BRPI0820354B1 - Aço inoxidável austenítico pobre, bem com artigo de fabricação - Google Patents

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Abstract

aço inoxidável austenítico pobre um aço inoxidável austenítico tendo baixo níquel e molibdênio e exibindo propriedades de resistência a corrosão e conformabilidade comparáveis às ligas de mais alto níquel e molibdênio compreende, em % de peso, até 0,20 c, 2,0-9,0 mn, até 2,0 si, 16,0-23,0 de cr, 1,0-5,0 ni, até 3,0 mo, até 3,0 cu, o, 1-0,35 n, até 4,0 w, até 0,01 b, até 1 ,o co, ferro e impurezas. o aço tem um número de ferrita menor que 1 o e um valor de md30 menor que 20°c.

Description

“AÇO INOXIDÁVEL AUSTENÍTICO POBRE, BEM COMO ARTIGO DE FABRICAÇÃO”
Referência Cruzada com Pedidos Relacionados [001]A presente aplicação reivindica prioridade sobre 35 U.S.C. § 119(e) para o co-pendente Pedido de Patente Provisório Seriado dos EUA 60/991,016, depositada em 29 de novembro de 2007.
Histórico da Invenção
Campo de Tecnologia [002]A presente revelação relata sobre um aço inoxidável austenítico. Em particular, esta revelação relaciona-se sobre a relação de custo-benefício de uma composição de aço inoxidável austenítico tendo baixo teor de níquel e molibdênio com pelo menos comparáveis propriedades de resistência a corrosão e conformabilidade relativa a ligas de mais alto níquel.
Descrição do Antecedente da Tecnologia [003]Aços inoxidáveis austeníticos exibem uma combinação de propriedades altamente desejáveis que os fazem úteis para uma grande variedade de aplicações industriais. Estes aços possuem uma composição base de ferro que é balanceada pela adição de austenita de promoção e elementos estabilizantes, tais como níquel, manganês, e nitrogênio, para permitir adições de elementos de ferrita de promoção, tais como cromo e molibdênio, os quais aumentam a resistência à corrosão, para ser feito enquanto mantendo uma estrutura austenítica em temperatura ambiente. A estrutura austenítica provê o aço com propriedades mecânicas altamente desejadas, particularmente tenacidade, ductilidade e conformabilidade.
[004]Um exemplo de um aço inoxidável austenítico é aço inoxidável AISI Tipo 316 (UNS S31600), o qual é uma liga contendo cromo 16-18%, níquel 10-14%, e molibdênio 2-3%. As variações de ingredientes ligantes nesta liga são mantidas dentro de uma variação específica a fim de manter a estabilidade da estrutura austeníti
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2/18 ca. Como é entendido por um versado na técnica, teor de níquel, manganês, cobre, e nitrogênio, por exemplo, contribuem para a estabilidade da estrutura austenítica. Entretanto, o aumento dos custos do níquel e molibdênio tem criado a necessidade de alternativas de custo-benefício para S31600 o qual ainda exibe alta resistência à corrosão e boa conformabilidade. Recentemente, ligas duplex pobres tais como UNS S32003 (liga AL 2003®) têm sido usadas como alternativas de baixo custo para S31600, mas enquanto estas ligas têm boa resistência a corrosão, elas contêm aproximadamente 50% de ferrita, o que dá a elas mais alta força e mais baixa ductilidade que S31600, e como conseqüência, elas não são tão conformáveis. Aços inoxidáveis duplex são também mais limitados no uso por ambas, alta e baixa temperatura, como comparado com S31600.
[005]Outra liga alternativa é “Grade 216” (UNS S21600), o qual é descrito na Patente dos EUA No. 3.171.738. S21600 que contém 17,5-22% de cromo, 5-7% de níquel, 7,5-9% de manganês, e 2-3% de molibdênio. Embora S21600 seja um variante de níquel mais baixo, manganês mais alto que S31600, as propriedades de força e resistência à corrosão de S21600 são muito mais altas que aquelas do S31600. Entretanto, como com as ligas duplex, a formabilidade de S21600 não é tão boa como de S31600. Também, porque S21600 contém a mesma quantidade de molibdênio que o S31600 tem, não há economia de custo para o molibdênio.
[006]Outros exemplos incluem numerosos aços inoxidáveis em que níquel é substituído com manganês para manter uma estrutura austenítica, tal como é praticada com o aço Tipo 201 (UNS S20100) e “grades” similares. Embora o aço Tipo 201, por exemplo, é uma liga de baixo níquel tendo boa resistência a corrosão, ele tem propriedades pobres de conformabilidade. Há uma necessidade de ser capaz de produzir uma liga tendo uma combinação de ambas as propriedades, resistência à corrosão e conformabilidade similar ao S31600, enquanto contém uma quantidade mais baixa de níquel e molibdênio de forma a ter bom custo-benefício. Além disso,
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3/18 há uma necessidade de tal liga ter, ao contrário de ligas duplex, uma comparável variação de aplicação de temperatura para que o padrão de aços inoxidáveis austeníticos, por exemplo, de temperaturas criogênicas acima de 537.778oC (1000°F).
[007]Consequentemente, a presente invenção provê uma solução que não é atualmente disponível no mercado, a qual é uma composição de liga de aço inoxidável austenítico conformável que tem comparáveis propriedades de resistência a corrosão ao S31600, mas provê uma economia de custo de matérias-primas. Portanto, a invenção é uma liga austenítica que usa uma combinação dos elementos Mn, Cu e N, para substituir Ni e Mo de maneira a criar uma liga com propriedade similares àquelas ligas de alto teor de níquel e molibdênio a um custo de matéria-prima significantemente mais baixo. Opcionalmente, os elementos W e Co podem ser usados independentemente ou em combinação para substituir os elementos Mo e Ni, respectivamente.
