Aleaciones austeníticas resistentes al calor.

Una aleación austenítica, resistente al calor, consistente, en porcentaje en peso,

en C: del 0,01 % al 0,15 %, Si: del 0,02 % al 2 %, Mn: del 0,02 % al 3%, Ni: del 40 % al 60%, Co: del 8 % al 25 %, Cr: del 15 % ó más a menos del 28 %,

Nd: del 0,001 % al 0,1 %, B: del 0,0005 % al 0,006 %, N: 0,03 % ó menos, O: 0,03 % ó menos,

o bien uno o bien ambos de Mo: 12 % ó menos y W: menos del 4 %, siendo, el contenido total de Mo y W del 0,1 % al 12 %,

por lo menos uno, seleccionado entre Al: 3 % ó menos, Ti: 3 % ó menos, y Nb: 3 % ó menos,

y de una forma opcional, una o más clases de elementos pertenecientes al primer grupo y / o el siguiente segundo grupo, consistente, el primer grupo, en Ca: 0,02 % ó menos, Mg: 0,02 % ó menos, La: 0,1 % ó menos, y Ce: 0,1 % ó menos; consistiendo, el segundo grupo, en Ta: 0,1 % ó menos, Hf: 0,1 % ó menos, y Zr: 0,1% ó menos;

siendo, el resto, Fe e impurezas,

y siendo, los contenidos de P y S, en las impurezas, de P: 0,03 % y de S: 0,01 % ó menos, en donde,

el parámetro F1 representado por la Fórmula (1), es 1 ó más, y 12 ó menos, y el parámetro F2, representado por la Fórmula (2), es 0,035 ó menos:

F1 ≥ 4 x Al + 2 x Ti + Nb ... (1)

F2 ≥ P + 0,2 x Cr x B ... (2)

en donde, un símbolo de un elemento de la Fórmula (1), y en la Fórmula (2), representa el contenido en porcentaje en masa del elemento.

Aleaciones austeníticas resistentes al calor Sector técnico

La presente invención, se refiere a una aleación austenítica resistente al calor. De una forma más particular, la invención, se refiere a una aleación austenítica resistente al calor, la cual es excelente en ambas, la resistencia a la fisuración de las soldaduras y la tenacidad de la zona afectada por el calor (HAZ - [del inglés heat affected zone] - después de un uso a largo plazo, y que adicionalmente, además, tiene unas excelentes características en cuanto lo referente a la resistencia a la fluencia a las altas temperaturas, y la cual se utiliza en equipos de alta temperatura, tales como los consistentes en las calderas de generación de potencia y en las plantas de la industria química.

Antecedentes y trasfondo de la invención

En años recientes, se han venido instalando, en el mundo entero, las calderas ultra - super - críticas, de última generación, en las cuales se utilizan unos valores de temperatura y de presión de vapor incrementados, con objeto de mejorar la eficiencia de la caldera. De una forma específica, se planifica así mismo, también, helécho de que, la temperatura del vapor, la cual había sido, hasta ahora, la correspondiente a un valor de 6 °C, deba ascenderse a un valor de 65 °C, o mayor, o incluso a un valor de 7 °C, ó mayor. Esto se basa en el hecho de que, el ahorro de energía, el uso efectivo de los recursos y la reducción de las emisiones de gas CO2, con objeto de preservar el entorno medioambiental, son cuestiones la cuales deben resueltas, así como así mismo, también, la adopción de una importante política industrial. Esto se basa en el hecho de que, para una caldera de generación de potencia energética, así como para un reactor para la industria química, y por el estilo, en los cuales se procede a la combustión de un combustible fósil, son ventajosos una caldera ultra - super - crítica, y un reactor, los cuales ofrezcan una alta eficiencia.

La alta temperatura y la alta presión del vapor, alcanza la temperatura efectiva de operación de un equipo de alta temperatura, consistente en placas gruesas forjados, los cuales se utilizan como tubos de supercalentamiento de la caldera, y tubos de reactor, para la industria química, y partes presurizadas, resistentes al calor, a un temperatura correspondiente a un valor de 7 °C o más alta. Así, por lo tanto, se requiere el hecho de que, el material el cual se utiliza, en tales tipos de entornos medioambientales tan severos u hostiles, durante un prolongado transcurso de tiempo, no únicamente tenga una excelente resistencia a las altas temperaturas y una alta resistencia a la corrosión a las altas temperaturas, sino que, adicionalmente, además, también una excelente estabilidad a largo plazo de la micro - estructura del y de la características de fluencia.

