Uso de una aleación de hierro-cromo-aluminio con larga vida útil y variaciones pequeñas en la resistencia al calor.

Uso de una aleación de hierro-cromo-aluminio con una larga vida útil y variaciones pequeñas en la resistencia alcalor como lámina para elementos de calefacción en un intervalo de dimensiones de 0,

02 a 0,300 mm de espesorcon (en % en peso) entre el 4,5 y el 6,5 % de Al, entre el 16 y el 24 % de Cr y adiciones de entre el 0,05 y el 0,7 %de Si, entre el 0,001 y el 0,5 % de Mn, entre el 0,02 y el 0,1 % de Y, entre el 0,02 y el 0,1 % de Zr, entre el 0,02 y el0,1 % de Hf, entre el 0,003 y el 0,020 % de C, un máx. del 0,03 % de N, un máx. del 0,01 % de S, un máx. del 0,5 %de Cu, el resto de hierro y las impurezas habituales resultantes de la fundición.

Uso de una aleación de hierro-cromo-aluminio con larga vida útil y variaciones pequeñas en la resistencia al calor

La invención se refiere al uso de una aleación de hierro-cromo-aluminio fabricada mediante fundición metalúrgica con una vida útil larga y variaciones pequeñas en la resistencia al calor.

Las aleaciones de este tipo se usan para la fabricación de elementos de calefacción eléctrica y portadores de catalizadores. Estos materiales forman una capa de óxido de aluminio densa, fijamente adherida, que los protege contra la destrucción a temperaturas elevadas (p.ej. hasta 1400 ºC) . Esta protección se mejora mediante adiciones de llamados elementos reactivos, como por ejemplo Ca, Ce, La, Y, Zr, Hf, Ti, Nb, V, que entre otras cosas mejoran la capacidad adhesiva de la capa de óxido y/o reducen el crecimiento de la capa, como está descrito, por ejemplo, en “Ralf Bürgel, Handbuch der Hochtemperatur-Werkstofftechnik, Editorial Vieweg, Brunswick 1998” a partir de la página 274.

La capa de óxidos de aluminio protege el material metálico de una oxidación rápida. Al mismo tiempo crece ella misma, aunque con lentitud. Este crecimiento tiene lugar consumiéndose el contenido de aluminio del material. Cuando ya apenas queda aluminio, crecen otros óxidos (óxidos de cromo y hierro) , el contenido de metales del material se consume de forma muy rápida y el material falla por una corrosión destructiva. El tiempo hasta el fallo se define como vida útil. Un aumento del contenido de aluminio prolonga la vida útil.

Por el documento WO 02/20197 se ha dado a conocer una aleación de acero ferrítica, inoxidable, en particular para el uso como elemento conductor de caldeo. La aleación está formada por una aleación de FeCrAl fabricada mediante metalurgia de los polvos, que contiene (en % en masa) menos del 0, 02 % de C, < 0, 5 % de Si, < 0, 2 % de Mn, entre el 10, 0 y el 40, 0 % de Cr, < 0, 6 % de Ni, < 0, 01 % de Cu, entre el 2, 0 y el 10, 0 % de Al, uno o varios elemento (s) del grupo de los elementos reactivos, como Sc, Y, La, Ce, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, en contenidos entre el 0, 1 y el 1, 0 %, el resto hierro, así como las impurezas inevitables.

En el documento DE-A 199 28 842 está descrita una aleación con (en % en peso) entre el 16 y el 22 % de Cr, entre el 6 y el 10 % de Al, entre el 0, 02 y el 1, 0 % de Si, un máx. del 0, 5 % de Mn, entre el 0, 02 y el 0, 1 % de Hf, entre el 0, 02 y el 0, 1 % de Y, entre el 0, 001 y el 0, 01 % de Mg, un máx. del 0, 02 % de Ti, un máx. del 0, 03 % de Zr, un máx. del 0, 02 % de Se, un máx. del 0, 1 % de Sr, un máx. del 0, 1 % de Ca, un máx. del 0, 5 % de Cu, un máx. del 0, 1 % de V, un máx. del 0, 1 % de Ta, un máx. del 0, 1 % de Nb, un máx. del 0, 03 % de C, un máx. del 0, 01 % de N, un máx. del 0, 01 % de B, el resto hierro, así como las impurezas resultantes de la fundición para el uso como lámina portadora para catalizadores de gases de escape, como conductor de caldeo, así como componente en la construcción de hornos industriales y en quemadores de gas.

