Producto colado que tiene una capa barrera de alúmina.

Un producto colado para su uso en atmósfera a temperatura elevada,

comprendiendo dicho producto colado:

un cuerpo colado de una aleación termorresistente constituida por, en porcentaje en masa, del 0,05 al 0,7% de C, de más del 0% hasta el 2,5% de Si, de más del 0% hasta el 3,0% de Mn, del 15 al 50% de Cr, del 18 al 70% de Ni, del 2 al 4% de Al, del 0,005 al 0,4% de elementos de las tierras raras, y del 0,5 al 10% de W y/o del 0,1 al 5% de Mo,

conteniendo opcionalmente al menos un elemento seleccionado entre el grupo constituido por del 0,01 al 0,6% de Ti, del 0,01 al 0,6% de Zr y del 0,1 al 1,8% de Nb,

conteniendo opcionalmente de más del 0% hasta el 0,1% de B,

siendo el resto Fe e inevitables impurezas;

una capa barrera formada en una superficie del cuerpo colado que se pondrá en contacto con dicha atmósfera a temperatura elevada;

comprendiendo dicha capa barrera una capa de Al2O3 que tiene un grosor de 0,5 μm o más, en la que al menos el 80% del área de la superficie más externa de la misma es Al2O3; y

teniendo dicho producto colado partículas a base de Cr dispersas en una interfaz entre la capa de Al2O3 y el cuerpo colado a una mayor concentración de Cr que la de una matriz de la aleación.

Producto colado que tiene una capa barrera de alúmina.

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a coladas termorresistentes tales como tubos de reactancia para producir etileno, y rodillos de solera y tubos radiantes para su uso en hornos de tratamiento térmico de carburización.

TÉCNICA ANTECEDENTE

Una aleación austenítica termorresistente que tiene una excelente resistencia a temperaturas elevadas se usa favorablemente para coladas termorresistentes, tales como tubos de reactancia para producir etileno, que están expuestos a una atmósfera a temperatura elevada durante un periodo de tiempo prolongado.

Durante el uso en atmósfera a temperatura elevada, una capa de óxido metálico se forma sobre la superficie de la aleación austenítica termorresistente, y la capa sirve como barrera para dar termorresistencia sostenida al material, con lo que el material puede estar protegido de temperaturas ambiente elevadas.

Sin embargo, cuando el óxido metálico son óxidos de Cr (constituidos principalmente por Cr2O3) , la capa de óxido es de baja densidad y deficiente en adhesión hermética y, por lo tanto, presenta el problema de ser propensa a la rotura y descamación por variación de temperatura durante ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento. Incluso aunque permanezca no separada, la capa no consigue funcionar suficientemente para impedir la penetración de oxígeno y carbono desde la atmósfera externa, mostrando el inconveniente de permitir la oxidación interna o carburización del material.

A este respecto, se ha propuesto la siguiente bibliografía de patentes en relación con aleaciones austeníticas termorresistentes que tienen componentes y composición ajustadas para garantizar la formación de una capa de óxido constituida principalmente por alúmina (Al2O3) que tiene alta densidad y es resistente a la penetración de oxígeno y carbono.

Bibliografía de Patentes 1: Publicación de Patente JP no Examinada SHO52-78612

Bibliografía de Patentes 2: Publicación de Patente JP no Examinada SHO 57-39159

Estas divulgaciones de la Bibliografía de Patentes están adaptadas para formar, sobre la superficie del material, una capa de óxido constituida principalmente por Al2O3 dando un contenido de Al más elevado que en aleaciones austeníticas termorresistentes comunes.

La Bibliografía de Patentes 1 propone un contenido de Al de más del 4% y la Bibliografía de Patentes 2 un contenido de Al de al menos el 4, 5% para formar una capa de Al2O3 de grosor suficiente a la que se le impide que se rompa y se descame durante el uso a temperaturas elevadas.

El Al es un elemento que forma ferrita y, por consiguiente, un contenido de Al incrementado altera la ductilidad del material para dar como resultado una resistencia reducida a temperaturas elevadas. Esta tendencia hacia una ductilidad reducida se observa cuando el contenido de Al se incrementa por encima del 4%.

Por consiguiente, las aleaciones austeníticas termorresistentes de la bibliografía anterior presentan los inconvenientes de mostrar ductilidad alterada aunque puede esperarse una función de barrera mejorada en atmósfera a temperatura elevada tal como la ofrecida por la capa de Al2O3.

