ES2605948T3 - Aleación de níquel-cromo-aluminio con buena procesabilidad, resistencia a la fluencia y resistencia a la corrosión - Google Patents

Aleación de níquel-cromo-aluminio con buena procesabilidad, resistencia a la fluencia y resistencia a la corrosión Download PDF

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Abstract

Aleación de níquel-cromo-aluminio con 24 a 33% (en % en peso) de cromo, 1,8 a < 3,0% de aluminio, 0,10 a < 2,5% de hierro, 0,001 a 0,50% de silicio, 0,005 a 2,0% de manganeso, 0,00 a 0,60% de titanio, respectivamente 0,0002 a 0,05% de magnesio y/o calcio, 0,005 a 0,12% de carbono, 0,001 a 0,050% de nitrógeno, 0,0001 a 0,020% de oxígeno, 0,001 a 0,030% de fósforo, máx. 0,010% de azufre, máx. 2,0% de molibdeno, máx. 2,0% de tungsteno, opcionalmente 0,001 - < 0,50% de Nb, además que contiene opcionalmente un contenido en Y de 0,01 a 0,20%, un contenido en La de 0,001 a 0,20%, un contenido en cerio de 0,001 a 0,20%, un contenido en mezclas de metal cerio de 0,001 a 0,20%, un contenido en Zr de 0,01 a 0,20%, un contenido en B de 0,0001 - 0,008%, Co hasta 5,0%, Cu hasta un máx. de 0,5%, máx. 0,5% de V, el resto níquel y las impurezas relacionadas con los procesos habituales, en donde se deben cumplir las siguientes relaciones: Cr + Al >= 28 (2a) y Fp <= 39,9 con (3a) Fp >= Cr + 0,272*Fe + 2,36*Al + 2,22*Si + 2,48*Ti + 0,374*Mo + 0,538*W - 11,8*C (4a) en donde Cr, Fe, Al, Si, Ti, Mo, W y C son las concentraciones de los elementos en cuestión en % en masa, en don de cuando se emplea Nb, a la fórmula 4a se añade un término con Nb: Fp >= Cr + 0,272*Fe + 2,36*Al + 2,22*Si + 2,48*Ti + 1,26*Nb + 0,374*Mo + 0,538*W - 11,8*C (4b) y Cr, Fe, Al, Si, Ti, Nb, Mo, W y C son las concentraciones de los elementos en cuestión en % en masa.