En el documento EP-B 0, 387 670 está descrita una aleación con (en % en peso) entre el 20 y el 25 % de Cr, entre el 5 y el 8 % de Al, entre el 0, 03 y el 0, 08 % de itrio, entre el 0, 004 y el 0, 008 % de nitrógeno, entre el 0, 020 y el 0, 040 % de carbono, así como en partes aproximadamente iguales entre el 0, 035 y el 0, 07 % de Ti, y entre el 0, 035 y el 0, 07 % de circonio, y un máx. del 0, 01 % de fósforo, un máx. del 0, 01 % de magnesio, un máx. del 0, 5 % de manganeso, un máx. del 0, 005 % de azufre, el resto de hierro, ascendiendo la suma de los contenidos de Ti y Zr entre el 1, 75 y el 3, 5 % veces la suma porcentual de los contenidos de C y N, así como las impurezas resultantes de la fundición. Ti y Zr pueden ser sustituidos por completo o en parte por hafnio y/o tántalo o vanadio.

En el documento EP-B-0 290 719 está descrita una aleación con (en % en peso) entre el 12 y el 30 % de Cr, entre el 3, 5 y el 8 % de Al, entre el 0, 008 y el 0, 10 % de carbono, un máx. del 0, 8 % de silicio, entre el 0, 10 y el 0, 4 % de manganeso, un máx. del 0, 035 % de fósforo, un máx. del 0, 020 % de azufre, entre el 0, 1 y 1, 0 % de molibdeno, un máx. del 1 % de níquel, y las adiciones de entre el 0, 010 y el 1, 0 % de circonio, entre el 0, 0003 y el 0, 3 % de titanio y entre el 0, 003 y el 0, 3 % de nitrógeno, entre el 0, 005 y el 0, 05 % de calcio más magnesio, así como entre el 0, 003 y el 0, 80 % de metales alcalinos raros, el 0, 5 % de niobio, el resto de hierro con los elementos accidentales habituales, que se usa por ejemplo como alambre para elementos de calefacción para hornos eléctricamente calentados y como material de construcción para piezas expuestas a cargas térmicas, y como lámina para la fabricación de portadores de catalizadores.

En el documento US 4, 277, 374 está descrita una aleación con (en % en peso) hasta el 26 % de cromo, entre el 1 y el 8% de aluminio, entre el 0, 02 y el 2 % de hafnio, hasta el 0, 3 % de itrio, hasta el 0, 1 % de carbono, hasta el 2 % de silicio, el resto de hierro, con una cantidad de cromo comprendida preferiblemente en el intervalo entre el 12 y el 22 % y entre el 3 y el 6 % de aluminio, que se usa como lámina para la fabricación de portadores de catalizadores.

Por el documento US-A 4, 414, 023 se ha dado a conocer un acero con (en % en peso) entre el 8, 0 y el 25, 0 % de Cr, entre el 3, 0 y el 8, 0 % de Al, entre el 0, 002 y el 0, 06 % de metales alcalinos raros, y un máx. del 4, 0 % de Si, entre el 0, 06 y el 1, 0 % de Mn, entre el 0, 035 y el 0, 07 % de Ti, entre el 0, 035 y el 0, 07 % de Zr, incluidas las impurezas inevitables.

Un modelo detallado de la vida útil de aleaciones de hierro-cromo-aluminio está descrito en el artículo de I. Gurrappa, S. Weinbruch, D. Naumenko, W.J. Quadakkers, Materials and Corrosions 51 (2000) , páginas 224 a 235. Allí está descrito un modelo en el que la vida útil de aleaciones de hierro-cromo-aluminio debe depender del

contenido de aluminio y de la forma de la muestra, no teniéndose en cuenta aún en esta fórmula posibles desconchamientos

tB = vida útil, definida como tiempo hasta la aparición de óxidos distintos al óxido de aluminio CO = Concentración de aluminio al principio de la oxidación CB = concentración de aluminio al aparecer óxidos distintos al óxido de aluminio p = densidad específica de la aleación metálica k = constante de la velocidad de oxidación n = exponente de la velocidad de oxidación

Al tenerse en cuenta los desconchamientos, para una muestra plana de una anchura y longitud infinita con el espesor d (f ≈ d) resulta la siguiente fórmula:

siendo Δrm* el cambio de peso crítico a partir del cual comienzan los desconchamientos.