De una forma correspondientemente en concordancia, los documentos de patente 1 a 3, dan a conocer aleaciones de resistencia al calor, las cuales contienen un cantidad incrementada de Cr y de Ni, y la cuales contienen también, de una forma adicional, una o más clases de Mo y de W, con objeto de mejorar la resistencia a la rotura por fluencia, la cual es una de las clases de resistencia a las altas temperaturas.

De una forma adicional, para cumplir con los estrictos requerimientos incrementantes para las características de resistencia a alta temperatura, de una forma especial, en cuanto a lo referente a los requerimientos para la resistencia a la rotura por fluencia, los documentos de patente 4 a 7, dan a conocer aleaciones resistentes al calor, la cuales contienen, en porcentaje en peso, de un 28 % a un 38 % de Cr, y de un 35 % a un 6 % de Níquel, y utilizan la precipitación de una estructura cúbica centrada en el cuerpo de fase a-Cr, con objeto de mejorar, de una forma adicional, la resistencia a la rotura por fluencia.

Por otro lado, los documentos de patente 8 a 11, dan a conocer aleaciones a base de Ni, las cuales contienen Mo y / ó W, con objeto de lograr una consolidación de solución sólida, y la cuales contienen así mismo, también, Al y Ti, y las cuales utilizan la consolidación de la precipitación de una fase y, la cual es un compuesto intermetálico, de una forma específica, NÍ3 / Al, Ti), con objeto de poder utilizarse en el severo y hostil entorno medioambiental de altas temperaturas, anteriormente descrito, arriba.

Así mismo, también, el documento de patente 12, da a conocer una aleación austenítica, con un alto contenido de Ni, resistente al calor, en la cual, se controlan los márgenes de adición del Al y del Ti, y se precipita una fase y, con objeto de mejorar la resistencia a la fluencia.

De una forma adicional, los documentos de patente 13 a 16, dan a conocer aleaciones a base de Ni, las cuales contienen Co, adicionalmente al Cr y al Mo, con objeto de incrementar adicionalmente la resistencia.

Lista de los documentos pertenecientes al arte anterior de la técnica especializada

Literatura de patentes

[Documento de Patente 1] JP 6 - 1 64 A

[Documento de Patente 2] JP 64 - 55 352 A [Documento de Patente 3] JP - 2 - 2 756 A (miembro de la familia de la patente europea EP 381 121)

[Documento de Patente 4] JP 7 - 216 511 A [Documento de Patente 5] JP 7 - 331 39 A

[Documento de Patente 6] JP 8 - 127 848 A [Documento de Patente 7] JP 8 - 218 14 A

[Documento de Patente 8] JP 51 - 84 726 A [Documento de Patente 9] JP 51 - 84727 A

[Documento de Patente 1] JP 7-1 5 277 A [Documento de Patente 11] JP 22 - 518 599 A [Documento de

Patente 12] JP 9-157 779 A

[Documento de Patente 13] JP 6-11 856 A [Documento de Patente 14] JP 2 - 17 736 A [Documento de Patente 15] JP 63-76 84 A

(miembro de la familia de la patente europea EP 26 6)

[Documento de Patente 16] JP 21 - 17 196 A

Se dan a conocer aleaciones adicionales, en la patente estadounidense U S 26 1 51 234 A1, en la patente europea EP 1 777 313 A1 y en la patente europea EP 1 65 29 A1.

Literatura no perteneciente a patentes

[Documento no perteneciente a patentes, 1] Editado por parte de la entidad Japain Welding Society: Welding/Joining Handbook, (sociedad Japonesa de la soldadura: Manual de soldadura / unión), 2- Edición (23, Maruzen), páginas 948 - 95.

Revelación de la invención

Problemas a resolver mediante la invención

En los documentos de patentes 1 a 14, si bien han dado a conocer las aleaciones austeníticas resistentes al calor, en las cuales se encuentra incrementada la resistencia a la rotura por fluencia, los estudios, no se han llevado a cabo a partir de un punto de vista consistente en la capacidad de soldadura o soldabilidad, en el momento en el cual las aleaciones se montan o ensamblan como un miembro estructural.

