperatures are used, there is a risk of forming unwanted precipitates, such as intermetallic phases. Furthermore, recrystallization will be slower and therefore a longer soak time will be required to complete recrystallization, which will have a negative effect on productivity.
En principio, el límite superior de temperatura para la etapa de recocido se establece por la temperatura a la cual el acero inoxidable doble comenzará a derretirse. Sin embargo, también hay razones prácticas por las cuales la temperatura de recocido deberá restringirse aún más. A temperaturas superiores al intervalo proporcionado, el acero inoxidable doble se volverá más blando, lo que aumentará el riesgo de daños durante la etapa de recocido. Además, a altas temperaturas, el crecimiento del grano aumentará, lo que hará más difícil obtener un buen procedimiento y un control del tamaño del grano.In principle, the upper temperature limit for the annealing stage is set by the temperature at which the double stainless steel will begin to melt. However, there are also practical reasons why the annealing temperature will need to be further restricted. At temperatures above the range provided, steel Double stainless will become softer, increasing the risk of damage during the annealing stage. Also, at high temperatures, grain growth will increase, making it more difficult to obtain a good process and grain size control.
También es muy importante usar una temperatura de recocido que equilibre la fracción de fase, una temperatura demasiado baja dará como resultado un contenido de ferrita demasiado bajo y una temperatura demasiado alta proporcionará un contenido de ferrita demasiado alto. La temperatura de la etapa de recocido también influirá en la composición química de la fase de ferrita y austenita, por lo que la temperatura de recocido deberá equilibrarse junto con la composición química para garantizar que ambas fases tengan una buena resistencia a la corrosión.It is also very important to use an annealing temperature that balances the phase fraction, too low a temperature will result in too low a ferrite content and too high a temperature will give too high a ferrite content. The temperature of the annealing stage will also influence the chemical composition of the ferrite and austenite phase, so the annealing temperature will need to be balanced along with the chemical composition to ensure that both phases have good corrosion resistance.
El período de tiempo durante el cual el tubo se somete a la temperatura de recocido deberá estar comprendido entre 0,3 y 10 minutos, como entre 0,3 y 5 minutos, como entre 0,3 a 2,5 minutos. Este período de tiempo deberá ser lo suficientemente largo para garantizar una recristalización completa. Sin embargo, si dicho período de tiempo es demasiado largo, el tubo obtenido tendrá una estructura gruesa que tendrá un efecto negativo en las propiedades mecánicas. Cuanto mayor sea el grosor de la pared del tubo, mayor será el tiempo de recocido. Se conciben grosores de pared comprendidos entre aproximadamente 1 mm y aproximadamente 5 mm.The period of time during which the tube is subjected to the annealing temperature should be between 0.3 and 10 minutes, such as 0.3 to 5 minutes, such as 0.3 to 2.5 minutes. This period of time should be long enough to guarantee complete recrystallization. However, if said period of time is too long, the tube obtained will have a thick structure that will have a negative effect on the mechanical properties. The greater the tube wall thickness, the longer the annealing time. Wall thicknesses of between about 1mm and about 5mm are envisioned.
Además, la atmósfera de la etapa de recocido es muy importante. Una atmósfera que comprenda nitrógeno afectará el contenido de nitrógeno en la superficie del acero inoxidable doble. Por lo tanto, la tarea del nitrógeno en la atmósfera es mantener el contenido de nitrógeno del material en la superficie. A la temperatura de recocido del presente procedimiento, el nitrógeno se difundirá dentro y fuera del material. El contenido de nitrógeno deberá seleccionarse de modo que se mantenga el contenido de nitrógeno en la superficie. Se ha encontrado que un contenido de nitrógeno demasiado bajo en la atmósfera donde se realiza el recocido dará como resultado una pérdida neta de nitrógeno en la superficie, lo que afectará negativamente a la resistencia a la corrosión y las propiedades mecánicas del acero inoxidable doble como se definió anteriormente o a continuación. También se ha encontrado que niveles de nitrógeno demasiado altos en la atmósfera donde se realiza el recocido dará como resultado un aumento de nitrógeno en la superficie del material durante el recocido y como el nitrógeno es un potente formador de austenita, un cambio en el contenido de nitrógeno puede influir en el equilibrio de fase. Por lo tanto, un alto contenido de nitrógeno en la atmósfera proporcionará la formación de austenita en la superficie. El contenido de nitrógeno en la superficie del material también influirá en la estabilidad de la estructura con respecto a la sensibilidad de la formación de precipitados, como los nitruros de cromo. La formación de precipitados tendrá un impacto negativo en la resistencia a la corrosión del acero inoxidable doble como se definió anteriormente o más adelante.Also, the atmosphere of the annealing stage is very important. An atmosphere comprising nitrogen will affect the nitrogen content on the surface of double stainless steel. Therefore, the task of nitrogen in the atmosphere is to maintain the nitrogen content of the material on the surface. At the annealing temperature of the present process, nitrogen will diffuse into and out of the material. The nitrogen content should be selected so that the nitrogen content is maintained at the surface. Too low a nitrogen content in the annealing atmosphere has been found to result in a net loss of nitrogen at the surface, which will adversely affect the corrosion resistance and mechanical properties of double stainless steel as shown. defined above or below. It has also been found that too high nitrogen levels in the atmosphere where the annealing is performed will result in an increase in nitrogen on the surface of the material during annealing and as nitrogen is a powerful austenite former, a change in the content of Nitrogen can influence phase equilibrium. Therefore, a high nitrogen content in the atmosphere will provide austenite formation on the surface. The nitrogen content on the surface of the material will also influence the stability of the structure with respect to the sensitivity of the formation of precipitates, such as chromium nitrides. The formation of precipitates will have a negative impact on the corrosion resistance of double stainless steel as defined above or below.
