Superficie sobre acero inoxidable.

Superficie externa que cubre al menos 55% de acero inoxidable que comprende de 20 a 50 % en peso de cromo,

25 a 50 % en peso de níquel, de 0.2 a 3 % en peso de manganeso, 0.3 a 1.5 % en peso de sílice, menos de 5 % enpeso de titanio, niobio y cualquier otro elemento en el estado de traza y carbono en una cantidad menor que 0.75 %en peso, teniendo dicha superficie un espesor desde 0.1 a 15 micras y que comprende sustancialmente unaespinela de fórmula MnxCr3-xO4 en la que x va de 0.5 a 2.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/CA2001/001190.

Solicitante: NOVA CHEMICALS (INTERNATIONAL) S.A..

Nacionalidad solicitante: Suiza.

Dirección: 2, CHEMIN DES MAZOTS 1700 FRIBOURG SUIZA.

Inventor/es: BENUM, LESLIE WILFRED, OBALLA,MICHAEL,C, PETRONE,Sabino Steven Anth, CHEN,Weixing.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C21D1/72 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C21 METALURGIA DEL HIERRO.C21D MODIFICACION DE LA ESTRUCTURA FISICA DE LOS METALES FERROSOS; DISPOSITIVOS GENERALES PARA EL TRATAMIENTO TERMICO DE METALES O ALEACIONES FERROSOS O NO FERROSOS; PROCESOS DE MALEABILIZACION POR DESCARBURACION, REVENIDO U OTROS TRATAMIENTOS (cementación por procesos de difusión C23C; tratamiento de la superficie de materiales metálicos utilizando al menos un proceso cubierto por la clase C23 y al menos un proceso cubierto por la presente subclase, C23F 17/00; solidificación unidireccional de materiales eutécticos o separación unidireccional de materiales eutectoides C30B). › C21D 1/00 Métodos o dispositivos generales para tratamientos térmicos, p. ej. recocido, endurecido, temple o revenido. › en el curso del cambio químico de las superficies.
  • C21D1/76 C21D 1/00 […] › Regulando la composición de la atmósfera.
  • C22C38/00 C […] › C22 METALURGIA; ALEACIONES FERROSAS O NO FERROSAS; TRATAMIENTO DE ALEACIONES O METALES NO FERROSOS.C22C ALEACIONES (tratamiento de alegaciones C21D, C22F). › Aleaciones ferrosas, p. ej. aleaciones del acero (aleaciones de hierro colado C22C 37/00).
  • C22C38/38 C22C […] › C22C 38/00 Aleaciones ferrosas, p. ej. aleaciones del acero (aleaciones de hierro colado C22C 37/00). › con más de 1,5% en peso de manganeso.
  • C22C38/58 C22C 38/00 […] › con más de 1,5% en peso de manganeso.
  • C23C30/00 C […] › C23 REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO DE MATERIALES CON MATERIALES METALICOS; TRATAMIENTO QUIMICO DE LA SUPERFICIE; TRATAMIENTO DE DIFUSION DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO POR EVAPORACION EN VACIO, POR PULVERIZACION CATODICA, POR IMPLANTACION DE IONES O POR DEPOSICION QUIMICA EN FASE VAPOR, EN GENERAL; MEDIOS PARA IMPEDIR LA CORROSION DE MATERIALES METALICOS, LAS INCRUSTACIONES, EN GENERAL.C23C REVESTIMIENTO DE MATERIALES METALICOS; REVESTIMIENTO DE MATERIALES CON MATERIALES METALICOS; TRATAMIENTO DE MATERIALES METALICOS POR DIFUSION EN LA SUPERFICIE, POR CONVERSION QUIMICA O SUSTITUCION; REVESTIMIENTO POR EVAPORACION EN VACIO, POR PULVERIZACION CATODICA, POR IMPLANTACION DE IONES O POR DEPOSICION QUIMICA EN FASE VAPOR, EN GENERAL (aplicación de líquidos o de otros materiales fluidos sobre las superficies, en general B05; fabricación de productos revestidos de metal por extrusión B21C 23/22; revestimiento metálico por unión de objetos con capas preexistentes, ver las clases apropiadas, p. ej. B21D 39/00, B23K; mecanizado del metal por acción de una fuerte concentración de corriente eléctrica sobre un objeto por medio de un electrodo B23H; metalización del vidrio C03C; metalización de piedras artificiales, cerámicas o piedras naturales C04B 41/00; pinturas, barnices, lacas C09D; esmaltado o vidriado de metales C23D; medios para impedir la corrosión de materiales metálicos, las incrustaciones, en general C23F; tratamiento de superficies metálicas o revestimiento de metales mediante electrolisis o electroforesis C25D, C25F; crecimiento de monocristales C30B; mediante metalización de textiles D06M 11/83; decoración de textiles por metalización localizada D06Q 1/04; detalles de aparatos de sonda de barrido, en general G01Q; fabricación de dispositivos semiconductores H01L; fabricación de circuitos impresos H05K). › Revestimiento con materiales metálicos, caracterizado solamente por la composición del material metálico, es decir, no caracterizado por el proceso de revestimiento (C23C 26/00, C23C 28/00 tienen prioridad).
  • C23C8/02 C23C […] › C23C 8/00 Difusión en estado sólido solamente de elementos no metálicos en la capa superficial de materiales metálicos (difusión del silicio C23C 10/00 ); Tratamiento químico de la superficie por reacción del material metálico de la superficie y un gas reactivo, quedando en el revestimiento productos de la reacción, p. ej. revestimiento de conversión, pasivación de metales (C23C 14/00 tiene prioridad). › Pretratamiento del material a revestir (C23C 8/04 tiene prioridad).
  • C23C8/14 C23C 8/00 […] › Oxidación de la capa superficial de materiales ferrosos.
  • C23C8/18 C23C 8/00 […] › Oxidación de la capa superficial de materiales ferrosos.