Description

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DESCRIPCION
Aleacion de mquel-cromo-aluminio con buena procesabilidad, resistencia a la fluencia y resistencia a la corrosion
La invencion se refiere a una aleacion de mquel-cromo-aluminio con una excelente resistencia a la corrosion a alta temperatura, buena resistencia a la fluencia y una procesabilidad mejorada.
Las aleaciones de mquel-cromo-aluminio austemticas con diferentes contenidos en mquel, cromo y aluminio se utilizan desde hace tiempo en la construccion de hornos y en la industria qmmica asf como en la industria petroqm- mica. Para este uso, es necesaria una buena resistencia a la corrosion a alta temperatura, incluso en atmosferas carburantes y una buena resistencia termica/resistencia a la fluencia.
En general, hay que senalar que la resistencia a la corrosion a alta temperatura de las aleaciones mencionadas en la Tabla 1 aumenta con el aumento del contenido en cromo. Todas estas aleaciones forman una capa de oxido de cromo (Cr2O3) con una capa subyacente de A^O3 mas o menos cerrada. Pequenas adiciones de elementos fuerte- mente afines al oxfgeno, tales como, por ejemplo, Y o Ce, mejoran la resistencia a la oxidacion. El contenido en cromo se consume lentamente para la formacion de la capa de proteccion en el curso de la utilizacion en el campo de aplicacion. Por lo tanto, la vida util del material se prolonga gracias a un contenido en cromo mas elevado, ya que un mayor contenido en el elemento cromo que forma la capa protectora, prolonga el tiempo durante el cual el contenido en Cr esta por debajo del lfmite cntico y se forman oxidos distintos de Cr2O3, que son oxidos que, p. ej., contie- nen hierro y mquel. Un aumento adicional de la resistencia a la corrosion a alta temperatura podna lograrse median- te adiciones de aluminio y silicio. A partir de un cierto contenido mmimo, estos elementos forman una capa cerrada bajo la capa de oxido de cromo y, por lo tanto, reducen el consumo de cromo.
En atmosferas carburantes (mezclas de CO, H2, CH4, CO2, H2O), el carbono puede penetrar en el material, por lo que puede tener lugar una formacion de carburos internos. Estos causan una perdida de la resilencia. Ademas, el punto de fusion puede caer a valores muy bajos (por debajo de 350°C) y provocar procesos de transformacion debi- do al agotamiento del cromo de la matriz.
Una alta resistencia a la carburacion se consigue con materiales con una baja solubilidad para el carbono y baja velocidad de difusion del carbono. En general, por lo tanto, las aleaciones de mquel son mas resistentes a la carburacion que las aleaciones a base de hierro, ya que tanto la difusion del carbono como tambien la solubilidad del carbono en el mquel son mas bajas que en el hierro. Un aumento del contenido en cromo produce una mayor resistencia a la carburacion mediante la formacion de una capa protectora de oxido de cromo, a menos que la presion parcial del oxfgeno en el gas no sea suficiente para la formacion de esta capa protectora de oxido de cromo. A pre- siones parciales de oxfgeno muy bajas, es posible utilizar materiales que forman una capa de oxido de silicio o de oxido de aluminio aun mas estable, las cuales todavfa son capaces de formar capas protectoras de oxido con contenidos en oxfgeno mucho mas bajos.
En el caso de que la actividad del carbono sea >1, el llamado "desprendimiento de polvo metalico" (del ingles “metal dusting”) puede tener lugar en aleaciones a base de mquel, hierro o cobalto. En contacto con el gas sobresaturado, las aleaciones pueden absorber grandes cantidades de carbono. Los procesos de segregacion que tienen lugar en la aleacion sobresaturada de carbono, conducen a la destruccion del material. En el proceso, la aleacion se des- compone en una mezcla de partfculas de metal, grafito, carburos y/u oxidos. Este tipo de destruccion de material tiene lugar en el intervalo de temperatura de 500°C a 750°C.
Las condiciones tfpicas para la aparicion de desprendimiento de polvo metalico son mezclas de gases CO, H2 o CH4 fuertemente carburantes, tales como las que se producen en la smtesis de amomaco, en plantas de metanol, en procesos metalurgicos, pero tambien en hornos de endurecimiento.
La resistencia al desprendimiento de polvo metalico tiende a aumentar con el aumento del contenido en mquel de la aleacion (Grabke, H.J., Krajak, R., Muller-Lorenz, E.M., StrauU, S.: Materials and Corrosion 47 (1996), pag. 495), aunque incluso las aleaciones de mquel no son generalmente resistentes al desprendimiento de polvo metalico.
El contenido en cromo y aluminio tiene una clara influencia sobre la resistencia a la corrosion en condiciones de desprendimiento de polvo metalico (vease la Figura 1). Las aleaciones de mquel con bajo contenido en cromo (como por ejemplo la aleacion 600, vease la Tabla 1) muestran tasas de corrosion comparativamente altas en condiciones de desprendimiento de polvo metalico. La aleacion de mquel 602 CA (N06025), con un contenido en cromo del 25% y un contenido en aluminio del 2,3%, asf como la aleacion 690 (N06690), con un contenido en cromo del 30% (Her- mse, C.G.M. y van Wortel, J.C.: Metal Dusting: relationship between aleacion composition and degradation rate. Corrosion Engineering, Science and Technology 44 (2009), pags. 182-185), son mucho mas resistentes. La resistencia al desprendimiento de polvo metalico se incrementa con la suma Cr + Al.
La resistencia termica o la resistencia a la fluencia a las temperaturas indicadas mejoran, entre otros factores, con un contenido elevado en carbono. Sin embargo, contenidos elevados en elementos con endurecimiento en solucion solida, solidos tales como cromo, aluminio, silicio, molibdeno y tungsteno mejoran la resistencia termica. En el intervalo de 500°C a 900°C, adiciones de aluminio, titanio y/o niobio pueden mejorar la resistencia, y espedficamente a traves de la precipitacion de la fase y' y/o la fase y".
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Ejemplos de acuerdo con la tecnica anterior se enumeran en la Tabla 1.
Aleaciones tales como la aleacion 602 CA (N06025), la aleacion 693 (N06693) o la aleacion 603 (N06603) son co- nocidas por su excelente resistencia a la corrosion, en comparacion con la aleacion 600 (N06600) o la aleacion 601 (N06601) en virtud del alto contenido en aluminio conocido por ser mas del 1,8%. La aleacion 602 CA (N06025), la aleacion 693 (N06693), la aleacion 603 (N06603) y la aleacion 690 (N06690) presentan una excelente resistencia a la carburacion o resistencia al desprendimiento de polvo metalico, en virtud de su alto contenido en cromo y/o en aluminio. Al mismo tiempo, en virtud de su alto contenido en carbono o aluminio, aleaciones tales como la aleacion 602 CA (N06025), la aleacion 693 (N06693) o la aleacion 603 (N06603) tienen una excelente resistencia termica o resistencia a la fluencia en el intervalo de temperatura en el que se produce desprendimiento de polvo metalico. La aleacion 602 CA (N06025) y la aleacion 603 (N06603) tienen, incluso a temperaturas superiores a 1000°C, una excelente resistencia termica o resistencia a la fluencia. Sin embargo, debido a por ejemplo, el alto contenido en aluminio, se deteriora la procesabilidad, en donde el deterioro es tanto mayor cuanto mayor es el contenido en aluminio (por ejemplo, en la aleacion 693-N06693). Lo mismo se aplica, incluso en mayor medida, para el silicio que forma fases intermetalicas de bajo punto de fusion con el mquel. En la aleacion 602 CA (N06025) o la aleacion 603 (N06603), la capacidad de conformado en frio, en particular, esta limitada por la alta proporcion en carburos prima- rios.
El documento de patente de EE.UU. n° 6.623.869 B1 da a conocer un material metalico que consiste en no mas de 0,2% de C, 0,01 - 4% de Si, 0,05 - 2,0% de Mn, no mas de 0,04% de P, no mas de 0,015% de S, 10 - 35% de Cr, 30
- 78% de Ni, 0,005 - < 4,5% de Al, 0,005 - 0,2% de N y al menos uno de los elementos 0,015 - 3% de Cu o 0,015 - 3% de Co, el resto hasta 100% de hierro. En este caso, el valor de 40Si+Ni+5Al+40N+10(Cu + Co) no es menor que
50, en donde los sfmbolos de los elementos representan el contenido de los elementos correspondientes. El material tiene una excelente resistencia a la corrosion en un entorno en el que puede producirse el desprendimiento de polvo metalico y, por lo tanto, puede ser utilizado para tubenas de horno, sistemas de tubenas, tubenas de intercambiado- res de calor y similares, en refinenas de petroleo o plantas petroqmmicas, y puede mejorar notablemente la vida util y la seguridad de la planta.
El documento EP 0 508 058 A1 da a conocer una aleacion austemtica de mquel-cromo-hierro que consiste en (en % en peso) C 0,12 - 0,3%, Cr 23 - 30%, Fe 8 - 11%, Al 1,8 - 2,4%, Y 0,01 - 0,15%, Ti 0,01 - 1,0%, Nb 0,01 - 1,0%, Zr 0,01 - 0,2%, Mg 0,001 - 0,015%, Ca 0,001 - 0,01%, N max. 0,03%, Si max. 0,5%, Mn max. 0,25%, P max. 0,02%, S max. 0,01%, el resto de Ni incluyendo impurezas inevitables relacionadas con la fusion.
El documento de patente de EE.UU. n° 4.882.125 B1 da a conocer una aleacion de mquel con alto contenido en cromo, que se caracteriza por una excelente resistencia a la sulfuracion y la oxidacion a temperaturas superiores a 1093°C, con una resistencia a la fluencia de mas de 200 h a temperaturas superiores a 983°C y una tension de 137,90 Bar (200 Psi), una buena resistencia a la traccion y buena elongacion, tanto a temperatura ambiente como a temperatura elevada, que consiste en (en % en peso) 27 - 35% de Cr, 2,5 - 5% de Al, 2,5 - 6% de Fe, 0,5 - 2,5% de Nb, hasta 0,1% de C, respectivamente hasta 1% de Ti y Zr, hasta 0,05% de Ce, hasta 0,05% de Y, hasta 1% de Si, hasta 1% de Mn y Ni el resto.
El documento EP 0 549 286 B1 da a conocer una aleacion de Ni-Cr resistente a temperatura elevada que contiene 55 -65% de Ni, 19-25% de Cr, 1 -4,5% de Al, 0,045-0,3% de Y, 0,15-1% de Ti, 0,005- 0,5% de C, 0,1 -1,5% de
51, 0-1% de Mn y al menos 0,005%, al menos uno de los elementos del grupo contiene Mg, Ca, Ce, < 0,5% en total de Mg + Ca, < 1% de Ce, 0,0001 - 0,1% de B, 0 - 0,5% de Zr, 0,0001 - 0,2% de N, 0 -10% de Co, 0 - 0,5% de Cu, 0
- 0,5% de Mo, 0 - 0,3% de Nb, 0 - 0,1% de V, 0 - 0,1% de W, el resto hierro e impurezas.
A traves del documento DE 600 04 737 T2 se ha dado a conocer una aleacion a base de mquel resistente al calor que contiene < 0,1% de C, 0,01 - 2% de Si, < 2% de Mn, < 0,005% de S, 10 - 25% de Cr, 2,1 - < 4,5% de Al, 0,055% de N, en total 0,001 -1% de al menos uno de los elementos B, Zr, Hf, en donde los elementos mencionados pueden estar presentes en los siguientes contenidos: B < 0,03%, Zr < 0,2%, Hf < 0,8%, Mo 0,01 - 15%, W 0,01 - 9%, en donde puede haber un contenido total en Mo + W de 2,5 - 15%, Ti 0 - 3%, Mg 0 - 0,01%, Ca 0 - 0,01%, Fe 0 -10%, Nb 0-1%, V 0 -1%, Y 0 - 0,1%, La 0 - 0,1%, Ce 0 - 0,01%, Nd 0 - 0,1%, Cu 0 - 5%, Co 0 - 5%, el resto mquel. Para Mo y W, se debe cumplir la siguiente formula:
2,5 < Mo + W <15 (1)
El documento de patente de EE.UU. 5.997.809 es una aleacion que se muestra en los casos de aplicacion a temperatura elevada, que contiene 27 a 35% de Cromo, 0 a 7% de hierro, 3 a 4,4% de aluminio, 0 a 0,14% de titan, 0,2 a 3% de niobe, 0,12 a 0,5% de carbono, 0 a 0,05% de zircon, 0,002 a 0,05% en total de cerio + itrio, 0 a 1% de man- ganeso, 0 a 1% de silicio, 0 a 0,5% de calcio + magnesio, 0 a 0,1% de boro, el resto mquel asf como impurezas.
La tarea subyacente de la invencion consiste en el diseno de una aleacion de mquel-cromo-aluminio, con contenidos suficientemente altos en cromo y aluminio, que aseguren una excelente resistencia al desprendimiento de polvo metalico, pero que al mismo tiempo muestre •
• buena estabilidad de fase
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• buena procesabilidad
• buena resistencia a la corrosion en aire, similar a la de la aleacion 602 CA (N06025)
• buena resistencia termica/resistencia a la fluencia.
Una aleacion de mquel-cromo-aluminio (en % en peso) con 24 a 33% de cromo, 1,8 a < 3,0% de aluminio, 0,10 a < 2,5% de hierro, 0,001 a 0,50% de silicio, 0,005 a 2,0% de manganeso, 0,00 a 0,60% de titanio, respectivamente 0,0002 a 0,05% de magnesio y/o calcio, 0,005 a 0,12% de carbono, 0,001 a 0,050% de nitrogeno, 0,0001 a 0,020% de oxfgeno, 0,001 a 0,030% de fosforo, max. 0,010% de azufre, max. 2,0% de molibdeno, max. 2,0% de tungsteno, opcionalmente 0,001 - < 0,50% de Nb, ademas que contiene opcionalmente un contenido en Y de 0,01 a 0,20%, un contenido en La de 0,001 a 0,20%, un contenido en cerio de 0,001 a 0,20%, un contenido en mezclas de metal cerio de 0,001 a 0,20%, un contenido en Zr de 0,01 a 0,20%, un contenido en B de 0,0001 - 0,008%, Co hasta 5,0%, Cu hasta un max. de 0,5%, max. 0,5% de V, el resto mquel y las impurezas relacionadas con los procesos habituales,
en donde se deben cumplir las siguientes relaciones:

Cr + Al >28 (2a)
y

Fp < 39,9 con (3a)

Fp = Cr + 0,272*Fe + 2,36*Al + 2,22*Si + 2,48*Ti + 0,374*Mo + 0,538*W - 11,8*C (4a)
en donde Cr, Fe, Al, Si, Ti, Mo, W y C son las concentraciones de los elementos en cuestion en % en masa, en don
de cuando se emplea Nb, a la formula 4a se anade un termino con Nb:

Fp = Cr + 0,272*Fe + 2,36*Al + 2,22*Si + 2,48*Ti + 1,26*Nb + 0,374*Mo + 0,538*W - 11,8*C (4b)
y Cr, Fe, Al, Si, Ti, Nb, Mo, W y C son las concentraciones de los elementos en cuestion en % en masa.
Mejoras ventajosas del objeto de la invencion se deducen a partir de las reivindicaciones dependientes asociadas.
El intervalo de separacion para el elemento de cromo se encuentra entre 24 y 33%, en donde los intervalos preferi- dos se pueden ajustar como sigue:
- > 25 - < 30%
- 25 a 33%
- 26 a 33%
- 27 a 32%
- 27 a 31%
- 27 a 30%
- 27,5 a 29,5%
- 29 a 31%
El contenido en aluminio se encuentra entre 1,8 y 4,0%, en donde el contenido en aluminio preferido se puede defi- nir, dependiendo del area de aplicacion de la de la aleacion, del siguiente modo:
- 1,8 a 3,2%
- 2,0 a 3,2%
- 2,0 a < 3,0%
- 2,0 a 2,8%
- 2,2 a 2,8%
- 2,2 a 2,6%
- 2,4 a 2,8%
- 2,3 a 2,7%
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El contenido en hierro se encuentra entre 0,1 y 7,0%, en donde, los contenidos preferidos se pueden ajustar dentro de los siguientes intervalos de separacion dependiendo del area de aplicacion:
- 0,1-4,0%
- 0,1-3,0%
- 0,1-< 2,5%
- 0,1-2,0%
- 0,1-1,0%
El contenido en silicio se encuentra entre 0,001 y 0,50%. Preferiblemente el Si se puede ajustar dentro del intervalo de separacion en la aleacion de la siguiente manera:
- 0,001 - 0,20%
- 0,001-< 0,10%
- 0,001 - < 0,05%.
- 0,010 - 0,20%
Lo mismo se aplica para el elemento manganeso, que puede estar contenido en 0,005 a 2,0% en la aleacion. Alter- nativamente, tambien es concebible el siguiente intervalo de separacion:
- 0,005-0,50%
- 0,005-0,20%
- 0,005 - 0,10%
- 0,005 - < 0,05%
- 0,010 - 0,20%
El contenido en titanio se encuentra entre el 0,0 y el 0,60%. Preferentemente el Ti se puede ajustar dentro del inter- valo de separacion de la siguiente manera en la aleacion:
- 0,001 -0,60%,
- 0,001 - 0,50%
- 0,001 - 0,30%
- 0,01 - 0,30%
- 0,01 - 0,25%
Tambien el magnesio y/o el calcio estan contenidos en 0,0002 a 0,05%. Preferentemente existe la posibilidad de ajustar estos elementos de la siguiente manera en la aleacion:
- 0,0002-0,03%
- 0,0002-0,02%
- 0,0005 - 0,02%
La aleacion contiene de 0,005 a 0,12% de carbono. Preferiblemente, este se puede ajustar dentro del intervalo de separacion de la siguiente manera en la aleacion:
- 0,01-0,10%
- 0,02 - 0,10%
- 0,03 - 0,10%
Esto es se aplica de la misma forma al elemento nitrogeno, que esta presente en contenidos entre 0,001 y 0,05%. Los contenidos preferidos se pueden indicar como sigue:
- 0,003-0,04%
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La aleacion contiene ademas fosforo en contenidos entre 0,001 y 0,030%. Los contenidos preferidos se pueden indicar como sigue:
- 0,001 -0,020%
La aleacion contiene ademas oxfgeno en contenidos entre 0,0001 y 0,020%, comprende especialmente 0,0001 a 0,010%.
El elemento azufre se especifica de la siguiente manera en la aleacion:
- Azufre max. 0,010%
El molibdeno y el tungsteno estan contenidos individualmente o en combinacion en la aleacion, con un contenido, respectivamente, a lo sumo de 2,0%. Los contenidos preferidos se pueden indicar como sigue:
- Mo max. 1,0%
- W max. 1,0%
- Mo max. < 0,50%
- W max. < 0,50%
- Mo max. < 0,05%
- W max. < 0,05%
La siguiente relacion entre Cr y Al se debe cumplir, de manera que se consiga una resistencia suficiente frente al
desprendimiento de polvo metalico:

Cr + Al >28 (2a)
en donde Cr y Al son las concentraciones de los elementos en cuestion en % en masa.
Los intervalos preferidos se pueden ajustar con

Cr + Al > q 29 (2b)

Cr + Al > 30 (2c)

Cr + Al >31 (2d)

Ademas, la siguiente relacion se debe cumplir, de manera que se consiga una estabilidad de fase suficiente: Fp < 39,9 con (3a)

Fp = Cr + 0,272*Fe + 2,36*Al + 2,22*Si + 2,48*Ti + 0,374*Mo + 0,538*W -11,8*C (4a)
en donde Cr, Fe, Al, Si, Ti, Mo, W y C son las concentraciones de los elementos en cuestion en % en masa. Los intervalos preferidos se pueden ajustar con:

Fp < 38,4 (3b)