El equivalente a la resistencia a la corrosión por picadura PRE (del inglés, pitting corrosion resistance equivalent) se define como PRE = Cr (% en peso) 3,3 Mo (% en peso) 16 N (% en peso). Un PRE de al menos aproximadamente 23,0 indica que, con la composición definida anteriormente, no se permite que los tres de entre el cromo, el molibdeno y el nitrógeno estén en sus mínimos simultáneamente, sino que deberán combinarse de manera que se obtenga el valor PRE definido. Según otra realización, el valor PRE es al menos aproximadamente 24,0. El término «aproximadamente» tal como se usa anteriormente y más adelante indica V- 10 % de un número entero.The equivalent to the resistance to corrosion by pitting PRE (pitting corrosion resistance equivalent) is defined as PRE = Cr (% by weight) 3.3 Mo (% by weight) 16 N (% by weight). A PRE of at least about 23.0 indicates that, with the composition defined above, all three of chromium, molybdenum, and nitrogen are not allowed to be at their minima simultaneously, but must be combined in such a way as to obtain the defined PRE value. According to another embodiment, the PRE value is at least about 24.0. The term "about" as used above and below indicates V- 10% of an integer.
Según una realización, el intervalo de temperatura de la etapa de recocido (etapa g) está comprendido entre 970 °C y 1040 °C. Según aún otra realización, dicho intervalo de temperatura está comprendido entre 1000 °C y 1040 °C. According to one embodiment, the temperature range of the annealing step (step g) is comprised between 970 ° C and 1040 ° C. According to yet another embodiment, said temperature range is comprised between 1000 ° C and 1040 ° C.
Según una realización, dicha etapa de recocido comprende someter dicho tubo a dicha temperatura durante un período de tiempo comprendido entre 0,5 y 5 minutos, tal como entre 0,5 y 1,5 minutos.According to one embodiment, said annealing step comprises subjecting said tube to said temperature for a period of time comprised between 0.5 and 5 minutes, such as between 0.5 and 1.5 minutes.
Según una realización, el gas inerte es argón o helio o una mezcla de los mismos.According to one embodiment, the inert gas is argon or helium or a mixture thereof.
Según una realización, el contenido de gas nitrógeno en la mezcla de gases es igual o inferior al 4 % en volumen. Según otra realización, el contenido de gas nitrógeno en dicha mezcla de gases es igual o inferior al 3 % en volumen. Según aún una realización, el contenido de gas nitrógeno en dicha mezcla de gases es igual o superior al 1,5 % en volumen.According to one embodiment, the nitrogen gas content in the gas mixture is equal to or less than 4% by volume. According to another embodiment, the nitrogen gas content in said gas mixture is equal to or less than 3% by volume. According to yet one embodiment, the nitrogen gas content in said gas mixture is equal to or greater than 1.5% by volume.
Según una realización, dicha etapa de extrusión en caliente (etapa e) comprende someter dicho tubo a extrusión en caliente a una temperatura en el intervalo comprendido entre 1100 °C y 1200 °C y una reducción del área de la sección transversal del mismo en el intervalo comprendido entre el 92 y el 98 %. Según una realización, dicha etapa de extrusión en caliente (etapa e) comprende someter dicho tubo a extrusión en caliente a una temperatura en el intervalo comprendido entre 1100 °C y 1170 °C y una reducción del área de la sección transversal del mismo en el intervalo comprendido entre el 92 y el 98 %. La reducción del área de la sección transversal se define como (área de la sección transversal (del tubo) antes de la extrusión menos el área de la sección transversal después de la extrusión) / (área de la sección transversal antes de la extrusión). La temperatura de extrusión y el grado de deformación se eligen con respecto a la composición química del acero inoxidable doble de manera que no tenga un efecto perjudicial en la microestructura del acero inoxidable doble ni provoque grietas o similares en el mismo que pudiera ser perjudiciales para las propiedades mecánicas del producto final.According to one embodiment, said hot extrusion step (step e) comprises subjecting said tube to hot extrusion at a temperature in the range between 1100 ° C and 1200 ° C and a reduction of the cross-sectional area thereof in the range between 92 and 98%. According to one embodiment, said hot extrusion step (step e) comprises subjecting said tube to hot extrusion at a temperature in the range between 1100 ° C and 1170 ° C and a reduction of the cross-sectional area thereof in the range between 92 and 98%. The reduction in cross-sectional area is defined as (cross-sectional area (of tube) before extrusion minus cross-sectional area after extrusion) / (cross-sectional area before extrusion). The extrusion temperature and the degree of deformation are chosen with respect to the chemical composition of the double stainless steel so that it does not have a detrimental effect on the microstructure of the double stainless steel or cause cracks or the like in it that could be harmful to the mechanical properties of the final product.