La aleación austenítica resistente al calor, se ensambla en varios miembros estructurales, mediante la soldadura, y se utiliza a altas temperaturas. Así por ejemplo, en el documento 1, no perteneciente a las patentes (Editado por parte de la entidad Japain Welding Society: Welding/Joining Handbook, (sociedad Japonesa de la soldadura: Manual de soldadura / unión), 2- Edición (23,Maruzen), páginas 948 - 95), se ha reportado el hecho de que, si se incrementa la cantidad del elemento de la aleación, durante el trabajo de soldadura, aparece entonces un problema consistente en que aparece una fisura en la zona afectada por el calor de la soldadura (a la cual, se le hará referencia, en la parte que sigue de este documento, como una HAZ [del inglés heat affected zone], de una forma especial, en una HAZ contigua a la línea limítrofe o fronteriza de la fusión.

En cuanto a lo referente a causa por la cual acontece una fisuración en la HAZ (zona afectada por el calor), contigua a la línea limítrofe o fronteriza de la fusión, se han propuesto varias opiniones, tales como las consistentes en el hecho de que, la fisuración, se crea mediante un fase precipitada en la línea fronteriza o contornos de los granos; sin embargo, no obstante, no se podido clarificar de una forma completa, hasta ahora, el mecanismo por el cual ésta acontece.

Así, de este modo, en la aleación austenítica de alta resistencia al calor, si bien la fisuración en la HAZ, en el momento de la soldadura, se ha reconocido como siendo un problema, para un largo período de tiempo, no se han establecido no obstante todavía unas medidas para contrarrestar este problema, de una forma especial, las medidas en términos de material, debido al hecho de que, el mecanismo por el cual ésta acontece, no se ha clarificado de una forma completa.

De una forma particular, en las aleaciones austeníticas resistentes al calor, las cuales se han propuesto de una forma mayoritaria, con el incremento... [Seguir leyendo]

1.- Una aleación austenítica, resistente al calor, consistente, en porcentaje en peso, en C: del ,1 % al ,15 %, Si: del ,2 % al 2 %, Mn: del ,2 % al 3%, Ni: del 4 % al 6%, Co: del 8 % al 25 %, Cr: del 15 % ó más a menos del

28 %,

Nd: del ,1 % al ,1 %, B: del ,5 % al ,6 %, N: ,3 % ó menos, O: ,3 % ó menos, o bien uno o bien ambos de Mo: 12 % ó menos y W: menos del 4 %, siendo, el contenido total de Mo y W del ,1 % al 12 %,

por lo menos uno, seleccionado entre Al: 3 % ó menos, Ti: 3 % ó menos, y Nb: 3 % ó menos,

y de una forma opcional, una o más clases de elementos pertenecientes al primer grupo y / o el siguiente segundo grupo, consistente, el primer grupo, en Ca: ,2 % ó menos, Mg: ,2 % ó menos, La: ,1 % ó menos, y Ce: ,1 % ó menos; consistiendo, el segundo grupo, en Ta: ,1 % ó menos, Hf: ,1 % ó menos, y Zr: ,1% ó menos; siendo, el resto, Fe e impurezas,

y siendo, los contenidos de P y S, en las impurezas, de P: ,3 % y de S: ,1 % ó menos, en donde,

el parámetro F1 representado por la Fórmula (1), es 1 ó más, y 12 ó menos, y el parámetro F2, representado por la

Fórmula (2), es ,35 ó menos:

F1 = 4 x Al + 2 x Ti + Nb... (1)

F2 = P + ,2 x Cr x B... (2)

en donde, un símbolo de un elemento de la Fórmula (1), y en la Fórmula (2), representa el contenido en porcentaje en masa del elemento.

2.- La aleación austenítica resistente al calor, según la reivindicación 1, en donde, la aleación, contiene, en porcentaje en masa, uno o más clases de los elementos pertenecientes al siguiente primer grupo y / o el siguiente segundo grupo,

el primer grupo, consistente en Ca: del ,1 % al ,2 %, Mg: del ,1 % al ,2 %, La: del ,1 % al ,1 %, y Ce: del ,1 % al ,1%;

el segundo grupo, consistente en Ta: del ,2 % al ,1 %, Hf: del ,2 % al ,1 %, y Zr: del ,2 % al ,1 %.

3.- La aleación austenítica resistente al calor, según la reivindicación 2, en donde, la cantidad total de los elementos del primer grupo es, en porcentaje en masa, de un valor del ,15 % ó menos.

4.- La aleación austenítica resistente al calor, según la reivindicación 2 ó la reivindicación 3, en donde, la cantidad total de los elementos del segundo grupo es, en porcentaje en masa, de un valor del ,15 % ó menos.