Resumo da Invenção [008]A invenção é um aço inoxidável austenítico que usa elementos menos caros, tais como manganês, cobre, e nitrogênio como substitutos para os elementos de mais custo como o níquel e molibdênio. O resultado é uma liga de mais baixo custo que tem pelo menos propriedades de conformabilidade e resistência a corrosão comparáveis às ligas mais dispendiosas, tais como S31600.
[009]Uma modalidade de acordo com a presente revelação é um aço inoxidável austenítico incluindo, em % de peso, até 0,20 C, 2,0-9,0 Mn, até 2,0 Si, 16,023,0 Cr, 1,0-5,0 Ni, até 3,0 Mo, até 3,0 Cu, 0,1-0,35 N, até 4,0 W, até 0,01 B, até 1,0 Co, ferro e impurezas, o aço tendo um número de ferrita menor que 10 e um valor MD30 menor que 20 oC. Em certas modalidades do aço, o valor MD30 é menor que 10 oC. Em certas modalidades do aço, o aço tem um valor PREw melhor que 22. Em certas modalidades do aço, 0,5<(Mo + W/2)<5,0.
[010]Outra modalidade do aço inoxidável austenítico de acordo com a prePetição 870170066383, de 06/09/2017, pág. 16/38
4/18 sente revelação inclui, uma % de peso, até 0,10 C, 2,0-8,0 Mn, até 1,0 Si, 16,0-22,0 Cr, 1,0-5,0 Ni, 0,40-2,0 Mo, até 1,0 Cu, 0,12-0,30 N, 0,050-0,60 W, até 1,0 Co, até 0,04 P, até 0,03 S, até 0,008 B, ferro e impurezas, o aço tendo um número de ferrita menor que 10 e um valor MD30 menor que 20 oC. Em certas modalidades do aço, o valor MD30 é menor que -10 oC. Em certas modalidades do aço, o aço tem um valor PREw melhor que 22. Em certas modalidades do aço, 0,5<(Mo + W/2)<5,0.
[011]Ainda, outra modalidade do aço inoxidável austenítico de acordo com a presente revelação inclui, em % de peso, até 0,08 C, 3,0-6,0 Mn, até 1,0 Si, 17,021,0 Cr, 3,0-5,0 Ni, 0,50-2,0 Mo, até 1,0 Cu, 0,14-0,30 N, até 1,0 Co, 0,05-0,60 W, até 0,05 P, até 0,03 S, ferro e impurezas, o aço tendo um número de ferrita menor que 10 e um valor MD30 menor que 20 oC. Em certas modalidades do aço, o valor MD30 é menor que -10 oC. Em certas modalidades do aço, o aço tem um valor PREW maior que 22. Em certas modalidades do aço, 0,5<(Mo + W/2)<5,0.
[012]Uma modalidade adicional do aço inoxidável austenítico de acordo com a presente revelação inclui, em % de peso, até 0,20 C, 2,0-9,0 Mn, até 2,0 Si, 16,023,0 Cr, 1,0-5,0 Ni, até 3,0 Mo, até 3,0 Cu, 0,1-0,35 N, até 4,0 W, até 0,01 B, até 1,0 Co, ferro balanceado e impurezas, o aço tendo um número de ferrita menor que 10 e um valor MD30 menor que 20 oC.
[013]Em uma modalidade, um método de produzir um aço inoxidável austenítico inclui fusão em um forno elétrico a arco, refinação em um AOD, fundição em lingotes ou chapas fundidas continuamente, reaquecimento dos lingotes ou chapas e laminação a quente para produzir placas ou bobinas, laminação a frio para uma espessura específica, e recozimento e decapagem do material. Outros métodos de acordo com a invenção podem incluir por exemplo, fusão e/ou re-fusão a vácuo ou sob uma atmosfera especial, fundição nas formas, ou produção de um pó que é consolidado em chapas ou formas, e semelhantes.
[014]Ligas de acordo com a presente revelação podem ser usadas em nuPetição 870170066383, de 06/09/2017, pág. 17/38
5/18 merosas aplicações. De acordo com um exemplo, ligas da presente revelação podem ser incluídas em artigos de fabricação adaptados para o uso em baixa temperatura ou ambientes criogênicos. Exemplos não limitantes adicionais dos artigos de fabricação podem ser fabricados a partir de ou incluem as ligas presentes são artigos de resistência a corrosão, painéis de arquitetura resistentes a corrosão, conectores flexíveis, fole, tubo, canos, forros de chaminé, chaminé, partes do trocador de calor das placas de estrutura, partes condensadas, partes para equipamentos de processos farmacêuticos, porte usada em aplicações sanitárias, e partes para produção de etanol ou equipamentos de processos.
Breve descrição das figuras [015]Figura 1 é um gráfico mostrando resultados de tensões-ruptura para uma modalidade de uma liga de acordo com a presente revelação e para Ligas Comparativas ao S31600.
Descrição detalhada da invenção [016]Na presente descrição e nas reivindicações, outro que nos exemplos de operação ou onde indicado em contrário, todos os números expressando quantidades ou características dos ingredientes e produtos, condições de processamento, e semelhantes são para ser entendidos como sendo modificados em todas as instâncias pelo termo “sobre”. Portanto, a menos que indicado em contrário, quaisquer parâmetros numéricos estabelecidos na seguinte descrição e nas reivindicações anexadas são aproximações que podem variar dependendo das propriedades desejadas uma procura para obter no produto e métodos de acordo com a presente revelação. Pelo menos, e não como uma tentativa de limitar a aplicação da doutrina de equivalentes do objetivo das reivindicações, cada parâmetro numérico deveria pelo menos ser construído em função do número de dígitos significantes reportados e pela aplicação de técnicas de arredondamento ordinárias. Os aços inoxidáveis austeníticos da presente invenção serão agora descritos em detalhes. Na seguinte des
Petição 870170066383, de 06/09/2017, pág. 18/38
6/18 crição, “%” representa “% de peso”, a menos que seja especificado de outra forma.