Según una realización, la etapa de deformación en frío (etapa f) comprende someter el tubo a deformación en frío sin precalentarlo. Según una realización, dicha etapa de deformación en frío (etapa f) comprende someter dicho tubo a una reducción del área de la sección transversal del mismo en el intervalo comprendido entre el 50 y el 90 %. La reducción del área de la sección transversal se define como (área de la sección transversal (del tubo) antes de la reducción simultánea del diámetro exterior y del grosor de la pared menos el área de la sección transversal después de la reducción simultánea del diámetro exterior y del grosor de la pared) / (área de la sección transversal antes de la reducción simultánea del diámetro exterior y del grosor de la pared). La composición química del acero inoxidable doble se selecciona para permitir tal deformación en frío del mismo sin generación de grietas no deseadas en el material o efectos negativos perjudiciales en la microestructura del material.According to one embodiment, the cold deformation step (step f) comprises subjecting the tube to cold deformation without preheating it. According to one embodiment, said cold deformation step (step f) comprises subjecting said tube to a reduction of the cross-sectional area thereof in the range comprised between 50 and 90%. The reduction in cross-sectional area is defined as (cross-sectional area (of tube) before simultaneous reduction of outside diameter and wall thickness minus cross-sectional area after simultaneous reduction of outside diameter and of wall thickness) / (cross-sectional area before simultaneous reduction of outside diameter and wall thickness). The chemical composition of double stainless steel is selected to allow such cold deformation of the steel without generating unwanted cracks in the material or detrimental negative effects on the microstructure of the material.
Según una realización del procedimiento tal como se definió anteriormente o en lo sucesivo, la deformación en frío se realizar mediante la reducción simultánea del diámetro exterior y del grosor de la pared o estiramiento en frío.According to an embodiment of the process as defined above or hereinafter, the cold deformation is performed by simultaneous reduction of the outer diameter and wall thickness or cold drawing.
Según una realización, cuando la deformación en frío se realiza mediante la reducción simultánea del diámetro exterior y del grosor de la pared, la relación entre la reducción del grosor de la pared y la reducción del diámetro exterior del tubo se expresa como el valor Q, dondeAccording to one embodiment, when the cold deformation is performed by simultaneous reduction of the outer diameter and the wall thickness, the ratio between the reduction of the wall thickness and the reduction of the outer diameter of the tube is expressed as the Q value, where
Valor Q = (Wallh - Wallt)*(Odh - Wallh) / Wallh ((Odh - Wallh) -(Odt - Wallt)),Q value = (Wallh - Wallt) * (Odh - Wallh) / Wallh ((Odh - Wallh) - (Odt - Wallt)),
dondewhere
Wallh = pared hueca = el grosor de la pared antes de la reducción simultánea del diámetro exterior y del grosor de la paredWallh = hollow wall = the thickness of the wall before the simultaneous reduction of the outside diameter and the wall thickness
Wallt = pared del tubo = el grosor de la pared después de la reducción simultánea del diámetro exterior y del grosor de la paredWallt = tube wall = the wall thickness after simultaneous reduction of the outside diameter and wall thickness
Odh = diámetro exterior hueco = el diámetro del tubo antes de la reducción simultánea del diámetro exterior y del grosor de la paredOdh = hollow outer diameter = the diameter of the tube before the simultaneous reduction of the outer diameter and wall thickness
Odt = diámetro exterior del tubo = el diámetro del tubo después de reducción simultánea del diámetro exterior y del grosor de la pared,Odt = outside diameter of the tube = the diameter of the tube after simultaneous reduction of the outside diameter and the wall thickness,
y donde Q se encuentra en el intervalo comprendido entre 0,5 y 2,5. Si la reducción del área es demasiado alta, la fuerza será demasiado alta y el material podría agrietarse.and where Q is in the range between 0.5 and 2.5. If the area reduction is too high, the force will be too high and the material could crack.
Según aún otra realización, Q se encuentra en el intervalo comprendido entre 0,9 y 1,1.According to yet another embodiment, Q is in the range of 0.9 to 1.1.
