Aleación basada en el níquel resistente al calor.

Una aleación basada en el Ni resistente al calor, que contiene,

en porcentaje en peso, el C: menos del 0,08 %, Si: 1 % o menos, Mn: 1 % o menos, Cr: de no menos del 15 % a menos del 28 %, Fe: 15 % o menos, W: de más del 5 % a no más del 20 %, Al: de más del 0,5 % a no más del 2 %, Ti: de más del 0,5 % a no más del 1,7 %, Nd: del 0,001 al 0,1 % y B: del 0,0005 al 0,01 %, y que opcionalmente puede contener Mo: 15 % o menos, Co: 20 % o menos, Nb: 1,0 % o menos, V: 1,5 % o menos, Zr: 0,2 % o menos, Hf: 1 % o menos, Mg: 0,05 % o menos, Ca: 0,05 % o menos, Y: 0,5 % o menos, La: 0,5 % o menos y Ce: 0,5 % o menos, Ta: 8 % o menos y Re: 8 % o menos, el resto está formado por el Ni y las impurezas, en las que los contenidos de P, S, Sn, Pb, Sb, Zn y As de dichas impurezas son P: 0,03 % o menos, S: 0,01 % o menos, Sn: 0,020 % o menos, Pb: 0,010 % o menos, Sb: 0,005 % o menos, Zn: 0,005 % o menos y As: 0,005 % o menos y además cumple las siguientes fórmulas de (1) a (3): 0,015 ≤ Nd + 13,4 x B ≤ 0,13 (1),

Sn + Pb ≤ 0,025 (2),

Sb + Zn + As ≤ 0,010 (3);

en la que cada símbolo de elemento de las fórmulas de (1) a (3) representa el contenido del elemento en cuestión en porcentaje en peso,

en la que la aleación basada en el Ni resistente al calor contiene, en porcentaje en peso, uno o más elementos de uno o más grupos elegidos entre los siguientes grupos de a :

V: de no menos del 0,02 % al 1,5 % o menos, Zr: de no menos del 0,005 % al 0,2 % o menos y Hf: de no menos del 0,005 % al 1 % o menos,

Mg: de no menos del 0,0005 % al 0,05 % o menos, Ca: de no menos del 0,0005 % al 0,05 % o menos, Y: de no 25 menos del 0,0005 % al 0,5 % o menos, La: de no menos del 0,0005 % al 0,5 % o menos y Ce: de no menos del 0,0005 % al 0,5 % o menos,

Ta: de no menos del 0,01 % al 8 % o menos y Re: de no menos del 0,01 % al 8 % o menos.

Aleación basada en el níquel resistente al calor

Ã?MBITO TÉCNICO

La presente invención se refiere a una aleación basada en el Ni resistente al calor. Más en particular, la presente invención se refiere a una aleación de alta resistencia mecánica basada en el Ni resistente al calor y de gran resistencia mecánica, que es excelente por su mecanizabilidad en caliente y también excelente por su ductilidad y tenacidad después de un largo período de uso, que se emplea para material de tuberías, para material de planchas gruesas de un elemento de presión resistente al calor, para material en barras, para material de forja y similares, para calderas de generación de electricidad, para plantas de la industria química y similares.

TÉCNICA ANTERIOR

En los últimos años se han construido en el mundo calderas “ultra-supercríticas” de gran eficacia, capaces de resistir temperaturas y presiones de vapor más elevadas. Se ha planificado en concreto aumentar la temperatura del vapor, que antes era de 600º C, a 650º C o más o incluso hasta 700º C o más. El ahorro de energía, el uso eficiente de los recursos y la reducción de la emisión de CO2 para proteger el medio ambiente son objetos que permiten resolver los problemas de energía, en base a estrategias industriales importantes. Las calderas “ultra-supercríticas” y los hornos de gran eficacia son ventajosos para las calderas de generación de electricidad y para hornos de la industria química alimentados con combustibles fósiles.

El vapor de alta temperatura y alta presión permite elevar a 700º C o más la temperatura de un tubo recalentador de una caldera y de un tubo de horno de la industria química y un material de plancha gruesa y de un material forjado, que se emplean como elementos de presión resistentes al calor y similares, durante su funcionamiento real. Se requiere, pues, que el material empleado en un entorno severo de este tipo durante un largo período de tiempo tenga no solo una gran resistencia a la temperatura y una gran resistencia a la corrosión a temperaturas elevadas, sino también un excelente estabilidad de su microestructura durante un largo período de tiempo, excelente ductilidad de rotura por fluencia y excelente resistencia a la fluencia en condiciones de fatiga.

