Utilización de una superaleación de base níquel de expansión térmica baja para un componente de caldera, componente de caldera correspondiente y método para su fabricación.

Un método de producir un componente de caldera hecho de una superaleación de base níquel

, superaleación de base níquel que consta de, en peso:

no más de 0'2% de C,

no más de 0'5% de Si,

no más de 0'5% de Mn,

10 a 24% de Cr,

al menos uno de Mo y W en una cantidad en términos de una ecuación de "Mo + 0'5W" ≥ 5 a 17%,

0'5 a 2'0 de Al,

1'0 a 3'0% de Ti,

no más de 10% de Fe,

al menos uno de B y Zr en cantidades de hasta 0'02% excluido cero de B y de hasta 0'2% excluido cero de Zr,

opcionalmente no más de 0'05% de P,

opcionalmente no más de 0'01% de S,

opcionalmente no más de 0'01% de Mg,

opcionalmente no más de 0'01% de Ca,

opcionalmente no más de 0'02% de O,

opcionalmente no más de 0'05% de N,

opcionalmente no más de 0'1% de elementos de tierras raras, y

el balance de Ni e impurezas inevitables,

comprendiendo el método los pasos de:

fundir la superaleación de base níquel;

colar la superaleación de base níquel fundida para obtener un lingote;

someter el lingote a conformado plástico de al menos uno de conformado en frío y conformado en caliente; y

someter el producto conformado a tratamiento térmico de disolución a una temperatura de 980 a 1.100º C, caracterizado por que

un producto final obtenido no es sometido a tratamiento de envejecimiento, tiene una dureza Vickers de no más de 240 y tiene excelente resistencia a alta temperatura.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/JP2008/065547.

Solicitante: HITACHI METALS, LTD..

Nacionalidad solicitante: Japón.

Dirección: 2-1, Shibaura 1-chome Minato-ku Tokyo 105-8614 JAPON.

Inventor/es: SATO, TAKASHI, BAO,GANG, IMANO,SHINYA, DOI,HIROYUKI, UEHARA,TOSHIHIRO, OHNO,TAKEHIRO, TOJI,AKIHIRO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO... > ALEACIONES (tratamiento de alegaciones C21D, C22F) > Aleaciones basadas en níquel o cobalto, solos o... > C22C19/05 (con cromo)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO... > MODIFICACION DE LA ESTRUCTURA FISICA DE METALES O... > Modificación de la estructura física de metales... > C22F1/10 (de níquel o cobalto o aleaciones basadas en ellos)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO... > MODIFICACION DE LA ESTRUCTURA FISICA DE METALES O... > C22F1/00 (Modificación de la estructura física de metales o aleaciones no ferrosos por tratamiento térmico o por trabajo en caliente o en frío)

PDF original: ES-2528925_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Utilización de una superaleación de base níquel de expansión térmica baja para un componente de caldera, componente de caldera correspondiente y método para su fabricación CAMPO TÉCNICO La presente invención se refiere a una superaleación de base níquel de expansión térmica baja para calderas, la cual tiene unas características de excelente resistencia a alta temperatura y expansión térmica baja para ser usada de manera adecuada para tubos, placas, barras, piezas forjadas, etc. usados en la caldera para una planta de generación de energía eléctrica mediante vapor a presión ultra supercrítica operada a una temperatura de no menos de 700º C, y a componentes de caldera que usan la misma y a un método de producir los componentes de caldera.

TÉCNICA ANTERIOR Se requiere que la eficiencia de una planta térmica de generación de energía eléctrica se eleve debido a las demandas de los últimos años para economizar en el uso combustibles fósiles, la reducción de emisiones de anhídrido carbónico y medidas similares contra el calentamiento global. Con el fin de elevar la eficiencia de la planta de producción de energía eléctrica, es necesario que opere a una temperatura de vapor más elevada. La temperatura de vapor principal de una caldera convencional para una planta de generación es, como máximo, de unos 600º C incluso en el caso de una planta de generación de energía eléctrica de vapor a presión ultra supercrítica, no obstante, hay un plan en desarrollo para elevar la temperatura de vapor principal hasta 650º C y aún más hasta un nivel que supera los 700º C. En el caso convencional en el que una caldera es operada a la temperatura de vapor principal de unos 600º C, se ha usado acero ferrítico resistente al calor como material para un tubo de gran diámetro y pared gruesa tal como un tubo y tubería de caldera. Esto es así porque el acero ferrítico resistente al calor tiene la cualidad de tener una excelente resistencia a alta temperatura de hasta unos 600º C y un coeficiente de dilatación pequeño y de ser de precio comparativamente bajo. No obstante, en el caso de no menos de 650º C, al acero ferrítico resistente al calor le faltan propiedades de resistencia a alta temperatura y resistencia a la oxidación. De esta manera, se ha propuesto el uso del acero inoxidable austenítico que tiene una resistencia a la alta temperatura más excelente y una resistencia a la oxidación más elevada (cf. Documento de patente japonesa JP-A-2004-3000) .