Según una realización, dicho acero inoxidable doble presenta la siguiente composición, en % en peso:According to one embodiment, said double stainless steel has the following composition, in% by weight:
C 0,01-0,025;C 0.01-0.025;
Si 0,35-0,6;Si 0.35-0.6;
Mn 0,8-1,5;Mn 0.8-1.5;
Cr 21-23,5;Cr 21-23.5;
Ni 3,0-5,5;Ni 3.0-5.5;
Mo 0,10-1,0;Mo 0.10-1.0;
Cu 0,15-0,70;Cu 0.15-0.70;
N 0,090-0,25;N 0.090-0.25;
P menor que o igual que 0,035;P less than or equal to 0.035;
S menor que o igual que 0,003;S less than or equal to 0.003;
equilibrar Fe e impurezas inevitables.balance Fe and unavoidable impurities.
Un acero inoxidable doble con esta composición química es particularmente adecuado para ser sometido a las etapas del procedimiento mencionadas anteriormente con los parámetros del procedimiento mencionados anteriormente. En otras palabras, las etapas y parámetros del procedimiento como se definieron anteriormente o en lo sucesivo se seleccionan para que sean particularmente adecuadas en un acero inoxidable doble con esta composición química y para dar como resultado un tubo con propiedades que lo hacen particularmente adecuado en una aplicación como riel GDI para la conducción de un combustible en un sistema de inyección de combustible para inyectar combustible en la cámara de combustión de un motor de combustión. A double stainless steel with this chemical composition is particularly suitable to be subjected to the above-mentioned process steps with the above-mentioned process parameters. In other words, the process steps and parameters as defined above or hereinafter are selected to be particularly suitable in a double stainless steel with this chemical composition and to result in a tube with properties that make it particularly suitable in a application as a GDI rail for driving a fuel in a fuel injection system for injecting fuel into the combustion chamber of a combustion engine.
Según otra realización, el tubo es un tubo para la conducción de un combustible en un sistema de inyección de combustible para inyectar combustible en la cámara de combustión de un motor de combustión. La presente descripción puede, como alternativa, definirse como un procedimiento de producción de un conductor de combustible en un sistema de inyección de combustible para inyectar combustible en la cámara de combustión de un motor de combustión, donde dicho procedimiento comprende el procedimiento definido anteriormente y/o en adelante para producir un tubo de acero inoxidable doble. Tal procedimiento incluye unir el tubo de acero inoxidable doble a un miembro estructural adicional de dicho motor de combustión mediante soldadura fuerte. El miembro estructural adicional puede ser metal, normalmente acero doble o austenítico. El procedimiento de producción del tubo, incluida la selección de la composición química del acero inoxidable doble, también tiene como objetivo lograr un tubo con propiedades ventajosas de soldadura fuerte, en particular una baja susceptibilidad a la fragilidad inducida por metal líquido (LMIE, del inglés liquid metal induced embrittlement) provocada por la penetración de metal líquido. La soldadura fuerte incluye soldadura fuerte de cobre, posiblemente en un horno continuo a temperatura en el intervalo comprendido entre 1100 °C y 1140 °C.According to another embodiment, the tube is a tube for conducting a fuel in a fuel injection system for injecting fuel into the combustion chamber of a combustion engine. The present description may alternatively be defined as a method of producing a fuel conductor in a fuel injection system for injecting fuel into the combustion chamber of a combustion engine, wherein said method comprises the method defined above and / or hereinafter to produce a double stainless steel tube. Such a procedure includes joining the double stainless steel tube to an additional structural member of said combustion engine by brazing. The additional structural member can be metal, typically double or austenitic steel. The tube production process, including the selection of the double stainless steel chemical composition, also aims to achieve a tube with advantageous brazing properties, in particular a low susceptibility to liquid metal-induced embrittlement (LMIE). liquid metal induced embrittlement) caused by the penetration of liquid metal. Brazing includes brazing copper, possibly in a continuous furnace at temperatures in the range of 1100 ° C to 1140 ° C.
Según una realización, el tubo presenta un diámetro exterior en el intervalo comprendido entre 15 y 35 mm después de dicha etapa de reducción simultánea del diámetro exterior y del grosor de la pared. Según una realización, este tubo se usa como un riel GDI en un sistema de inyección de combustible para conducir el combustible que se inyectará en la cámara de combustión de un motor de combustión.According to one embodiment, the tube has an outer diameter in the range between 15 and 35 mm after said step of simultaneous reduction of the outer diameter and the wall thickness. According to one embodiment, this tube is used as a GDI rail in a fuel injection system to drive the fuel to be injected into the combustion chamber of a combustion engine.
