ES2234706T3 - Metodo para obtener un material fecral y dicho material. - Google Patents

Metodo para obtener un material fecral y dicho material.

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ES2234706T3 ES00990143T ES00990143T ES2234706T3 ES 2234706 T3 ES2234706 T3 ES 2234706T3 ES 00990143 T ES00990143 T ES 00990143T ES 00990143 T ES00990143 T ES 00990143T ES 2234706 T3 ES2234706 T3 ES 2234706T3
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Abstract

Un método para producir un material de FeCrAl mediante atomización gaseosa, conteniendo también dicho material, además de hierro (Fe), cromo (Cr) y aluminio (Al), fracciones menores de uno o mas de los materiales molibdeno (Mo), hafnio (Hf), zirconio (Zr), ítrio (Y), nitrógeno (N), carbono (C) y oxígeno (O), en donde la fusión que ha de atomizarse se hace que contenga 0, 05-0, 50 por ciento en peso de tántalo (Ta) y, al mismo tiempo, menos del 0, 10 por ciento en peso de titanio (Ti) y haciendo que la fusión tenga una composición de modo que el polvo obtenido después de la atomización posea la composición, en por ciento en peso, siguiente: Fe completado Cr 15-25 por ciento en peso Al 3-7 Mo 0-5 Y 0, 05-0, 60 Zr 0, 01-0, 30 Hf 0, 05-0, 50 Ta 0, 05-0, 50 Ti 0, 010 C 0, 01-0, 05 N 0, 01-0, 06 O 0, 02-0, 10 Si 0, 10-0, 70 Mn 0, 05-0, 50 P 0-0, 8 S 0-0, 005