El documento de patente europea EP 1 867 740 A1 describe una aleación de base níquel la cual se usa para partes de turbinas. El límite superior de Titanio está indicado por el 0’95% (en peso) .

El documento de patente japonesa JP 2007204840 divulga un método para fabricar un alambre o una barra de una aleación de base níquel que no tiene ninguna grieta en la superficie.

El documento de patente de EE.UU. US 2005/0236079 A1 divulga un método para producir una superaleación de base níquel con dilatación térmica baja.

El documento de patente europea EP 0 361 524 A1 divulga una superaleación de base níquel y un método para producir la misma.

El documento de patente japonesa JP 51/84726 divulga una aleación de base níquel que tiene un ratio de segregación de Molibdeno inferior que la aleación reivindicada en la presente invención.

El documento de patente japonesa JP 2006176864 divulga una aleación para un perno de unión de un apilamiento de celdas de combustible que tiene resistencia a alta temperatura y ductilidad a la fractura por fluencia.

EXPOSICIÓN DE LA INVENCIÓN

Problemas a ser resueltos por la invención Mientras que la temperatura del vapor de las calderas para generación de energía eléctrica se está haciendo más alta como se explicó arriba, en el caso de la temperatura de vapor no inferior a 700º C, incluso el acero inoxidable austenítico es insatisfactorio en su resistencia a alta temperatura.

Por lo tanto, en el caso de temperatura de vapor no inferior a 700º C, una superaleación de base níquel que tiene una resistencia a alta temperatura excelente se necesitará como material para un cabezal, tubería, tubo de intercambiador de calor de un supercalentador, etc. Cuando se aplica un material tal al cabezal y tuberías, los problemas importantes para diseñarlos son no sólo el asegurar una resistencia a alta temperatura del material sino también una característica del alargamiento térmico del material en el arranque y la parada de la operación se incrementa en comparación con el acero ferrítico resistente al calor convencional. En el caso de tubo del intercambiador de calor del supercalentador en un horno de llama directa, el tubo está expuesto directamente a gases de combustión a alta temperatura, se requiere para el tubo una resistencia más alta a una temperatura más alta.

De acuerdo con esto, un objeto de la presente invención es proporcionar una superaleación de base níquel con

dilatación térmica baja para calderas, la cual tiene resistencia a alta temperatura mejorada y coeficiente de dilatación térmica más bajo y sea aplicable a soldadura, y componentes de caldera hechos de la superaleación de base níquel, y un método de producir los componentes de caldera.

Medios para resolver los problemas La presentes inventores lograron la invención al hallar una composición de aleación que posibilita un endurecimiento por precipitación de una superaleación de base níquel para mantener su excelente resistencia a alta temperatura y para mejorar su ductilidad y mantener bajo su coeficiente de dilatación térmica y también al encontrar que la superaleación de base níquel, incluso si se omite su tratamiento de envejecimiento, puede mantener sus excelente resistencia a alta temperatura que es cercana a la de su endurecimiento por precipitación de la aleación de base níquel original.

De esta manera, de acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se provee un método de producción para una superaleación de base níquel para calderas de la reivindicación 1, que tiene una excelente resistencia a alta temperatura y que tiene una composición según la dada en la presente reivindicación 1.

Preferiblemente, la superaleación de base níquel de baja expansión térmica que consta esencialmente de, en peso, 0’005 a 0’15% C, 15 a 24% Cr, 1’2 a 2’5% Ti, no más de 5% Fe, al menos uno de B y Zr en cantidades de 0’002 a 0’02% B y 0’01 a 0’2% Zr, y el balance de 48 a 78% Ni e impurezas inevitables.

Más preferiblemente, la superaleación de base níquel comprende, en peso, 0’5 a 1’7% Al, 1’2 a 1’8% Ti, no más de 2% Fe y 50 a 77% Ni.