Según otra realización, el tubo presenta un diámetro exterior en el intervalo comprendido entre 7 y 10 mm después de dicha etapa de reducción simultánea del diámetro exterior y del grosor de la pared. Según una realización, este tubo se usa como una línea de combustible en un sistema de inyección de combustible para conducir el combustible que se inyectará en la cámara de combustión de un motor de combustión.According to another embodiment, the tube has an outer diameter in the range between 7 and 10 mm after said step of simultaneous reduction of the outer diameter and the wall thickness. According to one embodiment, this tube is used as a fuel line in a fuel injection system for conducting fuel to be injected into the combustion chamber of a combustion engine.
Las funciones y los efectos de los elementos de aleación esenciales del acero inoxidable doble definidos anteriormente y a continuación se presentarán en los siguientes párrafos. La lista de funciones y efectos de los elementos de aleación respectivos no deberá considerarse completa, ya que puede haber otras funciones y efectos de dichos elementos de aleación. Sin embargo, proporciona una visión del conocimiento subyacente que deberá considerarse al diseñar el acero inoxidable doble, así como los parámetros de procedimiento de un procedimiento para la producción de un tubo de dicho acero inoxidable doble, en particular un tubo inoxidable doble destinado a la conducción de un combustible en un sistema de inyección de combustible para inyectar combustible en la cámara de combustión de un motor de combustión.The functions and effects of the essential alloying elements of double stainless steel defined above and below will be presented in the following paragraphs. The list of functions and effects of the respective alloying elements should not be considered complete as there may be other functions and effects of such alloying elements. However, it provides insight into the underlying knowledge that should be considered when designing double stainless steel, as well as the procedural parameters of a process for the production of such a double stainless steel tube, in particular a double stainless tube intended for conduction. of a fuel in a fuel injection system for injecting fuel into the combustion chamber of a combustion engine.
El carbono, C, tiene un efecto estabilizador de austenita y contrarresta la transformación de estructura austenítica a martensítica tras la deformación del acero inoxidable doble. El C tiene un efecto positivo en la resistencia del acero inoxidable doble. Por lo tanto, el contenido de C deberá ser igual o superior al 0,01 % en peso. Sin embargo, a niveles demasiado altos, el carbono tiende a formar carburos no deseados con otros elementos de aleación. Por lo tanto, el contenido de C no deberá ser superior al 0,06 % en peso. Según una realización, el contenido de C no deberá ser superior al 0,025 % en peso. Carbon, C, has an austenite stabilizing effect and counteracts the transformation from austenitic to martensitic structure after deformation of double stainless steel. C has a positive effect on the strength of double stainless steel. Therefore, the C content should be equal to or greater than 0.01% by weight. However, at too high levels, carbon tends to form unwanted carbides with other alloying elements. Therefore, the C content should not be more than 0.06% by weight. According to one embodiment, the C content should not be more than 0.025% by weight.
El cromo, Cr, tiene un efecto importante en la resistencia a la corrosión del acero inoxidable doble, especialmente en la corrosión por picadura. Según la presente divulgación, el valor PRE está por encima de 23,0. Además, el Cr mejora el límite elástico y contrarresta la transformación de la estructura austenítica a estructura martensítica tras la deformación del acero inoxidable doble. Por lo tanto, el contenido de Cr deberá ser igual o superior al 21,0 % en peso. A niveles altos, un contenido creciente de Cr da como resultado una temperatura más alta para la fase sigma estable no deseada y una generación más rápida de la fase sigma. Por lo tanto, el contenido de Cr es igual o inferior al 24,5 % en peso. El Cr también tiene un efecto estabilizador de ferrita en el acero inoxidable doble. Según una realización, el contenido de Cr es igual o inferior al 23,5 % en peso. Chromium, Cr, has an important effect on the corrosion resistance of double stainless steel, especially pitting corrosion. According to the present disclosure, the PRE value is above 23.0. Furthermore, Cr improves the elastic limit and counteracts the transformation of the austenitic structure to a martensitic structure after the deformation of the double stainless steel. Therefore, the Cr content should be equal to or greater than 21.0% by weight. At high levels, increasing Cr content results in a higher temperature for the unwanted stable sigma phase and faster generation of the sigma phase. Therefore, the Cr content is equal to or less than 24.5% by weight. Cr also has a ferrite stabilizing effect on double stainless steel. According to one embodiment, the Cr content is equal to or less than 23.5% by weight.
El níquel, Ni, tiene un efecto positivo en la resistencia contra la corrosión general. El Ni también tiene un importante efecto estabilizador de austenita y contrarresta la transformación de estructura austenítica a martensítica tras la deformación del acero inoxidable doble. El contenido de Ni es, por lo tanto, igual o superior al 2,0 % en peso. Según otra realización, el contenido de Ni es igual o superior al 3,5 % en peso. Hasta cierto punto, el efecto estabilizador de austenita del Ni puede compensarse ajustando el contenido de Cr. Sin embargo, el contenido de Ni no deberá ser mayor o igual al 5,5 % en peso. Nickel, Ni, has a positive effect on general corrosion resistance. Ni also has an important austenite stabilizing effect and counteracts the transformation from austenitic to martensitic structure after deformation of double stainless steel. The Ni content is therefore equal to or greater than 2.0% by weight. According to another embodiment, the Ni content is equal to or greater than 3.5% by weight. To some extent, the austenite stabilizing effect of Ni can be compensated for by adjusting the Cr content. However, the Ni content should not be greater than or equal to 5.5% by weight.