Las dos fórmulas expresan que la vida útil baja cuando se reduce el contenido de aluminio y cuando hay una relación superficie/volumen alta (o cuando el espesor de la muestra es reducido) .

Esto es significativo cuando deben usarse para la aplicación láminas finas, p.ej. con un espesor de aprox. 20 µm a aprox. 300 µm.

Los conductores de caldeo hechos de láminas finas (p.ej. de un espesor de aprox. 20 a 300 µm con una anchura del orden de uno a varios milímetros) , se caracterizan por una relación de superficie/volumen alta. Esto es ventajoso cuando se pretenden alcanzar tiempos de calentamiento y enfriamiento rápidos, como se exigen p.ej. en el caso de los conductores de caldeo usados en las placas vitrocerámicas, para que pueda hacerse ver rápidamente el calentamiento y conseguir un calentamiento rápido, similar al de una cocina de gas. No obstante, al mismo tiempo, la relación superficie/volumen alta supone un inconveniente para la vida útil del conductor de caldeo.

Al usar una aleación como conductor de caldeo, también ha de tenerse en cuenta el comportamiento de la resistencia al calor. Al conductor de caldeo se aplica por lo general una tensión constante. Si la resistencia se mantiene constante a lo largo de la vida útil del elemento de calefacción, tampoco varían la corriente y la potencia de este elemento de calefacción.

No obstante, esto no es el caso, debido a los procesos arriba descritos, en los que se consume continuamente aluminio. Debido al consumo de aluminio, se reduce la resistencia eléctrica específica del material. Esto tiene lugar porque se eliminan átomos de la matriz metálica, es decir, se reduce la sección transversal,... [Seguir leyendo]

1. Uso de una aleación de hierro-cromo-aluminio con una larga vida útil y variaciones pequeñas en la resistencia al calor como lámina para elementos de calefacción en un intervalo de dimensiones de 0, 02 a 0, 300 mm de espesor con (en % en peso) entre el 4, 5 y el 6, 5 % de Al, entre el 16 y el 24 % de Cr y adiciones de entre el 0, 05 y el 0, 7 % de Si, entre el 0, 001 y el 0, 5 % de Mn, entre el 0, 02 y el 0, 1 % de Y, entre el 0, 02 y el 0, 1 % de Zr, entre el 0, 02 y el 0, 1 % de Hf, entre el 0, 003 y el 0, 020 % de C, un máx. del 0, 03 % de N, un máx. del 0, 01 % de S, un máx. del 0, 5 % de Cu, el resto de hierro y las impurezas habituales resultantes de la fundición.

2. Uso de la aleación según la reivindicación 1, con (en % en peso) entre el 4, 8 y el 6, 2 % de Al.

3. Uso de la aleación según la reivindicación 1 ó 2, con (en % en peso) entre el 5, 0 y el 5, 8 de Al.

4. Uso de la aleación según la reivindicación 1 ó 2, con (en % en peso) entre el 4, 8 y el 5, 5 de Al.

5. Uso de la aleación según la reivindicación 1, con (en % en peso) entre el 5, 5 y el 6, 3 de Al.

6. Uso de la aleación según una de las reivindicaciones 1 a 5, con (en % en peso) entre el 18 y el 23 % de Cr.

7. Uso de la aleación según una de las reivindicaciones 1 a 6, con (en % en peso) entre el 19 y el 22 % de Cr.

8. Uso de la aleación según una de las reivindicaciones 1 a 7, con (en % en peso) adiciones de entre el 0, 05 y el 0, 5 % de Si.

9. Uso de la aleación según una de las reivindicaciones 1 a 8, con (en % en peso) adiciones de entre el 0, 005 y el 0, 5 % de Mn.

10. Uso de la aleación según una de las reivindicaciones 1 a 9, con (en % en peso) adiciones de entre el 0, 03 y el 0, 1 % de Y.