El documento JP 2004 218015 A desvela una aleación termorresistente que comprende, en peso, del 0, 05 al 0, 7% de C, del 0, 5 al 5% de Si, ≤ 4% de Mn, del 20 al 40% de Cr, del 20 al 45% de Ni, del 1 al 4% de Al y del 0, 01 al 1, 5% de Zr, y el resto Fe con impurezas inevitables. Si se requiere, también puede incorporarse al menos un tipo de metales seleccionados entre del 1 al 15% de Mo, del 1 al 15% de W y ≤ 0, 5% elementos de las tierras raras.

DIVULGACIÓN DE LA INVENCIÓN

[Problema a resolver por la invención]

En vista de los problemas anteriores, un objeto de la presente invención es proporcionar un producto colado de una aleación termorresistente que puede estar provista de una capa de Al2O3 que tiene estabilidad a temperatura elevada incluso cuando el material no supera el 4% de contenido de Al, permitiendo al material conservar una función de barrera mejorada en atmósfera a temperatura elevada sin que su ductilidad resulte alterada.

[Medios para resolver el problema]

La presente invención proporciona un producto colado para su uso en atmósfera a temperatura elevada, comprendiendo dicho producto colado un cuerpo colado de una aleación termorresistente constituido por, en porcentaje en masa, del 0, 05 al 0, 7% de C, de más del 0% hasta el 2, 5% de Si, de más del 0% hasta el 3, 0% de Mn, del 15 al 50% de Cr, del 18 al 70% de Ni, del 2 al 4% de Al, del 0, 005 al 0, 4% de elementos de las tierras raras y del 0, 5 al 10% de W y/o del 0, 1 al 5% de Mo, siendo el resto Fe e inevitables impurezas, una capa barrera formada en una superficie del cuerpo colado que se pondrá en contacto con la atmósfera a temperatura elevada, comprendiendo dicha capa barrera una capa de Al2O3 que tiene un grosor de 0, 5 !m o más en la que al menos 80% del área de la superficie más externa de la misma es Al2O3, y teniendo dicho producto colado partículas a base de Cr dispersadas en una interfaz entre la capa de Al2O3 y el cuerpo colado a una concentración de Cr mayor que la de una matriz de la aleación.

A la capa barrera se le permite que costras de óxido de Cr constituidas principalmente por Cr2O3 se depositen y dispersen sobre la capa de Al2O3, hasta menos del 20% del área de la superficie más externa de la capa barrera.

Cuando se desea, al menos uno del 0, 01 al 0, 6% de Ti, del 0, 01 al 0, 6% de Zr, del 0, 1 al 1, 8% de Nb y hasta el 0, 1% de B puede incorporarse adicionalmente en la aleación termorresistente.

Las partículas a base de Cr contienen Cr, Ni, Fe y W y/o Mo, siendo el contenido de Cr superior al 50% en porcentaje en masa.

La capa de Al2O3 anterior puede formarse preferentemente maquinando la superficie del cuerpo colado a una rugosidad superficial (Ra) de 0, 05 a 2, 5 y seguidamente tratando térmicamente el cuerpo colado maquinado en una atmósfera oxidante de al menos 1050ºC. En el caso en el que este tratamiento térmico se realiza a una temperatura de menos de 1050ºC (pero no inferior a 900ºC) , el límite inferior para los elementos de las tierras raras entre los componentes anteriores de la aleación termorresistente se establece en el 0, 06%, con el límite superior para W establecido en el 6%, con lo que la capa de Al2O3 anterior puede obtenerse de la misma manera que la formada a una temperatura de al menos 1050ºC.

[Ventajas de la invención]

El producto de la presente invención se cuela a partir de una aleación termorresistente que tiene hasta el 4% de contenido de Al, de modo que el producto presenta una degradación de ductilidad reducida y se le puede dotar de alta resistencia a temperaturas elevadas.

El presente producto colado comprende una capa barrera formada en una superficie del cuerpo colado que se pondrá en contacto con dicha atmósfera a temperatura elevada, en el que dicha capa barrera comprende una capa de Al2O3 que tiene un grosor de al menos 0, 5 !m y al menos 80% del área de la superficie más externa de la misma es Al2O3, impidiendo de este modo eficazmente que el oxígeno, el carbono, el nitrógeno, etc., penetren dentro del cuerpo colado, durante el uso en atmósfera a temperatura elevada.