Más preferiblemente, la superaleación de base níquel satisface un requerimiento de que un valor definido por una ecuación de Al/ (Al + 0’56Ti) sea 0’45 a 0’70.

De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se provee un componente de caldera hecho de la superaleación de base níquel de arriba en el que no existe ningún precipitado de una fase  que tenga un tamaño de no menos de 20 nm en una matriz de aleación de la superaleación de base níquel distinta de una porción soldada y una zona afectada por calor por la soldadura.

EFECTO DE LA INVENCIÓN La superaleación de base níquel de expansión térmica baja para calderas de la presente invención es excelente en resistencia a alta temperatura y ductilidad a alta temperatura y en propiedades de fatiga térmica elevada debido a su propiedad de dilatación térmica baja. Además, de acuerdo con la superaleación de base níquel, puesto que es posible la soldadura en virtud de la no existencia de tratamiento de envejecimiento,... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un método de producir un componente de caldera hecho de una superaleación de base níquel, superaleación de base níquel que consta de, en peso:

no más de 0’2% de C, no más de 0’5% de Si, no más de 0’5% de Mn, 10 a 24% de Cr, al menos uno de Mo y W en una cantidad en términos de una ecuación de “Mo + 0’5W” = 5 a 17%, 0’5 a 2’0 de Al, 1’0 a 3’0% de Ti, no más de 10% de Fe, al menos uno de B y Zr en cantidades de hasta 0’02% excluido cero de B y de hasta 0’2% excluido cero de Zr, opcionalmente no más de 0’05% de P, opcionalmente no más de 0’01% de S, opcionalmente no más de 0’01% de Mg, opcionalmente no más de 0’01% de Ca, opcionalmente no más de 0’02% de O, opcionalmente no más de 0’05% de N, opcionalmente no más de 0’1% de elementos de tierras raras, y el balance de Ni e impurezas inevitables,

comprendiendo el método los pasos de:

fundir la superaleación de base níquel; colar la superaleación de base níquel fundida para obtener un lingote; someter el lingote a conformado plástico de al menos uno de conformado en frío y conformado en caliente; y someter el producto conformado a tratamiento térmico de disolución a una temperatura de 980 a 1.100º C, caracterizado por que un producto final obtenido no es sometido a tratamiento de envejecimiento, tiene una dureza Vickers de no más de 240 y tiene excelente resistencia a alta temperatura.

2. El método de la reivindicación 1, con:

0’005 a 0’15 de C, 15 a 24% de Cr, 1’2 A 2’5% de Ti, no más de 5% de Fe, al menos uno de B y Zr en cantidades de 0’002 a 0’02% de B y de 0’01 a 0’2% de Zr, y el balance de 48 a 78% de Ni e impurezas inevitables.

3. El método de la reivindicación 1 o 2, con:

0’5 a 1’7% de Al, 1’2 A 1’8% de Ti, no más de 2% de Fe, y 50 a 70% de Ni.

4. El método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que un valor definido por una ecuación de Al/ (Al + 0’56Ti) es 0’45 a 0’70.

5. El uso de una superaleación de base níquel para producir un componente de caldera operada a una temperatura de vapor de no menos de 700º C, teniendo la superaleación una dureza Vickers de no más de 240 y excelente resistencia a alta temperatura y, que consta de, en peso:

no más de 0’2% de C, no más de 0’5% de Si, no más de 0’5% de Mn, 10 a 24% de Cr, al menos uno de Mo y W en una cantidad en términos de una ecuación de “Mo + 0’5W” = 5 a 17%, 0’5 a 2’0% de Al, 1’0 a 3’0% de Ti, no más de 10% de Fe, al menos uno de B y Zr en cantidades de hasta 0’02% excluido cero de B y de hasta 0’2% excluido cero de

Zr, opcionalmente no más de 0’05% de P, opcionalmente no más de 0’01% de S, opcionalmente no más de 0’01% de Mg,

opcionalmente no más de 0’01% de Ca, opcionalmente no más de 0’02% de O, opcionalmente no más de 0’05% de N, opcionalmente no más de 0’1% de elementos de tierras raras, y el balance de Ni e impurezas inevitables,

6. Un componente de caldera que se puede obtener por el método según se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que no existen precipitados de fase ’ que tengan un tamaño de no menos de 20 nm en una matriz de aleación de la superaleación de base níquel fuera de una porción soldada y en una zona afectada por el calor por la soldadura.