Aleación austenítica.

Una aleación austenítica que comprende (en % en peso):

C: 0,

01 - 0,05

Si: 0,05 - 0,80

Mn: 1,5 - 2 5

Cr: 26 - 34,5

Ni: 30 - 35

Mo: 3 - 4

Cu: 0,5 - 1,5

N: 0,05 - 0,15

V: ≤ 0,15

el resto Fe e impurezas inevitables, y en donde 40 ≤ %Ni + 100 * %N ≤ 50.

Aleación austenítica Campo de la técnica La presente invención se refiere a una aleación austenítica según el preámbulo de la reivindicación 1. La invención también se refiere a un componente para una planta de combustión que comprende la aleación austenítica de la invención.

Antecedentes La generación de energía basada en la combustión de biomasa se considera sostenible y de carbono neutral y se está convirtiendo en una fuente cada vez más importante de energía.

Un problema en la combustión de la biomasa es que los productos de combustión de la amplia gama de combustibles de biomasa que se usan son corrosivos y pueden causar deposiciones sobre los componentes de la planta de energía de biomasa. En las plantas de energía de biomasa están especialmente expuestos los sobrecalentadores, los recalentadores y los evaporadores, así como en las calderas de vapor. Un problema adicional en las plantas de energía de biomasa es que los materiales en los componentes empiezan fluir debido a las altas temperaturas y a las altas presiones en la planta de energía. Hoy en día, las plantas de biomasa funcionan a una presión de 150 -200 bar y a una temperatura de 500 -550 ºC. En el futuro, se esperan que las temperaturas de las plantas de energía de biomasa sean aún mayores que las de la actualidad, 600 -650 ºC. Esto pondrá exigencias aún más altas sobre la resistencia a la corrosión en caliente y sobre la resistencia a la fluencia de las partes estructurales de la planta de energía.

Se han hecho intentos para aumentar la resistencia a la corrosión en los aceros. Por ejemplo, los Documentos de Patente de números US4876065, WO 03/044238 y WO 0190432 describen aceros que están diseñados para su uso en ambientes corrosivos en la industria del petróleo y del gas.

Los estudios han demostrado, además, que el acero inoxidable austenítico con elevado contenido de Mo muestra una buena resistencia a la corrosión a altas temperaturas: James R. Keisler, Oak ridge National laborator y , NACE Corrosion 2010, n° 10081.

Sin embargo, estos aceros no exhiben la necesaria resistencia a la fluencia para ser adecuados en las plantas de energía de biomasa.

Por lo tanto, es un objeto de la presente invención lograr una aleación austenítica que exhiba alta resistencia a la corrosión y alta resistencia a la fluencia. También es un objeto de la presente invención lograr un componente para una planta de caldera de vapor que comprenda la aleación de la invención.

Resumen de la invención Según la invención, este objeto se logra mediante una aleación austenítica que comprende (en % en peso) :

C: 0, 01 -0, 05

Si: 0, 05 -0, 80

Mn: 1, 5 -2

Cr: 26 -34, 5

Ni: 30 -35

Mo: 3 -4

Cu: 0, 5 -1, 5

N: 0, 05 -0, 15

V: ≤ 0, 15 el resto Fe e impurezas inevitables, y en donde 40 ≤ %Ni + 100 * %N ≤ 50. La aleación austenítica de la invención tiene buena resistencia a la corrosión a altas temperaturas, en particular,

buena resistencia a la corrosión del lado del fuego. Al equilibrar las adiciones de níquel y de nitrógeno en la aleación de modo que se cumpla la condición 40 ≤ %Ni + 100 * %N ≤ 50, se logra además una alta resistencia a la fluencia y

alta ductilidad en la aleación. La buena resistencia a la corrosión a altas temperaturas en combinación con la alta resistencia a la fluencia hace que la aleación austenítica de la invención sea muy adecuada como material para partes estructurales en las calderas de vapor. La aleación de la invención es particularmente útil en plantas de energía de biomasa que operan bajo condiciones de corrosión a altas temperaturas y presiones.

Preferiblemente, dicha aleación austenítica cumple con el requisito: 40 < %Ni + 100 * %N ≤ 45. La aleación también exhibe muy buena resistencia a la fluencia y alta ductilidad. Esto es ventajoso cuando el material se usa en calderas de vapor, ya que permite una alta expansión y contracción termoplástica del material durante el arranque y el apagado de la caldera. Por lo tanto, el material puede estar sometido a calentamientos y enfriamientos cíclicos sin agrietarse.

Preferiblemente, el contenido de sílice (Si) en la aleación austenítica es 0, 3 -0, 55 % en peso. De este modo se logra una muy alta resistencia a la fluencia en la aleación debido a la mínima formación de la frágil fase sigma y a la mínima formación de inclusiones que contienen oxígeno.

Preferiblemente, el contenido de carbono (C) en dicha aleación austenítica es 0, 01 -0, 018 % en peso con el fin de optimizar la resistencia a la corrosión.

La invención también se refiere a un componente para una planta de combustión, preferiblemente una planta de energía de biomasa o una caldera de vapor de biomasa que comprende la aleación austenítica de la invención.

