ES2543046T3 - Aleación austenítica - Google Patents

Aleación austenítica Download PDF

Info

Publication number
ES2543046T3
ES2543046T3 ES12151566.2T ES12151566T ES2543046T3 ES 2543046 T3 ES2543046 T3 ES 2543046T3 ES 12151566 T ES12151566 T ES 12151566T ES 2543046 T3 ES2543046 T3 ES 2543046T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
alloy
alloys
creep
content
weight
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES12151566.2T
Other languages
English (en)
Inventor
Guocai Chai
Jan Högberg
Sofia Åkesson
Urban Forsberg
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sandvik Intellectual Property AB
Original Assignee
Sandvik Intellectual Property AB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sandvik Intellectual Property AB filed Critical Sandvik Intellectual Property AB
Application granted granted Critical
Publication of ES2543046T3 publication Critical patent/ES2543046T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C19/00Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • C22C19/051Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W
    • C22C19/053Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium and Mo or W with the maximum Cr content being at least 30% but less than 40%
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C30/00Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
    • C22C30/02Alloys containing less than 50% by weight of each constituent containing copper
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C30/00Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/002Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/004Very low carbon steels, i.e. having a carbon content of less than 0,01%
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/42Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/46Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with vanadium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/58Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/04Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler and characterised by material, e.g. use of special steel alloy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/001Austenite

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Abstract

Una aleación austenítica que comprende (en % en peso): C: 0,01 - 0,05 Si: 0,05 - 0,80 Mn: 1,5 - 2 5 Cr: 26 - 34,5 Ni: 30 - 35 Mo: 3 - 4 Cu: 0,5 - 1,5 N: 0,05 - 0,15 V: <= 0,15 el resto Fe e impurezas inevitables, y en donde 40 <= %Ni + 100 * %N <= 50.

