Una aleación resistente al calor que comprende, en % en peso, de más del 0,6% a no más del 0,9% de C, Si presente hasta el 2,5%, Mn presente hasta el 3,0%, del 20 al 28% de Cr, del 8 al 55% de Ni, del 0,01 al 0,8% de Ti y del 0,05 al 1,5% de Nb, siendo el valor de (Ti + Nb)/C de 0,12 a 0,29 en % de relación atómica, que contiene opcionalmente hasta el 0,5% de Zr, siendo el valor de (Ti + Nb + Zr)/C de 0,12 a 0,29 en % de relación atómica, que contiene opcionalmente al menos un elemento seleccionado entre el grupo constituido por hasta el 3% de W, hasta el 3% de Mo y hasta el 0,05% de B, que contiene opcionalmente del 0,001 al 0,05% de Mg, que contiene opcionalmente del 0,001 al 0,2% de Ce, siendo el resto Fe e impurezas inevitables

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a mejoras en aleaciones resistentes al calor, y más particularmente a aleacionesresistentes al calor adaptadas para precipitar un fino carburo de Ti-Nb-Cr o carburo de Ti-Nb-Zr-Cr cuando secalientan después de la colada y de este modo se les dota de una alta resistencia a la rotura por termofluencia, y también a tubos de reformado preparados a partir de la aleación resistente al calor para su uso en la producción dehidrógeno.

TÉCNICA ANTECEDENTE

Los aparatos de producción de hidrógeno comprenden un horno de reformado en el que una mezcla de hidrocarburoy vapor se introduce en tubos de reformado para realizar una reacción de reformado con el uso de un catalizadorpara producir un gas reformado rico en hidrógeno. La reacción de reformado dentro de los tubos de reformado serealiza a una alta temperatura de aproximadamente 800 a aproximadamente 1000 grados C a una alta presión deaproximadamente 10 a aproximadamente 30 kgf/cm2. Esta reacción es una reacción endotérmica y, por lo tanto,requiere una gran cantidad de combustible para calentar los tubos de reformado desde el exterior.

Por consiguiente, las mejoras en el rendimiento térmico para reducir la cantidad de combustible a usar sirven pararebajar el coste de funcionamiento y también para reducir la emisión de CO2 y son deseables desde el punto de vista medioambiental.

Es necesario que el material para su uso en la fabricación de tubos de reformado tenga una resistencia a la roturapor termofluencia capaz de resistir las anteriores condiciones de alta temperatura y alta presión. Si el material tieneuna resistencia a la rotura por termofluencia más alta, el tubo de reacción tiene una resistencia mejorada y de estemodo se le dota de una vida más larga, mientras que puede reducirse el grosor de la pared del tubo de reformado y por lo tanto, mejorar su rendimiento térmico, cuando se deben hacer comparables en resistencia a los tubosexistentes.

Para su uso en la fabricación de tubos de reformado para la producción de hidrógeno, el documento JP1993230601A describe una aleación resistente al calor que contiene, en % en peso, del 0,1 al 0,6% de C, hasta el 3,0%de Si, hasta el 2,0% de Mn, del 22 al 30% de Cr, del 22 al 50% de Ni, del 0,2 al 1,5% de Nb, del 0,5 al 5,0% de W y del 0,01 al 0,50% de Ti, siendo el resto Fe.

El documento JP1982-40900B2 describe una colada de aleación resistente al calor que contiene, en % en peso, del0,25 al 0,8% de C, del 8 al 62% de Ni, del 12 al 32% de Cr, de al menos el 0,05% a menos del 2% de W, de al menos el 0,05% a menos del 1% de Ti, hasta el 3,5% de Si, hasta el 3% de Mn, hasta el 2% de Nb y hasta el 0,3%de N, siendo el resto Fe.

El documento EP 0 391 381 A1 describe una aleación resistente al calor usada como material para tubos de craqueopara producir etileno y tubos reformadores para su uso en las industrias petroquímica y química, que tienen altaresistencia la deformación por termofluencia y alta ductilidad después del envejecimiento que comprende, en % en peso, el 0,3-0,8% de C, el 0,5-3% de Si, de más del 0% a no más del 2% de Mn, de al menos el 23% a menos del30% de Cr, el 40-55% de Ni, el 0,2-1,8% de Nb, de más del 0,08% a no más del 0,2% de N, el 0,01-0,5% de Ti y/o el0,01-0,5% de Zr, y el resto Fe e impurezas inevitables. Al menos un componente seleccionado entre el grupo constituido por el 0,02-0,6% de Al, el 0,001-0,5% de Ca, hasta el 0,05% de B, hasta el 0,5% de Y y hasta el 0,5% deHf, puede estar contenido adicionalmente en su composición.

Sin embargo, los tubos de reformado para la producción de hidrógeno preparados a partir de estas aleacionesresistentes al calor no siempre fueron satisfactorios en resistencia a la rotura por termofluencia.

Los inventores de la presente invención realizaron una exhaustiva investigación y descubrieron que, cuando se haceque un fino carburo de Ti-Nb-Cr (o carburo de Ti-Nb-Zr-Cr cuando Zr también está presente) precipite a una temperatura de reacción de reformado catalítico de al menos aproximadamente 800 grados C, el desarrollo dedeslizamiento de dislocaciones puede retardarse dentro de los granos para dar una resistencia a la rotura portermofluencia marcadamente mejorada.

