Aleaciones de níquel-cromo-molibdeno-cobre resistentes a ácidos y bases.
Aleación de níquel-cromo-molibdeno-cobre resistente al ácido sulfúrico,
con una tasa de corrosión inferior a 0,5 mm/y en ácido sulfúrico al 70% a 93ºC, y resistente al hidróxido de sodio, con una tasa de penetración interna inferior a 0,5 mm/y en hidróxido de sodio al 50% a 121ºC, que consiste en:
entre un 27 y un 33% en peso de cromo,
entre un 4,9 y un 7,8% en peso de molibdeno,
entre un 3,5% en peso y un 6,0% en peso de cobre,
hasta un 3,0% en peso de hierro,
entre un 0,3 y un 1,0% en peso de manganeso,
entre un 0,1 y un 0,5% en peso de aluminio,
entre un 0,1 y un 0,8% en peso de silicio,
entre un 0,01 y un 0,11% en peso de carbono,
hasta un 0,13% en peso de nitrógeno,
hasta un 0,05% en peso de magnesio,
hasta un 0,05% en peso de elementos de las tierras raras,
hasta un 0,56% en peso de titanio,
hasta un 1,12% en peso de niobio,
hasta un 2,24% en peso de tantalio,
hasta un 2,24% en peso de hafnio,
hasta un 0,015% en peso de azufre,
hasta un 5% en peso de cobalto,
hasta un 0,65% en peso de tungsteno,
hasta un 0,03% en peso de fósforo,
hasta un 0,05% en peso de oxígeno,
hasta un 0,05% en peso de calcio,
siendo el resto níquel e impurezas.
Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E13002282.
Solicitante: HAYNES INTERNATIONAL, INC..
Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.
Dirección: 1020 West Park Avenue Post Office Box 9013 Kokomo, Indiana 46904-9013 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.
Inventor/es: CROOK, PAUL, DEODESHMUKH,VINAY P, MECK,NACERA SABRINA.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- C22C19/05 QUIMICA; METALURGIA. › C22 METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO DE ALEACIONES O METALES NO FERROSOS. › C22C ALEACIONES (tratamiento de alegaciones C21D, C22F). › C22C 19/00 Aleaciones basadas en níquel o cobalto, solos o juntos. › con cromo.
- C22F1/10 C22 […] › C22F MODIFICACION DE LA ESTRUCTURA FISICA DE METALES O ALEACIONES NO FERROSOS (procesos específicos para el tratamiento térmico de aleaciones ferrosas o aceros y dispositivos para el tratamiento térmico de metales o aleaciones C21D). › C22F 1/00 Modificación de la estructura física de metales o aleaciones no ferrosos por tratamiento térmico o por trabajo en caliente o en frío. › de níquel o cobalto o aleaciones basadas en ellos.
PDF original: ES-2537191_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Aleaciones de níquel-cromo-molibdeno-cobre resistentes a ácidos y bases.
CAMPO DE LA INVENCIÓN
Esta invención se refiere en general a composiciones de aleaciones no ferrosas, y más específicamente a aleaciones de níquel-cromo-molibdeno-cobre que proporcionan una combinación útil de resistencia al ácido sulfúrico al 70% a 93ºC y 5 resistencia al hidróxido de sodio al 50% a 121ºC.
ANTECEDENTES
En el campo de la gestión de residuos existe la necesidad de materiales metálicos resistentes a ácidos fuertes y calientes y a bases cáusticas fuertes y calientes. Esto se debe a que estos productos químicos se utilizan para neutralizarse entre sí, resultando en compuestos más estables y menos peligrosos. Entre los ácidos utilizados en la 10 industria, el ácido sulfúrico es el más importante en lo que respecta a las cantidades producidas. Entre las bases cáusticas, el hidróxido de sodio (sosa cáustica) es el que más comúnmente utilizado.
Ciertas aleaciones de níquel son muy resistentes al ácido sulfúrico fuerte y caliente. Otras son muy resistentes al hidróxido de sodio fuerte y caliente. Sin embargo, ninguna posee una resistencia adecuada frente a ambos productos químicos. 15
Normalmente para resistir al ácido sulfúrico y otros ácidos fuertes se utilizan aleaciones de níquel con altos contenidos de aleación, siendo las más resistentes las aleaciones de níquel-molibdeno y de níquel-cromo-molibdeno.