Description

Aleación austenítica
Campo de la técnica
La presente invención se refiere a una aleación austenítica según el preámbulo de la reivindicación 1. La invención también se refiere a un componente para una planta de combustión que comprende la aleación austenítica de la invención.
Antecedentes
La generación de energía basada en la combustión de biomasa se considera sostenible y de carbono neutral y se está convirtiendo en una fuente cada vez más importante de energía.
Un problema en la combustión de la biomasa es que los productos de combustión de la amplia gama de combustibles de biomasa que se usan son corrosivos y pueden causar deposiciones sobre los componentes de la planta de energía de biomasa. En las plantas de energía de biomasa están especialmente expuestos los sobrecalentadores, los recalentadores y los evaporadores, así como en las calderas de vapor. Un problema adicional en las plantas de energía de biomasa es que los materiales en los componentes empiezan fluir debido a las altas temperaturas y a las altas presiones en la planta de energía. Hoy en día, las plantas de biomasa funcionan a una presión de 150 -200 bar y a una temperatura de 500 -550 ºC. En el futuro, se esperan que las temperaturas de las plantas de energía de biomasa sean aún mayores que las de la actualidad, 600 -650 ºC. Esto pondrá exigencias aún más altas sobre la resistencia a la corrosión en caliente y sobre la resistencia a la fluencia de las partes estructurales de la planta de energía.
Se han hecho intentos para aumentar la resistencia a la corrosión en los aceros. Por ejemplo, los Documentos de Patente de números US4876065, WO 03/044238 y WO 0190432 describen aceros que están diseñados para su uso en ambientes corrosivos en la industria del petróleo y del gas.
Los estudios han demostrado, además, que el acero inoxidable austenítico con elevado contenido de Mo muestra una buena resistencia a la corrosión a altas temperaturas: James R. Keisler, Oak ridge National laboratory, NACE Corrosion 2010, n° 10081.
Sin embargo, estos aceros no exhiben la necesaria resistencia a la fluencia para ser adecuados en las plantas de energía de biomasa.
Por lo tanto, es un objeto de la presente invención lograr una aleación austenítica que exhiba alta resistencia a la corrosión y alta resistencia a la fluencia. También es un objeto de la presente invención lograr un componente para una planta de caldera de vapor que comprenda la aleación de la invención.
Resumen de la invención
Según la invención, este objeto se logra mediante una aleación austenítica que comprende (en % en peso):
C:
0,01 -0,05
Si:
0,05 -0,80
Mn:
1,5 -2
Cr:
26 -34,5
Ni:
30 -35
Mo:
3 -4
Cu:
0,5 -1,5
N:
0,05 -0,15
V: ≤ 0,15 el resto Fe e impurezas inevitables, y en donde 40 ≤ %Ni + 100 * %N ≤ 50. La aleación austenítica de la invención tiene buena resistencia a la corrosión a altas temperaturas, en particular,
buena resistencia a la corrosión del lado del fuego. Al equilibrar las adiciones de níquel y de nitrógeno en la aleación de modo que se cumpla la condición 40 ≤ %Ni + 100 * %N ≤ 50, se logra además una alta resistencia a la fluencia y
alta ductilidad en la aleación. La buena resistencia a la corrosión a altas temperaturas en combinación con la alta resistencia a la fluencia hace que la aleación austenítica de la invención sea muy adecuada como material para partes estructurales en las calderas de vapor. La aleación de la invención es particularmente útil en plantas de energía de biomasa que operan bajo condiciones de corrosión a altas temperaturas y presiones.
Preferiblemente, dicha aleación austenítica cumple con el requisito: 40 < %Ni + 100 * %N ≤ 45. La aleación también exhibe muy buena resistencia a la fluencia y alta ductilidad. Esto es ventajoso cuando el material se usa en calderas de vapor, ya que permite una alta expansión y contracción termoplástica del material durante el arranque y el apagado de la caldera. Por lo tanto, el material puede estar sometido a calentamientos y enfriamientos cíclicos sin agrietarse.
Preferiblemente, el contenido de sílice (Si) en la aleación austenítica es 0,3 -0,55 % en peso. De este modo se logra una muy alta resistencia a la fluencia en la aleación debido a la mínima formación de la frágil fase sigma y a la mínima formación de inclusiones que contienen oxígeno.
Preferiblemente, el contenido de carbono (C) en dicha aleación austenítica es 0,01 -0,018 % en peso con el fin de optimizar la resistencia a la corrosión.
La invención también se refiere a un componente para una planta de combustión, preferiblemente una planta de energía de biomasa o una caldera de vapor de biomasa que comprende la aleación austenítica de la invención.
Dicho componente puede ser por ejemplo un sobrecalentador o un recalentador o un evaporador, preferiblemente un tubo de tal sobrecalentador, recalentador o evaporador, y en donde el componente está sometido a los gases de combustión y a elevado calor cuando está en su posición operativa. De este modo, la invención se puede definir, como una alternativa, a una planta de combustión, preferiblemente una planta de energía de biomasa, que comprende una caldera, preferiblemente una caldera de vapor de biomasa, que comprende un componente, preferiblemente un tubo de un sobrecalentador, un tubo de un recalentador o un tubo de un evaporador, dispuesto en la caldera y se sometido a los gases de combustión y al calor generado por dicha caldera durante el funcionamiento de la misma, en donde dicho componente comprende la aleación según la invención.
Descripción de la invención
La aleación austenítica de la invención comprende los siguientes elementos de aleación:
Carbono (C)