Fp < 36,6 (3c)
Opcionalmente, el elemento itrio en la aleacion se puede ajustar en contenidos de 0,01 al 0,20%. Preferiblemente, Y se puede ajustar dentro del intervalo de separacion de la siguiente manera en la aleacion:
- 0,01-0,15%
- 0,01 - 0,10%
- 0,01 - 0,08%
- 0,01 - 0,05%
- 0,01 - <0,045%
Opcionalmente, el elemento lantano se puede ajustar en contenidos de 0,001 a 0,20% en la aleacion. Preferiblemente, La se puede ajustar dentro del intervalo de separacion de la siguiente manera en la aleacion:
5
10
15
20
25
30
35
- 0,001-0,15%
- 0,001-0,10%
- 0,001 -0,08%
- 0,001 - 0,05%
- 0,01 - 0,05%
Opcionalmente, el elemento Ce se puede ajustar en contenidos de 0,001 a 0,20% en la aleacion. Preferiblemente, Ce se puede ajustar dentro del intervalo de separacion de la siguiente manera en la aleacion:
- 0,001-0,15%
- 0,001 - 0,10%
- 0,001 - 0,08%
- 0,001 - 0,05%
- 0,01 - 0,05%
Opcionalmente, en el caso de adicion simultanea de Ce y La, tambien se pueden usar metales mixtos de cerio, y espedficamente con contenidos de 0,001 a 0,20%. Preferentemente el metal mixto de cerio se puede ajustar dentro del intervalo de separacion de la siguiente manera en la aleacion:
- 0,001-0,15%
- 0,001 - 0,10%
- 0,001 - 0,08%
- 0,001 - 0,05%
- 0,01 - 0,05%
Opcionalmente, el elemento Nb se puede ajustar en contenidos de 0,0 a 1,10% en la aleacion. Preferiblemente, Nb se puede ajustar dentro del intervalo de separacion de la siguiente manera en la aleacion:
- 0,001-< 1,10%
- 0,001-< 0,70%
- 0,001 - < 0,50%
- 0,001 - 0,30%
- 0,01 - 0,30%
- 0,10-1,10%
- 0,20 - 0,70%
- 0,10-0,50%
Si Nb esta contenido en la aleacion, la Formula 4a se debe complementar en un termino con Nb como
Fp = Cr + 0,272*Fe + 2,36*Al + 2,22*Si + 2,48*Ti + 1,26*Nb + 0,374*Mo + 0,538*W - 11,8*C
en donde Cr, Fe, Al, Si, Ti, Nb, Mo, W y C son las concentraciones de los elementos en cuestion en %
Si es necesario, el circonio se puede emplear en contenidos entre 0,01 y 0,20%. Preferentemente, el Zr se puede ajustar dentro del intervalo de separacion de la siguiente manera en la aleacion:
- 0,01-0,15%
- 0,01-< 0,10%
- 0,01 - 0,07%
- 0,01 - 0,05%
sigue:
(4b)
en masa.
5
10
15
20
25
30
35
Opcionalmente, el circonio tambien se puede sustituir total o parcialmente por
- 0,001 -0,20% de hafnio.
Opcionalmente, en la aleacion tambien puede estar contenido 0,001 a 0,60% de tantalo.
Opcionalmente, el elemento boro puede estar contenido como sigue en la aleacion:
- 0,0001 -0,008%
Los contenidos preferidos pueden indicarse como sigue:
- 0,0005-0,008%
- 0,0005-0,004%
Ademas, la aleacion puede contener entre 0,0 y 5,0% de cobalto que, ademas, se puede limitar aun mas como si- gue:
- 0,01 a 5,0%
- 0,01 a 2,0%
- 0,1 a 2,0%
- 0,01 a 0,5%
Ademas, como maximo puede estar contenido 0,5% de Cu en la aleacion.
El contenido en cobre puede estar restringido adicionalmente como sigue:
- Cu max. < 0,05%
- Cu max. < 0,015%.
Si Cu esta contenido en la aleacion, la Formula 4a se debe complementar en un termino con Cu como sigue:
Fp = Cr + 0,272*Fe + 2,36*Al + 2,22*Si + 2,48*Ti + 0,477*Cu + 0,374*Mo + 0,538*W - 11,8*C (4c)
en donde Cr, Fe, Al, Si, Ti, Cu, Mo, W y C son las concentraciones de los elementos en cuestion en % en masa.
Si Nb y Cu estan contenidos en la aleacion, la Formula 4a se debe complementar en un termino con Nb y en un termino con Cu como sigue:
Fp = Cr + 0,272*Fe + 2,36*Al + 2,22*Si + 2,48*Ti + 1,26*Nb + 0,477*Cu + 0,374*Mo + 0,538*W - 11,8*C (4d)
en donde Cr, Fe, Al, Si, Ti, Nb, Cu, Mo, W y C son las concentraciones de los elementos en cuestion en % en masa. Ademas, como maximo puede estar contenido 0,5% de vanadio en la aleacion.
Por ultimo, los elementos plomo, zinc y estano pueden estar presentes como impurezas en contenidos como siguen:
Pb max. 0,002%
Zn max. 0,002%
Sn max. 0,002%
Ademas, se puede cumplir opcionalmente la siguiente relacion, que describe una procesabilidad particularmente buena:

Fa < 60 con (5a)

Fa = Cr + 20,4*Ti + 201*C (6a)
en donde Cr, Ti y C son las concentraciones de los elementos en cuestion en % en masa.
Los intervalos preferidos se pueden ajustar con:

Fa < 54 (5b)
Si Nb esta contenido en la aleacion, la Formula 6a se debe complementar en un termino con Nb como sigue:
5
10
15
20
25
30
35
40
45

Fa = Cr + 6,15*Nb + 20,4*Ti + 201*C (6b)
en donde Cr, Nb, Ti y C son las concentraciones de los elementos en cuestion en % en masa.
Ademas, se puede cumplir opcionalmente la siguiente relacion, que describe una resistencia termica o resistencia a la fluencia especialmente buena:

Fk >45 con (7a)

Fk = Cr + 19*Ti + 10,2*Al + 12,5*Si + 98*C (8a)
en donde Cr, Ti, Al, Si y C son las concentraciones de los elementos en cuestion en % en masa.
Los intervalos preferidos se pueden ajustar con:

Fk < 49 (7b)

Fk < 53 (7c)
Si Nb y/o B esta contenido en la aleacion, la Formula 8a se debe complementar en un termino con Nb y/o B como sigue:

Fk = Cr + 19*Ti + 34,3*Nb + 10,2*Al + 12,5*Si + 98*C + 2245*B (8b)
en donde Cr, Ti, Nb, Al, Si, C y B son las concentraciones de los elementos en cuestion en % en masa.
La aleacion de acuerdo con la invencion se funde preferiblemente en un horno, seguido de un tratamiento en un sistema de VOD o VLF. Sin embargo, tambien es posible una fusion y colada en vado. A continuacion, la aleacion se funde en bloques o como colada continua. Si es necesario, el bloque se recuece a continuacion, durante 0,1 h a 70 h, a temperaturas entre 900°C y 1270°C. Ademas, es posible volver a fundir la aleacion adicionalmente con ESU y/o VAR. A partir de entonces, la aleacion se trabaja a la forma deseada de producto semiacabado. Para ello, se recuece si es necesario durante 0,1 h a 70 h, a temperaturas entre 900°C y 127o°C, y despues se forma en caliente, opcionalmente con recocidos intermedios de 0,05 h a 70 h entre 900°C y 1270°C. Opcionalmente, la superficie del material tambien se puede retirar para una limpieza qrnmica y/o mecanica de vez en cuando (incluso varias veces) y/o al final. Despues de la terminacion de la conformacion en caliente, se puede realizar opcionalmente una conformacion en fno a la forma deseada del producto semiacabado con grados de deformacion de hasta el 98%, opcionalmente, con recocidos intermedios durante 0,1 min a 70 h, entre 700°C y 1250°C, opcionalmente, bajo gas protector, tal como argon o hidrogeno, por ejemplo, seguido de enfriamiento al aire, llevado a cabo en la atmosfera de recocido agitado o en el bano de agua. Opcionalmente, se pueden llevar a cabo limpiezas qrnmicas y/o mecanicas de la superficie del material, de vez en cuando y/o despues del ultimo recocido.
La aleacion de acuerdo con la invencion se puede producir y emplear facilmente en las formas de producto de tipo banda, chapa, barra, alambre, tubena con soldadura longitudinal y tubena sin soldadura.
Estas formas de producto se producen con un tamano medio de grano de 5 pm a 600 pm. El intervalo preferido se encuentra entre 20 pm y 200 pm.
La aleacion de acuerdo con la invencion se utiliza preferiblemente en areas en las que prevalecen las condiciones de carburacion, tal como, por ejemplo, en piezas estructurales, especialmente tubenas, en la industria petroqmmica. Ademas, tambien es adecuada para la construccion de hornos.
Pruebas realizadas:
Las fases que aparecen en equilibrio se calcularon para las diferentes variantes de aleacion con el programa JMatPro de Thermotech. Como base de datos para los calculos se utilizo el banco de datos TTNI7 para las aleacio- nes a base de mquel de Thermotech.
La conformabilidad se determina en un ensayo de traccion segun DIN EN ISO 6892-1 a temperatura ambiente. En el mismo se determinan el lfmite elastico Rp0.2, la resistencia a la traccion Rm y el alargamiento A hasta la rotura. El alargamiento A se determina en la muestra fracturada por la elongacion de la longitud de referencia inicial L0:
A = (Lu - L0)/L0 = 100% = AL/L0 100%
en donde Lu = longitud de referencia despues de la fractura.
Dependiendo de la longitud de referencia, el alargamiento a la rotura se caracteriza por indices:
Por ejemplo, para A5 la longitud de referencia es L0 = 5d0, en donde d0 = diametro inicial de una muestra circular.
Los ensayos se realizaron en muestras circulares con un diametro de 6 mm en la zona de medida y una longitud de
referencia Lo de 30 mm. El muestreo se llevo a cabo transversalmente respecto a la direccion de deformacion del producto semiacabado. La velocidad de deformacion para Rp0.2 era 10 MPa/s y para Rm 6,7 10-31/s (40%/min).
La magnitud del alargamiento A en el ensayo de traccion a temperatura ambiente puede ser tomada como una me- dida de la deformabilidad. Un material facilmente procesable debe tener un alargamiento de al menos 50%.
5 La resistencia termica se determina en un ensayo de traccion en caliente de acuerdo con la norma DIN EN ISO 6892-2. En el mismo se determina el lfmite elastico Rp0.2, la resistencia a la traccion Rm y el alargamiento A hasta la rotura, de forma analoga al ensayo de traccion a temperatura ambiente (DIN EN ISO 6892-1).
Los ensayos se realizaron en muestras circulares con un diametro de 6 mm en la zona de medida y una longitud de referencia inicial L0 de 30 mm. El muestreo se llevo a cabo transversalmente respecto a la direccion de deformacion 10 del producto semiacabado. La velocidad de deformacion para Rp0.2 era 8,33 10"5 1/s (0,5%/min) y para Rm 8,33 10"4 1/s (5%/min).
Cada muestra se monta a temperatura ambiente en una maquina de ensayo de traccion y se calienta sin carga con una fuerza de traccion hasta la temperatura deseada. Despues de alcanzar la temperatura de ensayo, la muestra se mantiene sin carga durante una hora (600°C) o dos horas (700°C a 1100°C) para equilibrar la temperatura. A partir 15 de entonces, la muestra se carga con una fuerza de traccion, de tal manera que las velocidades de deformacion deseadas se mantienen, y la prueba comienza.
La resistencia a la fluencia de un material mejora con el aumento de la resistencia termica. Por lo tanto la resistencia termica tambien se utiliza para la evaluacion de la resistencia a la fluencia de los distintos materiales.
La resistencia a la corrosion a temperaturas elevadas se determino en un ensayo de oxidacion a 1000°C en aire, en 20 donde el ensayo se interrumpio cada 96 horas y se determinaron los cambios dimensionales de las muestras debido a la oxidacion. Las muestras se colocaron en crisoles de ceramica durante el ensayo, de modo que se recogio el oxido que se hubiera podido desprender y la masa del oxido desprendido se puede determinar por el peso del crisol que contiene los oxidos. La suma de la masa del oxido desprendido y del cambio en la masa de las muestras, co- rresponde a la variacion de masa bruta de la muestra. El cambio de masa espedfico es el cambio de masa con 25 respecto a la superficie de las muestras. En lo sucesivo, estos se denominan mneto para el cambio espedfico de masa neta, mbruto para el cambio espedfico de masa bruta, mspall para el cambio de masa espedfico de los oxidos desprendidos. Los ensayos se llevaron a cabo en muestras con un espesor de aproximadamente 5 mm. Tres muestras se extrajeron de cada lote, y los valores mostrados son los valores medios de estas 3 muestras.
Descripcion de las propiedades
30 Ademas de una excelente resistencia al desprendimiento de polvo metalico, la aleacion de acuerdo con la invencion tambien debe tener las siguientes propiedades:
• buena estabilidad de fase
• buena procesabilidad
• buena resistencia a la corrosion en aire, similar a la de la aleacion 602CA (N06025)
35 • buena resistencia termica/resistencia a la fluencia.
Estabilidad de fase
En el sistema de mquel-cromo-aluminio-hierro con adiciones de Ti y/o Nb, se pueden formar diversas fases TCP de fragilizacion, tales como, por ejemplo, fases laves, fases sigma o fases p o tambien fases n de fragilizacion o fases £, dependiendo del contenido de la aleacion (vease, por ejemplo, Ralf Burgel, Handbuch der Hochtemperaturwerkstoff- 40 technik, 3a edicion, Vieweg Verlag, Wiesbaden, 2006, paginas 370-374). El calculo de las fracciones de la fase de equilibrio como una funcion de la temperatura, por ejemplo, de la carga 111389 para N06690, (vease la Tabla 2, composiciones tfpicas) muestra matematicamente la formacion de cromo a con un bajo contenido en Ni y/o Fe (fase BCC en la Fig. 2) por debajo de 720°C (Ts bcc) en grandes proporciones. Sin embargo, esta fase se forma solo con dificultad, ya que es analtticamente muy diferente del material de base. Sin embargo, si la temperatura de formacion 45 de Ts bcc de esta fase es muy alta, puede ocurrir sin duda, como se describe, por ejemplo, en E. "Slevolden, J.Z. Albertsen. U. Fink, "Tjeldbergodden Methanol Plant: Metal Dusting Investigations, Corrosion/2011, separata n° 11144 (Houston, TX: NACE 2011), pag. 15" para una variante de la aleacion 693 (UNS 06693). Esta fase es fragil y conduce a una fragilizacion no deseada del material. La Figura 3 y la Figura 4 muestran los diagramas de fase de las va- riantes de la aleacion 693 (del documento de patente de EE.UU. n° 4.882.125 Tabla 1) de la aleacion 3 o de la alea- 50 cion 10 en la Tabla 2. La aleacion 3 tiene una temperatura de formacion Ts bcc de 1079°C, la aleacion 10 de 639°C. En "E. Slevolden, J.Z. Albertsen. U. Fink, Tjeldbergodden Methanol Plant: Metal Dusting Investigations, "Corrosion/2011, separata n° 11144 (Houston, TX: NACE 2011), pag. 15", no se describe el analisis exacto de la aleacion en la que se produce el cromo a (BCC). Sin embargo, se puede suponer que, entre los ejemplos presentados en la Tabla 2 para la aleacion 693, se puede formar cromo a (fase BCC) en los analisis que tienen matematicamente las
5
10
15
20
25
30
35
40
45
temperaturas mas altas de formacion Ts bcc (como la aleacion 10, por ejemplo). En un analisis corregido (con una reduccion de la temperatura de formacion Ts bcc, se observo cromo a solo en la proximidad de la superficie, en "E. Slevolden, J.Z. Albertsen. U. Fink, Tjeldbergodden Methanol Plant: Metal Dusting Investigations, Corrosion/2011, separata n° 11144 (Houston, TX: NACe 2011), pag. 15". Para evitar la aparicion de una fase tal de fragilizacion, la temperatura de formacion Ts bcc en las aleaciones de acuerdo con la invencion debe ser menor o igual a 939°C, la temperatura de formacion Ts bcc mas baja entre los ejemplos para la aleacion 693 de la Tabla 2 (documento de pa- tente de EE.UU. n° 4.88.125 Tabla 1).
Este es el caso en particular cuando se cumple la siguiente formula:
Fp < 39,9 con (3a)
Fp = Cr + 0,272*Fe + 2,36*Al + 2,22*Si + 2,48*Ti + 0,374*Mo + 0,538*W -11,8*C (4a)
en donde Cr, Al, Fe, Si, Ti, Nb, Cu, Mo, W y C son las concentraciones de los elementos en cuestion en % en masa.
La Tabla 2 con las aleaciones de acuerdo con la tecnica anterior muestra que Fp para la aleacion 8, la aleacion 3 y la aleacion 2 es > 39,9 y para la aleacion 10 es exactamente 39,9. Para todas las demas aleaciones con Ts bcc < 939°C, Fp es < 39,9.
Procesabilidad
La capacidad de conformacion sera considerada en este documento como un ejemplo de procesabilidad.
Una aleacion puede ser endurecida por varios mecanismos, de modo que tenga una alta resistencia termica o resis- tencia a la fluencia. Por lo tanto, una aleacion con otro elemento provoca un aumento mayor o menor de la resistencia (endurecimiento en solucion solida), en funcion del elemento. Un aumento de la resistencia a traves de partfculas o precipitados finos (endurecimiento por precipitacion) es mucho mas eficaz. Esto puede tener lugar, por ejemplo, por la fase y', que se forma por adiciones de Al y otros elementos, tales como, por ejemplo, Ti, a una aleacion de mquel, o a traves de carburos, que se forman por adicion de carbono a una aleacion de mquel que contiene cromo (vease, por ejemplo, Ralf Burgel, Handbuch der Hochtemperaturwerkstofftechnik, 3a edicion, Vieweg Verlag, Wiesbaden, 2006, paginas 358-369).
El aumento del contenido en elementos que forman la fase y', o del contenido en C, de hecho aumenta la resistencia termica, pero cada vez deteriora mas la deformabilidad, incluso en estado recocido por disolucion.
Para un material que sea muy facilmente deformable, se desean alargamientos A5 en el ensayo de traccion a temperatura ambiente de > 50%, pero al menos de > 45%.
Esto se consigue, en particular, cuando se cumple la siguiente relacion entre los elementos Cr, Nb, Ti y C que forman carburo:
Fa < 60 con (5a)
Fa = Cr + 6,15*Nb + 20,4*Ti + 201*C (6b)
en donde Cr, Nb, Ti y C son las concentraciones de los elementos en cuestion en % en masa.
Resistencia termica/resistencia a la fluencia
Al mismo tiempo, el lfmite elastico o la resistencia a la traccion a temperaturas mas altas deben alcanzar al menos
los valores de la aleacion 601 (vease la Tabla 4).
600°C: lfmite elastico Rp0.2 > 150 MPa; resistencia a la traccion Rm > 500 MPa (9a, 9b)
800°C: lfmite elastico Rp0.2 > 130 MPa; resistencia a la traccion Rm > 135 MPa (9c, 9d)
Sena deseable que el lfmite elastico o la resistencia a la traccion estuviera en el rango de valores de la aleacion 602CA (vease la Tabla 4). Se deben cumplir al menos 3 de las 4 relaciones siguientes:
600°C: lfmite elastico Rp0.2 > 230 MPa; resistencia a la traccion Rm > 550 MPa (10a, 10b)
800°C: lfmite elastico Rp0.2 > 180 MPa; resistencia a la traccion Rm > 190 MPa (10c, 10d)
Esto se consigue, en particular, cuando se cumple la siguiente relacion entre los elementos principalmente de endurecimiento:
Fk < 45 con (7a)
Fk = Cr + 19*Ti + 34,3*Nb + 10,2*Al + 12,5*Si + 98*C + 2,245*B (8b)
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
en donde Cr, Ti, Nb, Al, Si, C y B son las concentraciones de los elementos en cuestion en % en masa.
Resistencia a la corrosion:
La aleacion de acuerdo con la invencion debe tener una buena resistencia a la corrosion en aire, similar a la de la aleacion 602CA (N06025).
Ejemplos
Preparacion:
Las Tablas 3a y 3b muestran los analisis de las cargas fundidas a escala de laboratorio junto con algunas cargas fundidas a escala industrial para comparacion, de acuerdo con la tecnica anterior, de la aleacion 602CA (N06025), la aleacion 690 (N06690), la aleacion 601 (N06601). Las cargas de acuerdo con la tecnica anterior estan marcadas con una T, aquellas de acuerdo con la invencion con una E. Las cargas correspondientes a la escala de laboratorio estan marcadas con una L, las cargas fundidas a escala industrial con una G.
Los bloques de las aleaciones fundidas a vado a escala de laboratorio en la Tabla 3a y b se recocieron durante 8 h entre 900°C y 1270°C, y mediante laminado en caliente y mas recocidos intermedios entre 900°C y 1270°C, durante 0,1 a 1 h, con un espesor final de 13 mm o 6 mm laminados en caliente. Las laminas producidas de esta manera fueron recocidas en solucion durante 1 h entre 900°C y 1270°C. Las muestras necesarias para las mediciones fue- ron preparadas a partir de estas laminas.
En las aleaciones fundidas a escala industrial, se tomo una muestra de la produccion a escala industrial de una lamina producida comercialmente de espesor adecuado. Las muestras necesarias para las mediciones fueron preparadas a partir de estas laminas.
Todas las variantes de aleacion teman tfpicamente un tamano de partfcula de 70 a 300 pm.
Para las cargas ejemplares en la Tabla 3a y 3b, se compararon las siguientes propiedades:
- Resistencia al desprendimiento de polvo metalico
- Estabilidad de fase
- Capacidad de deformacion en base al ensayo de traccion a temperatura ambiente
- Resistencia termica/resistencia a la fluencia por medio de ensayos de traccion en caliente
- Resistencia a la corrosion por medio de una prueba de oxidacion
En las cargas fundidas a escala de laboratorio 2297 a 2308 y 250060 a 250149, pero sobre todo para las cargas de acuerdo con la invencion marcadas con E (2301, 250129, 250132, 250133, 250134, 250137, 240138, 250147, 250148), se cumple la formula (2a) Al + Cr > 28. Por lo tanto, cumplen con el requerimiento que se ha impuesto de resistencia al desprendimiento de polvo metalico.