El silicio, Si, a menudo está presente en el acero inoxidable doble, ya que puede haber sido utilizado para la desoxidación de la masa fundida de acero. El Si es un estabilizador de ferrita, pero también contrarresta la transformación de austenita a martensita en relación con la deformación del acero inoxidable doble. También puede mejorar la resistencia a la corrosión en algunos entornos. Sin embargo, el Si reduce la solubilidad del nitrógeno y el carbono y puede formar siliciuros no deseados si están presentes en niveles demasiado altos. Por lo tanto, según una realización, el contenido de Si en el acero inoxidable doble no es superior al 1,5 % en peso. Según una realización, el contenido de Si en el acero inoxidable doble no es superior al 0,6 % en peso. Según una realización, el contenido de Si puede ser tan bajo como aproximadamente un 0 % en peso. Según una realización, el contenido de Si deberá ser igual o mayor que el 0,35 % en peso. Silicon, Si, is often present in double stainless steel as it may have been used for deoxidation of the steel melt. Si is a ferrite stabilizer, but it also counteracts the transformation from austenite to martensite in relation to the deformation of double stainless steel. It can also improve corrosion resistance in some environments. However, Si reduces the solubility of nitrogen and carbon and can form unwanted silicides if they are present at too high levels. Therefore, according to one embodiment, the Si content in the double stainless steel is not more than 1.5% by weight. According to one embodiment, the Si content in the double stainless steel is not more than 0.6% by weight. According to one embodiment, the Si content can be as low as about 0% by weight. According to one embodiment, the Si content should be equal to or greater than 0.35% by weight.
El molibdeno, Mo, tiene una fuerte influencia en la resistencia a la corrosión del acero inoxidable doble. Influye de manera importante en el PRE del mismo. Se agrega Mo en una cantidad igual o mayor al 0,01 % en peso. También tiene un efecto estabilizador de ferrita en el acero inoxidable doble. Según una realización, el contenido de Mo está por encima del 0,10 % en peso. El Mo también aumenta la temperatura a la que las fases sigma no deseadas son estables y promueve la tasa de generación de las mismas. También es un elemento de aleación relativamente caro. Por lo tanto, el contenido de Mo deberá ser igual o inferior al 1,0 % en peso. Molybdenum, Mo, has a strong influence on the corrosion resistance of double stainless steel. It has an important influence on the PRE of the same. Mo is added in an amount equal to or greater than 0.01% by weight. It also has a stabilizing effect of ferrite on double stainless steel. According to one embodiment, the Mo content is above 0.10% by weight. Mo also increases the temperature at which unwanted sigma phases are stable and promotes the rate of their generation. It is also a relatively expensive alloying element. Therefore, the Mo content should be equal to or less than 1.0% by weight.
El cobre, Cu, tiene un efecto positivo sobre la resistencia a la corrosión. El Cu también contrarresta la transformación de austenita a martensita tras la deformación del acero inoxidable doble. Por lo tanto, es opcional agregar intencionadamente Cu al acero inoxidable doble. A menudo, el Cu está presente en los productos desechados utilizados para la producción de acero y se le permite permanecer en el acero a niveles moderados. Según una realización, el contenido de Cu puede ser igual o mayor que el 0,01 % en peso. Según otra realización, el contenido de Cu es igual o mayor que el 0,15 % en peso. Según una realización, el contenido de Cu es igual o inferior al 1,0 % en peso. Según otra realización, el contenido de Cu es igual o inferior al 0,7 % en peso. Copper, Cu, has a positive effect on corrosion resistance. Cu also counteracts the transformation from austenite to martensite after deformation of double stainless steel. Therefore, it is optional to intentionally add Cu to double stainless steel. Cu is often present in discarded products used for steel production and is allowed to remain in the steel at moderate levels. According to one embodiment, the Cu content can be equal to or greater than 0.01% by weight. According to another embodiment, the Cu content is equal to or greater than 0.15% by weight. According to one embodiment, the Cu content is equal to or less than 1.0% by weight. According to another embodiment, the Cu content is equal to or less than 0.7% by weight.