El carbono es un elemento estabilizador de la austenita, y por lo tanto se debe incluir en la aleación de la invención en una cantidad de al menos 0,01 % en peso. El carbono es además importante para aumentar la resistencia a la fluencia del material por la formación de nitruro de carbonos. Sin embargo, en presencia de cromo, el carbono forma carburos de cromo que aumentan el riesgo de la corrosión intergranular. Altos contenidos de carbono reducen aún más la soldabilidad. Para minimizar la formación de carburos de cromo, y asegurar una buena soldabilidad el contenido de carbono no debe exceder del 0,05 % en peso. Para inhibir aún más la formación de los carburos de cromo, el contenido de carbono debe estar preferiblemente en el intervalo de 0,01 -0,018 % en peso.
Silicio (Si)
El silicio se usa como un elemento desoxidante en la producción de acero. Sin embargo, un alto contenido de silicio es perjudicial para la soldabilidad. A fin de asegurar un bajo contenido de oxígeno en el acero y por lo tanto pocas inclusiones, el contenido de silicio debe ser al menos del 0,05 % en peso. El contenido de silicio sin embargo no debe exceder del 0,80 % en peso a fin de garantizar la soldabilidad del acero. Se ha encontrado que cuando el contenido de silicio está en el intervalo de 0,30 -0,55 % en peso se logra muy alta resistencia a la fluencia en la aleación de la invención. Se cree que la formación de la fase sigma aumenta cuando el nivel de silicio excede del 0,55 % en peso. La fase sigma reduce la ductilidad de la aleación de la invención y por lo tanto también la resistencia a la fluencia. Por debajo del 0,30 % en peso, se reduce la resistencia a la fluencia debido al aumento de la formación de inclusiones que contienen oxígeno.
Manganeso (Mn)
El manganeso, como el Si, es un elemento desoxidante, y también es eficaz para mejorar la aptitud a ser trabajado en caliente. El contenido máximo de manganeso tiene que limitarse para controlar la ductilidad y la tenacidad de la aleación de la invención a temperatura ambiente. Por lo tanto, el contenido de manganeso debe estar en el intervalo de 1,50 -2,0 % en peso.
Cromo (Cr)
El cromo es un elemento eficaz para mejorar la resistencia a la corrosión del lado del fuego y la resistencia a la oxidación por vapor. Con el fin de lograr una suficiente resistencia a la corrosión en caliente para su uso como por ejemplo en tubos de caldera en plantas de energía de combustión de biomasa, se necesita un contenido de cromo de al menos 26 %. Sin embargo, si el cromo es superior al 34,5 %, el contenido de níquel se debe incrementar aún
más ya que un contenido más alto de Cr puede aumentar el riesgo de formación de fases intermetálicas, tales como la fase sigma. Por consiguiente, el contenido de cromo debe estar en el intervalo de 26,0 % en peso -34,5 % en peso. En el caso de la presente invención, se han obtenido muy buenas propiedades de materiales con contenidos de cromo en el intervalo de 26,0 -29,0 % en peso, que por lo tanto se debe considerar como un intervalo preferido o al menos un intervalo aún más limitado dentro del cual se logra el efecto técnico de la invención.
Níquel (Ni)
El níquel es un elemento esencial para el propósito de asegurar una estructura austenítica estable en la aleación de la invención pues suprime la formación de las fases intermetálicas como la fase sigma. La fase sigma es una fase intermetálica dura y quebradiza con cromo y molibdeno, y se forma a temperaturas elevadas. La fase sigma tiene un impacto negativo en la ductilidad y en el alargamiento del acero. Al estabilizar la fase austenítica en la aleación, se minimiza la formación de la fase sigma. El níquel es por lo tanto importante para asegurar la suficiente ductilidad y alargamiento del acero. El níquel tiene también un efecto positivo sobre la resistencia a la corrosión de la aleación de la invención, ya que promueve la formación de una película de óxido-Cr pasiva que suprime aún más el crecimiento del óxido, es decir, descascarillado. El contenido de níquel debe ser al menos un 30 % en peso en la aleación de la invención con el fin de garantizar la estabilidad de la estructura, la resistencia a la corrosión y la ductilidad. Sin embargo, el níquel es un elemento de aleación relativamente caro y con el fin de mantener bajos los costos de producción se debe limitar el contenido de níquel. El níquel disminuye además la solubilidad del nitrógeno en la aleación y por lo tanto el contenido de níquel no debe exceder del 35 % en peso.
Molibdeno (Mo)
El molibdeno se incluye en la aleación de la invención con el fin de mejorar la resistencia a la corrosión en caliente en el lado del fuego de los tubos de la caldera. La adición de Mo además mejora la resistencia general a la corrosión de la aleación de la invención. Sin embargo, el Mo es un elemento caro y promueve la precipitación de la fase sigma y por lo tanto invita al deterioro de la tenacidad del acero. Con el fin de asegurar una buena resistencia a la corrosión en caliente del acero el contenido de molibdeno debe ser al menos 3 % en peso. El límite superior de molibdeno es del 4 % en peso para evitar la precipitación de la fase sigma.
Cobre (Cu)
La adición de cobre puede mejorar la resistencia a la fluencia por la precipitación de la fase rica en cobre, precipitada de forma fina y uniforme en la matriz. Sin embargo, una cantidad excesiva de cobre tiene como resultado una la aptitud a ser trabajado disminuida. Una cantidad elevada de cobre también puede conducir a una disminución de la ductilidad y de la tenacidad. Por lo tanto, el contenido de cobre en la aleación de la invención debe estar en el intervalo de 0,5 -1,5 % en peso. En el caso de la presente invención, se han obtenido resultados particularmente buenos con un contenido de cobre en el intervalo de 0,8 -1,2 % en peso, que por lo tanto, al menos por esa razón, se considera como un intervalo preferido o al menos un intervalo más limitado dentro de la cual se logra el efecto técnico de la invención.
Nitrógeno (N)