[017]A invenção é direcionada para um aço inoxidável austenítico. Em particular, a invenção é direcionada para uma composição de aço inoxidável austenítico que tem pelo menos propriedades de conformabilidade e resistência à corrosão comparável àquelas do S31600. Uma modalidade de um aço inoxidável austenítico de acordo com a presente revelação inclui, em % de peso, até 0,20 C, 2,0-9,0 Mn, até 2,0 Si, 16,0-23,0 Cr, 1,0-5,0 Ni, até 3,0 Mo, até 3,0 Cu, 0,1-0,35 N, até 4,0 W, até 0,01 B, até 1,0 Co, ferro e impurezas, o aço tendo um número de ferrita menor que 10 e um valor MD30 menor que 20 oC. Em certas modalidades do aço, o valor MD30 é menor que -10 oC. Em certas modalidades do aço, o aço tem um valor PREw maior que 22. Em certas modalidades do aço, 0,5<(Mo + W/2)<5,0.
[018]Outra modalidade do aço inoxidável austenítico de acordo com a presente revelação inclui, uma % de peso, até 0,10 C, 2,0-8,0 Mn, até 1,0 Si, 16,0-22,0 Cr, 1,0-5,0 Ni, 0,40-2,0 Mo, até 1,0 Cu, 0,12-0,30 N, 0,05-0,60 W, até 1,0 Co, até 0,04 P, até 0,03 S, até 0,008 B, ferro e impurezas, o aço tendo um número de ferrita menor que 10 e um valor MD30 menor que 20 oC. Em certas modalidades do aço, o valor MD30 é menor que -10 oC. Em certas modalidades do aço, o aço tem um valor PREw melhor que 22. Em certas modalidades do aço, 0,5<(Mo + W/2)<5,0.
[019]Ainda, outra modalidade do aço inoxidável austenítico de acordo com a presente revelação inclui, em % de peso, até 0,08 C, 3,0-6,0 Mn, até 1,0 Si, 17,021,0 Cr, 3,0-5,0 Ni, 0,50-2,0 Mo, até 1,0 Cu, 0,14-0,30 N, até 1,0 Co, 0,05-0,60 W, até 0,05 P, até 0,03 S, ferro e impurezas, o aço tendo um número de ferrita menor que 10 e um valor MD30 menor que 20 oC. Em certas modalidades do aço, o valor MD30 é menor que -10 oC. Em certas modalidades do aço, o aço tem um valor PREW melhor que 22. Em certas modalidades do aço, 0,5<(Mo + W/2)<5,0.
[020]Uma modalidade adicional do aço inoxidável austenítico de acordo com a presente revelação inclui, em % de peso, até 0,20 C, 2,0-9,0 Mn, até 2,0 Si, 16,0Petição 870170066383, de 06/09/2017, pág. 19/38
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23,0 Cr, 3,0-5,0 Ni, até 3,0 Mo, até 3,0 Cu, 0,1-0,35 N, até 4,0 W, até 0,01 B, até 1,0
Co, ferro e impurezas, o aço tendo um número de ferrita menor que 10 e um valor
MD30 menor que 20 oC. Em certas modalidades do aço, o valor MD30 é menor que 10 oC. Em certas modalidades do aço, o aço tem um valor PREw melhor que 22. Em certas modalidades do aço, 0,5<(Mo + W/2)<5,0.
[021]Uma modalidade adicional do aço inoxidável austenítico de acordo com a presente revelação inclui, em % de peso, até 0,20 C, 2,0-9,0 Mn, até 2,0 Si, 16,023,0 Cr, 1,0-5,0 Ni, até 3,0 Mo, até 3,0 Cu, 0,1-0,35 N, até 4,0 W, até 0,01 B, até 1,0 Co, ferro balanceado e impurezas, o aço tendo um número de ferrita menor que 10 e um valor MD30 menor que 20 oC.
C: até 0,20% [022]C atua para estabilizar a fase austenita e inibir transformação martensita induzida por deformação. Entretanto C também aumenta a probabilidade de formação de carbetos de cromo, especialmente durante a soldagem, o qual reduz a resistência à corrosão e a tenacidade. Consequentemente, o aço inoxidável austenítico da presente invenção tem até 0,20% de C. Em uma modalidade da invenção, o conteúdo de C pode ser 0,10% ou menos ou, alternativamente pode ser 0,08% ou menos.
Si: até 2,0% [023]Tendo mais que 2% de Si promovem a formação de fases de fragilização, tais como sigma, e reduz a solubilidade do nitrogênio na liga. Si também estabiliza a fase ferrítica, tão bem que 2% de Si requerem a adição de estabilizadores de austenite adicional para manter a fase austenítica. Portanto, o aço inoxidável austenítico presente na invenção tem até 2,0% de Si. Uma modalidade de acordo com a presente revelação, o conteúdo de Si pode ser 1,0% ou menos. Em outra modalidade da invenção, o conteúdo de Si pode ser 0,05% ou menos.
Mn: 2,0-9,0%
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8/18 [024]Mn estabiliza a fase do aço inoxidável austenítico e geralmente aumenta a solubilidade do nitrogênio, um elemento ligante benéfico. Para produzir suficientemente estes efeitos, um conteúdo de Mn não menos que 2,0% é requerido. Ambos manganês e nitrogênio são efetivos substitutos para o elemento mais caro, níquel. Entretanto, tendo mais que 9,0% de Mn degrada a trabalhabilidade do material e sua resistência a corrosão em certos ambientes. Também, por causa da dificuldade em decarburizar aços inoxidáveis com altos níveis de Mn, tais como mais que 9,0%, tendo também muito Mn significantemente aumenta os custos do processo de fabricação do material. Portanto, o aço inoxidável austenítico da presente invenção tem 2,0-9,0% de Mn. Em uma modalidade, o conteúdo do Mn pode ser 2,0-80%, ou alternativamente pode ser 3,0-6,0%.