El manganeso, Mn, tiene un efecto de endurecimiento por deformación en el acero inoxidable doble y contrarresta la transformación de estructura austenítica a martensítica tras la deformación del acero inoxidable doble. El Mn también tiene un efecto estabilizador de austenita. Según una realización, el contenido de Mn en el acero inoxidable doble deberá ser igual o superior al 0,8 % en peso. Sin embargo, el Mn tiene un impacto negativo en la resistencia a la corrosión en ácidos y ambientes que contengan cloruros y aumenta la tendencia a la generación de fases intermetálicas. Por lo tanto, el contenido máximo de Mn no deberá ser superior al 2,0 % en peso. Según una realización, el contenido de Mn es igual o inferior al 1,0 % en peso. Manganese, Mn, has a strain hardening effect on double stainless steel and counteracts the transformation from austenitic to martensitic structure after deformation of double stainless steel. Mn also has an austenite stabilizing effect. According to one embodiment, the Mn content in the double stainless steel should be equal to or greater than 0.8% by weight. However, Mn has a negative impact on corrosion resistance in acids and chloride-containing environments and increases the tendency to generate intermetallic phases. Therefore, the maximum Mn content should not be more than 2.0% by weight. According to one embodiment, the Mn content is equal to or less than 1.0% by weight.
El nitrógeno, N, tiene un efecto positivo sobre la resistencia a la corrosión del acero inoxidable doble y también contribuye al endurecimiento por deformación. Tiene un fuerte efecto sobre el equivalente a la resistencia a la corrosión por picadura PRE. También tiene un fuerte efecto estabilizador de austenita y contrarresta la transformación de estructura austenítica a estructura martensítica tras la deformación plástica del acero inoxidable doble y, por lo tanto, se agrega en una cantidad de 0,05 % en peso o más. Según una realización, el contenido de N deberá ser igual o superior al 0,090 % en peso. A niveles demasiado altos, el N tiende a formar nitruros de cromo en el acero inoxidable doble, lo que deberá evitarse debido a su efecto negativo sobre la ductilidad y la resistencia a la corrosión. Por lo tanto, el contenido de N debe ser igual o inferior al 0,3 % en peso. Según una realización, el contenido de N es igual o inferior al 0,25 % en peso. Nitrogen, N, has a positive effect on the corrosion resistance of double stainless steel and also contributes to strain hardening. It has a strong effect on the equivalent of PRE pitting corrosion resistance. It also has a strong austenite stabilizing effect and counteracts the transformation from austenitic structure to martensitic structure after plastic deformation of double stainless steel, and therefore is added in an amount of 0.05% by weight or more. According to one embodiment, the N content should be equal to or greater than 0.090% by weight. At too high levels, N tends to form chromium nitrides in double stainless steel, which should be avoided due to its negative effect on ductility and corrosion resistance. Therefore, the N content must be equal to or less than 0.3% by weight. According to one embodiment, the N content is equal to or less than 0.25% by weight.
El fósforo, P, es una impureza contenida en el acero inoxidable doble y es bien sabido que el P afecta negativamente a la trabajabilidad en caliente. Por consiguiente, el contenido de P se establece en 0,03 % en peso o menos. Phosphorus, P, is an impurity contained in double stainless steel and it is well known that P adversely affects hot workability. Accordingly, the P content is set to 0.03% by weight or less.
El azufre, S, es una impureza contenida en el acero inoxidable austenítico y deteriorará la trabajabilidad en caliente. En consecuencia, el contenido permisible de S es menor o igual al 0,03 % en peso, tal como menor o igual al 0,005 % en peso. Sulfur, S, is an impurity contained in austenitic stainless steel and will deteriorate hot workability. Consequently, the allowable content of S is less than or equal to 0.03% by weight, such as less than or equal to 0.005% by weight.
El acero inoxidable doble como se define aquí anteriormente o en el presente documento puede comprender opcionalmente uno o más de los elementos siguientes seleccionados de entre el grupo de Al, V, Nb, Ti, O, Zr, Hf, Ta, Mg, Ca, La, Ce, Y y B. Estos elementos pueden agregarse durante el procedimiento de fabricación para mejorar, por ejemplo, la desoxidación, la resistencia a la corrosión, la ductilidad en caliente o la maquinabilidad. Sin embargo, como se conoce en la técnica, la adición de estos elementos deberá limitarse en función de qué elemento esté presente. Por lo tanto, si se agrega, el contenido total de estos elementos es menor o igual al 1,0 % en peso.Dual stainless steel as defined hereinbefore or herein may optionally comprise one or more of the following elements selected from the group of Al, V, Nb, Ti, O, Zr, Hf, Ta, Mg, Ca, La, Ce, Y, and B. These elements can be added during the manufacturing process to improve, for example, deoxidation, corrosion resistance, hot ductility, or machinability. However, as is known in the art, the addition of these elements should be limited based on which element is present. Therefore, if added, the total content of these elements is less than or equal to 1.0% by weight.
