COMPOSICIONES DE ACERO PARA USOS ESPECIALES.

La invención se refiere a una nueva composición de acero para usos especiales, en particular, con altos rendimientos en presencia de corrosión debida a unos medios oxidantes tales como, por ejemplo, humos o vapor de agua, a presión y/o temperatura elevadas. Los ambientes de presión y temperatura elevadas en presencia de vapor de agua se encuentran principalmente en la producción industrial de electricidad. La generación, el acondicionamiento (principalmente el recalentamiento y el segundo recalentamiento) y el trasporte del vapor de agua se llevan a cabo con ayuda de elementos de acero, en particular, de tuberías sin soldadura. A pesar de un largo historial de soluciones consideradas o realizadas, sobre las que se tratará más adelante, siguen existiendo graves problemas en términos de resistencia en el entorno en que se trata, así como respecto al tiempo. Estos problemas resultan particularmente difíciles de resolver, principalmente, de hecho, debido a la variabilidad significativa de las propiedades de los aceros en función de sus constituyentes, y por la pesadez de los ensayos de corrosión térmica durante un periodo de tiempo prolongado. A lo largo del presente documento se empleará el término «corrosión» o «corrosión térmica» para designar los fenómenos de pérdida de metales debida a la oxidación a temperaturas elevadas. La presente invención viene a mejorar la situación. La invención propone, en general, una composición de acero para aplicaciones especiales, que se sitúa en la zona que comprende, en contenido en peso, aproximadamente de 1,8 a 11% de cromo (y preferiblemente entre aproximadamente de 2,3 y 10% de cromo), menos de 1% de silicio, y entre 0,20 y 0,45% de manganeso. Se ha demostrado que es posible ajustar los contenidos de la composición según un modelo predeterminado, seleccionado para obtener las características de corrosión sensiblemente óptimas en las condiciones dadas de comportamiento a elevada temperatura. Este modelo puede hacer intervenir como material adicional o como material residual al menos un elemento seleccionado entre el molibdeno, el tungsteno, el cobalto, y el níquel. Más particularmente, la composición tiene un contenido de silicio en peso que comprende entre aproximadamente 0,20 y 0,50%, preferiblemente entre aproximadamente 0,30 y 0,50%. Puede tener también un contenido de manganeso en peso que comprende entre aproximadamente 0,25 y 0,45%, y más preferiblemente entre aproximadamente 0,25 y 0,40%. Según la invención, dicho modelo contiene al menos un único término de contribución de cromo, y un único término de contribución del manganeso. El único término de contribución de manganeso puede comprender una función polinómica de segundo grado del contenido de manganeso. El término de contribución de cromo puede comprender un término cuadrático inversamente proporcional al contenido de cromo, y un término inversamente proporcional a la cantidad que contiene el contenido de cromo. Según los modos de realización, que se describirán más detalladamente: - la composición del acero contiene entre aproximadamente 2,3 y 2,6% en peso de cromo. - la composición del acero contiene entre aproximadamente 8,9 y 9,5 a 10% en peso de cromo. La invención cubre igualmente una tubería sin soldadura o sus accesorios, constituida esencialmente por una composición de acero propuesta, aplicando una composición de acero a las tuberías sin soldadura y accesorios, destinadas a generar, transportar o acondicionar el vapor de agua a presión y a temperatura elevadas, así como a la técnica descrita para optimizar las propiedades de las composiciones de aceros especiales, en particular para su aplicación a las tuberías sin soldadura y accesorios, destinadas a generar, transportar o acondicionar el vapor de agua a presión y temperatura elevadas. Otras características y ventajas de la invención serán más evidentes tras la lectura de la descripción detallada que aparece a continuación, que en referencia a los dibujos anexos, en los cuales; la fig. 1 ilustra esquemáticamente el desarrollo temporal de un primer mecanismo de oxidación, denominado aquí como de ; la fig. 2 ilustra esquemáticamente el desarrollo