PDF original: ES-2383515_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Superficie sobre acero inoxidable Campo de la invención [0001] La presente invención se refiere a una superficie externa de acero, en especial de acero inoxidable, que tiene un alto contenido de cromo. La presente invención proporciona una superficie externa a aceros cuya superficie proporciona una protección mejorada de los materiales (por ejemplo, protege el sustrato o matriz) . La superficie reduce la coquización en aplicaciones en las que el acero está expuesto a un entorno de hidrocarburos a temperaturas elevadas. Este acero inoxidable se puede utilizar en una serie de aplicaciones, particularmente en el procesamiento de hidrocarburos y, en particular en procesos de pirólisis tales como la deshidrogenación de alcanos a olefinas (por ejemplo etano a etileno) ; tubos de reactor de craqueo de hidrocarburos, o tubos de reactor de craqueo o reformado con vapor.

Antecedentes de la invención

Ya se conoce desde algún tiempo que la composición de la superficie de una aleación de metal puede tener un impacto significativo sobre su utilidad. Ya se conoce tratar acero para producir una capa de óxido de hierro que se elimina fácilmente. Ya se conoce también tratar acero para mejorar su resistencia al desgaste. El uso de los aceros inoxidables ha contado hasta ahora con la protección (por ejemplo, contra la corrosión y otros formas de degradación del material) proporcionada por una superficie de cromo. Hasta donde saben los solicitantes no existen muchas técnicas de tratamiento de aceros para reducir significativamente la coquización en el procesamiento de hidrocarburos. Aún hay menos conocimientos sobre los tipos de superficie que reducen significativamente la coquización en el procesamiento de hidrocarburos.

Ha habido trabajo experimental relacionado con la industria nuclear que muestra que las espinelas similares a las de la presente invención pueden ser generadas en las superficies de acero. Sin embargo, estas espinelas son termo-mecánicamente inestables y tienden a deslaminarse. Esta es una limitación que tiende a enseñar contra el uso de tales superficies comercialmente. Estas superficies han sido evaluadas para su uso en la industria nuclear, pero los solicitantes no son conocedores de que se hayan utilizado comercialmente.