Para las aleaciones seleccionadas de acuerdo con la tecnica anterior en la Tabla 2 y para todos las cargas de laboratorio (Tablas 3a y 3b), se calcularon por tanto los diagramas de fase y se introdujo la temperatura de formacion Ts bcc en las Tablas 2 y 3a. Para las composiciones en las Tablas 2, asf como 3a y 3b, tambien se calculo el valor de Fp de acuerdo con la Formula 4a. Fp es mayor cuanto mayor es la temperatura de formacion Ts bcc. Todos los ejemplos de N06693 con una temperatura de formacion Ts bcc mayor que la de la aleacion 10, tienen una Fp > 39,9. Por consiguiente, el requisito Fp < 39,9 (formula 3a) es un buen criterio para la obtencion de una estabilidad de fase adecuada en una aleacion. Todas las cargas de laboratorio de la Tabla 3a y 3b cumplen el criterio Fp < 39,9.
En la Tabla 4 se introduce el lfmite elastico Rp0.2, la resistencia a la traccion Rm y el alargamiento A5 para temperatura ambiente (TA) y para 600°C, asimismo la resistencia a la traccion Rm para 800°C. Los valores de Fa y Fk tambien se registraron.
Las cargas ejemplares 156817 y 160483 de la aleacion de acuerdo con la tecnica anterior, la aleacion 602 CA en la Tabla 4, tienen comparativamente un alargamiento A5 relativamente pequeno a temperatura ambiente de 36 o 42%, que esta por debajo de los requisitos para una buena deformabilidad. Fa es > 60 y por lo tanto por encima del inter- valo que caracteriza una buena deformabilidad. Todas las aleaciones de acuerdo con la invencion (E) muestran un alargamiento > 50%. Por lo tanto, cumplen con los requisitos. Fa es < 60 para todas las aleaciones de acuerdo con la invencion. Por lo tanto, se encuentran en el intervalo de buena deformabilidad. El alargamiento es particularmente alto cuando Fa es comparativamente pequena.
La carga ejemplar 156658 de la aleacion de acuerdo con la tecnica anterior, la aleacion 601 en la Tabla 4, es un ejemplo de los requisitos mmimos para el lfmite elastico y la resistencia a la traccion a 600°C y 800°C, mientras que las cargas ejemplares 156817 y 160483 de la aleacion de acuerdo con la tecnica anterior, la aleacion 602 CA, son
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
por el contrario ejemplos de valores muy buenos de Kmite elastico y resistencia a la traccion a 600°C y 800°C. La aleacion 601 representa un material que muestra los requisitos mmimos de resistencia termica y resistencia a la fluencia, que se describen en las relaciones 9a a 9d, la aleacion 602 CA, un material que muestra una excelente resistencia termica y resistencia a la fluencia, que se describen en las relaciones 10a a 10d. Para ambas aleaciones, el valor de Fk es mucho mayor que 45, y para la aleacion 602 CA es, ademas, incluso mucho mas alto que el valor de la aleacion 601, lo que refleja los valores de resistencia elevados de la aleacion 602 CA. Por lo tanto, las aleaciones de acuerdo con la invencion (E) muestran todas un lfmite elastico y resistencia a la traccion a 600°C y 800°C en el intervalo de o considerablemente superior al de la aleacion 601, y tambien cumplen las relaciones 9a a 9d. Se encuentran en el intervalo de los valores de la aleacion 602 CA y tambien cumplen los requisitos deseables, es de- cir, 3 de las 4 relaciones 10a a 10d. Fk es tambien mayor que 45 para todas las aleaciones de acuerdo con la invencion en los ejemplos de la Tabla 4, y de hecho es incluso mayor que 54 en la mayona de los casos y por lo tanto en el intervalo que se caracteriza por una buena resistencia termica y resistencia a la fluencia. Entre las cargas de labo- ratorio que no son de acuerdo con la invencion, las cargas 2297 y 2300 son un ejemplo de que no se cumplen las relaciones 9a a 9d y tambien se da Fk < 45.
La Tabla 5 muestra los cambios dimensionales espedficos despues de un ensayo de oxidacion a 1100°C en aire, despues de 11 ciclos de 96 h, es decir, un total de 1056 h. El cambio dimensional bruto espedfico, el cambio dimensional neto espedfico y el cambio dimensional espedfico de los oxidos desprendidos despues de 1056 horas, se indica en la Tabla 5. Las cargas a modo de ejemplo de las aleaciones de acuerdo con la tecnica anterior, la aleacion 601 y la aleacion 690, mostraban un cambio dimensional bruto mucho mayor que la aleacion 602 CA, siendo el de la aleacion 601 incluso claramente mayor que el de la aleacion 690. Ambas forman una capa de oxido de cromo que crece mas rapido que una capa de oxido de aluminio. La aleacion 601 todavfa contiene aproximadamente 1,3% de Al. Este contenido es demasiado bajo para formar una capa de oxido de aluminio, aunque solo sea en parte cerrada, por lo que el aluminio en el interior del material metalico se oxida por debajo de la capa de oxido (oxidacion interna), lo que produce un mayor aumento de masa en comparacion con la aleacion 690. La aleacion 602 CA tiene aproximadamente 2,3% de aluminio. Por lo tanto en esta aleacion se puede formar una capa de oxido de aluminio, al me- nos parcialmente cerrada, por debajo de la capa de oxido de cromo. Esto reduce marcadamente el crecimiento de la capa de oxido y por lo tanto tambien el aumento espedfico en masa. Todas las aleaciones de acuerdo con la invencion (E) contienen al menos 2% de aluminio y, por lo tanto, tienen un aumento bruto en masa igualmente pequeno o mas pequeno, que el de la aleacion 602 CA. Ademas, todas las aleaciones de acuerdo con la invencion muestran, de manera similar a las cargas a modo de ejemplo de la aleacion 602 CA, desprendimientos en la zona de precision de medida, mientras que la aleacion 601 y la aleacion 690 muestran grandes desprendimientos.
Por lo tanto, los lfmites reivindicados para la aleacion "E" de acuerdo con la invencion se pueden establecer con detalle como sigue:
Contenidos muy bajos en Cr significan que la concentracion de Cr en la interfase oxido-metal disminuye muy rapi- damente por debajo del lfmite cntico durante el uso de la aleacion en un ambiente corrosivo, de modo que ya no se puede formar una capa de oxido de cromo pura cerrada en caso de un dano en la capa de oxido, sino que se pueden formar otros oxidos menos protectores. Por lo tanto, 24% de Cr es el lfmite inferior para el cromo. Contenidos demasiado altos en Cr afectan negativamente a la estabilidad de fase de la aleacion, sobre todo con altos contenidos en aluminio de > 1,8%. Por lo tanto, se debe considerar 33% de Cr como el lfmite superior.
La formacion de una capa de oxido de aluminio por debajo de la capa de oxido de cromo reduce la tasa de oxida- cion. Por debajo de 1,8% de Al, la capa de oxido de aluminio que se forma es demasiado incompleta para poder desarrollar por completo su efecto. Contenidos demasiado altos en Al afectan negativamente a la procesabilidad de la aleacion. Por lo tanto un contenido en Al de 4,0% constituye el lfmite superior.
Los costes de la aleacion aumentan con la reduccion del contenido en hierro. Por debajo de 0,1%, los costes au- mentan de forma desproporcionada, ya que se debe utilizar un material primario especial. Por razones de costes, por lo tanto, 0,1% de Fe debe ser considerado el lfmite inferior. Con el aumento del contenido en hierro, disminuye la estabilidad de fase (formacion de fases fragilizantes), especialmente con altos contenidos en cromo y aluminio. Por lo tanto 7% de Fe es un lfmite superior razonable para asegurar la estabilidad de fase de la aleacion de acuerdo con la invencion.
El Si es necesario durante la produccion de la aleacion. Por lo tanto, un contenido mmimo de 0,001% es necesario. Un contenido demasiado elevado a su vez afecta negativamente a la procesabilidad y la estabilidad de fase, especialmente con altos contenidos de aluminio y cromo. Por consiguiente, el contenido en Si se limita a 0,50%.
Un contenido mmimo de 0,005% de Mn es necesario para la mejora de la procesabilidad. El manganeso se limita al 2,0%, ya que este elemento reduce la resistencia a la oxidacion.
El titanio aumenta la resistencia a temperatura elevada. A partir de 0,60%, el comportamiento de oxidacion puede verse afectado en gran medida, por ello 0,60% es el valor maximo.
Incluso contenidos muy bajos en Mg y/o Ca mejoran el procesamiento a traves de la union de azufre, lo que evita la aparicion de eutecticos NiS de bajo punto de fusion. Por lo tanto, para Mg y Ca es necesario un contenido irnnimo de
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0,0002%. Con contenidos demasiado altos, se pueden formar fases Ni-Mg o fases Ni-Ca intermetalicas, que a su vez perjudican en gran medida la procesabilidad. Por consiguiente, el contenido en Mg y/o Ca se limita a un maximo de 0,05%.
Un contenido mmimo de 0,005% de C es necesario para una buena resistencia a la fluencia. El C se limita a un maximo de 0,12%, ya que este elemento a partir de ese contenido reduce la procesabilidad debido a una excesiva formacion de carburos primarios.
Un contenido mmimo de 0,001% de N es necesario, con el que se mejora la procesabilidad del material. El N se limita a un maximo de 0,05%, ya que este elemento reduce la procesabilidad debido a la formacion de carbonitruros brutos. El contenido en oxfgeno debe ser < 0,020%, con el fin de garantizar la capacidad de produccion de la aleacion. Un contenido demasiado bajo de oxfgeno aumenta los costes. Por lo tanto, el contenido en oxfgeno es de > 0,001%.
El contenido en fosforo debe ser inferior o igual a 0,030%, ya que este elemento de superficie activa perjudica la resistencia a la oxidacion. Un contenido demasiado bajo en P aumenta los costes. Por lo tanto, el contenido en P es > 0,001%.
El contenido en azufre se debe ajustar tan bajo como sea posible, ya que este elemento de superficie activa perjudica la resistencia a la oxidacion. Por lo tanto, 0,010% de S se establece como maximo.
El molibdeno se limita a un maximo de 2,0%, ya que este elemento reduce la resistencia a la oxidacion.
El tungsteno se limita a un maximo de 2,0%, ya que este elemento tambien reduce la resistencia a la oxidacion.
Se debe cumplir la siguiente relacion entre Cr y Al, de manera que se consiga suficiente resistencia al desprendi- miento de polvo metalico:
Cr + Al >28 (2a)
en donde Cr y Al son las concentraciones de los elementos en cuestion en % en masa. Solo entonces el contenido en elementos formadores de oxido es suficientemente alto para asegurar una suficiente resistencia al desprendi- miento de polvo metalico.
Ademas, se debe cumplir la siguiente relacion, con el fin de conseguir suficiente estabilidad de fase:
Fp < 39,9 con (3a)
Fp = Cr + 0,272*Fe + 2,36*Al + 2,22*Si + 2,48*Ti + 0,374*Mo + 0,538*W -11,8*C (4a)
en donde Cr, Fe, Al, Si, Ti, Mo, W y C son las concentraciones de los elementos en cuestion en % en masa. Los lfmites para Fp, asf como la posible incorporacion de otros elementos se han establecido con detalle en el texto anterior.
Si es necesario, la resistencia a la oxidacion se puede mejorar adicionalmente con adiciones de elementos que son afines al oxfgeno. Esto se logra mediante su incorporacion en la capa de oxido y ah en los lfmites de grano, blo- quean los caminos de difusion del oxfgeno.
Un contenido mmimo de 0,01% de Y es necesario, con el fin de obtener el efecto de mejorar la resistencia a la oxidacion de Y. Por razones de coste, el lfmite superior se establece en 0,20%.
Un contenido mmimo de 0,001% de La es necesario, con el fin de obtener el efecto que mejora la resistencia a la oxidacion de La. Por razones de coste, el lfmite superior se establece en 0,20%.
Un contenido mmimo de 0,001% de Ce es necesario, con el fin de obtener el efecto que mejora la resistencia a la oxidacion de Ce. Por razones de coste, el lfmite superior se establece en 0,20%.
Un contenido mmimo de 0,001% en mezclas de metal cerio es necesario, con el fin de obtener el efecto que mejora la resistencia a la oxidacion de mezclas de metal cerio. Por razones de coste, el lfmite superior se establece en 0,20%.
Si es necesario, se puede anadir niobio, ya que niobio tambien aumenta la resistencia a temperatura elevada. Contenidos mas elevados aumentan los costes en gran manera. Por tanto, el lfmite superior se establece en 1,10%.
Si es necesario, la aleacion tambien puede contener tantalio, ya que el tantalio tambien aumenta la resistencia a temperatura elevada. Contenidos mas elevados aumentan los costes en gran manera. Por tanto, el lfmite superior se establece en 0,60%. Un contenido mmimo de 0,001% es necesario con el fin de lograr un efecto.
Si es necesario, la aleacion tambien puede contener Zr. Un contenido mmimo de 0,01% de Zr es necesario, con el fin de obtener el efecto de Zr que mejora la resistencia a la temperatura elevada y la resistencia a la oxidacion. Por
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razones de coste, el Ifmite superior se establece en 0,20% de Zr.
Si es necesario, Zr se puede sustituir completa o parcialmente por Hf, ya que este elemento, igual que Zr, tambien aumenta la resistencia a temperatura elevada y la resistencia a la oxidacion. La sustitucion es posible a partir de contenidos de 0,001%. Por razones de coste, el lfmite superior se establece en 0,20% de Hf.
Si es necesario, se puede anadir boro a la aleacion, ya que el boro mejora la resistencia a la fluencia. Por lo tanto, debe estar presente un contenido de al menos 0,0001%. Al mismo tiempo, este elemento de superficie activa dete- riora la resistencia a la oxidacion. Por lo tanto, 0,008% de boro se establece como maximo.
El cobalto puede estar presente en esta aleacion hasta el 5,0%. Contenidos mas altos reducen notablemente la resistencia a la oxidacion.
El cobre esta limitado a un maximo de 0,5%, ya que este elemento reduce la resistencia a la oxidacion.
El vanadio se limita a un maximo de 0,5%, ya que este elemento reduce igualmente la resistencia a la oxidacion.
Pb esta limitado a un maximo de 0,002%, ya que este elemento reduce la resistencia a la oxidacion. Lo mismo se aplica para Zn y Sn.
Ademas, se puede cumplir opcionalmente la siguiente relacion, que describe una procesabilidad buena de los ele- mentos formadores de carburo Cr, Ti y C:
Fa < 60 con (5a)
Fa = Cr + 20,4*Ti + 201*C (6a)
en donde Cr, Ti y C son las concentraciones de los elementos en cuestion en % en masa. Los lfmites para Fa y la posible incorporacion de otros elementos se han establecido con detalle en el texto anterior.
Ademas, la siguiente relacion, que describe una resistencia termica o resistencia a la fluencia especialmente buena, con respecto a los elementos que aumentan la resistencia, se puede cumplir opcionalmente:
Fk >45 con (7a)
Fk = Cr + 19*Ti + 10,2*Al + 12,5*Si + 98*C (8a)
en donde Cr, Ti, Al, Si y C son las concentraciones de los elementos en cuestion en % en masa. Los lfmites para Fa y la posible incorporacion de otros elementos se han establecido con detalle en el texto anterior.