Por otro lado, el níquel puro (UNS N02200/Aleación 200) o las aleaciones de níquel con bajos contenidos de aleación son los más resistentes al hidróxido de sodio. Cuando se requiere una mayor fuerza se utilizan las aleaciones de níquel-cobre y de níquel-cromo. En particular, las aleaciones 400 (Ni-Cu, UNS N04400) y 600 (Ni-Cr, UNS N06600) presentan 20 buena resistencia a la corrosión en hidróxido de sodio.
Durante el descubrimiento de las aleaciones de esta invención se utilizaron dos entornos clave, en concreto ácido sulfúrico al 70% en peso a 93ºC (200ºF) e hidróxido de sodio al 50% en peso a 121ºC (250ºF) . Es sabido que el ácido sulfúrico al 70% en peso es muy corrosivo para materiales metálicos, siendo a esta concentración a la que la resistencia de muchos materiales falla (incluyendo las aleaciones de níquel-cobre) debido a cambios en la reacción catódica (de 25 reductora a oxidante) . El hidróxido de sodio al 50% en peso es la concentración más utilizada en la industria. En el caso del hidróxido de sodio se utilizó una temperatura más alta para aumentar el ataque interno (la forma principal de degradación de las aleaciones de níquel en este producto químico) y así aumentar la exactitud de las mediciones durante los posteriores exámenes metalográficos y de sección transversal.
En la Patente US nº 6.764.646, Crook y col. describen aleaciones de níquel-cromo-molibdeno-cobre resistentes al ácido 30 sulfúrico y al ácido fosfórico de procesos en húmedo. Estas aleaciones requieren cobre en un intervalo entre el 1, 6 y el 2, 9% en peso, que está por debajo de los niveles necesarios para la resistencia al ácido sulfúrico al 70% a 93ºC y al hidróxido de sodio al 50% a 121ºC.
La Patente US nº 6.280.540 de Crook da a conocer aleaciones de níquel-cromo-molibdeno con contenido en cobre, comercializadas como aleación C-2000® y corresponden a UNS 06200. Éstas contienen mayores niveles de molibdeno 35 y menores niveles de cromo que las aleaciones de esta invención y carecen de las características de corrosión arriba mencionadas.
La Patente US nº 6.623.869 de Nishiyama y col. describe aleaciones de níquel-cromo-cobre para aplicaciones de espolvoreo metálico a altas temperaturas, cuyos contenidos máximos en cobre son del 3% en peso. Este valor está por debajo del rango requerido para la resistencia al ácido sulfúrico al 70% a 93ºC y al hidróxido de sodio al 50% a 121ºC. 40
Más recientemente, las Publicaciones de Solicitud de Patente US (US 2008/0279716 y US 2010/0034690) de Nishiyama y col. describen otras aleaciones para lograr resistencia al espolvoreo metálico y la carburación. Las aleaciones del documento US 2008/0279716 se diferencian de las aleaciones de esta invención en que tienen una restricción de molibdeno de no más del 3%. Las aleaciones del documento US 2010/0034690 son de una clase diferente que se basa en hierro más que en níquel, con un contenido en molibdeno de un 2, 5% o inferior. 5
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
El objeto principal de esta invención es proporcionar aleaciones que puedan ser procesadas en productos forjados (láminas, placas, barras, etc.) y que presenten una combinación útil y difícil de conseguir de resistencia al ácido sulfúrico al 70% a 93ºC (200ºF) y resistencia al hidróxido de sodio al 50% a 121ºC (250ºF) . Estas propiedades altamente deseables se han logrado inesperadamente utilizando una base de níquel, cromo entre un 27 y un 33% en peso, 10 molibdeno entre un 4, 9 y un 7, 8% en peso y cobre entre un 3, 5 y un 6, 0% en peso, tal como se define en las reivindicaciones.