temporal de un segundo mecanismo de oxidación, denominado aquí como de ; la fig. 3 es un gráfico ilustrativo de las propiedades de la composición de acero; la fig. 4 es una tabla de composiciones de acero, que ha sido objeto de medidas de corrosión a largo plazo a 650ºC, las cuales figuran en la última columna de la tabla; la fig. 5 es un gráfico que representa una correspondencia entre las medidas dadas y los datos calculados; y 2   la fig. 6 es un gráfico que constituye un detalle parcial de la fig. 5. Los dibujos, la descripción que sigue y sus anexos contienen, esencialmente, los elementos de carácter seguro. Pueden, por tanto, servir no solamente para hacer comprender mejor la presente invención, sino también contribuir a su definición, en su caso. Se examinan ahora las condiciones en las cuales se puede aplicar la invención. Se considera, por ejemplo, el caso de una central térmica de combustible fósil, que comprende una caldera potente que suministra vapor de agua recalentado a una turbina de vapor acoplada a un alternador. Se conoce el buen rendimiento térmico de este tipo de centrales térmicas, de las que se busca, sin embargo, que sean cada vez menos contaminantes, limitando los residuos tanto de humos como de gases nocivos tales como el SO2, los NOx y el CO2, siendo este último particularmente responsable del efecto invernadero. De este modo, la reducción de la cantidad relativa de CO2 producido durante la combustión pasa por el aumento del rendimiento de la caldera, que está relacionado con la temperatura y la presión del vapor suministrado a la turbina. Puesto que el vapor de agua se encuentra esencialmente confinado en tuberías de acero sin soldadura, se ha intentado desde hace mucho tiempo mejorar las características de resistencia a largo plazo de las tuberías que contienen fluido presurizado a temperatura elevada y mejorar su resistencia a la deformación y principalmente su resistencia a la ruptura por deformación a las 100 000 horas. El grupo denominado American Society for Testing and Material (ASTM) ha establecido las normas o especificaciones por las cuales los expertos en la técnica se guían para seleccionar sus aceros. Cuando se trata de aceros especiales para uso a alta temperatura, estas son: - la norma A213, titulada Standard Specification for Seamless Ferritic and Austenitic Alloy-Steel Boiler, Superheater and Heat-Exchanger Tubes, y - la norma A335; Standard Specification for Seamless Ferritic Alloy-Steel Pipe for High-Temperature Service. Las calderas de la década de 1960 utilizaban aceros no aleados para los paneles de las pantallas de la caldera y calidades con 2,25% de Cr y 1% de Mo (calidades T22 según la Norma ASTM A213 y P22 según la Norma ASTM A335) para las partes calientes de las tuberías de los recalentadores y las conducciones de vapor recalentado (160 bares 560ºC). Los aceros inoxidables austeníticos con 18% de Cr y 10% de Ni poseen intrínsecamente mejores características de resistencia a la deformación que las calidades con aleación inferior y estructura ferrítica, pero poseen graves inconvenientes derivados del hecho que entonces la propia caldera debe comprender unas partes de acero con estructura austenítica y otras partes con estructura ferrítica: esto da como resultado por una parte que se producen diferencias en los coeficientes de dilatación térmica, y por otra parte, la necesidad de realizar las uniones soldadas entre las tuberías de estructura metalúrgica diferente. La tendencia ha sido, por tanto, una mejora de los materiales con estructura ferrítica. El acero X 20 Cr Mo V 12 1 con un 12% de Cr según la norma alemana DIN 17.175 no se utiliza mucho habitualmente puesto que su realización es muy delicada y sus características de deformación han quedado superadas. La década de 1980 ha visto la aparición de las normas de calidad para microaleaciones con un 9% de Cr (T91 y P91, T92 y P92 según las Normas ASTM A213 y A335) que presentan a la vez una buena resistencia a la deformación y excelentes propiedades de puesta en práctica. En paralelo, en la década de 1990, han aparecido calidades de microaleaciones con un 2,25% de Cr (T23, P23, T24, P24) para mejorar los rendimientos de los paneles de pantallas y/o algunas partes de los recalentadores. Han surgido en ese momento unos problemas de resistencia a la oxidación térmica, principalmente en el caso de los aceros con un 9% de Cr en comparación con el acero X 20 Cr Mo V 12 1, que contiene un 12% de Cr. Es sabido, en efecto, que el Cr e igualmente el Si y el Al son unos elementos que reducen la oxidación térmica. El término agrupa 2 tipos de... [Seguir leyendo]