Dicho componente puede ser por ejemplo un sobrecalentador o un recalentador o un evaporador, preferiblemente un tubo de tal sobrecalentador, recalentador o evaporador, y en donde el componente está sometido a los gases de combustión y a elevado calor cuando está en su posición operativa. De este modo, la invención se puede definir, como una alternativa, a una planta de combustión, preferiblemente una planta de energía de biomasa, que comprende una caldera, preferiblemente una caldera de vapor de biomasa, que comprende un componente, preferiblemente un tubo de un sobrecalentador, un tubo de un recalentador o un tubo de un evaporador, dispuesto en la caldera y se sometido a los gases de combustión y al calor generado por dicha caldera durante el funcionamiento de la misma, en donde dicho componente comprende la aleación según la invención.

Descripción de la invención La aleación austenítica de la invención comprende los siguientes elementos de aleación:

Carbono (C)

El carbono es un elemento estabilizador de la austenita, y por lo tanto se debe incluir en la aleación de la invención en una cantidad de al menos 0, 01 % en peso. El carbono es además importante para aumentar la resistencia a la fluencia del material por la formación de nitruro de carbonos. Sin embargo, en presencia de cromo, el carbono forma carburos de cromo que aumentan el riesgo de la corrosión intergranular. Altos contenidos de carbono reducen aún más la soldabilidad. Para minimizar la formación de carburos de cromo, y asegurar una buena soldabilidad el contenido de carbono no debe exceder del 0, 05 % en peso. Para inhibir aún más la formación de los carburos de cromo, el contenido de carbono debe estar preferiblemente en el intervalo de 0, 01 -0, 018 % en peso.

Silicio (Si)

El silicio se usa como un elemento desoxidante en la producción de acero. Sin embargo, un alto contenido de silicio es perjudicial para la soldabilidad. A fin de asegurar un bajo contenido de oxígeno en el acero y por lo tanto pocas inclusiones, el contenido de silicio debe ser al menos del 0, 05 % en peso. El contenido de silicio sin embargo no debe exceder del 0, 80 % en peso a fin de garantizar la soldabilidad del acero. Se ha encontrado que cuando el contenido de silicio está en el intervalo de 0, 30 -0, 55 % en peso se logra muy alta resistencia a la fluencia en la aleación de la invención. Se cree que la formación de la fase sigma aumenta cuando el nivel de silicio excede del 0, 55 % en peso. La fase sigma reduce la ductilidad de la aleación de la invención y por lo tanto también la resistencia a la fluencia. Por debajo del 0, 30 % en peso, se reduce la resistencia a la fluencia debido al aumento de la formación de inclusiones que contienen oxígeno.

Manganeso (Mn)

El manganeso, como el Si, es un elemento desoxidante, y también es eficaz para mejorar la aptitud a ser trabajado en caliente. El contenido máximo de manganeso tiene que limitarse para controlar la ductilidad y la tenacidad de la aleación de la invención a temperatura ambiente. Por lo tanto, el contenido de manganeso debe estar en el intervalo de 1, 50 -2, 0 % en peso.

Cromo (Cr)

El cromo es un elemento eficaz para mejorar la resistencia a la corrosión del lado del fuego y la resistencia a la oxidación por vapor. Con el fin de lograr una suficiente resistencia a la corrosión en caliente para su uso como por ejemplo en tubos de caldera en plantas de energía de combustión de biomasa, se necesita un contenido de cromo de al menos 26 %. Sin embargo, si el cromo es superior al 34, 5 %, el contenido de níquel se debe incrementar aún

más ya que un contenido más alto de Cr puede aumentar el riesgo de formación de fases intermetálicas, tales como la fase sigma. Por consiguiente, el contenido de cromo debe estar en el intervalo de 26, 0 % en peso -34, 5 % en peso. En el caso... [Seguir leyendo]

1. Una aleación austenítica que comprende (en % en peso) :

C: 0, 01 -0, 05 Si: 0, 05 -0, 80

Mn: 1, 5-2 Cr.

26. 34, 5 Ni.

3. 35 Mo: 3-4 Cu: 0, 5 -1, 5

N: 0, 05 -0, 15

V: ≤ 0, 15 el resto Fe e impurezas inevitables, y en donde 40 ≤ %Ni + 100 * %N ≤ 50. 2. La aleación austenítica según la reivindicación 1, en donde 40 ≤ %Ni + 100 * %N ≤ 45.

3. La aleación austenítica según cualquier reivindicación precedente, en donde Si: 0, 3 -0, 5.

4. La aleación austenítica según cualquier reivindicación precedente, en donde C: 0, 01 -0, 018

5. Un componente para una planta de combustión, caracterizado porque dicho componente comprende una 20 aleación austenítica según cualquiera de las reivindicaciones 1 -4.

6. Un componente para una planta de combustión según la reivindicación 5, en donde dicho componente es un sobrecalentador o un recalentador o un evaporador.

Tabla 1: Composición química de las aleaciones Figura 1

Figura 2

Figura 3