El término «impurezas» al que se hace referencia en la presente invención pretende referirse a sustancias que contaminarán el acero inoxidable doble cuando se produzca industrialmente debido a las materias primas como minerales y desechos, y debido a varios otros factores en el procedimiento de producción, y se permite la contaminación dentro de los intervalos que no afecten negativamente al acero inoxidable doble como se define en la presente invención anteriormente o más adelante.The term "impurities" referred to in the present invention is intended to refer to substances that will contaminate double stainless steel when produced industrially due to raw materials such as minerals and waste, and due to various other factors in the production process, and contamination is allowed within ranges that do not adversely affect double stainless steel as defined hereinbefore or below.
La presente divulgación se ilustra adicionalmente mediante los ejemplos no limitantes siguientes.The present disclosure is further illustrated by the following non-limiting examples.
EJEMPLOSEXAMPLES
Se hicieron dos fundidos con las composiciones siguientes: Fe es el equilibrio para ambosTwo fades were made with the following compositions: Fe is the balance for both
Las masas fundidas obtenidas se procesaron en consecuencia: The melts obtained were processed accordingly:
Se fundieron a los cuerpos mediante el uso de fundición continua.They were cast to the bodies by using continuous casting.
Luego se formaron barras redondas mediante forjado y los tubos se formaron perforando un agujero en el mismo. Luego se redujo el diámetro de los tubos mediante el uso de extrusión en caliente a una temperatura en el intervalo comprendido entre 1120 °C y 1150 °C, los tubos obtenidos tuvieron una reducción del área de la sección transversal del 96-98 %. La extrusión en caliente fue seguida de decapado para eliminar las perlas de vidrio.Then round bars were formed by forging and the tubes were formed by drilling a hole therein. Then the diameter of the tubes was reduced by the use of hot extrusion at a temperature in the range between 1120 ° C and 1150 ° C, the tubes obtained had a reduction in cross-sectional area of 96-98%. Hot extrusion was followed by pickling to remove the glass beads.
El diámetro se redujo aún más mediante reducción simultánea del diámetro exterior y del grosor de la pared y sometiendo los tubos a una reducción del área de la sección transversal de los mismos en el intervalo comprendido entre el 80 y 86 %.The diameter was further reduced by simultaneously reducing the outer diameter and wall thickness and subjecting the tubes to a reduction in the cross-sectional area thereof in the range of 80-86%.
Los tubos sometidos a la reducción simultánea del diámetro exterior y del grosor de la pared se recocieron en una atmósfera que consiste en una mezcla de gases que comprende aproximadamente 2 % de gas nitrógeno y gas argón restante y los tubos se sometieron a una temperatura de aproximadamente 1030 °C durante un período de tiempo de aproximadamente 1 minuto.The tubes subjected to the simultaneous reduction of the outer diameter and the wall thickness were annealed in an atmosphere consisting of a gas mixture comprising approximately 2% nitrogen gas and remaining argon gas, and the tubes were subjected to a temperature of approximately 1030 ° C for a period of time of approximately 1 minute.
En la etapa de reducción simultánea del diámetro exterior y del grosor de la pared, Q es aproximadamente 1,0. Después del recocido, los tubos obtenidos se sometieron a una etapa de enderezamiento. El enderezamiento se realizó en una máquina enderezadora de rodillos con una combinación de flexión y ovalización. Los tubos se pasaron a través de una serie de rodillos angulados que giraron el tubo y le aplicaron una serie de movimientos de flexión. Durante el enderezamiento, se excede el límite elástico para obtener un cambio permanente de forma y obtener un tubo recto.In the step of simultaneous reduction of the outer diameter and the wall thickness, Q is approximately 1.0. After annealing, the tubes obtained were subjected to a straightening stage. The straightening was performed on a roll straightening machine with a combination of bending and ovalization. The tubes were passed through a series of angled rollers that rotated the tube and applied a series of bending movements to it. During straightening, the elastic limit is exceeded to obtain a permanent change of shape and obtain a straight tube.
Los tubos obtenidos tenían un diámetro exterior de 30 mm y los tubos se utilizarán como un riel GDI en un sistema de inyección de combustible para conducir el combustible que se inyectará en la cámara de combustión de un motor de combustión.The tubes obtained had an outer diameter of 30 mm and the tubes will be used as a GDI rail in a fuel injection system to drive the fuel to be injected into the combustion chamber of a combustion engine.
También se fabricó un tubo adicional de masa fundida 1 según el procedimiento descrito anteriormente. Este tubo presentaba un diámetro exterior de 8 mm después de la etapa de reducción simultánea del diámetro exterior y del grosor de la pared. Este tubo también se usó como una línea de combustible en un sistema de inyección de combustible para conducir el combustible que se inyectará en la cámara de combustión de un motor de combustión. An additional melt tube 1 was also manufactured according to the procedure described above. This tube had an outer diameter of 8 mm after the step of simultaneous reduction of the outer diameter and the wall thickness. This tube was also used as a fuel line in a fuel injection system to drive the fuel to be injected into the combustion chamber of a combustion engine.
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