1.Composición de acero según las normas ASTM A213 y A335 que definen respectivamente las calidades T23 y P23, con buen comportamiento ante la corrosión térmica por medios oxidantes, tales como los humos o el vapor de agua, caracterizada porque comprende, en peso, entre 2,3 y 2,6% de cromo, un máximo de 0,5% de silicio, entre 0,20 y 0,45% de manganeso, entre 1,45 y 1,60% de tungsteno y entre 0,05 y 0,20% de molibdeno, estando los contenidos de la composición ajustados según un modelo predeterminado , seleccionado para obtener unas características de estabilidad a la oxidación térmica sensiblemente óptimas en las condiciones dadas de comportamiento a elevada temperatura durante un largo periodo, siendo el modelo: Alfa = 2,828 Beta = 0,237 A = Cr (Mo + W + Ni + Co) Delta = 0,091 B = 1,40 0,12 Cr + 0,007 / Si C = 1,2 Mn Mn 0,53 Mn + 0.02 (W + Ni) 0,012 siendo los contenidos en peso de Cr, Mn, Si, Mo, W, Ni, Co tales que el valor de la corrosión Vcor es inferior a 1,4. 2. Composición de acero según la reivindicación 1, caracterizada porque los contenidos de Cr, Mn, Si, Mo, W, Ni, Co son tales que el valor de corrosión Vcor es como máximo igual a 1,25. 3. Composición de acero según las normas ASTM A213 y A335 que definen respectivamente las calidades T22 y P22, con buen comportamiento ante la corrosión térmica en medios oxidantes, tales como los humos o el vapor de agua, caracterizada porque comprende en peso, entre 2,3 y 2,6% de cromo, un máximo de 0,5% de silicio, entre 0,20 y 0,45% de manganeso, entre 0,87 y 1% de molibdeno y muy poco tungsteno, estando los contenidos de la composición ajustados según un modelo predeterminado , seleccionado para obtener características de estabilidad a la oxidación térmica sensiblemente óptimas en las condiciones dadas de comportamientos a elevada temperatura durante un largo periodo, siendo el modelo: Alfa = 2,828 Beta = 0,237 A = Cr (Mo + W + Ni + Co) Delta = 0,091 B = 1,40 0,12 Cr + 0,007 / Si C = 1,2 Mn Mn 0,53 Mn + 0.02 (W + Ni) 0,012 siendo los contenidos en peso de Cr, Mn, Si, Mo, W, Ni, Co tales que el valor de la corrosión Vcor es como máximo igual a 0,9. 4. Composición de acero según la reivindicación 3, caracterizada porque los contenidos en peso de Cr, Mn, Si, Mo, W, Ni, Co son tales que el valor de la corrosión Vcor es como máximo igual a 0,85. 5. Composición de acero según las normas ASTM A213 y A335 que definen respectivamente las calidades T24 y P24, con buen comportamiento ante la corrosión térmica por medios oxidantes, tales como los humos o el vapor de agua, caracterizada porque comprende, en peso, entre 2,4 y 2,6% de cromo, entre 0,15 y 0,45% de silicio, entre 0,30 y 0,45% de manganeso, entre 0,70 y 0,90% de molibdeno, y prácticamente nada de tungsteno, estando los contenidos de la composición ajustados según un modelo predeterminado, seleccionado para obtener unas características de estabilidad a la oxidación térmica sensiblemente óptimas en las condiciones dadas de comportamientos a elevada temperatura durante un largo periodo, siendo el modelo: 13   Alfa = 2,828 Beta = 0,237 A = Cr (Mo + W + Ni + Co) Delta = 0,091 B = 1,40 0,12 Cr + 0,007 / Si C = 1,2 Mn Mn 0,53 Mn + 0.02 (W + Ni) 0,012 siendo los contenidos en peso de Cr, Mn, Si, Mo, W, Ni, Co tales que el valor de la corrosión Vcor es como máximo igual a 0,8. 6. Composición de acero según la reivindicación 5, caracterizada porque los contenido en peso de Cr, Mn, Si, Mo, W, Ni, Co son tales que el valor de la corrosión Vcor es como máximo igual a 0,75. 