Description

Método para obtener un material de FeCrAl y dicho material.
El presente invento se refiere a un método para producir un material de FeCrAl y también a dicho material.
Las aleaciones a base hierro convencionales que contienen típicamente Fe y 12-25% de Cr y 3,7% de Al, también llamadas aleaciones de FeCrAl, se han encontrado altamente útiles en varias aplicaciones de alta temperatura debido a su buena resistencia a la oxidación. Así pues, estos materiales se han utilizado en la producción de elementos de resistencia eléctrica y como materiales de vehículo en catalizadores de vehículo de motor. Como resultado de su contenido de aluminio la aleación es apta para formar a altas temperaturas y en la mayoría de atmósferas un óxido superficial impermeable y adhesivo constituido sustancialmente por Al_{2}O_{3}. Este óxido protege el metal contra ulterior oxidación y también contra muchas otras formas de corrosión, tal como carburización, sulfuración etc.
Una aleación de FeCrAl se caracteriza por una resistencia mecánica relativamente baja a temperaturas elevadas. Estas aleaciones son relativamente débiles a altas temperaturas y tienden a volverse quebradizas a bajas temperaturas después de haberse sometido a temperaturas elevadas durante un período de tiempo relativamente prolongado, debido al crecimiento del grano. Una forma de mejorar la resistencia a alta temperatura de estas aleaciones es incluir adiciones no metálicas en la aleación y así obtener un efecto de endurecimiento de precipitación.
La JP-A-8 060 210 describe un polvo de FeCrAl que comprende REM.
Una forma conocida de adicionar dichas inclusiones es mediante un procedimiento de aleación llamado mecánico en donde los componentes se mezclan en fase sólida. A este respecto una mezcla de polvo de óxido fino, convencionalmente Y_{2}O_{3}, y polvo de metal con una composición de FeCrAl se moltura en molinos de alta potencia durante un largo periodo de tiempo hasta que se obtiene una estructura homogénea.
De la molturación resulta un polvo que puede consolidarse luego, por ejemplo, mediante extrusión en caliente o presión isoestática en caliente para formar un producto completamente compacto.
Si bien Y_{2}O_{3} puede considerarse un óxido altamente estable desde un aspecto termodinámico, pequeñas partículas de ítrio pueden transformarse o disolverse en una matriz de metal bajo diferentes circunstancias.
Se sabe que en un procedimiento de aleación mecánico reaccionan partículas de ítrio con aluminio y oxígeno, formando entre sí diferentes tipos de Y-Al-óxidos. La composición de estas inclusiones de óxido mixto cambiará y su estabilidad descenderá durante empleo prolongado del material debido a cambios en la matriz circun-
dante.
Se ha expuesto que una adición de un elemento fuertemente formador de óxido en forma de titanio a un material mecánicamente aleado que contiene Y_{2}O_{3} y 12% de Cr puede causar la separación del complejo óxidos (Y+Ti), resultando en un material que tiene mayor resistencia mecánica que un material que no contiene titanio. La resistencia a temperaturas elevadas puede mejorarse adicionalmente con la adición de molibdeno.
Así pues puede obtenerse un material que tiene buenas propiedades de resistencia por medio de un proceso de aleación mecánica.
Sin embargo, la aleación mecánica se encumbra con varios inconvenientes. La aleación mecánica se lleva a cabo por partidas con molinos de alta potencia, en donde los componentes se mezclan para obtener una mezcla homogénea. Las partidas son de tamaño relativamente limitado, y el proceso de molturación requiere un período relativamente prolongado de tiempo para completarse. El proceso de molturación también demanda energía. El inconveniente decisivo de la elación mecánica reside en que implica elevados costos del producto.
Un procedimiento en donde pudiera producirse una aleación de material de FeCrAl con partículas finas sin la necesidad de aplicar molturación de alta energía sería altamente beneficioso desde el aspecto del coste.
Sería ventajoso si el material pudiese producirse mediante atomización gaseosa, o sea la producción de un polvo fino que luego sea comprimido. El procedimiento es menos costoso que cuando se produce el polvo mediante molturación. Se precipitan carburos y nitruros muy pequeños en conexión con el rápido proceso de solidificación, siendo deseables estos carburos y nitruros.
Sin embargo, el titanio constituye un serio problema cuando se atomiza un material de FeCrAl. El problema es que se forman pequeñas partículas de principalmente TiN y TiC en la fusión antes de la atomización. Estas partículas tienden a pegarse sobre el material refractario. Debido a que la fusión pasa a través de una boquilla de cerámica relativamente fina antes de la atomización estas partículas se pegarán a la boquilla y se acumularán gradualmente. Esto causa la obturación de la boquilla haciendo necesario interrumpir el proceso de atomización. Estas detenciones de la producción son costosas y molestas. Por consiguiente los materiales de FeCrAl que contienen titanio no se producen, en la práctica, mediante atomización.
El presente invento resuelve este problema y se refiere a un método en donde puede producirse material de FeCrAl por medio de atomización.
