Acero colado termo-resistente para tubo de reacción de producción de hidrógeno siende excelente en cuanto a ductilidad frente al envejecimiento y resistencia frente a la ruptura por deformación plástica.

Un acero colado termo-resistente de excelente ductilidad frente al envejecimiento y resistencia frente a la rupturapor deformación plástica para tubos de reacción de producción de hidrógeno caracterizado porque el acero coladoconsiste,

en % en masa, en un contenido de 0,18 a 0,5% de C, presente hasta 2,5% de Si, presente hasta 2,5% deMn, de 15 a 26% de Cr, de 8 a 23% de Ni, de 0,1 a 1,2% de Nb, de 0,01 a 1,0% de Ti, de 0,001 a 0,15% de Ce,presente hasta 0,06% de N, de manera opcional uno o al menos dos elementos seleccionados entre de 0,001 a0,05% de B, de 0,01 a 0,5% de Zr, de manera opcional de 0,01 a 0,3% de Al y de 0,001 a 0,15% de La; y resto deFe e impurezas inevitables, presentando el acero colado un valor de parámetro P de 20 a 45 representado pormedio de la expresión siguiente: **Fórmula**

Acero colado termo-resistente para tubo de reaccion de produccion de hidrogeno siendo excelente en cuanto a ductilidad frente al envejecimiento y resistencia frente a la ruptura por deformacion plastica Campo tecnico La presente invencion se refiere a un acero colado termo-resistente que resulta excelente en cuanto a ductilidad frente al envejecimiento y resistencia frente a la ruptura por deformacion plastica para su uso como material para la fabricacion de tubos de reaccion de produccion hidrogeno para la generacion de hidrogeno o gas de sintesis que consiste principalmente en hidrogeno a partir de hidrocarburos, tales como combustibles de petroleo, gas natural o similares por medio de reformado con vapor.

Tecnica anterior

En los hornos de reformado con vapor para la generacion de hidrogeno de las refinerias de petroleo, se alimenta una mezcla de gases de un combustible de petroleo (nafta, gasolina bruta o similar) y vapor en un tubo de reaccion y se somete a la reaccion de reformado [CmHn + mH20 → (n/2 + m) H2 + mC0] a temperatura elevada y presion elevada (temperatura: de aproximadamente 700-900 DC, presion; de aproximadamente 1 a 3 MPa) en presencia de 15 un catalizador para producir gas de sintesis que consiste principalmente en hidrogeno. El tubo de reaccion de reformado necesita disponer de resistencia frente a temperaturas elevadas y resistencia frente a la deformacion plastica a temperatura elevada para soportar una operacion continua a largo plazo bajo las condiciones de temperatura elevada y presion elevada. De manera convencional, se ha usado acero colado, termo-resistente de elevado contenido en carbono y elevado contenido de Cr-Ni, que es una aleacion de endurecimiento por

precipitacion, como material para la fabricacion del tubo de reaccion. De manera mas especifica, hasta el momento, los materiales desarrollados hasta la fecha son SCH22 (0, 4C-25Cr-20Ni-Fe) como material de primera generacion, IN519 (0, 3C-24Cr-24Ni-1, 5Nb-Fe) como material posterior de segunda generacion y materiales de micro-aleacion, tales como HP-Nb, aleacion de Ti (0, 5C-25Cr-35Ni-Nb, Ti-Fe) que contiene una cantidad muy pequefa de Nb, Ti o similar, como materiales de tercera generacion.

Literatura de patente 1: publicacion de JP-B ND. 55-47105 Literatura de patente 2: publicacion de JP-B ND. 57-40900 Literatura de patente 3: publicacion de JP-A ND. 5-239599 Literatura de patente 4: EP 1342807 A2.

En los ultimos afos, existe una demanda creciente de energia limpia como medida de lucha contra la contaminacion ambiental, y las celulas de combustible que emplean combustible de hidrogeno han captado la atencion y se piensa que resultan prometedoras, por ejemplo, para el uso como fuentes energeticas para los vehiculos a motor. Las celulas de combustible se desarrollan tambien como fuentes de energia distribuida a pequefa escala y se han introducido, de forma parcial, en el uso actual. Junto con esta tendencia, se han llevado a cabo grandes esfuerzos para desarrollar sistemas de generacion de hidrogeno para el suministro de hidrogeno a las celulas de combustible.