El nitrógeno tiene un fuerte efecto estabilizante en la estructura austenítica y por lo tanto reduce la formación de la fase sigma. Esto tiene un efecto positivo sobre la ductilidad del acero. En la aleación de la invención el efecto principal del nitrógeno es que, junto con el carbono, forma precipitaciones en forma de nitruro de carbonos. Las pequeñas partículas de nitruro de carbono generalmente precipitan en los límites de grano del acero y detienen a las dislocaciones que se propagan dentro de los granos de cristal del acero. Esto aumenta en gran medida la resistencia a la fluencia del acero. El contenido de nitrógeno debe ser de al menos 0,05 % en peso en la aleación de la invención con el fin de asegurar una estructura austenítica estable y de que se forme una cantidad suficiente de nitruro de carbonos. Sin embargo, si el nitrógeno está presente en altas cantidades podrían aparecer grandes precipitaciones primarias de nitruros que reducen la ductilidad y la tenacidad de la aleación de la invención. Por lo tanto, el contenido de nitrógeno en la aleación de la invención se debe limitar a 0,15 % en peso.
Vanadio (V)
La adición de vanadio, titanio o niobio contribuye a mejorar la resistencia a la rotura por fluencia a través de la precipitación de la fase MX. Sin embargo, la excesiva cantidad de vanadio puede disminuir la soldabilidad y aptitud a ser trabajado en caliente. Por lo tanto, se podría permitir el vanadio en la aleación de la invención en una cantidad del ≤ 0,15 % en peso.
Fósforo (P) y azufre (S)
El fósforo y el azufre se incluyen típicamente como impurezas en las materias primas para la aleación de la invención y podrían causar grietas de soldadura en altas cantidades. Por lo tanto, el fósforo no debe exceder del 0,035 %. El azufre no debe exceder del 0,005 %.
Requisito: 40 ≤ %Ni + 100 * %N ≤ 50
En la aleación de la invención, el contenido de níquel y el contenido de nitrógeno deben estar equilibrados para cumplir el requisito: 40 ≤ %Ni + 100 * %N ≤ 50. Se ha demostrado que dentro de este intervalo se logra muy buena resistencia a la fluencia y ductilidad. Se cree que la buena resistencia a la fluencia es el resultado de un efecto sinérgico del níquel y del nitrógeno. Preferiblemente, el contenido de níquel y el contenido de nitrógeno se deben equilibrar para cumplir el requisito: 40 ≤ %Ni + 100 * %N ≤ 45.
Como se ha indicado anteriormente, el nitrógeno forma nitruro de carbonos que promueven la resistencia a la fluencia al aumentar la tensión de fluencia en la aleación. Sin embargo, la resistencia a la fluencia se ve afectada negativamente por cualquier fase frágil, tal como la fase sigma. La adición de níquel y nitrógeno suprime la formación de la fase sigma en el acero y aumenta de este modo el alargamiento a la rotura o la ductilidad de la aleación. Esto reducirá la concentración de esfuerzos y la posible iniciación y propagación de grietas. En consecuencia, esto conduce a un aumento de la resistencia a la fluencia.
Descripción de los dibujos
Figura 1: Una tabla sobre las composiciones de aleación.
Figura 2. Un diagrama que muestra los resultados de los ensayos de fluencia a 600 ºC de las aleaciones de la invención y de aleaciones comparativas.
Figura 3: Un diagrama que muestra los resultados de los ensayos de fluencia a 650 ºC de las aleaciones de la invención y de aleaciones comparativas.
Ejemplo
A continuación se describirá la aleación de la invención con referencia a un ejemplo concreto.
Se prepararon diez lotes de acero por métodos convencionales de fabricación de acero. La composición del correspondiente lote de acero se muestra en la Tabla 1. El proceso metalúrgico convencional según el cual se prepararon los lotes fue el siguiente:
Fusión por el método AOD -laminación en caliente – extrusión – conformación en frío (deformación en frío) recocido en solución – enfriamiento en agua. El material en forma de barra hueca después de la extrusión en caliente a continuación se conforma en frío con una deformación en frío entre 40 al 80 %, seguido por un recocido en solución a una temperatura entre 1.050 a 1.180 ºC dependiendo de la dimensión. La siguiente tabla muestra los detalles.
Aleación
Lote Deformación en frío (%) Recocido Enfriamiento
1
763554 40 -80 1.050 – 1.180 ºC / 5 – 25 minutos Enfriamiento en agua
2
462269 40 -80 1.050 – 1.180 ºC / 5 – 25 minutos Enfriamiento en agua
3
477353 40 -80 1.050 – 1.180 ºC / 5 – 25 minutos Enfriamiento en agua
4
469837 40 -80 1.050 – 1.180 ºC / 5 – 25 minutos Enfriamiento en agua
5
471988 40 -80 1.050 – 1.180 ºC / 5 – 25 minutos Enfriamiento en agua
6
469718 40 -80 1.050 – 1.180 ºC / 5 – 25 minutos Enfriamiento en agua
7
477217 40 -80 1.050 – 1.180 ºC / 5 – 25 minutos Enfriamiento en agua
8
477203 40 -80 1.050 – 1.180 ºC / 5 – 25 minutos Enfriamiento en agua
9
460335 40 -80 1.050 – 1.180 ºC / 5 – 25 minutos Enfriamiento en agua
10
463024 40 -80 1.050 – 1.180 ºC / 5 – 25 minutos Enfriamiento en agua
Las aleaciones 1, 7 -9 son muestras comparativas y contienen concentraciones relativamente bajas de nitrógeno. Las Aleaciones 2, 3 y 10 son muestras comparativas y contienen concentraciones comparativamente altas de nitrógeno. Las aleaciones 4 -6 son muestras de la invención que cumplen con el requisito 40 ≤ %Ni + 100 * %N ≤
50. Las aleaciones 1 y 10 son bajas en contenido de silicio.
Se prepararon muestras de ensayo de cada lote de acero. Las muestras se sometieron a pruebas de fluencia con el fin de determinar sus propiedades de fluencia. Las pruebas de fluencia se llevaron a cabo a dos temperaturas diferentes: 600 ºC y 650 ºC, mediante la aplicación de una tensión constante sobre cada muestra y determinando el tiempo de rotura y el alargamiento a la rotura de cada muestra. El alargamiento a la rotura es el aumento de la longitud hasta la rotura expresada como porcentaje de la longitud nominal para cada muestra. La tensión aplicada es igual a la resistencia a la rotura por fluencia de la aleación. La resistencia a la rotura por fluencia se define como la tensión que, a una temperatura dada, hará que un material se rompa en un momento dado.
