Influence of selected rare earth metals on structural characteristics of 42CrMo4 steel

Influencia de metales de tierras raras seleccionados en las características estructurales del acero 42CrMo4

Se investigó la influencia de la adición de metales de tierras raras (MTR) en la estructura de solidificación del acero 42CrMo4 de bajo contenido en carbono. Las aleaciones se prepararon mediante fundición centrífuga. La adición de cerio, praseodimio o mischmetal en el acero produjo una mejora considerable de la estructura de solidificación, con una zona de grano columnar suprimida y un tamaño de grano más fino en la zona de grano equiaxed. Las adiciones se produjeron en el baño de acero en forma de óxido de REM y/o inclusiones de óxido-sulfuro y como REM disuelto segregado junto con otros elementos en los límites de grano anteriores y en los espacios interdendríticos. Se obtuvieron resultados de microestructura (microscopio óptico), microanálisis químico SEM/EDX y análisis TOF-SIMS - mapeo de elementos en la estructura de las aleaciones.

INTRODUCCIÓN

La mejora de la calidad y de las propiedades útiles de las piezas forjadas de gran tamaño destinadas a un uso intensivo puede lograrse mediante la adición de aleaciones de metales no ferrosos en forma del denominado mischmetal durante la producción de acero, lo que conduce al refinamiento de la microestructura de los lingotes de acero producidos, que posteriormente se forjan. El refinamiento de la microestructura, o refinamiento del grano, tiene una gran influencia en las propiedades mecánicas resultantes del acero. Además de los elementos de aleación típicos (por ejemplo, Ti, Nb...) [1, 2], los metales no férreos seleccionados incluyen también metales de tierras raras (MTR). Una pequeña cantidad es suficiente para el refinamiento del grano y la modificación de la estructura.

La estructura de grano fino en los aceros puede conseguirse mediante la aplicación de EGR (Elkem Grain Refiner) a base de cerio, en algunos casos utilizando mischmetal a base de Ce + La [3-5]. Este proceso se aplicó a escala de laboratorio con equipos piloto y también en lingotes de colada de un peso de 2 [6] a 5 toneladas, posiblemente en colada continua de 10 t. También es bien conocida la influencia de la desoxidación del acero de carbono medio microaleado con cerio en la morfología de las inclusiones de sulfuro y las propiedades mecánicas del acero [7].

Son interesantes los resultados [8] sobre el refinamiento del grano de aceros inoxidables totalmente austeníticos utilizando una prealeación Fe-Cr-Si-Ce. Se consiguió una reducción sustancial de la separación de los brazos dendríticos debido a la formación de inclusiones de óxido de Ce-Al en el acero líquido antes de la solidificación. Otra experiencia [9] resultó de experimentos con acero de baja aleación, cuando se produjo la nucleación de ferrita en inclusiones de sulfuro de cerio.

En [10] se describen los avances en el desarrollo y la aplicación del refinamiento del grano utilizando sulfuro de cerio y compuestos de titanio en aceros al carbono.