Un objeto de la presente invención es proporcionar una aleación resistente al calor adaptada para precipitar un finocarburo de Ti-Nb-Cr (o carburo de Ti-Nb-Zr-Cr cuando Zr también está presente) cuando se calienta después de lacolada y, de este modo, dotada de una alta resistencia a la rotura por termofluencia.

Otro objeto de la invención es proporcionar una aleación resistente al calor que tenga una extraordinaria conductividad térmica.

Otro objeto más de la invención es proporcionar un tubo de reformado para la producción de hidrógeno que seprepara a partir de una aleación resistente al calor adaptada para precipitar un fino carburo de Ti-Nb-Cr (o carburode Ti-Nb-Zr-Cr cuando Zr también está presente) cuando se calienta después de la colada.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Para cumplir los objetos anteriores, la presente invención proporciona una aleación resistente al calor quecomprende, en % en peso, de más del 0,6% a no más del 0,9% de C, Si presenta hasta el 2,5%, Mn presente hastael 3,0%, del 20 al 28% de Cr, del 8 al 55% de Ni, del 0,01 al 0,8% de Ti y del 0,05 al 1,5% de Nb, siendo el valor de(Ti + Nb)/C de 0,12 a 0,29 en relación atómica,

**(Ver fórmula)**

que contiene opcionalmente hasta el 0,5% de Zr, siendo entonces el valor de (Ti + Nb + Zr)/C de 0,12 a 0,29 en %de relación atómica,

que contiene opcionalmente al menos un elemento seleccionado entre el grupo constituido por hasta el 3% de W,hasta el 3% de Mo y hasta el 0,05% de B,

que contiene además opcionalmente del 0,001 al 0,05% de Mg,

que contiene opcionalmente del 0,001 al 0,2% de Ce, siendo el resto Fe e impurezas inevitables.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La figura 1 es una vista de sección que muestra un ejemplo de tubo de reformado para la producción dehidrógeno en uso;

La figura 2 es un gráfico que muestra los resultados de ensayo de tiempo de rotura por termofluenciaenumerados en la Tabla 1;

La figura 3 es una fotomicrografía óptica (X400) que muestra la estructura metálica (como colada) de unapieza de ensayo cortada del tubo de muestra del Ejemplo Nº 3;

La figura 4 es una fotomicrografía óptica (X400) que muestra la estructura metálica de la pieza de ensayo dela figura 3, después de haberla calentado a 1050 grados C y sometida a una tensión de tracción de 24,5 MPadurante 100 horas;

La figura 5 es una fotografía de TEM (X45000) de la estructura metálica de la figura 4;

La figura 6 es una fotografía de TEM (X90000) de la estructura metálica de la figura 4;

La figura 7 es una fotografía de TEM (X450000) de la estructura metálica de la figura 4;

La figura 8 muestra los resultados de espectroscopía de fluorescencia de rayos X de Cr23C6; y

La figura 9 muestra los resultados de espectroscopía de fluorescencia de rayos X de un carburo de Ti-Nb-Cr.

MEJOR MODO DE REALIZAR LA INVENCIÓN

La presente invención proporciona una aleación resistente al calor que comprende, en % en peso, de más del 0,6%a no más del 0,9% de C, Si presente hasta el 2,5%, Mn presente hasta el 3,0%, del 20 al 28% de Cr, del 8 al 55% deNi, del 0,01 al 0,8% de Ti y del 0,05 al 1,5% de Nb, siendo el valor de (Ti + Nb)/C de 0,12 a 0,29 en % de relaciónatómica, que contiene opcionalmente hasta el 0,5% de Zr, y el valor de (Ti + Nb + Zr)/C es de 0,12 a 0,29 en % derelación atómica, que contiene opcionalmente al menos un elemento seleccionado entre el grupo constituido porhasta el 3% de W, hasta el 3% de Mo y hasta el 0,05% de B, que contiene opcionalmente del 0,001 al 0,05% de Mg,que contiene opcionalmente del 0,001 al 0,2% de Ce, siendo el resto Fe e impurezas inevitables.

La principal característica de la aleación resistente al calor de la invención es que la aleación está definida de modoque el valor de (Ti + Nb)/C [o (Ti + Nb + Zr)/C cuando la aleación contiene Zr] es de 0,12 a 0,29 en % de relaciónatómica. (La expresión que define la relación se denominará en lo sucesivo en este documento la “expresiónrelacional”.)

La expresión relacional... [Seguir leyendo]

1. Una aleación resistente al calor que comprende, en % en peso, de más del 0,6% a no más del 0,9% de C, Si presente hasta el 2,5%, Mn presente hasta el 3,0%, del 20 al 28% de Cr, del 8 al 55% de Ni, del 0,01 al 0,8% deTi y del 0,05 al 1,5% de Nb, siendo el valor de (Ti + Nb)/C de 0,12 a 0,29 en % de relación atómica,

que contiene opcionalmente hasta el 0,5% de Zr, siendo el valor de (Ti + Nb + Zr)/C de 0,12 a 0,29 en % de relación5 atómica,

que contiene opcionalmente al menos un elemento seleccionado entre el grupo constituido por hasta el 3% de W,hasta el 3% de Mo y hasta el 0,05% de B,

que contiene opcionalmente del 0,001 al 0,05% de Mg,

que contiene opcionalmente del 0,001 al 0,2% de Ce, siendo el resto Fe e impurezas inevitables.

2. Un tubo de reformado para producir hidrógeno que se fabrica a partir de una aleación resistente al calor de acuerdo con la reivindicación 1.