En la industria petroquímica, se cree, debido a sus limitaciones termo-mecánicas, que las espinelas similares a las de la presente invención dan en general menos protección que la cromia. También se cree que hacer espinelas de perspectivas similares a las de la presente invención a partir de un coque no se consideran que sean más catalíticamente inertes que la cromia. Debido a estas enseñanzas, hasta donde han podido saber los solicitantes, estas espinelas no se han producido para su uso en la industria petroquímica.

La patente americana N ° 3.864.093 concedida el 4 de febrero 1975 a Wolfla (cedida a Union Carbide Corporation) divulga la aplicación de un revestimiento de óxidos de diferentes metales a un sustrato de acero. Los óxidos se incorporan en una matriz que comprende al menos 40% en peso de un metal seleccionado del grupo que consiste en hierro, cobalto y níquel y de 10 a 40 % en peso de aluminio, silicio y cromo. El equilibrio de la matriz se obtiene con uno o más metales convencionales utilizados para impartir resistencia mecánica y / o resistencia a la corrosión. Los óxidos pueden ser simples o complejos, tales como espinelas. La patente describe que los óxidos no deben estar presentes en la matriz en una fracción de volumen mayor que aproximadamente 50%, o de lo contrario la superficie presentará una ductilidad, resistencia al impacto y resistencia a la fatiga térmica insuficientes. La superficie externa de la presente invención cubre al menos el 55% del acero inoxidable (por ejemplo, al menos el 55% de la superficie exterior o más externa del acero inoxidable tiene la composición de la presente invención) .

La patente americana N ° 5.536.338 concedida el 16 de julio 1996 a Metivier et al. (Asignada a Ascometal SA) enseña a recocer aceros al carbono ricos en cromo y manganeso en un ambiente rico en oxígeno. Los resultados del tratamiento en una capa a escala superficial de óxidos de hierro ligeramente enriquecida en cromo. Esta capa puede ser fácilmente eliminada por decapado. Curiosamente, se produce una tercera capa de sub-escala compuesta de espinelas de Fe, Cr y Mn. Esto es opuesto a la materia objeto de la presente solicitud de patente. [0007] La patente americana N ° 4.078.949 concedida el 14 de marzo 1978 a Boggs et al. (Cedida a U.S. Steel) es similar a la Patente US Nº 5.536.338 en que la superficie final que se busca producir es una espinela a base de hierro. Esta superficie es fácilmente objeto de decapado y eliminación de astillas, costras y otros defectos superficiales. De nuevo este documento del estado de la técnica se aleja de la materia objeto de la presente invención.

La patente americana N ° 5.630.887 concedida el 20 de mayo 1997 a Benum et al. (Cedida a Novacor Chemicals Ltd. (actualmente NOVA Chemicals Corporation) ) divulga el tratamiento de acero inoxidable para producir una capa superficial con un espesor total de aproximadamente 20 a 45 micras, que comprende de 15 a 25% en peso de manganeso y de aproximadamente 60 a 75% en peso de cromo. Es evidente que la patente requiere la presencia de manganeso y cromo en la capa superficial pero no habla de espinelas. La presente invención requiere una superficie predominantemente de una espinela de fórmula MnxCr3-xO4 donde x va de 0, 5 a 2. La referencia no enseña la composición de superficie de la presente invención.

La presente invención pretende proporcionar una superficie extremadamente inerte (en relación con producción de coque) y suficiente estabilidad termo-mecánica para ser útil en aplicaciones comerciales. La presente invención también pretende proporcionar una superficie externa en aceros cuya superficie proporcione una protección mejorada de materiales (por ejemplo, protege el sustrato o matriz) .

Descripción de la invención [0010] La presente invención proporciona una superficie externa que cubre al menos 55% de acero inoxidable (por ejemplo un sustrato de acero inoxidable) , teniendo dicha superficie un espesor desde 0.1 a 15 micras y que comprende sustancialmente una espinela de fórmula MnxCr3-xO4 en la que x va de 0.5 a 2.