11. Uso de la aleación según una de las reivindicaciones 1 a 10, con (en % en peso) adiciones de entre el 0, 02 y el 0, 08 % de Zr.

12. Uso de la aleación según una de las reivindicaciones 1 a 11, con (en % en peso) adiciones de entre el 0, 02 y el 0, 1 % de Hf.

13. Uso de la aleación según una de las reivindicaciones 1 a 12, con (en % en peso) adiciones de entre el 0, 003 y el 0, 020 % de C.

14. Uso de la aleación según una de las reivindicaciones 1 a 13, con entre el 0, 0001 y el 0, 05 % de Mg, entre el 0, 0001 y el 0, 03 % de Ca, entre el 0, 010 y el 0, 030 % de P.

15. Uso de la aleación según una de las reivindicaciones 1 a 14, con (en % en peso) entre el 0, 0001 y el 0, 03 % de Mg.

16. Uso de la aleación según una de las reivindicaciones 1 a 15, con (en % en peso) entre el 0, 0001 y el 0, 02 % de Mg.

17. Uso de la aleación según una de las reivindicaciones 1 a 16, con (en % en peso) entre el 0, 0002 y el 0, 01 % de Mg.

18. Uso de la aleación según una de las reivindicaciones 1 a 17, con (en % en peso) entre el 0, 0001 y el 0, 02 % de Ca.

19. Uso de la aleación según una de las reivindicaciones 1 a 18, con (en % en peso) entre el 0, 0002 y el 0, 01 % de Ca.

20. Uso de la aleación según una de las reivindicaciones 1 a 19, con (en % en peso) entre el 0, 010 y el 0, 025 % de

P.

21. Uso de la aleación según una de las reivindicaciones 1 a 20, con (en % en peso) entre el 0, 010 y el 0, 022 % de

P.

22. Uso de la aleación según una de las reivindicaciones 1 a 21, en la que el Y es sustituido por completo por al menos uno de los elementos Sc y/o La y/o Cer.

23. Uso de la aleación según una de las reivindicaciones 1 a 21, en la que el Y es sustituido en parte por (en % en peso) entre el 0, 02 y el 0, 10 % de al menos uno de los elementos Sc y/o La y/o Cer.

24. Uso de la aleación según una de las reivindicaciones 1 a 23, en la que el Hf es sustituido por completo por al

menos uno de los elementos Sc y/o Ti y/o V y/o Nb y/o Ta y/o La y/o Cer.

25. Uso de la aleación según una de las reivindicaciones 1 a 23, en la que el Hf es sustituido en parte por (en % en peso) entre el 0, 01 y el 0, 1 % de al menos uno de los elementos Sc y/o Ti y/o V y/o Nb y/o Ta y/o La y/o Cer.

26. Uso de la aleación según una de las reivindicaciones 1 a 25, con (en % en peso) un máx. del 0, 02 % de N y un 5 máx. del 0, 005 % de S.

27. Uso de la aleación según una de las reivindicaciones 1 a 26, con (en % en peso) un máx. del 0, 01 % de N y un máx. del 0, 003 % de S.

28. Uso de la aleación según una de las reivindicaciones 1 a 27, que comprende además (en % en peso) un máx. del 0, 5 % de níquel, un máx. del 0, 1 % de Mo y/o el 0, 1 % de W.

29. Uso de la aleación según una de las reivindicaciones a 1 a 28 para el empleo como lámina en elementos de calefacción eléctricamente calentables.

30. Uso de la aleación según una de las reivindicaciones 1 a 28 para el empleo como lámina en conductores de caldeo con un espesor de 20 a 200 µm.

31. Uso de la aleación según una de las reivindicaciones 1 a 28 para el empleo como lámina en conductores de 15 caldeo con un espesor de 20 a 100 µm.

32. Uso de la aleación según una de las reivindicaciones 1 a 28 como lámina de conductor de caldeo para el uso en placas de cocción, en particular en placas vitrocerámicas.

33. Uso de la aleación según una de las reivindicaciones 1 a 28 como lámina portadora en catalizadores de gases de escape metálicos calentables.

34. Uso de la aleación según una de las reivindicaciones 1 a 28 como lámina en pilas de combustible.