Los ensayos de fluencia se llevaron a cabo según los métodos de prueba convencionales y se usaron modelos matemáticos convencionales para extrapolar los resultados.
La Figura 2 muestra la resistencia a la fluencia a 600 ºC para las aleaciones de la invención 4 -6 en comparación con las resistencias a la fluencia de las aleaciones comparativas 1, 7 y 9. La Figura 3 muestra la resistencia a la fluencia a 650 ºC para las aleaciones de la invención 4 -6 en comparación con las aleaciones comparativas 1, 8, 9. De las Figuras 1 y 2 es evidente que las aleaciones de la invención, para una tensión de fluencia dada, muestran un mayor tiempo de rotura que el de las aleaciones comparativas.
En las Tablas 2 y 3 se muestran algunos otros resultados de las pruebas de fluencia
Aleación
Lote Tiempo de rotura (horas) Tensión (MPa) Alargamiento a la rotura (%)
1
763554 32.621 150 55
2
462269 49.738 170 71
3
477353 50.986 170 72
4
469837 117.561 160 71
5
471988 67.644 160 79
6
469718 102.321 160 90
7
477217 104.958 150 38
8
477203 105.889 150 46
9
460335 85.940 140 63
10
463024 7.629 165 65
Tabla 2: Pruebas de fluencia a 600 ºC
La Tabla 2 muestra el tiempo de rotura y la resistencia a la fluencia o tensión aplicada de cada aleación a 600 ºC. La Tabla 2 muestra además el alargamiento a la rotura es decir, el aumento de la longitud hasta la rotura expresada como porcentaje de la longitud nominal para cada muestra.
A partir de los resultados de la prueba se puede concluir que las aleaciones de la invención 4 -6 muestran el mayor tiempo de rotura cuando se toma en consideración la magnitud de la resistencia a la fluencia es decir, la tensión aplicada. La aleación 4 muestra un valor pico de 117.561 horas a una tensión aplicada de 160 MPa. Las aleaciones 4 -6 muestran además un alargamiento a la rotura muy alto.
Los elevados resultados en el tiempo de rotura en las aleaciones de 4 -6 se creen que dependen de un efecto sinérgico de la adición de nitrógeno y níquel. La adición de nitrógeno aumenta el tiempo de rotura debido al fortalecimiento de la solución intersticial y también debido al fortalecimiento de la precipitación por la formación de los nitruro de carbonos. Los pequeños y densos nitruro de carbonos que precipitan en el material bloquean eficazmente el movimiento de dislocación a través de los granos del material de la aleación, y por lo tanto aumentan la resistencia a la deformación. La adición de níquel, y también la de nitrógeno, suprime la formación de la fase intermetálica, tal como la fase sigma, que afecta negativamente a la ductilidad, y por lo tanto mejora la ductilidad del material. La ductilidad mejorada reduce la concentración de tensiones, la iniciación de grietas y la propagación de grietas. El efecto sinérgico de estas propiedades tiene como resultado una muy alta resistencia a la fluencia.
La alta ductilidad, que se expresa como el alargamiento a la rotura en las Tablas 2 y 3, es además ventajosa cuando el material se usa en calderas de vapor, ya que permite una alta expansión y contracción termoplástica del material durante el arranque y el apagado de la caldera. Por lo tanto, el material se puede someter a calentamientos y enfriamientos cíclicos sin agrietarse.
Las aleaciones comparativas 1 -3, 9 y 10 tienen comparativamente un alto alargamiento a la rotura, véase por ejemplo las aleaciones comparativas 2 y 3 que exhiben un alargamiento a la rotura del 71 % y 72 %, respectivamente. Sin embargo, estas aleaciones exhiben un más corto tiempo de rotura que las aleaciones de la invención. Se cree que el más corto tiempo de rotura en las aleaciones 1 -3, 9 y 10 se debe al hecho de que estas aleaciones contienen cantidades relativamente pequeñas de nitrógeno. El bajo contenido de nitrógeno tiene como resultado que precipitan menos nitruro de carbonos en estos materiales que en las aleaciones de la invención. Debido a que las aleaciones 1 -3, 9 y 10 comprenden pocos nitruro de carbonos, las dislocaciones se pueden mover más fácilmente a través de estos materiales. Esto provoca a su vez una mayor velocidad de deformación en el material, es decir, el material se deforma más rápido.
Las aleaciones comparativas 7 y 8 exhiben bastante alta resistencia a la fluencia, expresada como un mayor tiempo de rotura a una tensión aplicada dada. Sin embargo, se debe tener en cuenta que el mayor tiempo de rotura para estas aleaciones se determinó a una tensión más baja, es decir, a 150 MPa, que para las aleaciones de la invención que se evaluaron a una tensión de 160 MPa. Por lo tanto, el tiempo de rotura de las aleaciones comparativas 7 y 8 es menor que el tiempo de rotura de las aleaciones de la invención 4 y 6. El menor tiempo de rotura de las aleaciones 7 y 8 se cree que está causado por una fragilidad inducida por los precipitados de fase intermetálica. Como se muestra en la Tabla 2, las aleaciones 7 y 8 tienen un alargamiento a la rotura de simplemente 38 % y 46 %, respectivamente.
La Tabla 3 muestra el resultado de las pruebas de fluencia a algunas cargas aplicadas a una temperatura de 650 ºC.
Aleación
Calor Tiempo de rotura (horas) Tensión (MPa) Alargamiento de rotura (%)
1
763554 32621 95 45
4
469837 116.711 95 70
5
471988 106.165 95 52
6
469718 95.883 105 45
6
469718 188.609 95 31
8
477203 32.665 120 62
9
460335 44.168 105 50
Tabla 3: Pruebas de fluencia a 650 ºC
La Tabla 3 muestra que las aleaciones de la invención 4 -6 tienen mejores propiedades de fluencia expresadas como el tiempo de rotura, resistencia a la fluencia y alargamiento de rotura que las aleaciones comparativas. La ductilidad para todas las aleaciones, es decir, el alargamiento de rotura es inferior a 650 ºC en comparación con la ductilidad a 600 ºC. La reducción de la ductilidad está causada por el hecho de que se forman más precipitaciones a temperaturas más altas y por un más rápido crecimiento de grano a temperaturas más altas.