La presente invención proporciona además tuberías o tubos de acero inoxidable (por ejemplo tubos de horno para el craqueo de hidrocarburos y, en particular el craqueo de etano, propano, butano, nafta, gasóleos y, o sus mezclas) , intercambiadores de calor que tienen una superficie interna o una superficie de enfriamiento y reactores que tienen una superficie interna tal como se ha descrito anteriormente.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

la figura. 1 muestra un perfil de caída de presión en función del tiempo de funcionamiento de los tubos de horno que tiene una superficie de acuerdo con la presente invención y los tubos convencionales sometidos a pruebas de NOVA Chemicals Technical Scale Pyrolysis Unit.

la figura. La figura 2 muestra un perfil de caída de presión e función del tiempo de funcionamiento de hornos que utilizan bobinas que tienen una superficie de acuerdo con la presente invención y las bobinas convencionales como se demuestra en cracqueadores de etileno comerciales.

DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERIDA DE LA INVENCIÓN

En la industria de los horno de etileno los tubos del horno puede ser un solo tubo o tubos y accesorios soldados entre sí para formar un serpentín.

El acero inoxidable, preferentemente de acero inoxidable resistente al calor que puede ser utilizado de acuerdo con la presente invención comprende típicamente de 13 a 50, preferentemente de 20 a 38 % en peso de cromo y al menos 0, 2% en peso, hasta 3% en peso preferentemente no más de 2% en peso de Mn. El acero inoxidable adicional puede comprender de 20 a 50, preferentemente de 25 a 48, % en peso de Ni, desde 0, 3 a 2, preferentemente de 0, 5 a 1, 5% en peso de Si; menos de 5, típicamente menos de 3, % en peso de titanio, niobio y todos los otros metales de traza; y carbono en una cantidad de menos de 0, 75 de % en peso. El equilibrio del acero inoxidable es sustancialmente hierro.

La superficie externa del acero inoxidable tiene un espesor de 0, 1 a 15, preferentemente de 0, 1 a 10, micras y es una espinela de fórmula MnxCr3-xO4 donde x va de 0, 5 a 2. En general, esta superficie externa de espinela cubre al menos el 55%, preferentemente no inferior al 60%, más preferentemente no inferior al 80%, deseablemente no inferior... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Superficie externa que cubre al menos 55% de acero inoxidable que comprende de 20 a 50 % en peso de cromo, 25 a 50 % en peso de níquel, de 0.2 a 3 % en peso de manganeso, 0.3 a 1.5 % en peso de sílice, menos de 5 % en peso de titanio, niobio y cualquier otro elemento en el estado de traza y carbono en una cantidad menor que 0.75 % en peso, teniendo dicha superficie un espesor desde 0.1 a 15 micras y que comprende sustancialmente una espinela de fórmula MnxCr3-xO4 en la que x va de 0.5 a 2.

2. La superficie según la reivindicación 1, en la que el acero inoxidable comprende desde 20 a 38 % en peso de Cr y

0.5 a 2.0 % en peso Mn.

3. La superficie según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que cubre al menos 60% del acero inoxidable.

4. La superficie según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que cubre al menos 80% del acero inoxidable.

5. La superficie según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que cubre al menos 95% del acero inoxidable.

6. La superficie según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en la que la capa de superficie es una espinela de fórmula MnxCr3-xO4 en la que x va de 0.5 a 2 y tiene un espesor desde 0.1 a 10 micras.

7. Tubería o tubo de acero inoxidable que tiene una superficie interna según la reivindicación 6.

8. Reactor de acero inoxidable que tiene una superficie interna según la reivindicación 6.

9. Intercambiador de calor de acero inoxidable que tiene una superficie interna según la reivindicación 6.

10. Intercambiador de calor que tiene una superficie de enfriamiento que comprende acero inoxidable según la reivindicación 6.

11. Proceso de craqueo térmico de un hidrocarburo que comprende hacer pasar dicho hidrocarburo a elevadas temperaturas a través de tuberías, tubos o serpentines de acero inoxidable según la reivindicación 7.

12. Proceso para alterar la entalpía de un fluido que comprende hacer pasar el fluido a través de un intercambiador de calor según la reivindicación 9.

13. Proceso para alterar la entalpía de un fluido que comprende hacer pasar el fluido a través de un intercambiador de calor según la reivindicación 10.

 

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