Estos sistemas incluyen pequefos generadores de hidrogeno y unidades de generacion de hidrogeno in-situ (tal como las denominadas Uestaciones de hidrogenoU) para producir hidrogeno a partir de gas licuado de petroleo (GLP) , gas ciudad (GLN) e hidrocarburos que incluyen alcoholes, queroseno y aceites ligeros.

La reaccion de reformado con vapor de los sistemas de generacion de hidrogeno para las celulas de combustible se lleva a cabo a una temperatura y presion (temperatura: aproximadamente 750-800 DC, presion: hasta 40 aproximadamente 1 MPa) relativamente menores que las condiciones de operacion para los aparatos de gran tamafo de las refinerias de petroleo, mientras que la demanda de energia de la celula de combustible fluctua entre el dia y la noche, con el resultado de que la operacion de los sistemas de generacion de hidrogeno implica fluctuaciones repetidas en la carga del tubo de la reaccion de reformado en relacion correspondiente a la demanda de energia. Si dichas fluctuaciones de carga se repiten diariamente, la deformacion plastica y la fatiga se acumulan 45 en el tubo de reaccion, conduciendo a un fallo por fatiga. Ademas de la resistencia a temperatura elevada y la resistencia frente a la fractura por deformacion plastica a temperatura elevada, se requieren por tanto caracteristicas de fatiga pendientes del tubo de reaccion de reformado para su uso en los sistemas de generacion de hidrogeno para celulas de combustible. Aunque el acero colado, termo-resistente, de elevado contenido en Cr-Ni y elevado contenido en carbono, de tipo endurecimiento por precipitacion, para su uso en los aparatos de gran tamafo de las 50 refinerias de petroleo presenta las caracteristicas a temperatura elevada (resistencia a temperatura elevada y resistencia frente a la deformacion plastica) necesarias para una operacion continua a temperatura elevada y presion elevada, el acero todavia se puede mejorar en cuanto a ductilidad envejecida y resistencia frente al fallo por fatiga requeridas para los sistemas de generacion de hidrogeno, de tipo fluctuacion de carga, y no es apto para uso con buena estabilidad durante un periodo de tiempo prolongado. Cuando se usa en un entorno que presenta un 55 intervalo de temperatura de aproximadamente 800 DC durante un largo periodo de tiempo, el acero tambien encuentra el problema de la fragilidad que resulta de la precipitacion de la fase sigma y apreciada en el caso del material HK40.

Divulgación de la invención Problema a resolver por la invencion Un objeto de la presente invencion consiste en resolver los problemas anteriores apreciados con el material para los tubos de reaccion de reformado para la generacion de hidrogeno y proporcionar un acero colado termo-resistente que presente resistencia termica y resistencia frente a la ruptura por deformacion plastica a temperatura elevada requerida por los tubos de reaccion de reformado de vapor para su uso en entornos de elevada presion y elevada temperatura en los cuales se mejore la ductilidad envejecida y las caracteristicas de fatiga y resulte economicamente ventajoso para proporcionar una mayor durabilidad y estabilidad al tubo de reaccion que ha de ser sometido a fluctuaciones de carga repetidas como en el caso de los sistemas de generacion de hidrogeno de las celulas de combustible.