El presente invento se refiere por tanto a un método para producir un material de FeCrAl mediante atomización de gas, en donde dicho material además de hierro (Fe), cromo o (Cr) y aluminio (Al) contiene también fracciones menores de uno o mas de los materiales molibdeno (Mo), hafnio (Hf),m zirconio (Zr), ítrio (Y), nitrógeno (N), carbono (C) y oxígeno (O), y en donde el método se caracteriza por hacer que la fusión se atomice para contener 0,05-0,50 por ciento en peso de tántalo (Ta) y, al mismo tiempo, menos de 0,10 por ciento en peso de titanio (Ti) y hacer que la fusión tenga una composición tal que el polvo obtenido después de la atomización tenga la composición por ciento en peso siguiente:
Fe completado
Cr 15-25 por ciento en peso
Al 3-7
Mo 0-5
Y 0,05-0,60
Zr 0,01-0,30
Hf 0,05-0,50
Ta 0,05-0,50
Ti 0,010
C 0,01-0,05
N 0,01-0,06
O 0,02-0,10
Si 0,10-0,70
Mn 0,05-0,50
P 0-0,8
S 0-0,005
El invento se refiere también a un material del tipo definido en la reivindicación 5 y que tiene las características esenciales expuestas en dicha reivindicación.
El presente invento se refiere a un método para producir un material de FeCrAl mediante atomización gaseosa. En adición a hierro (fe), cromo (Cr) y aluminio (Al), el material de FeCrAl incluye también fracciones menores de uno o mas de los materiales molibdeno (Mo), hafnio (Hf), zirconio (Zr), ítrio (Y), nitrógeno (N), carbono (C) y oxígeno (O).
De conformidad con el presente invento la fusión que ha de atomizarse se hace que contenga 0,05-0,50 por ciento en peso de tántalo (Ta) y también menos del 0,10 por ciento en peso de titanio (Ti).
Se ha encontrado que tántalo imparte propiedades de resistencia que son comparables con las obtenidas cuando se utiliza titanio al mismo tiempo de modo que TiC y TiN no se formen en cantidades que causen atasco de la boquilla. Esto es aplicable aún cuando la fusión contenga 0,10 por ciento en peso de titanio.
Así pues, es posible producir el material en cuestión mediante atomización gaseosa, utilizando tántalo en lugar de por lo menos una parte de la cantidad de titanio.
Es usual y también posible, utilizar argón (Ar) como el gas de atomización. Sin embargo argón es adsorbido parcialmente sobre superficies accesibles y disponibles y parcialmente en poros en los granos de polvo. En conexión con subsiguiente consolidación de calor y procesado térmico del producto el argón se recogerá bajo alta presión en microdefectos. Estos defectos se hinchan para formar poros en uso posterior a baja presión y alta temperatura, impartiendo así la resistencia del producto.
El polvo que se atomiza por medio de gas de nitrógeno no se comporta de igual modo que argón, puesto que el nitrógeno tiene mayor solubilidad en el metal que el argón y puesto que el nitrógeno es capaz de formar nitruros. Cuando se procede a atomización gaseosa con gas de nitrógeno puro el aluminio reaccionará con el gas y puede producirse marcada nitración de las superficies de los granos de polvo. Esta nitración hace difícil crear enlaces entre los granos de polvo con conexión con presión isostática en caliente (HIP), causando dificultades en el proceso térmico o el tratamiento en caliente del producto bruto resultante. En adición granos de polvo individuales pueden nitrarse de modo tan significante que la mayor parte del aluminio se ligue como nitruros. Estas partículas son incapaces de formar un óxido protector. Por consiguiente pueden entorpecer la formación de óxido si están presentes junto a la superficie del producto final.
Se ha encontrado que se obtiene cierta oxidación de las superficies de polvo cuando se suministra una cantidad controlada de oxígeno gaseosa al gas de nitrógeno, mientras que se reduce considerablemente la nitración al mismo tiempo. Se reduce también en gran manera el riesgo de entorpecimiento de oxido.
Por consiguiente, de conformidad con una modalidad altamente preferida, se utiliza gas de nitrógeno (N_{2}) como un gas atomizante al que se adiciona una cantidad dada de gas de oxígeno (O_{2}), siendo dicha cantidad de gas de oxígeno tal que cause que el polvo atomizado contenga 0,02-0,10 por ciento en peso de oxígeno (O) al mismo tiempo que el contenido de nitrógeno del polvo es de 0,01-0,06 por ciento en peso.
De conformidad con una modalidad particularmente preferida la fusión se hace que tenga una composición tal que la atomización subsiguiente del polvo resultante tenga aproximadamente la composición en por ciento en peso siguiente:
Fe completado
Cr 21 por ciento en peso
Al 4,7
Mo 3
Y 0,2
Zr 0,1
Hf 0,2
Ta 0,2
Ti <0,5
C 0,03
N 0,04
O 0,06
Si 0,4
Mn 0,15
P < 0,02
S < 0,001
Después del tratamiento térmico la resistencia a la deformación del material se influencia en gran medida por la presencia de óxidos de ítrio y tántalo y por carburos de hafnio y zirconio.
De conformidad con una modalidad preferida el valor de la fórmula ((3xY + Ta)xO) + ((2xZr + Hf)x(N + C)), en donde elementos de la fórmula se sustituirán por el contenido en por ciento en peso de elementos respectivos en la fusión, es superior a 0,04 pero inferior a 0,35.
Si bien el invento se ha descrito antes con referencia a una serie de modalidades ejemplificativas, se entenderá que la composición del material puede modificarse en cierta extensión mientras que todavía se obtenga un material satisfactorio.
Por consiguiente el presente invento no se limita a dichas modalidades, puesto que pueden llevarse a cabo variaciones dentro del alcance de las reivindicaciones que se acompañan.