Además, en el caso de operaciones de mantenimiento, por ejemplo las reparaciones después de un largo período de uso, el material deteriorado por el envejecimiento después de un largo período de tiempo necesita cortarse, mecanizarse o soldarse y por lo tanto, en los últimos años han aumentado en gran manera los requisitos planteados no solo a las características de un material nuevo, sino también al “estado de salud” de un material envejecido. Además, desde el punto de vista del uso práctico, hay también una gran demanda de mejora de la mecanizabilidad en caliente de un material empleado en dichas condiciones severas.

En lo que respecta a los requisitos severos recién descritos, una aleación de Fe, por ejemplo un acero inoxidable austenítico, sufre la falta de resistencia a la rotura por fluencia. Por lo tanto es inevitable el uso de una aleación basada en el Ni, en la que se emplee la precipitación de la fase γ’ o similar.

Por ello, en los documentos de patente de 1 a 8 se describen aleaciones basadas en el Ni que contienen Mo y/o W con el fin de lograr la consolidación de la solución sólida y que también contienen Al y Ti con el fin de emplear la consolidación de la precipitación de la fase γ’, que es un compuesto intermetálico y la formación específica de la misma es el Ni3 (Al, Ti) , para emplearlas en tales condiciones severas de temperaturas elevada que se han mencionado antes. Además, las aleaciones descritas en los documentos de patente de 4 a 6 contienen un 28 % o más de Cr; y por lo tanto en dichas aleaciones precipita una gran cantidad de fases Cr-α, que tiene una estructura bcc.

LISTA DE CITAS

DOCUMENTOS DE PATENTE

Documento de patente 1: JP 51-84726 A Documento de patente 2: JP 51-84727 A Documento de patente 3: JP 7-150277 A Documento de patente 4: JP 7-216511 A Documento de patente 5: JP 8-127848 A Documento de patente 6: JP 8-218140 A Documento de patente 7: JP 9-157779 A Documento de patente 8: JP 2002-518599 A

Además, en la patente US 2006/051234 A1 se describe una aleación de níquel-cromo-cobalto, que contiene en porcentajes en peso del 17 al 22 de cromo, del 8 al 15 cobalto, del 4, 0 al 9, 5 de molibdeno, hasta el 7 de tungsteno, 2 15

del 1, 28 al 1, 65 de aluminio, del 1, 50 al 2, 30 de titanio, hasta el 0, 80 de niobio, del 0, 01 al 0, 2 de carbono, hasta el 0, 01 de boro y hasta el 3 de hierro, con el resto formado por el níquel y las impurezas.

En el documento JP 2004-003000 A se describe un acero inoxidable austenítico que comprende del 0, 03 al 0, 12 % de C, del 0, 1 al 1 % de Si, del 0, 1 al 2 % de Mn, de 20 a <28 % de Cr, de >35 % a ≤50 % de Ni, del 4 al 10 % de W, del 0, 01 al 0, 3 % de Ti, del 0, 01 al 1 % de Nb, del 0, 0005 al 0, 04 % de Al sol., del 0, 0005 al 0, 01 % de B y el resto está formado por Fe y las impurezas que comprenden ≤0, 04 % de P, ≤0, 010 % de S, <0, 5 % de Mo, <0, 02 % de N y ≤0, 005 % de O.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

PROBLEMAS QUE SE RESUELVEN CON LA INVENCIÓN

Dado que la fase γ’ y/o la fase de Cr-α precipitan en las aleaciones basadas en el Ni descritas en los documentos de patente de 1 a 8, la ductilidad de dichas aleaciones basadas en el Ni es menor que la del acero austenítico convencional y similares; y por lo tanto, en especial en el caso, en el que dichas aleaciones basadas en el Ni se emplean durante un largo período de tiempo, debido al deterioro causado por el envejecimiento, la ductilidad y la tenacidad de las mismas disminuyen en gran manera si se comparan con las de un material nuevo.

En la inspección periódica después de un largo período de uso y en las operaciones de mantenimiento realizadas para prevenir accidentes o averías durante el uso, el material defectuoso debería apartarse parcialmente y reemplazarse por material nuevo; y en este caso, dicho material nuevo debería soldarse con el material envejecido para poder emplearse de modo continuo. Además, en función de la situación, debería realizarse en algunos casos un trabajo de curvatura.

En tal momento aparecen fisuras debidas a la soldadura y/o al mecanizado del material envejecido, en el que han disminuido la ductilidad y la tenacidad; y por lo tanto puede presentarse un problema durante la soldadura y/o el mecanizado. Además, si el material envejecido se sigue empleando de modo continuo, puede ocurrir un accidente fatal, por ejemplo un reventón, durante el funcionamiento de la planta.

Sin embargo, en los documentos de patente de 1 a 8 no se describen las medidas para restringir el deterioro del material causado por un largo período de uso mencionado antes. Esto equivale a decir que en los documentos de patente de 1 a 8 no se realizan estudios encaminados a descubrir cómo se puede restringir el deterioro debido al largo período de uso ni sobre cómo se puede asegurar un material sólido y fiable en una planta grande actual, que trabaja en un entorno de temperatura elevada y presión elevada, que la planta antigua no tenía.