Para posibilitar la eliminación de oxígeno y azufre durante el proceso de fusión, estas aleaciones contienen normalmente pequeñas cantidades de aluminio y manganeso (hasta aproximadamente un 0, 5 y un 1, 0% en peso, respectivamente en las aleaciones de níquel-cromo-molibdeno) y posiblemente trazas de magnesio y de elementos de 15 las tierras raras (hasta aproximadamente un 0, 05% en peso) . En nuestros experimentos se comprobó que unos contenidos en aluminio entre el 0, 1 y el 0, 5% en peso y unos contenidos en manganeso entre el 0, 3 y el 1, 0% en peso conducen a aleaciones satisfactorias.
El hierro es la impureza más probable en estas aleaciones debido a la contaminación de otras aleaciones de níquel fundidas en los mismos hornos, siendo típicos unos valores máximos de un 2, 0 o un 3, 0% en peso en las aleaciones de 20 níquel-cromo-molibdeno que no requieren adición de hierro. En nuestros experimentos se comprobó que son aceptables contenidos en hierro de hasta un 3, 0% en peso.
Estas aleaciones pueden presentar otras impurezas metálicas debido a la contaminación del horno y a impurezas en los materiales de carga. Las aleaciones de esta invención deben poder tolerar estas impurezas en los niveles normalmente hallados en las aleaciones de níquel-cromo-molibdeno. Además, las aleaciones con un contenido en cromo tan alto no 25 se pueden fundir al aire sin cierta absorción de nitrógeno. Por consiguiente, en las aleaciones de níquel con alto contenido en cromo es usual permitir como máximo hasta un 0, 13% en peso de este elemento.
En cuanto al contenido de carbono, las aleaciones satisfactorias en nuestros experimentos contenían entre un 0, 01 y un 0, 11% en peso. Sorprendentemente, la aleación G con un contenido de carbono de un 0, 002% en peso no pudo ser procesada en productos forjados. Por consiguiente, es preferible un contenido en carbono en el intervalo entre un 0, 01 y 30 un 0, 11% en peso.
En lo que respecta al silicio, es preferible un contenido en un intervalo entre un 0, 1 y un 0, 8% en peso, en base al hecho de que los niveles extremos de este intervalo proporcionan propiedades satisfactorias.
Las estabilidades microestructurales de estas aleaciones a temperaturas elevadas se pueden mejorar favoreciendo la formación de carburos de MC, que son muy estables. 35
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
El descubrimiento del rango composicional arriba definido implicó el estudio de una amplia gama de composiciones basadas en níquel con contenidos variables de cromo, molibdeno y cobre. Estas composiciones se presentan en la Tabla 1. Para comparar, la Tabla 1 también incluye las composiciones de las aleaciones comerciales utilizadas para resistir ácido sulfúrico al 70% o hidróxido de sodio al 50%. 40
Tabla 1Composiciones de aleaciones experimentales y comerciales
Aleación
Ni Cr
Mo Cu Fe Mn Al
Si C
Otros
A*
Resto 27
7, 8
6, 0
1, 1
0, 2
0, 1
0, 03
B*
Resto 27
7, 5
5, 9
1, 1
0, 3
0, 3
0, 1
0, 01
C
Resto
8, 2
2, 6
0, 9
0, 3
0, 5
0, 1
0, 03
D
Resto
8, 2
2, 6
0, 9
0, 3
0, 5
0, 1
0, 03
E*
Resto 29
6, 6
4, 7
0, 9
0, 4
0, 1
0, 3
0, 01
F*
Resto
6, 6
4, 8
3, 0
1, 0
0, 5
0, 8
0, 11
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Reivindicaciones:
1. Aleación de níquel-cromo-molibdeno-cobre resistente al ácido sulfúrico, con una tasa de corrosión inferior a 0, 5 mm/y en ácido sulfúrico al 70% a 93ºC, y resistente al hidróxido de sodio, con una tasa de penetración interna inferior a 0, 5 mm/y en hidróxido de sodio al 50% a 121ºC, que consiste en:
entre un 27 y un 33% en peso de cromo, 5
entre un 4, 9 y un 7, 8% en peso de molibdeno, entre un 3, 5% en peso y un 6, 0% en peso de cobre, hasta un 3, 0% en peso de hierro, entre un 0, 3 y un 1, 0% en peso de manganeso, entre un 0, 1 y un 0, 5% en peso de aluminio, 10
entre un 0, 1 y un 0, 8% en peso de silicio, entre un 0, 01 y un 0, 11% en peso de carbono, hasta un 0, 13% en peso de nitrógeno, hasta un 0, 05% en peso de magnesio, hasta un 0, 05% en peso de elementos de las tierras raras, 15
hasta un 0, 56% en peso de titanio, hasta un 1, 12% en peso de niobio, hasta un 2, 24% en peso de tantalio, hasta un 2, 24% en peso de hafnio, hasta un 0, 015% en peso de azufre, 20
hasta un 5% en peso de cobalto, hasta un 0, 65% en peso de tungsteno, hasta un 0, 03% en peso de fósforo, hasta un 0, 05% en peso de oxígeno, hasta un 0, 05% en peso de calcio, 25
siendo el resto níquel e impurezas.