Claims (3)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-Una aleación austenítica que comprende (en % en peso):
    C: 0,01 -0,05 Si: 0,05 -0,80
    5 Mn: 1,5-2 Cr: 26 -34,5 Ni: 30-35 Mo: 3-4 Cu: 0,5 -1,5
    10 N: 0,05 -0,15
    V: ≤ 0,15 el resto Fe e impurezas inevitables, y en donde 40 ≤ %Ni + 100 * %N ≤ 50. 2.-La aleación austenítica según la reivindicación 1, en donde 40 ≤ %Ni + 100 * %N ≤ 45.
    15 3.-La aleación austenítica según cualquier reivindicación precedente, en donde Si: 0,3 -0,55 4.-La aleación austenítica según cualquier reivindicación precedente, en donde
    C: 0,01 -0,018
  2. 5.-Un componente para una planta de combustión, caracterizado porque dicho componente comprende una 20 aleación austenítica según cualquiera de las reivindicaciones 1 -4.
  3. 6.-Un componente para una planta de combustión según la reivindicación 5, en donde dicho componente es un sobrecalentador o un recalentador o un evaporador.
    Tabla 1: Composición química de las aleaciones Figura 1
    9 Figura 2
    10 Figura 3
ES12151566.2T 2012-01-18 2012-01-18 Aleación austenítica Active ES2543046T3 (es)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12151566.2A EP2617858B1 (en) 2012-01-18 2012-01-18 Austenitic alloy