La expresión “atmósfera a temperatura elevada” tal como se usa en el presente documento indica atmósfera expuesta a entornos de oxidación en las condiciones de calentar y enfriar repetidamente, así como atmósfera expuesta a entornos tales como carburización, nitruración, sulfurización, etc., a temperaturas de aproximadamente 800ºC o superiores.

Cuando un cuerpo colado hecho de la presente aleación termorresistente a base de Cr-Ni-Al está formado en su superficie con la capa de Al2O3, es probable que una costra de óxido de Cr no deseable que está en forma de una pequeña partícula y está constituida principalmente por Cr2O3 se deposite y se disperse sobre la capa de Al2O3. De acuerdo con la presente invención, cuando la superficie del producto colado es examinada usando MEB (Microscopio Electrónico de Barrido) /EDX (Analizador de rayos X por Energía Dispersiva) , puede verse que dicha superficie a ocupar por óxidos de Cr es menor del 20% del área, y al menos el 80% del área de dicha superficie es Al2O3. Por lo tanto, incluso en el caso en el que las costras de óxido de Cr se depositan sobre la capa de Al2O3, la costra de óxido de Cr depositada es de tamaño y cantidad pequeños, con el resultado de que incluso si la costra de óxido de Cr se rompe y descama durante el uso a temperaturas elevadas, es casi improbable que la Al2O3 subyacente... [Seguir leyendo]

1. Un producto colado para su uso en atmósfera a temperatura elevada, comprendiendo dicho producto colado:

un cuerpo colado de una aleación termorresistente constituida por, en porcentaje en masa, del 0, 05 al 0, 7% de C, de más del 0% hasta el 2, 5% de Si, de más del 0% hasta el 3, 0% de Mn, del 15 al 50% de Cr, del 18 al 70% de Ni, del 2 al 4% de Al, del 0, 005 al 0, 4% de elementos de las tierras raras, y del 0, 5 al 10% de W y/o del 0, 1 al 5% de Mo,

conteniendo opcionalmente al menos un elemento seleccionado entre el grupo constituido por del 0, 01 al 0, 6% de Ti, del 0, 01 al 0, 6% de Zr y del 0, 1 al 1, 8% de Nb,

conteniendo opcionalmente de más del 0% hasta el 0, 1% de B,

siendo el resto Fe e inevitables impurezas;

una capa barrera formada en una superficie del cuerpo colado que se pondrá en contacto con dicha atmósfera a temperatura elevada;

comprendiendo dicha capa barrera una capa de Al2O3 que tiene un grosor de 0, 5 !m o más, en la que al menos el 80% del área de la superficie más externa de la misma es Al2O3; y

teniendo dicho producto colado partículas a base de Cr dispersas en una interfaz entre la capa de Al2O3 y el cuerpo colado a una mayor concentración de Cr que la de una matriz de la aleación.

2. El producto colado termorresistente de acuerdo con la reivindicación 1, en el que a dicha capa barrera se le permite que costras de óxido de Cr constituidas principalmente por Cr2O3 se depositen y se dispersen sobre la capa de Al2O3, hasta menos del 20% del área de la superficie más externa de la capa barrera.

3. El producto colado termorresistente de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que dichas partículas a base de Cr contienen, en porcentaje en masa, Cr, Ni, Fe y W y/o Mo, teniendo las partículas a base de Cr un contenido de Cr de más del 50%.

4. El producto colado termorresistente de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que la capa de Al2O3 se forma maquinando la superficie del cuerpo colado a una rugosidad (Ra) de 0, 05 a 2, 5 y a continuación tratando térmicamente el cuerpo colado en una atmósfera oxidante que tiene una temperatura de al menos 1050ºC.

5. El producto colado termorresistente de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que la aleación termorresistente, en porcentaje en masa, contiene del 0, 06 al 0, 4% de los elementos de las tierras raras y del 0, 5 al 6% de W, y la capa de Al2O3 se forma maquinando la superficie del cuerpo colado a una rugosidad (Ra) de 0, 05 a 2, 5 y a continuación tratando térmicamente el cuerpo colado en una atmósfera oxidante que tiene una temperatura de al menos 900ºC.