Claims (7)

1. Un método para producir un material de FeCrAl mediante atomización gaseosa, conteniendo también dicho material, además de hierro (Fe), cromo (Cr) y aluminio (Al), fracciones menores de uno o mas de los materiales molibdeno (Mo), hafnio (Hf), zirconio (Zr), ítrio (Y), nitrógeno (N), carbono (C) y oxígeno (O), en donde la fusión que ha de atomizarse se hace que contenga 0,05-0,50 por ciento en peso de tántalo (Ta) y, al mismo tiempo, menos del 0,10 por ciento en peso de titanio (Ti) y haciendo que la fusión tenga una composición de modo que el polvo obtenido después de la atomización posea la composición, en por ciento en peso, siguiente:
Fe completado Cr 15-25 por ciento en peso Al 3-7 Mo 0-5 Y 0,05-0,60 Zr 0,01-0,30 Hf 0,05-0,50 Ta 0,05-0,50 Ti 0,010 C 0,01-0,05 N 0,01-0,06 O 0,02-0,10 Si 0,10-0,70 Mn 0,05-0,50 P 0-0,8 S 0-0,005
2. Un método, de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque se utiliza gas de nitrógeno (N_{2}) como un gas atomizante y por adicionar una cantidad dada de gas de oxígeno (O_{2}) al gas de atomización, en donde dicha cantidad de gas de oxígeno es tal que el polvo atomizado contendrá de 0,02-0,10 por ciento en peso de oxígeno (O) al mismo tiempo que el contenido de nitrógeno del polvo es de 0,01-0,06 por ciento en peso.
3. Un método, de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la fusión tiene una composición tal que el polvo obtenido después de atomización tiene la composición aproximada en por ciento en peso siguiente:
Fe completado Cr 21 por ciento en peso Al 4,7 Mo 3 Y 0,2 Zr 0,1 Hf 0,2 Ta 0,2 Ti <0,5 C 0,03 N 0,04 O 0,06 Si 0,4 Mn 0,15 P < 0,02 S <0,001
4. Un método, de conformidad con la reivindicación 1, 2 o 3, caracterizado porque el valor de la fórmula ((3xY + Ta)xO) + ((2xZr + Hf)x(N + C)), en donde los elementos se dan en por ciento en peso en la fusión, debe exceder de 0,04 pero ser inferior a 0,35.
5. Material de alta temperatura de una aleación de FeCrAl metalúrgica en polvo producida mediante atomización gaseosa, en donde el material además de contener hierro (Fe), cromo (Cr) y aluminio (Al) incluye también fracciones menores de uno o mas de los materiales molibdeno (Mo), hafnio (Hf), zirconio (Zr), ítrio (Y), nitrógeno (N), carbono (C) y oxígeno (O), en donde el polvo obtenido mediante atomización gaseosa tiene la composición en por ciento en peso siguiente:
Fe completado Cr 15-25 por ciento en peso Al 3-7 Mo 0-5 Y 0,05-0,60 Zr 0,01-0,30 Hf 0,05-0,50 Ta 0,05-0,50 Ti 0,010 C 0,01-0,05 N 0,01-0,06 O 0,02-0,10 Si 0,10-0,70 Mn 0,05-0,50 P 0-0,8 S 0-0,005
6. Material de alta temperatura, de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el polvo obtenido tiene la composición aproximada en por ciento en peso siguiente:
Cr 21 por ciento en peso Al 4,7 Mo 3 Y 0,2 Zr 0,1 Hf 0,2 Ta 0,2 Ti <0,5 C 0,03 N 0,04 O 0,06 Si 0,4 Mn 0,15 P < 0,02 S <0,001
7. Material de alta temperatura, de conformidad con la reivindicación 5 o 6, caracterizado porque el valor de la fórmula ((3xY + Ta)xO) + ((2xZr + Hf)x(N + C)), en donde los elementos se dan en por ciento en peso en la fusión, debe exceder de 0,04 pero ser inferior a 0,35.
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