2. Aleación de níquel-cromo-molibdeno-cobre según la reivindicación 1, caracterizada porque las impurezas incluyen niveles de al menos uno de los siguientes elementos: cobalto, tungsteno, azufre, fósforo, oxígeno y calcio.
3. Aleación de níquel-cromo-molibdeno-cobre según la reivindicación 1, caracterizada porque las aleaciones 30 están en formas forjadas seleccionadas de entre el grupo consistente en láminas, placas, barras, alambres, tubos, tuberías y forjas.
4. Aleación de níquel-cromo-molibdeno-cobre según la reivindicación 1, caracterizada porque está en forma moldeada.
5. Aleación de níquel-cromo-molibdeno-cobre según la reivindicación 1, caracterizada porque está en forma 35 metalúrgica en polvo.
6. Aleación de níquel-cromo-molibdeno-cobre según la reivindicación 1, que consiste en:
entre un 30 y un 33% en peso de cromo, entre un 5, 0 y un 6, 2% en peso de molibdeno, entre un 3, 5 y un 4, 0% en peso de cobre, 40
hasta un 1, 5% en peso de hierro, entre un 0, 3 y un 0, 7% en peso de manganeso, entre un 0, 1 y un 0, 4% en peso de aluminio, entre un 0, 1 y un 0, 6% en peso de silicio, entre un 0, 02 y un 0, 10% en peso de carbono, siendo el resto níquel e impurezas.
7. Aleación de níquel-cromo-molibdeno-cobre según la reivindicación 1, que consiste en:
un 31% en peso de cromo, 5
un 5, 6% en peso de molibdeno, un 3, 8% en peso de cobre, un 1, 0% en peso de hierro, un 0, 5% en peso de manganeso, un 0, 4% en peso de silicio, 10
un 0, 3% en peso de aluminio, entre un 0, 03 y un 0, 07% en peso de carbono, trazas de magnesio, siendo el resto níquel e impurezas.
8. Aleación de níquel-cromo-molibdeno-cobre según la reivindicación 1, consistente en: 15
un 31% en peso de cromo, un 5, 6% en peso de molibdeno, un 3, 8% en peso de cobre, un 1, 0% en peso de hierro, un 0, 5% en peso de manganeso, 20
un 0, 4% en peso de silicio, un 0, 3% en peso de aluminio, entre un 0, 03 y un 0, 07% en peso de carbono, trazas de magnesio, trazas de elementos de las tierras raras, siendo el resto níquel e impurezas. 25
9. Aleación de níquel-cromo-molibdeno-cobre según la reivindicación 1, caracterizada porque contiene al menos un formador de carburo de MC seleccionado entre el grupo consistente en titanio, niobio, tantalio y hafnio.
10. Aleación de níquel-cromo-molibdeno-cobre según la reivindicación 1, caracterizada porque contiene entre un 0, 20 y un 0, 56% en peso de titanio.
11. Aleación de níquel-cromo-molibdeno-cobre según la reivindicación 1, caracterizada porque contiene entre un 30 0, 30 y un 1, 12% en peso de niobio.
12. Aleación de níquel-cromo-molibdeno-cobre según la reivindicación 1, caracterizada porque contiene entre un 0, 60 y un 2, 24% en peso de tantalio.
13. Aleación de níquel-cromo-molibdeno-cobre según la reivindicación 1, caracterizada porque contiene entre un 0, 60 y un 2, 24% en peso de hafnio. 35
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