ES2590465T3 - Acero inoxidable austenítico resistente al calor que tiene una excelente resistencia a la oxidación cíclica - Google Patents

Abstract

Un acero inoxidable austenítico resistente al calor que tiene excelente resistencia a la oxidación cíclica, que consiste en C: del 0,05 al 0,2 % (% en masa de la composición química en este caso y de aquí en adelante en el presente documento), Si: del 0,1 al 1 %, Mn: del 0,1 al 2,5 %, Cu: del 1 al 4 %, Ni: del 7 al 12 %, Cr: del 16 al 20 %, Nb: del 0,1 al 0,6 %, Zr: del 0,05 al 0,4 %, Ce: del 0,005 al 0,1 %, Ti: del 0,1 al 0,6 %, B: del 0,0005 al 0,005 %, N: del 0,001 al 0,15 %, S: del 0,005 % o menos (sin incluir el 0 %), P: del 0,05 % o menos (sin incluir el 0 %), opcionalmente, Mo: 3 % o menos, opcionalmente, W: 5 % o menos, opcionalmente, Ca: 0,005 % o menos y, opcionalmente, Mg: 0,005 % o menos respectivamente, y el resto de hierro y de las impurezas inevitables.

Description

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contenidos se vuelven excesivos, dado que imponen restricciones en cuanto al funcionamiento, tales como la aparición de ebullición violenta del acero fundido durante la operación de fusión, cada uno de los límites superiores se define hasta el 0,005 % o inferior. Más preferentemente, el contenido de cada uno de ellos es del 0,002 % o inferior.

5 En el acero inoxidable austenítico resistente al calor de la invención, se puede mejorar la resistencia a la oxidación cíclica mediante la adición de una cantidad predeterminada de Zr y Ce. Para mejorar la propiedad, además, es eficaz controlar el tamaño de grano de cristal de la microestructura. Desde dicho punto de vista, el tamaño de grano de cristal de la microestructura del acero inoxidable austenítico resistente al calor se define preferentemente como una estructura fina de 6 o mayor e inferior a 12 en términos del número de tamaño de grano según la norma ASTM (Sociedad estadounidense de ensayos y materiales). El número de tamaño de grano (número de tamaño de grano de cristal) está definido por la ASTM, e implica un número de tamaño de grano calculado mediante un método de recuento (método planimétrico).

15 Cuando el tamaño de grano de cristal de la microestructura es inferior a 6 en términos del número de tamaño de grano según la norma ASTM, aunque se puede obtener el efecto de mejorar la resistencia a la oxidación cíclica en sí mediante la adición de Zr y Ce, no es posible aumentar lo suficiente el efecto de mejora. El número de tamaño de grano es preferentemente de 7 o superior y, más preferentemente, de 9 o superior. Por otra parte, en el proceso de producción de tubos mediante el trabajo en caliente y en frío, y el tratamiento térmico, dado que básicamente no es posible fabricar una estructura de grano de cristal sumamente fina, el límite superior de tamaño de grano cristalino es preferentemente inferior a 12. En vista del coste de fabricación y de la productividad, el límite superior es, más preferentemente, de 10 o inferior.

El intervalo del tamaño de grano de cristal descrito anteriormente se puede obtener controlando la cantidad de

25 adición de los elementos que contribuyen a la fijación en el límite de grano de cristal, las condiciones de trabajo en caliente y en frío, tales como el estiramiento y la extrusión en el proceso de producción del tubo, y el tratamiento térmico. Las condiciones óptimas para cada uno de ellos varían en función de los tres factores y, para refinar el tamaño de grano de cristal, es necesario aumentar la cantidad de adición de los elementos precipitantes, hacer el grado de tensión más alto y bajar la temperatura del tratamiento térmico. El trabajo en frío y en caliente se aplica para controlar el espesor del tubo e introducir deformaciones y acondicionar la estructura de grano de cristal mediante un tratamiento térmico tras el trabajo y, en general, se realiza a una proporción de reducción del 30 % o superior. Además, se aplica el tratamiento térmico para eliminar las deformaciones y se realiza en un intervalo de temperaturas, en general, a 1.000 ºC o superior y a menos de 1.300 ºC. Por ejemplo, a la proporción de reducción del aproximadamente 35 %, el intervalo definido del tamaño de grano se puede obtener fijando la temperatura del

35 tratamiento térmico hasta 1.250 ºC o inferior y, preferentemente, 1.225 ºC o inferior y, en particular, preferentemente,

1.150 ºC o inferior, pero la condición no se limita en función del equilibrio para los elementos precipitantes, el trabajo y el tratamiento térmico.

Cuando los tubos de transferencia de calor de las calderas se forman usando el acero inoxidable austenítico resistente al calor descrito anteriormente, proporcionan una excelente propiedad en circunstancias de oxidación cíclica.

La presente invención se describirá de manera más concreta con referencia a ejemplos. La invención no se limita a los siguientes ejemplos y, por supuesto, es posible poner en práctica la invención con modificaciones apropiadas

45 dentro de un intervalo que se pueda ajustar al sentido general descrito anteriormente y que se describirá más adelante, estando todas incluidas en el intervalo técnico de la invención.