Ni: 1,0-5,0% [025]Pelo menos 1% de Ni é requerido para estabilizar a fase austenítica com respeito a formação de ambas ferrita e martensita. Ni também age para melhorar a tenacidade e conformabilidade. Entretanto, devido a relativo alto custo do níquel, é desejável manter o conteúdo do níquel o mais baixo possível. Os inventores têm achado que 1,0-5,0% de variação do Ni pode ser usado em adição a outras variações definidas dos elementos para alcançar uma liga tendo resistência a corrosão e conformabilidade tão boa quanto ou melhor que aquelas ligas de alto teor de níquel. Portanto, o aço inoxidável austenítico da presente invenção tem 1,0-5,0% de Ni. Em uma modalidade, o conteúdo do níquel pode ser 3,0-5,0%. Em outra modalidade, o conteúdo do Ni pode ser 1,0-3,0%.
Cr: 16,0-23,0% [026]Cr é adicionado para transmitir resistência a corrosão ao aço inoxidável e também age para estabilizar a fase austenítica com respeito a transformação martensita. Pelo menos 16% de Cr é requerido para prover adequada resistência a corrosão. Por outro lado, porque Cr é poderoso estabilizador de ferrita, um conteúdo de
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Cr excedendo 23% requer a adição de mais elementos ligantes dispendiosos, tais como níquel e cobalto, para manter o conteúdo de ferrita aceitavelmente baixo. Tendo mais que 23% de Cr também faz a formação de fases indesejáveis, tais como sigma, mais provável. Portanto, o aço inoxidável austenítico da presente invenção tem 16,0-23,0% de Cr. Em uma modalidade, o conteúdo do Cr pode ser 16,0-22,0%, ou alternativamente pode ser 17,0-21,0%.
N: 0,1-0,35% [027]N é incluído na liga como uma substituição parcial para o elemento Ni estabilizante de austenita e o elemento Mo melhorador da corrosão. A adição de mais que 0,35% de N pode exceder a solubilidade do N durante a fundição e soldagem, o qual resulta em porosidade devido a borbulhas de gás nitrogênio. Mesmo se o limite da solubilidade não é excedido, um conteúdo de N maior que 0,35% aumenta a propensão de precipitação das partículas de nitrato, o qual degrada a resistência a corrosão e a tenacidade. Portanto, o aço inoxidável austenítico da presente invenção tem 0,1-0,35% de N. Em uma modalidade, o conteúdo de N pode ser 0,140,30%, ou alternativamente, pode ser 0,12-0,30%.
Mo: até 3,0% [028]Os presentes inventores solicitaram o conteúdo limite de Mo na liga enquanto mantendo aceitáveis as propriedades. Mo é efetivo em estabilizar o filme de óxido passivo que forma na superfície dos aços inoxidáveis e protege contra corrosão por pite pela ação de cloretos. A fim de obter estes efeitos, Mo pode ser adicionado nesta invenção até o nível de 3,0%. Devido ao seu custo, o conteúdo do Mo pode ser 0,5-2,0%, o qual é adequado para prover a resistência à corrosão requerida em combinação com a quantidade apropriada de cromo e nitrogênio. Um conteúdo de Mo excedendo 3,0% causa deterioração no trabalho a quente pelo aumento da fração de solidificação (delta) de ferrita para níveis potencialmente prejudiciais. Alto conteúdo de Mo também aumenta a probabilidade de fases intermetálicas delePetição 870170066383, de 06/09/2017, pág. 22/38
10/18 térias de conformação, tal como fase sigma. Portanto, a composição do aço inoxidável austenítico na presente invenção tem até 3,0% de Mo. Em uma modalidade, o conteúdo de Mo pode ser em torno de 0,40-2,0%, ou alternativamente pode ser 0,52,0%.
Co: até 1,0% [029]Co age como um substituto para níquel para estabilizar a fase austenítica. A adição de cobalto também age para aumentar a força do material. O limite superior de cobalto é preferivelmente 1,0%.
B: até 0,01% [030]Adição tão baixa quanto 0,0005% de B pode ser adicionada para melhorar o trabalho a quente e a qualidade da superfície dos aços inoxidáveis. Entretanto, adições de mais que 0,01% degradam a resistência à corrosão e a trabalhabilidade da liga. Portanto, a composição do aço inoxidável austenítico da presente invenção tem até 0,01% de B. Em uma modalidade, o conteúdo de B pode ser até 0,008%.
Cu: até 3,0% [031]Cu é um estabilizador austenita e pode ser usado para substituir uma porção de níquel nesta liga. Isso pode melhorar a resistência a corrosão em ambientes redutores e melhorar a conformabilidade pela redução da energia de falha de empilhamento. Entretanto, adições maiores que 3,0% de Cu tem sido mostrada para reduzir a trabalhabilidade a quente de aços inoxidáveis austeníticos. Portanto, a composição do aço inoxidável austenítico da presente invenção tem até 3,0% de Cu. Em uma modalidade, conteúdo de Cu pode ser até 1,0%.
W: até 4,0% [032]W provê um efeito similar ao do molibdênio em melhorar a resistência ao cloreto de pite e corrosão de fenda. W pode também reduzir a tendência para a formação da fase sigma quando substituto para molibdênio. Entretanto, adições
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11/18 maiores que 4,0% podem reduzir a trabalhabilidade a quente da liga. Portanto, a composição do aço inoxidável austenítico da presente invenção tem até 4,0% de W. Em uma modalidade, o conteúdo de W pode ser 0,05-0,06%.