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2543046T3 true ES2543046T3 (es) 2015-08-14

Family

ID=47844258

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES12151566.2T Active ES2543046T3 (es) 2012-01-18 2012-01-18 Aleación austenítica

Country Status (15)

Country Link
US (2) US9587295B2 (es)
EP (1) EP2617858B1 (es)
JP (1) JP6227561B2 (es)
KR (2) KR20140117417A (es)
CN (2) CN104066862A (es)
CA (1) CA2863508C (es)
DK (1) DK2617858T3 (es)
ES (1) ES2543046T3 (es)
HU (1) HUE026095T2 (es)
IN (1) IN2014KN01489A (es)
MX (1) MX337955B (es)
PL (1) PL2617858T3 (es)
TW (1) TWI551699B (es)
UA (1) UA112886C2 (es)
WO (1) WO2013107763A1 (es)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
HUE026095T2 (en) * 2012-01-18 2016-05-30 Sandvik Intellectual Property Austenitic alloy
CN105066096A (zh) * 2015-08-05 2015-11-18 上海锅炉厂有限公司 一种700℃超超临界机组锅炉的集箱
KR102583353B1 (ko) * 2015-12-30 2023-09-26 산드빅 인터렉츄얼 프로퍼티 에이비 오스테나이트계 스테인리스 강 튜브의 제조 방법
CN108472701B (zh) * 2015-12-30 2020-02-18 山特维克知识产权股份有限公司 生产双相不锈钢管的方法
EP3458620A1 (en) 2016-05-20 2019-03-27 Sandvik Intellectual Property AB An object comprising a pre-oxidized nickel-based alloy
JP6941003B2 (ja) * 2017-08-17 2021-09-29 日本冶金工業株式会社 Fe−Ni−Cr−Mo合金およびその製造方法

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3716665A1 (de) 1987-05-19 1988-12-08 Vdm Nickel Tech Korrosionsbestaendige legierung
US4824638A (en) * 1987-06-29 1989-04-25 Carondelet Foundry Company Corrosion resistant alloy
US5378427A (en) * 1991-03-13 1995-01-03 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Corrosion-resistant alloy heat transfer tubes for heat-recovery boilers
DE4210997C1 (es) * 1992-04-02 1993-01-14 Krupp Vdm Gmbh, 5980 Werdohl, De
JP2987732B2 (ja) * 1993-03-25 1999-12-06 新日本製鐵株式会社 熱間圧延で表面疵の発生しないCr−Ni系ステンレス合金の製造方法
JP3534886B2 (ja) * 1995-03-24 2004-06-07 日新製鋼株式会社 耐ポケットウエーブ性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼板及びその製造方法
CN1117882C (zh) * 1999-04-19 2003-08-13 住友金属工业株式会社 固体高分子型燃料电池用不锈钢材
SE520027C2 (sv) 2000-05-22 2003-05-13 Sandvik Ab Austenitisk legering
SE525252C2 (sv) 2001-11-22 2005-01-11 Sandvik Ab Superaustenitiskt rostfritt stål samt användning av detta stål
JP2005023353A (ja) * 2003-06-30 2005-01-27 Sumitomo Metal Ind Ltd 高温水環境用オーステナイトステンレス鋼
US7028478B2 (en) * 2003-12-16 2006-04-18 Advanced Combustion Energy Systems, Inc. Method and apparatus for the production of energy
CA2572156C (en) * 2004-06-30 2013-10-29 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Fe-ni alloy pipe stock and method for manufacturing the same
KR100931448B1 (ko) * 2005-04-04 2009-12-11 수미도모 메탈 인더스트리즈, 리미티드 오스테나이트계 스테인레스강
WO2007099949A1 (ja) * 2006-03-02 2007-09-07 Sumitomo Metal Industries, Ltd. 耐水蒸気酸化性に優れた鋼管およびその製造方法
WO2008010965A1 (en) * 2006-07-18 2008-01-24 Exxonmobil Research And Engineering Company High performance coated material with improved metal dusting corrosion resistance
JP4288528B2 (ja) * 2007-10-03 2009-07-01 住友金属工業株式会社 高強度Cr−Ni合金材およびそれを用いた油井用継目無管
JP2009167502A (ja) 2008-01-18 2009-07-30 Daido Steel Co Ltd 燃料電池セパレータ用オーステナイト系ステンレス鋼
JP4462452B1 (ja) * 2008-12-18 2010-05-12 住友金属工業株式会社 高合金管の製造方法
WO2011010746A1 (ja) * 2009-07-23 2011-01-27 Jfeスチール株式会社 耐食性に優れた燃料電池用ステンレス鋼およびその製造方法
JP5131794B2 (ja) * 2011-03-28 2013-01-30 新日鐵住金株式会社 高圧水素ガス用高強度オーステナイトステンレス鋼
HUE026095T2 (en) * 2012-01-18 2016-05-30 Sandvik Intellectual Property Austenitic alloy