Medios para resolver el problema La presente invencion proporciona un acero colado termo-resistente para los tubos de reaccion que producen hidrogeno caracterizado por que el acero colado consiste, en % en masa, en una cantidad de 0, 18 a 0, 5% de C, presente hasta 2, 5% de Si, presente hasta 2, 5% de Mn, de 15 a 26% de Cr, de 8 a 23% de Ni, de 0, 1 a 1, 2% de Nb, de 0, 01 a 1, 0% de Ti, de 0, 001 a 0, 15% de Ce, presente hasta 0, 06% de N y de manera opcional uno o al menos dos elementos seleccionados entre 0, 001 y 0, 05 de B, de 0, 01 a 0, 5% de Zr y de 0, 001 a 0, 15% de Lα, de manera opcional de 0, 01 a 0, 3% de Al y Fe de equilibrio e impurezas inevitables, presentando el acero colado un valor de parametro P de 20 a 45 representado por medio de la Expresion [1] proporcionada a continuacion:

P =89, 3 - 78, 4 C+0, 1 Si - 5, 7 Mn -1, 7 Cr

+0, 01 Ni + 2 Nb +5, 3 Ti - 36, 5 N - 50, 8 Ce....... [1]

en la que el valor unido al simbolo de cada elemento representa el contenido (%) del elemento.

El acero colado termo-resistente de la invencion esta dotado de una composicion que contiene elementos en una de las siguientes combinaciones (1) a (3) cuando se desea.

(1) uno o al menos dos elementos seleccionados entre 0, 001 a 0, 05% de B, de 0, 01 a 0, 5% de Zr y de 0, 001 a 0, 15% de La,

(2) de 0, 01 a 0, 3% de Al, y

(3) de 0, 001 a 0, 3% de Al y uno o al menos dos elementos seleccionados entre 0, 001 a 0, 05% de B, de 0, 01 a 0, 5% de Zr y de 0, 001 a 0, 15% de La.

El acero colado termo-resistente de la invencion esta dotado ademas de una composicion en la que C se encuentra limitado a un valor de 0, 18 a 0, 3%, y Cr y Ni se encuentran ajustados a los intervalos respectivos de 15 a 20% de Cr y de 8 a 18% de Ni.

Ventajas de la invencion El acero colado termo-resistente de la composicion quimica descrita anteriormente de acuerdo con la invencion tiene una estructura metalica que comprende una matriz de fase austenitica y particulas de endurecimiento por precipitacion de carburo de cromo (Cr22C6) y similares dispersadas y precipitadas en la matriz. Esta estructura aporta al acero la termo-resistencia y la resistencia frente a la ruptura por deformacion plastica a temperatura elevada que se requieren para su uso en el entorno de elevada temperatura y elevada presion de la reaccion de reformado con vapor, de los sistemas de generacion de hidrogeno, inhibe la precipitacion... [Seguir leyendo]

REIvINDICACIoNES

1. Un acero colado termo-resistente de excelente ductilidad frente al envejecimiento y resistencia frente a la ruptura por deformacion plastica para tubos de reaccion de produccion de hidrogeno caracteriºado porºue el acero colado consiste, en % en masa, en un contenido de 0, 18 a 0, 5% de C, presente hasta 2, 5% de Si, presente hasta 2, 5% de Mn, de 15 a 26% de Cr, de 8 a 23% de Ni, de 0, 1 a 1, 2% de Nb, de 0, 01 a 1, 0% de Ti, de 0, 001 a 0, 15% de Ce, presente hasta 0, 06% de N, de manera opcional uno o al menos dos elementos seleccionados entre de 0, 001 a 0, 05% de B, de 0, 01 a 0, 5% de Zr, de manera opcional de 0, 01 a 0, 3% de Al y de 0, 001 a 0, 15% de La; y resto de Fe e impurezas inevitables, presentando el acero colado un valor de parametro P de 20 a 45 representado por medio de la expresion siguiente:

P = 89, 3 - 78, 4 C + 0, 1 Si - 5, 7 Mn -1, 7 Cr

+ 0, 01 Ni + 2 Nb + 5, 3 Ti - 36, 5 N - 50, 8 Ce 2. El acero colado termo-resistente para tubos de reaccion de produccion de hidrogeno de acuerdo con una cualquiera de la reivindicacion 1, que contiene de 0, 18 a 0, 3% de C.

3. El acero colado termo-resistente para tubos de reaccion de produccion de hidrogeno de acuerdo con una 15 cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, que contiene de 15 a 20% de Cr y de 8 a 18% de Ni.