0,5<(Mo + W/2)<5,0 [033]Mo e W são ambos efetivos em estabilizar o filme de óxido passivo que forma na superfície dos aços inoxidáveis e protegem contra corrosão de pite pela ação de cloretos. Desde que W é aproximadamente metade tão efetivo (pelo peso) quanto Mo em aumentar a resistência a corrosão, uma combinação de (Mo+W/2)> 0,5% é requerida para prover a necessária resistência a corrosão. Entretanto, tendo muito Mo aumenta a probabilidade de formação de fases intermetálicas e muito W reduz a trabalhabilidade a quente do material. Portanto, a combinação de (Mo+W/2) deveria ser menor que 5,0%. Portanto, a composição do aço inoxidável austenítico da presente invenção tem 0,5<(Mo + W/2)<5,0.
1,0<(Ni + Co)<6,0 [034]Níquel e cobalto ambos agem para estabilizar a fase austenítica com respeito a formação de ferrita. Pelo menos 1,0% de (Ni+Co) é requerido para estabilizar a fase austenítica na presença de elementos estabilizadores de ferrita tais como cromo e molibdênio, os quais devem ser adicionados para assegurar a resistência a corrosão própria. Entretanto, ambos Ni e Co são elementos dispendiosos, então é desejável manter o conteúdo de (Ni+Co) menor que 6,0%. Portanto, a composição do aço inoxidável austenítico na presente invenção tem 1,0<(Ni + Co)<6,0.
[035]O balanço do aço inoxidável austenítico da presente invenção inclui ferro e impurezas inevitáveis, tais como fósforo e enxofre. As impurezas inevitáveis são preferivelmente mantidas no mais baixo nível, como entendido pelos versados na técnica.
[036]O aço inoxidável austenítico da presente invenção pode também ser definido pelas equações que quantificam as propriedades que eles exibem, incluinPetição 870170066383, de 06/09/2017, pág. 24/38
12/18 do, por exemplo, número de equivalência a resistência a corrosão, número de ferrita, e temperatura MD30.
[037]O número de equivalência de resistência à corrosão (PREn) prove uma posição relativa à resistência esperada da liga a corrosão localizada no ambiente contendo cloreto. Quanto maior 0 PREn, melhor a resistência à corrosão esperada da liga. O PREn pode ser calculado pela fórmula seguinte:
[038] PREn = %Cr + + 16(%N) [039]Alternativamente, um fator de 1,65(%p) pode ser adicionado à fórmula acima para levar em conta a presença de tungstênio na liga. Tungstênio melhora a resistência à corrosão dos aços inoxidáveis e é cerca de metade tão eficaz quanto molibdênio pelo peso. Quando tungstênio é incluído no cálculo, 0 número de equivalência da resistência à corrosão é designado como PREn, o qual é calculado pela fórmula seguinte:
[040j PREW = %Cr + 3,3(%Mo) + 1.65(%W) + 16(%N) [041]Tungstênio serve um propósito similar como molibdênio na liga inventada. Como tal, tungstênio pode ser adicionado como um substituto para 0 molibdênio para prover aumento na resistência a corrosão. De acordo com a equação, duas vezes a porcentagem de peso do tungstênio deveria ser adicionada para cada porcentagem de molibdênio removido para manter a mesma resistência a corrosão. Certas modalidades de liga da presente invenção têm valores de PREw maior que 22, e em certas modalidades preferidas é tão alto quanto 30.
[042]A liga da invenção também pode ser definida pelo seu número de ferrita. Um número positivo de ferrita geralmente correlaciona à presença de ferrita, a qual melhora as propriedades de solidificação da liga e ajuda a inibir rachaduras a quente da liga durante 0 trabalho a quente e operações de soldagem. Uma pequena quantidade de ferrita é então desejável na microestrutura solidificada inicial para boa forjabilidade e para prevenção de rachaduras a quente durante soldagem. Por outro
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13/18 lado, muita ferrita pode resultar em problemas durante o serviço, incluindo, mas não limitado por instabilidade microestrutural, ductibilidade limitada, e propriedades mecânicas de alta temperatura comprometidas. O número da ferrita pode ser calculado usando a seguinte equação:
[043] = 3-34<Cr +1-5SÍ +Mo + 2Ti +0.5Cb) - 2.46(Ni +30N +30C +0.5Mn +0.5Cu) - 28,6 [044]A liga da presente invenção tem um número de ferrita até 10, preferivelmente um número positivo, mais preferível cerca de 3 a 5.
[045]A temperatura MD30 de uma liga é definida como a temperatura a qual deformação a frio de 30% resultará na transformação de 50% de austenita para martensita. Quanto mais baixa é a temperatura MD30, mais resistente um material é para transformação de martensita. Resistência a formação martensita resulta em uma taxa de dureza de trabalho mais baixa, 0 que resulta em boa conformabilidade, especialmente em aplicações de desenho. MD30 é calculado de acordo com a seguinte equação:
[046]MD’u ( C) = 413 ’ -*62(C+N) - 9.2(Si) - 8. l(Mn) - 13,7(Cr) - 9.5(Ni) - 17.1(Cu) - 18.5(Mo) [047]A liga da presente invenção tem uma temperatura de MD30 menor que 20°C, e em certas modalidades preferidas é menor que -10°C.
EXEMPLOS [048]Tabela 1 inclui as atuais composições e os valores de parâmetros calculados para Ligas Inventivas 1-11 e Ligas Comparativas CA1, S31600, S21600 e S20100.
[049]Ligas inventivas 1-11 e Liga Comparativa CA1 foram fundidas em um forno a vácuo do tamanho do laboratório e derramadas em lingotes 22,679.619g (50Ib). Estes lingotes foram reaquecidos e laminado a quente para produzir 0 material na espessura de 0,635 cm (0,250”). Este material foi recozido, seco, e conservado a espessura de 0,127 ou 0,1016 cm (0,050 ou 0,040”). O material laminado a frio foi recozido e conservado. Ligas Comparativas S32600, S21600, e S20100 foram co
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14/18 mercialmente disponíveis e o dado mostrado para estas ligas foram retirados da literatura publicada ou mensurados do material de teste recentemente produzido para venda comercial.