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140117417A (ko) 2014-10-07
CA2863508C (en) 2021-05-04
CN108517453A (zh) 2018-09-11
DK2617858T3 (en) 2015-10-05
PL2617858T3 (pl) 2015-12-31
CN104066862A (zh) 2014-09-24
CA2863508A1 (en) 2013-07-25
MX337955B (es) 2016-03-29
BR112014017637A2 (es) 2017-06-20
JP6227561B2 (ja) 2017-11-08
EP2617858A1 (en) 2013-07-24
US20170121796A1 (en) 2017-05-04
TW201343935A (zh) 2013-11-01
UA112886C2 (uk) 2016-11-10
IN2014KN01489A (es) 2015-10-23
HUE026095T2 (en) 2016-05-30
US9587295B2 (en) 2017-03-07
MX2014008621A (es) 2014-08-29
WO2013107763A1 (en) 2013-07-25
US10487378B2 (en) 2019-11-26
US20140348699A1 (en) 2014-11-27
KR20200003246A (ko) 2020-01-08
JP2015506415A (ja) 2015-03-02
BR112014017637A8 (pt) 2017-07-11
KR102094655B1 (ko) 2020-03-27
TWI551699B (zh) 2016-10-01
EP2617858B1 (en) 2015-07-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2543046T3 (es) Aleación austenítica
ES2420839T3 (es) Acero inoxidable austenítico
US9328403B2 (en) Ni-based heat resistant alloy
KR20050044557A (ko) 슈퍼 오스테나이트계 스테인레스강
WO2018151222A1 (ja) Ni基耐熱合金およびその製造方法
US10883160B2 (en) Corrosion and creep resistant high Cr FeCrAl alloys
BR112019000376B1 (pt) Tubo sem costura para aplicações de alta temperatura, e método de produção desse tubo sem costura
JP5846076B2 (ja) オーステナイト系耐熱合金
ES2644391T3 (es) Aleación basada en níquel, método y uso
JP5661001B2 (ja) 時効後靭性に優れた高強度オーステナイト系耐熱鋼
JP6955322B2 (ja) 加工性、高温強度および時効後の靱性に優れたオーステナイト系耐熱鋼
JP6547599B2 (ja) オーステナイト系耐熱鋼
JP5857894B2 (ja) オーステナイト系耐熱合金
JP6201731B2 (ja) オーステナイト系耐熱鋳造合金
JP6825514B2 (ja) オーステナイト系耐熱合金部材
JP2014080651A (ja) ニッケル−鉄基合金
ES2689229T3 (es) Acero de baja aleación
Herrera et al. Influence of Thermomechanical Processing on Mechanical Properties and Corrosion Resistance of Super Duplex Stainless Steel UNS S32750
JP2024521893A (ja) アルミナ形成オーステナイト-フェライトステンレス鋼合金
BR112014017637B1 (pt) Liga austenítica e componente para uma instalação de combustão
JPH0431020B2 (es)