Material metálico resistente a la cementación por el carbono.

Un material metálico resistente a la cementación, caracterizado porque,

en % en peso, consta de C: del 0,08 al 0,4 %, Si: del 0,6 al 2,0 %, Mn: del 0,05 al 2,5 %, P: el 0,04 % o menos, S: el 0,015 % o menos, Cr: del 18 al 30 %, Ni: el 20 % o más y menos del 30 %, Cu: del 0,5 al 10,0 %, Al: del 0,01 al 1 %, Ti: del 0,01 al 1 %, N: el 0,15 % o menos y O (oxígeno): el 0,02 % o menos, opcionalmente por lo menos un tipo de un componente elegido entre por lo menos un grupo del primer al quinto grupos descritos a continuación, el resto es Fe e impurezas y que cumple la expresión (1),

C ≥ 0,062 x Si + 0,033 x Cu - 0,004 x Cr + 0,043 (1)

en la que los símbolos de los elementos de la expresión (1) representan el contenido de dichos elementos en % en peso;

primer grupo: Co: 10 % o menos,

segundo grupo: Mo: 2,5 % o menos y W: 5 % o menos,

tercer grupo: B: 0,1 % o menos, V: 0,5 % o menos, Zr: 0,1 % o menos, Nb: 2 % o menos y Hf: 0,5 % o menos,

cuarto grupo: Mg: 0,1 % o menos y Ca: 0,1 % o menos y

quinto grupo: Y: 0,15 % o menos, La: 0,15 % o menos, Ce: 0,15 % o menos y Nd: 0,15 % o menos.

Material metálico resistente a la cementación por el carbono Ámbito técnico

La presente invención se refiere a un material metálico que tiene una excelente resistente a temperaturas elevadas y una resistencia superior a la corrosión y se emplea en particular en una atmósfera de gas de cementación que contiene un hidrocarburo gaseoso y CO gaseoso. Más en especial, se refiere a un material metálico que tiene una soldabllldad excelente y una excelente resistencia a la formación de polvillo metálico, que es idóneo como materia prima para hornos de craqueo, hornos de reformado, hornos de calentamiento, intercambiadores de calor, etc. del refino del petróleo, plantas petroquímicas y similares.

Técnica anterior

Se espera que en el futuro aumente de modo significativo la demanda de combustibles energéticos limpios tales como el hidrógeno, el metanol, los combustibles líquidos (GTL: Gas to Liquids) y el éter de dimetilo (DME). Por lo tanto, un aparato de reformado (reforming) para producir un gas sintético de este tipo tiende a adoptar un tamaño grande y existe demanda de un aparato que logre una mayor eficacia térmica y sea adecuado para la producción en masa. Además, a menudo se emplea un intercambio de calor para recuperar el escape con el fin de mejorar la eficacia energética de los aparatos de reformado del refino convencional del petróleo, de las plantas petroquímicas y similares y de los aparatos de fabricación de amoníaco, de los aparatos de fabricación de hidrógeno y similares, en los que se emplean materias primas tales como el petróleo.

Para emplear con eficacia el calor de un gas de alta temperatura de este tipo, se ha convertido en importante el Intercambio de calor en un intervalo de temperaturas de 4 a 8°C, que es relativamente bajo, y en este intervalo de temperaturas resulta ya problemática la corrosión causada por la cementación de un material metálico basado en una aleación de alta concentración de Cr, alta concentración de Ni y Fe empleada para los tubos de reacción, los ¡ntercambladores de calor y similares.

Por lo general, un gas sintético reformado en los reactores recién descritos, es decir, un gas, que contiene H2, CO, CO2, H2O y un hidrocarburo tal como el metano, entra en contacto con el material metálico de un reactor tubular y similares a una temperatura aprox. de 1°C o más. En este intervalo de temperaturas, sobre la superficie del material metálico, se oxidan selectivamente los elementos tales como el Cr y el Si, que tienen una tendencia a la oxidación mayor que el Fe o el Ni o similares, y se forma una película densa de óxido de cromo, de óxido de silicio o similares, gracias al cual se restringe la corrosión. Sin embargo, en una porción del tipo intercambio de calor, en la que la temperatura es relativamente bajo, la difusión del elemento del interior a la superficie de material metálico es insuficiente. Por lo tanto, se retrasa la formación de la película de óxido, que despliega un efecto de restricción de la corrosión, y además, tal gas que tiene una composición que contiene hidrocarburo despliega propiedades cementantes, de modo que el carbono penetra en el material metálico por la superficie del mismo y tiene lugar la cementación.

En un horno tubular de craqueo de etileno y similares, si la cementación progresa y se forma una capa cementada que contiene carburo de Cr o Fe o similares, entonces aumenta el volumen de esta porción. Como resultado es posible que se formen grietas finas y, en el peor de los casos, se rompe el tubo empleado. Además, si la superficie del metal está expuesta, se produce la precipitación de carbono (coquización) en la superficie, para ello el metal actúa como catalizador, de modo que disminuye el área del paso de flujo y se degradan las características de la transferencia de calor.

En un horno tubular de calentamiento y similares de un horno catalítico de craqueo para aumentar también el valor de octano de la nafta obtenida por destilación de petróleo en bruto se genera un entorno muy cementante formado por hidrocarburo e hidrógeno, de modo que tenga lugar la cementación y la conversión de metal en polvillo.

Por otro lado, en un entorno, en el que son severas las propiedades de cementación del gas en el horno tubular de reformado, el intercambiador de calor y similares, el carburo está sobresaturado y a continuación precipita el grafito. Por lo tanto, se separa por exfoliación el material metálico de base y disminuye el grosor del material de base, es decir, progresa la pérdida por corrosión también llamada metal en polvo. Además, tiene lugar la coquización en la que el polvo de metal exfoliado actúa como catalizador.