Además, en los últimos años, con el fin de facilitar el mecanizado en caliente de la aleación basada en el Ni, que tiene una gran resistencia a la deformación, aumentando la temperatura de calentamiento aunque sea ligeramente y también con el fin de restringir la aparición de defectos, por ejemplo la fisura entre dos piezas o la rebaba o escama, causadas por un fenómeno, en el que la temperatura interna del material alcanza valores más altos que la temperatura de calentamiento debido a la generación de calor por mecanizado en el momento de la fabricación de la tubería por proceso de extrusión en caliente, es necesario seguir mejorando la temperatura de ductilidad cero y la mecanizabilidad en caliente de la aleación basada en el Ni resistente al calor. No obstante, las técnicas descritas en los documentos de patente de 1 a 8 tampoco satisfacen este requisito de modo suficiente.

La presente invención se centra en el estado de la técnica recién mencionado y por consiguiente su objetivo consiste en proporcionar una aleación basada en el Ni resistente al calor, cuya resistencia a la rotura por fluencia sea mejor debido a la consolidación de la solución sólida y la consolidación de la precipitación de la fase γ’, mejorándose también la resistencia mecánica y consiguiendo una mejoría notable en cuanto a ductilidad y tenacidad después de... [Seguir leyendo]

1. Una aleación basada en el Ni resistente al calor, que contiene, en porcentaje en peso, el C: menos del 0, 08 %, Si: 1 % o menos, Mn: 1 % o menos, Cr: de no menos del 15 % a menos del 28 %, Fe: 15 % o menos, W: de más del 5 5 % a no más del 20 %, Al: de más del 0, 5 % a no más del 2 %, Ti: de más del 0, 5 % a no más del 1, 7 %, Nd: del 0, 001 al 0, 1 % y B: del 0, 0005 al 0, 01 %, y que opcionalmente puede contener Mo: 15 % o menos, Co: 20 % o menos, Nb: 1, 0 % o menos, V: 1, 5 % o menos, Zr: 0, 2 % o menos, Hf: 1 % o menos, Mg: 0, 05 % o menos, Ca: 0, 05 % o menos, Y: 0, 5 % o menos, La: 0, 5 % o menos y Ce: 0, 5 % o menos, Ta: 8 % o menos y Re: 8 % o menos, el resto está formado por el Ni y las impurezas, en las que los contenidos de P, S, Sn, Pb, Sb, Zn y As de dichas impurezas son P: 0, 03 % o menos, S: 0, 01 % o menos, Sn: 0, 020 % o menos, Pb: 0, 010 % o menos, Sb: 0, 005 % o menos, Zn: 0, 005 % o menos y As: 0, 005 % o menos y además cumple las siguientes fórmulas de (1) a (3) :

0, 015 ≤ Nd + 13, 4 x B ≤ 0, 13 (1) , Sn + Pb ≤ 0, 025 (2) , 15 Sb + Zn + As ≤ 0, 010 (3) ;

en la que cada símbolo de elemento de las fórmulas de (1) a (3) representa el contenido del elemento en cuestión en porcentaje en peso, en la que la aleación basada en el Ni resistente al calor contiene, en porcentaje en peso, uno o más elementos de uno o más grupos elegidos entre los siguientes grupos de <1> a <3>:

<1> V: de no menos del 0, 02 % al 1, 5 % o menos, Zr: de no menos del 0, 005 % al 0, 2 % o menos y Hf: de no menos del 0, 005 % al 1 % o menos,

<2> Mg: de no menos del 0, 0005 % al 0, 05 % o menos, Ca: de no menos del 0, 0005 % al 0, 05 % o menos, Y: de no menos del 0, 0005 % al 0, 5 % o menos, La: de no menos del 0, 0005 % al 0, 5 % o menos y Ce: de no menos del 0, 0005 % al 0, 5 % o menos,

<3> Ta: de no menos del 0, 01 % al 8 % o menos y Re: de no menos del 0, 01 % al 8 % o menos.

2. La aleación basada en el Ni resistente al calor según la reivindicación 1, que contiene, en porcentaje en peso, uno o más elementos de no menos del 3 % al 15 % o menos de Mo que cumple la siguiente fórmula (4) y de más del 5 % al 20 % o menos de Co:

Mo + 0, 5 x W ≤ 18 (4) ;

en la que cada símbolo de elemento de la fórmula (4) representa el contenido en porcentaje en peso del elemento en cuestión.

3. La aleación basada en el Ni resistente al calor según la reivindicación 1 ó 2, en la que el contenido de Ni es 40 superior al 60 % en peso.