Ejemplos

Ejemplo 1

Se forjaron en caliente 20 kg de lingotes preparados mediante la fusión de diversos tipos de aceros que comprenden las composiciones químicas que se muestran en la siguiente Tabla 1 en un horno de fusión de vacío (VIF), cada uno hasta 120 mm de ancho x 20 mm de espesor, recibieron un tratamiento térmico a 1.250 ºC y se procesaron

55 mediante laminación en frío hasta un espesor de 13 mm. Posteriormente, se volvió a realizar un tratamiento térmico a 1.150 ºC durante 5 min para proporcionar un material maestro. Se recortó un material de acero de 20 mm x 30 mm x 2 mm a partir del material maestro mediante mecanizado y se alisó la superficie del material de acero, y recibió un acabado de espejo mediante pulido usando papel de lija y mediante pulido con disco de paño usando granos abrasivos de diamante para preparar las muestras.

Entre los aceros que se muestran en la siguiente Tabla 1, las muestras n.º 1 a 10 son aceros que cumplen los requisitos definidos en la invención (acero de la invención), y las muestras n.º 11 a 16 son aceros que no cumplen los requisitos definidos en la invención (aceros comparativos), donde las muestras n.º 14, 15 y 16 son "aceros correspondientes a KA-SUS304J1HTB", "aceros correspondientes a SUS304L" y "aceros correspondientes a 65 SUS310S", que son, respectivamente, aceros convencionales. Además, las muestras n.º 7 y 8 son aceros con adición de Ce mediante el uso de un metal de Misch y que contienen La, Pr, Nd, etc., como impurezas. Las

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Se usó cada una de las muestras obtenidas como se ha descrito anteriormente y se realizaron ensayos de oxidación repetidas veces para evaluar la pérdida de peso. En el ensayo de oxidación cíclica, las muestras se introdujeron y se sacaron de un horno a 1.100 ºC en aire en un ciclo de calentamiento del horno de 25 min y de enfriamiento de 5 min en aire, y se repitieron el calentamiento y el enfriamiento hasta 20 ciclos. Tras el ensayo de oxidación cíclica, se

5 midió el cambio de peso de la muestra mediante una balanza electrónica, y se calculó la pérdida de peso (mg·cm-2) de las muestras. Además, se observó a simple vista la rugosidad de la superficie de la muestra tras el ensayo de oxidación cíclica.

En la siguiente Tabla 2, se muestra el resultado de la medición (pérdida de peso, rugosidad de la superficie). 10 [Tabla 2]

n.º de muestra

Pérdida de peso (mg·cm-2) Rugosidad de la superficie

1

10,8 lisa

2

7,6 lisa

3

8,5 lisa

4

33,2 lisa

5

11,6 lisa

6

20,4 lisa

7

9,2 lisa

8

7,9 lisa

9

8,1 lisa

10

8,7 lisa

11

73,4 rugosa

12

76,9 rugosa

13

93,1 rugosa

14

80,5 rugosa

15

140,1 rugosa

16

0,4 lisa

En vista del resultado, se puede considerar lo siguiente. Se reduce la pérdida de peso en los aceros que tienen la composición química que se define en la invención (acero de la invención: muestras n.º 1-10) en comparación con

15 los aceros convencionales (muestras n.º 14, 15) y los aceros comparativos que no tienen las composiciones químicas definidas en la invención (muestras n.º 11 a 13), y se puede observar que hay un menor descostrado y que la pérdida de peso se puede suprimir mediante la adición al compuesto de Zr y Ce.

Además, se puede observar que, dado que la rugosidad de la superficie de la costra se alisa, en el acero de la

20 invención no se forman costras ni hay descostrado. Además, el acero de la invención proporciona propiedades comparables a las de los aceros correspondientes a los aceros SUS310S convencionales de 25Cr-20Ni, que contienen un mayor contenido de Ni y que se consideran excelentes en cuanto a la resistencia a la corrosión (muestra n.º 16), y la resistencia a la oxidación cíclica se puede mejorar hasta un nivel comparable con la del acero inoxidable austenítico 25Cr-20Ni, aunque se trata de un acero inoxidable austenítico 18Cr-8Ni y es barato.

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Ejemplo 2

Para los aceros de la invención de las muestras n.º 1 a 6 y el acero comparativo de la muestra n.º 14 que se muestran en las Tablas 1 y 2, se varió la temperatura de tratamiento térmico en un intervalo de temperaturas de 30 1.125-1.275 ºC tras el trabajo en frío a una proporción de reducción del 35 % para preparar las muestras de los respectivos aceros con números de tamaño de grano de cristal de 4,5 a 10,0. En el ensayo de oxidación cíclica, las muestras se introdujeron y se sacaron de un horno a 1.100 ºC en aire en un ciclo de temperaturas que incluyó el calentamiento del horno de 25 min y de enfriamiento del horno de 5 min en aire, y se calculó la pérdida de peso (reducción del espesor: mg·cm-2) comparando la masa de la muestra tras 40 ciclos con la masa de la muestra en el

35 estado inicial.

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Claims (1)

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