[050]Os valores PREw calculados para cada liga são mostrados na Tabela 1. Usando a equação discutida aqui acima, as ligas tendo um PREw melhor que 24,1 seriam esperadas para ter melhor resistência à corrosão por cloreto que o material S31600, enquanto aqueles tendo um baixo PREw seriam corroídos mais facilmente.
[051]O número de ferrita para cada liga na Tabela 1 tem também sido calculado. Os números de ferrita nas Ligas Inventivas foram menores que 10, especificamente entre -3,3 e 8,3. Enquanto o número da ferrita para algumas das Ligas Inventivas pode ser levemente mais baixo que o desejado para ótima soldabilidade e fluidez, eles foram ainda mais altos que da Liga Comparativa S21600, o qual é um material soldável.
[052]Os valores MD30 foram também calculados para ligas na Tabela 1. De acordo com os cálculos, todas as Ligas Inventivas exibiram melhores resistências à formação de martensita que Ligas Comparativas S31600.
Tabela 1
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Tabela 1 ------------ Liaa Inventiva -----------------------------Liaas ComDarativas
2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 CA 1 S31600 S21600 S20
c 0.0 1 9 0. 1 7 0.023 0.0 1 6 0.0 16 0.0 1 3 0.0 1 3 0.0 1 4 0.0 1 5 0.0 1 1 0.016 0.0 1 5 0.0 1 7 0.0 1 8 O.
Mn 4.7 4.9 5.7 4.0 4.8 4.9 5.1 5. 1 4.5 5. 1 4.9 4.8 1 .24 8.3 6
Si 0.2 8 0.26 0.28 0.2 7 0.25 0.2 7 0.2 5 0.24 0.25 0.2 8 0.29 0.26 0.45 0.40 0.-
Cr 1 8. 1 1 8.0 1 8.0 18.3 1 8.0 1 8.0 l 8.2 1 8.2 1 7.3 1 8. 1 1 8. 1 1 6. 1 1 6.3 1 9.7 1 6
Ni 4.5 4.6 4. 1 4.9 4.5 4.2 4.5 1 .0 4.6 4.5 3.7 3.5 1 O. 1 6.0 4.
Mo 1.13 1 .0 1 .02 1 . I 7 0.8 2 1 .O 1 .O 1.15 0.3 6 1.13 0.75 0.8 2 2. 1 2.5 O.í
Cu 0.40 0.39 0.3 7 0.42 0.42 0.99 1.89 0.40 0.40 0.40 0.40 0.42 0.3 8 0.40 0,-
N O.2 1 O O. 1 42 0.2 75 O. 1 61 O. 1 74 0. 1 85 0.2 1 6 0.253 O. 1 84 0. 1 53 O. 1 5 8 O. 1 38 0.04 0.3 7 O. 1
P 0.002 0.0 1 7 0.0 1 8 0.0 1 2 0.0 1 3 0.0 1 8 0.0 14 0.014 0.0 1 5 0.0 14 0.0 1 4 0.0 1 3 0.03 0.03 O.(
s 0.000 1 0.001 1 0.0023 0.001 5 0.00 1 7 0.00 1 4 0.00 1 8 0.00 1 5 0.00 1 5 0.0020 0.00 1 9 0.00 1 5 0.00 1 o 0.00 1 o O.Of
w 0.09 O. 1 2 0.0 1 0.0 I 0.36 O. 1 2 0.04 0.09 1 .38 0.09 0.04 0.0 1 O. 1 1 o. 1 o 0.
B 0.000 1 0.0025 0.00 1 8 0.0022 0.0020 0.002 1 0.0026 0.001 4 0.00 1 3 0.0022 0.0024 0.002 2 0.0025 0.0025 0.00
Fe 70.4 70.5 70. 1 70.7 70.6 70.2 68.7 73.5 70.9 69.4 7 1.7 73.8 68.8 62.2 7 l .
Co 0.10 O. i 0 0.04 0.09 0. 1 o O. 1 0 0. 1 O O. 1 0 O. 1 1 0.89 0. 1 O O. 1 o 0.3 5 O. 1 0 o. 1
FN 2.8 6.7 -3.3 7. 1 3.9 3.7 0.2 8.3 -0.3 7.0 7.4 3. 1 4. 1 -6.2 -2.
25.5 23.9 25.8 24.7 24.6 24.6 25.0 26.3 2 ô. O 24.5 2 3.2 2 1.1 24.0 33.9 1 9.
ID,„ -52.4 - 1 7.2 -84. 1 -28.9 -27.4 -42.5 -78.3 -40. 1 - 1 1.8 -24. 1 - 1 2.2 24.6 7.8 -2 1 7.4 0.5
V1CI 0.56 0.55 0.52 0.58 0.54 0.53 0.54 0.3 8 0.55 0.56 0.4 7 0.45 1 .00 0.8 3 0.4
ield 49. 1 - 5 1.3 46.4 49.2 49.4 46.6 6 1 .5 50.6 48.0 50.8 38.5 43.5 55 43
nsi le 1 08.7 - 1 08.5 1 03.3 1 04.6 104. 1 97.6 127.6 1 04.6 1 03.7 1 09.9 1 36.3 90.6 1 OO 1 O(
o E 68 - 65 56 52 48 50.0 49.5 50.8 5 3.5 52.5 3 6 56 45 56
CH 0.45 - 0.4 1 0.42 0.40 0.39 0.42 0.32 0.43 0.45 0.44 0.3 1 0.4 5 - -
ZVN 6 1.7 - 59.0 | 69.7 65.7 66.0 54.7 5 1.7 | 56.3 S 3 3 57.7 68.0 7(1 1 - -
[053]Tabela 1 também inclui um índice de custo de matéria-prima (RMCI), o qual compara os custos dos materiais para cada liga da Liga Comparativa S31600. O RMCI foi calculado pela multiplicação da média do custo de outubro de 2007 para matérias-primas Fe, Cr, Mn, Ni, Mo, W, e Co pela porcentagem de cada elemento contido na liga e dividindo pelo custo das matérias-primas na Liga Comparatica S31600. Como os valores calculados mostram, todas as Ligas Inventivas têm um RMCI menor que 0,6, o que significa que os custos das matérias-primas contidas nelas são menores que 60% daquelas na Liga Comparativa S31600. Este material poderia ser feito de forma que tenha propriedades similares à Liga Comparativa S31600 com um custo de matéria-prima significantemente mais baixo é surpreendente e não foi antecipado previamente na técnica.