Si aumentan las fisuras, pérdidas y estrangulamientos en el interior del tubo, puede producirse el fallo del aparato o similar. Como resultado, puede tener que suspenderse la operación. Por lo tanto, tendrá que prestarse una consideración especial a la selección del material empleado para esta parte del aparato.

Para impedir la cementación y la corrosión antes mencionadas, causadas por el metal en polvo, se han estudiado en la técnica convencional varias medidas para contrarrestarlas.

Por ejemplo, en el documento de patente 1 se propone una aleación basada en el Fe o una aleación basada en el Ni que contiene del 11 al 6 % (% en peso, lo mismo se aplicará a continuación) de Cr con respecto a la resistencia del metal en polvo en un gas atmosférico de 4 a 7°C, que contiene H2, CO, CO2 y H2O. De modo específico, se ha constatado que es excelente la invención de una aleación basada en el Fe que contiene el 24 % o más de Cr y el 35 % o más de Ni, una aleación basada en el Ni que contiene 2 % o más de Cr y 6 % o más de Ni y un material de aleación en el que se añade además Nb a estas aleaciones. No obstante, incluso si se aumenta de modo poco importante el contenido de Cr o de Ni en la aleación basada en el Fe o en la aleación basada en el Ni, no puede lograrse un efecto suficiente de restricción de la cementación, por lo tanto hay demanda de un material metálico que tenga una mayor resistencia al metal en polvo.

Además, en un método descrito en el documento de patente 2, para prevenir la corrosión causada por metal en polvo de una aleación de temperatura elevada que contiene hierro, níquel y cromo, uno o más tipos de metales del grupo VIII, el grupo IB, el grupo IV y el grupo V de la Tabla Periódica de los Elementos y una mezcla de los mismos se adhieren a la superficie por medios físicos o químicos ordinarios y la aleación se fusiona en una atmósfera inerte para formar una fina capa que tiene un grosor de ,1 a 1 pm, y con la cual se protege la superficie de la aleación. En este caso son eficaces en especial el Sn, Pb, B¡ y similares. Aunque sea eficaz en un estadio inicial, este método puede perder eficacia por el hecho de que la capa fina se exfolia durante el uso a largo plazo.

El documento de patente 3 se refiere a la resistencia al metal en polvo de un material metálico en un gas atmosférico de 4 a 7°C que contiene H2, CO, C2 y H2. Como resultado de una investigación de la interacción con carbono, llevada a cabo desde el punto de vista del elemento soluto en hierro, en el documento de patente 3 se describe que la adición de un elemento que produzca un carburo estable en el material metálico, por ejemplo el Ti, Nb, V y Mo o el elemento de aleación, en el que el co-factor de interacción Q adopta un valor positivo, por ejemplo el Si, Al, Ni, Cu y Co, es eficaz para restringir la formación de polvillo metálico además de aumentar las propiedades protectoras de la película de óxido. Sin embargo, el aumento de Si, Al y similares en algunos casos conduce a la disminución de la procesabilidad en caliente y de la soldabilidad. Por lo tanto, considerando la estabilidad de fabricación y el funcionamiento de la planta, este material metálico tiene todavía margen de mejora.

A continuación, para romper el contacto del gas de cementación con la superficie del metal, se ha descrito un método de oxidación previa de un material metálico y un método para llevar a cabo un tratamiento de la superficie.

Por ejemplo, en el documento de patente 4 y en el documento de patente 5 se describe un método de oxidación previa en el aire de un acero resistente al calor 25Cr-2N¡ (HK4) de bajo contenido de Si o un acero resistente al calor 25Cr-35N¡ de bajo contenido de Si a una temperatura próxima 1°C durante 1 horas o más. Además, en el documento de patente 6 se describe un método de oxidación previa en el aire de un acero austenítico resistente al calor, que contiene del 2 al 35 % de Cr. Por otro lado en el documento de patente 7 se propone un método para mejorar la resistencia a la cementación calentando... [Seguir leyendo]

1. Un material metálico resistente a la cementación, caracterizado porque, en % en peso, consta de C: del ,8 al ,4 %, Si: del ,6 al 2, %, Mn: del ,5 al 2,5 %, P: el ,4 % o menos, S: el ,15 % o menos, Cr: del 18 al 3 %,

Ni: el 2 % o más y menos del 3 %, Cu: del ,5 al 1, %, Al: del ,1 al 1 %, TI: del ,1 al 1 %, N: el ,15 % o menos y O (oxígeno): el ,2 % o menos, opclonalmente por lo menos un tipo de un componente elegido entre por lo menos un grupo del primer al quinto grupos descritos a continuación, el resto es Fe e Impurezas y que cumple la expresión (1),

C S ,62 x Si + ,33 x Cu-,4 xCr+ ,43 (1)

en la que los símbolos de los elementos de la expresión (1) representan el contenido de dichos elementos en % en

peso;

primer grupo: Co: 1 % o menos,

segundo grupo: Mo: 2,5 % o menos y W: 5 % o menos,

tercer grupo: B: ,1 % o menos, V: ,5 % o menos, Zr: ,1 % o menos, Nb: 2 % o menos y Hf: ,5 % o menos, cuarto grupo: Mg: ,1 % o menos y Ca: ,1 % o menos y

quinto grupo: Y: ,15 % o menos, La: ,15 % o menos, Ce: ,15 % o menos y Nd: ,15 % o menos.

2. El material metálico resistente a la cementación según la reivindicación 1, caracterizado porque contiene del 22 al 3 % de Cr.