7. Composición de acero según las normas ASTM A213 y A335 que definen respectivamente las calidades T91 y P91, con buen comportamiento ante la corrosión térmica por medios oxidantes, tales como los humos o el vapor de agua, caracterizada porque comprende, en peso, entre 8,9 y 9,5% de cromo, entre 0,2 y 0,5% de silicio, entre 0,85 y 0,95% de molibdeno, entre 0,30 y 0,45% de manganeso, y sensiblemente una ausencia de W, estando ajustados los contenidos de la composición de acero según un modelo predeterminado, seleccionado para obtener las características de calidad con la oxidación térmica sensiblemente óptimas en las condiciones dadas de comportamientos a alta temperatura durante un largo periodo, siendo el modelo: Alfa = 2,828 Beta = 0,237 A = Cr (Mo + W + Ni + Co) Delta = 0,091 B = 1,40 0,12 Cr + 0,007 / Si C = 1,2 Mn Mn 0,53 Mn + 0.02 (W + Ni) 0,012 de tal manera que el valor de la corrosión Vcor es inferior a 0,1. 8. Composición de acero según la reivindicación 7, caracterizada porque un valor de la corrosión Vcor es como máximo igual a 0,07. 9. Composición de acero según las normas ASTM A213 y A335 que definen respectivamente las calidades T92 y P92, con altos rendimientos en la corrosión térmica por unos medios oxidantes, tales como los humos o el vapor de agua, caracterizada porque comprende, en peso, entre 8,9 y 9,5% de cromo, un máximo de 0,5% de silicio, entre 0,30 y 0,45% de manganeso, entre 1,50 y 1,75% de tungsteno y entre 0,30 y 0,45% de molibdeno, estando ajustados los contenidos de la composición de acero según un modelo predeterminado, seleccionado para obtener unas características de estabilidad a la oxidación térmica sensiblemente óptimas en las condiciones dadas de comportamientos a elevada temperatura, durante un largo periodo, siendo el modelo: Alfa = 2,828 Beta = 0,237 A = Cr (Mo + W + Ni + Co) Delta = 0,091 14 B = 1,40 0,12 Cr + 0,007 / Si C = 1,2 Mn Mn 0,53 Mn + 0.02 (W + Ni) 0,012 los contenidos en peso de Cr, Mn, Si, Mo, W, Ni, Co, son tales que el valor de la corrosión Vcor es como máximo igual a 0,11. 10. Composición de acero según la reivindicación 9, caracterizada porque los contenidos en peso de Cr, Mn, Si, Mo, 5 W, Ni, Co son tales que el valor de la corrosión Vcor es como máximo igual a 0,08.   11. Composición de acero según una de las reivindicaciones 7 a 10 caracterizada porque contiene menos de 0,2% de níquel. 12. Composición de acero según las normas ASTM A213 y A335 que definen respectivamente las calidades T9 y P9, con altos rendimientos en la corrosión térmica por medios oxidantes, tales como los humos o el vapor de agua, caracterizada porque comprende, en peso, entre 9,2 y 10% de cromo, entre 0,25 y 1% de silicio, entre 0,9 y 1% de molibdeno, entre 0,3 y 0,45% de manganeso, y sensiblemente una ausencia de W, estando los contenidos de la composición de acero ajustados según un modelo predeterminado, seleccionado para obtener unas características de estabilidad a la oxidación térmica sensiblemente óptimas en las condiciones dadas de comportamientos a elevada temperatura durante un largo periodo, siendo el modelo: Alfa = 2,828 Beta = 0,237 A = Cr (Mo + W + Ni + Co) Delta = 0,091 B = 1,40 0,12 Cr + 0,007 / Si C = 1,2 Mn Mn 0,53 Mn + 0.02 (W + Ni) 0,012 de tal manera que el valor de la corrosión Vcor es como máximo igual a 0,09. 13. Composición de acero según una de las reivindicaciones 1 a 4 y 7 a 11, caracterizada porque comporta un contenido en silicio en peso comprendido entre 0,20 y 0,50%, preferiblemente entre 0,30 y 0,50%. 14. Composición de acero según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque comporta un contenido de manganeso en peso comprendido entre 0,25 y 0,45%. 15. Tubería sin soldadura o accesorios, constituida esencialmente por una composición de acero según una de las reivindicaciones anteriores. 16. Aplicación de la composición de acero a las tuberías sin soldadura y accesorios, destinadas a generar , transportar o a acondicionar el vapor de agua a elevadas presión y temperaturas.   16   17   18   19     DOCUMENTOS INDICADOS EN LA DESCRIPCIÓN En la lista de documentos indicados por el solicitante se ha recogido exclusivamente para información del lector, y no es parte constituyente del documento de patente europeo. Ha sido recopilada con el mayor cuidado; sin embargo, la EPA no asume ninguna responsabilidad por posibles errores u omisiones. Documentos de patente indicados en la descripción WO 02081766 A [0033] Literatura de patentes no citadas en la descripción 21