[054]As propriedades mecânicas das Ligas Inventivas 1 e 3-11 foram mensuradas e comparadas àquelas da Liga Comparativa, CA1, e Ligas Comparativas S31600, S21600, e S20100 comercialmente disponíveis. O rendimento de força mensurado, força de tração, porcentagem de alongamento sobre 5,08 cm (2 inch) de comprimento certo, Copo Olsen de altura e impacto de energia da fenda Charpy V
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16/18 de tamanho 1/2 são mostrados na Tabela 1 para Ligas Inventivas e 3-11. Os testes de tensão foram conduzidos em 0,254 cm (0,100”) de um material se segurança, os testes Charpy foram conduzidos em exemplos de 0,5004 cm (0,197”) de espessura, e os testes do copo Olsen foram realizados em um material entre 0,1016 e 0,127 cm (0,040 e 0,050 inch) de espessura. Todos os testes foram realizados em temperatura ambiente. Unidades para os dados da Tabela 1 são as seguintes: rendimento de força e força tênsil, Pa (ksi); alongamento, porcentagem; altura do copo Olsen, polegadas; impacto de energia Charpy, libre/pé (ft-lbs). Como pode ser visto pelos dados, as Ligas Inventivas exibiram propriedades comparáveis a aquelas da Liga Comparativa S31600.
[055]Apesar da composição da Liga Comparativa CA1 encontrar-se dentro da variação das Ligas Inventivas, o balanço dos elementos é tal que o MD30 e PREw estão fora das variações reivindicadas. Os resultados do teste mecânico mostram que CA1, não é tão conformável quanto S31600, e seu baixo PREW significa que sua resistência à corrosão localizada não será tão boa quanto a S31600.
[056]Testes de tensão a temperatura elevada foram realizado na Liga Inventiva 1 a 21,11; 315,55; 537,88; 760oC (70, 600, 1000, e 14000oF). Os resultados foram mostrados na Tabela 2. Os dados ilustrados que o desempenho da Liga Inventiva 1 é comparável a da Liga Comparativa S31600 a temperaturas elevadas.
Tabela 2
Liga Inventiva 1 Temperatura oC (oF) Força de Produção Pa (ksi) Força Tênsil Pa (ksi) Porcentagem de Alongamento
21,11 (70) 338532568,7 (49,1) 749460085,9 (108,7) 68,0%
315,55 (600) 173058400,7 (25,1) 510212018 (74,0) 40,3%
537,88 (1000) 148926751,2 (21,6) 440574972,3 (63,9) 36,3%
760 (1400) 137895140 (20,0) 243384922,1 (35,3) 75,0%
S31600 21,11 (70) 302679832,3 (43,9) 608117567,4 (88,2) 56,8%
315,55 (600) 193742671,7 (28,1) 465396097,5 (67,5) 33,8%
537,88 (1000) 203395331,5 (29,5) 437127593,8 (63,4) 36,8%
760 (1400) 152374129,7 (22,1) 289579794 (42,0) 25,0%
[057]Tabela 3 ilustra os resultados de dois testes rupturas de tensão realizaPetição 870170066383, de 06/09/2017, pág. 29/38
17/18 dos na Liga Inventiva -17.222 a 704.444oC (1 a 1300°F) sob tensão de 151684654
Pa (22 ksi). Figura 1 demonstra que resultados de rupturas de tensão para Liga Inventiva são comparáveis àquelas propriedades obtidas para Liga Comparativa
S31600 (LMP é Parâmetro Larsen-Miller, o qual combina tempo e temperatura em uma variedade única).
Tabela 3 )
T oC (oF) Tensão Pa (ksi) Tempo (h) LMP Alongamento
704,44 (1300) 151684654 (22,0) 233,6 39369 72%
704,44 (1300) 151684654 (22,0) 254,7 39435 79%
[058]Os potenciais usos dessas novas ligas são numerosos. Como descrito e evidenciado acima, as composições de aço inoxidável austenítico descritas aqui são capazes de repor S31600 em muitas aplicações. Adicionalmente, devido ao alto custo do Ni e Mo, uma economia de custos significante será reconhecida pela mudança da S31600 para as composições da liga inventiva. Outro benefício é, porque essas ligas são totalmente austeníticas, que elas não serão susceptíveis a transição dúctil-a-frágil afiada (DBT) a temperatura sub-zero ou 473.889oC (885oF) de fragilização. Portanto, ao contrário de ligas duplex, elas podem ser usadas em temperaturas acima de 343.333oC (650°F) e são materiais primeiros candidatos para baixas temperaturas e aplicações criogênicas. É esperado que a resistência a corrosão, conformabilidade, e processabilidade de ligas descrita aqui estão muito perto daqueles dos aços inoxidáveis austeníticos padrões. Exemplos não limitados de artigos de fabricação que podem ser fabricados a partir ou incluem as presentes ligas são artigos de resistência a corrosão, painéis arquiteturais resistentes a corrosão, conectores flexíveis, fole, tubo, cano, chaminés lineares, chaminés, partes permutadores de aquecimento do prato estrutural, partes condensadoras, partes do equipamento de processamento farmacêutico, partes usadas em aplicações sanitárias, e partes para produção de etanol ou equipamento de processamento.
[059]Embora a precedente descrição tem necessariamente apresentado somente um número limitado de incorporações, aqueles versados na técnica apreciaPetição 870170066383, de 06/09/2017, pág. 30/38
18/18 rão que várias mudanças nos aparatos e nos métodos e outros detalhes dos exemplos que têm sido descritos e ilustrados aqui podem ser feitos pelos versados na técnica, e todas as modificações permanecerão dentro do princípio e objetivo da presente revelação como expressado aqui e nas reivindicações anexadas. É entendido, entretanto, que a presente invenção não é limitada às modalidades particulares reveladas ou aqui incorporadas, mas é tencionada cobrir modificações que estão dentro do principio e objetivo da invenção, como definido pelas reivindicações. Será também apreciado pelos versados na técnica que mudanças podem ser feitas às modalidades acima sem sair do amplo conceito inventivo das mesmas.

Claims (20)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Aço inoxidável austenítico, CARACTERIZADO pelo fato de que consiste, em % em peso, de:
    C: 0,011 a 0,023
    Mn: 4,0 a 5,7
    Si: 0,25 a 0,29
    Cr: 17,3 a 18,2
    Ni: 3,7 a 4,9
    Mo: 0,36 a 1,17
    Cu: 0,37 a 1,89
    N: 0,142 a 0,275
    W: 0,01 a 1,38
    B: 0,0001 a 0,0026
    Co: 0,04 a 0,89
    P: 0,002 a 0,018
    S: 0,0001 a 0,0023 restante de ferro e impurezas, o aço tendo um número de ferrita menor que 10 e um valor MD30 menor que 20°C.
  2. 2. Aço inoxidável austenítico, de acordo com reivindicação
    CARACTERIZADO pelo fato de que 0,5 < (Mo+W/2) < 5,0.
  3. 3. Aço inoxidável austenítico, de acordo com reivindicação
    CARACTERIZADO pelo fato de que tem um valor PREw maior que 22.
  4. 4. Aço inoxidável austenítico, de acordo com reivindicação
    CARACTERIZADO pelo fato de que tem um valor PREw maior que 22 e até 30.
  5. 5. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação pelo fato de que tem um número de ferrita de 3 até 5.
  6. 6. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação
    CARACTERIZADO
    CARACTERIZADO
    Petição 870190001771, de 07/01/2019, pág. 7/19
    2/4 pelo fato de que tem um valor MD30 menor que -10°C.
  7. 7. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o Mo é limitado à 0,5 a 1,17.
  8. 8. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o W é limitado à 0,05 a 0,60.
  9. 9. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que tem um valor MD30 menor que -10°C.
  10. 10. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o Mo é limitado à 0,40 a 1,17.
  11. 11. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação10,
    CARACTERIZADO pelo fato de que tem um valor MD30 menor que -10°C.
  12. 12. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação11,
    CARACTERIZADO pelo fato de que tem um valor PREW maior que 22.
  13. 13. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação7,
    CARACTERIZADO pelo fato de que tem um valor MD30 menor que -10°C.
  14. 14. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 13,
    CARACTERIZADO pelo fato de que tem um valor PREW maior que 22.
  15. 15. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1,
    CARACTERIZADO pelo fato de que o Mo é limitado à 0,40 a 1,17 e em que 0,5 < (Mo+W/2) < 5,0.
    16. Aço inoxidável austenítico, de acordo com a reivindicação 1 CARACTERIZADO pelo fato de que o Ni é limitado à 4,5 a 4,9. 17. Aço inoxidável austenítico, de acordo com CARACTERIZADO pelo fato de que o Ni é limitado à 3,7 a 4,5. a reivindicação 1 18. Aço inoxidável austenítico, de acordo com CARACTERIZADO pelo fato de que o W é limitado à 0,01 a 0,60. a reivindicação 1
  16. 19. Artigo de fabricação, CARACTERIZADO pelo fato de que inclui um aço inoxidáPetição 870190001771, de 07/01/2019, pág. 8/19
    3/4 vel austenítico consistindo, em % em peso, de:
    C: 0,011 a 0,023
    Mn: 4,0 a 5,7
    Si: 0,25 a 0,29
    Cr: 17,3 a 18,2
    Ni: 3,7 a 4,9
    Mo: 0,36 a 1,17
    Cu: 0,37 a 1,89
    N: 0,142 a 0,275
    W: 0,01 a 1,38
    B: 0,0001 a 0,0026
    Co: 0,04 a 0,89
    P: 0,002 a 0,018
    S: 0,0001 a 0,0023 restante de ferro e impurezas, o aço tendo um número de ferrita menor que 10 e um valor MD30 menor que 20°C.
  17. 20. Artigo de fabricação, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que o aço inoxidável austenítico tem um valor MD30 menor que -10°C.
  18. 21. Artigo de fabricação, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que o artigo é adaptado para uso em pelo menos um de um ambiente de temperatura baixa e um ambiente criogênico.
  19. 22. Artigo de fabricação, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que o artigo é selecionado a partir do grupo consistindo em um artigo resistente à corrosão, um painel arquitetural resistente à corrosão, um conector flexível, uma fole, um tubo, um cano, um revestimento de chaminé, um revestimento de cano da chaminé, uma parte do trocador de calor das placas de estrutura, uma parte do condensador, uma parte do equipamento de processamento farmacêutico, uma parte sanitária, e uma parte para produ
    Petição 870190001771, de 07/01/2019, pág. 9/19
    4/4 ção de etanol ou equipamento de processamento.
  20. 23. Artigo de fabricação, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pe- lo fato de que no aço inoxidável austenítico Mo é limitado à 0,40 a 1,17.
BRPI0820354-7A 2007-11-29 2008-02-26 Aço inoxidável austenítico pobre, bem com artigo de fabricação BRPI0820354B1 (pt)

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