Claims (17)

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    REIVINDICACIONES
    1. Aleacion de mquel-cromo-aluminio con 24 a 33% (en % en peso) de cromo, 1,8 a < 3,0% de aluminio, 0,10 a < 2,5% de hierro, 0,001 a 0,50% de silicio, 0,005 a 2,0% de manganeso, 0,00 a 0,60% de titanio, respectivamente 0,0002 a 0,05% de magnesio y/o calcio, 0,005 a 0,12% de carbono, 0,001 a 0,050% de nitrogeno, 0,0001 a 0,020% de oxfgeno, 0,001 a 0,030% de fosforo, max. 0,010% de azufre, max. 2,0% de molibdeno, max. 2,0% de tungsteno, opcionalmente 0,001 - < 0,50% de Nb, ademas que contiene opcionalmente un contenido en Y de 0,01 a 0,20%, un contenido en La de 0,001 a 0,20%, un contenido en cerio de 0,001 a 0,20%, un contenido en mezclas de metal cerio de 0,001 a 0,20%, un contenido en Zr de 0,01 a 0,20%, un contenido en B de 0,0001 - 0,008%, Co hasta 5,0%, Cu hasta un max. de 0,5%, max. 0,5% de V, el resto mquel y las impurezas relacionadas con los procesos habituales,
    en donde se deben cumplir las siguientes relaciones:

    Cr + Al >28 (2a)

    y Fp < 39,9 con (3a)

    Fp = Cr + 0,272*Fe + 2,36*Al + 2,22*Si + 2,48*Ti + 0,374*Mo + 0,538*W - 11,8*C (4a)
    en donde Cr, Fe, Al, Si, Ti, Mo, W y C son las concentraciones de los elementos en cuestion en % en masa, en donde cuando se emplea Nb, a la formula 4a se anade un termino con Nb:

    Fp = Cr + 0,272*Fe + 2,36*Al + 2,22*Si + 2,48*Ti + 1,26*Nb + 0,374*Mo + 0,538*W - 11,8*C (4b)
    y Cr, Fe, Al, Si, Ti, Nb, Mo, W y C son las concentraciones de los elementos en cuestion en % en masa.
  2. 2. Aleacion segun la reivindicacion 1, con un contenido en cromo de 25 a 33%, especialmente de 26 a 33%.
  3. 3. Aleacion segun la reivindicacion 1 o 2, con un contenido en cromo > 25 a < 30%.
  4. 4. Aleacion segun una de las reivindicaciones 1 a 3, con un contenido en aluminio de 2,0 a < 3,0%
  5. 5. Aleacion segun una de las reivindicaciones 1 a 4, con un contenido en silicio de 0,001 - 0,20%.
  6. 6. Aleacion segun una de las reivindicaciones 1 a 5, con un contenido en manganeso de 0,005 a 0,50%.
  7. 7. Aleacion segun una de las reivindicaciones 1 a 6, con un contenido en titanio de 0,001 - 0,60%.
  8. 8. Aleacion segun una de las reivindicaciones 1 a 7, con un contenido en carbono de 0,01 a 0,10%.
  9. 9. Aleacion segun una de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el circonio esta sustituido por completo o en parte por 0,001 a 0,2% de hafnio.
  10. 10. Aleacion segun una de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende un maximo de 0,5% de cobre, en donde la formula 4a se complementa en un termino con cobre:
    Fp = Cr + 0,272*Fe + 2,36*Al + 2,22*Si + 2,48*Ti + 0,477*Cu + 0,374*Mo + 0,538*W - 11,8*C (4c)
    y Cr, Fe, Al, Si, Ti, Cu, Mo, W y C son las concentraciones de los elementos en cuestion en % en masa.
  11. 11. Aleacion segun una de las reivindicaciones 1 a 10, en donde las impurezas se ajustan en contenidos de max. 0,002% de Pb, max. 0,002% de Zn, max. 0,002% de Sn.
  12. 12. Aleacion segun una de las reivindicaciones 1 a 11, en la que se cumple la siguiente formula y de este modo se consigue una procesabilidad particularmente buena:
    Fa < 60 (5a) < con Fa = Cr + 20,4*Ti + 201*C (6a) para una aleacion sin Nb, en donde Cr, Ti y C son las concentraciones de los elementos en cuestion en % en masa,
    o con Fa = Cr + 6,15*Nb + 20,4*Ti + 201*C (6b) para una aleacion con Nb, en donde Cr, Nb, Ti y C son las concentraciones de los elementos en cuestion en % en masa.
  13. 13. Aleacion segun una de las reivindicaciones 1 a 12, en la que se cumple la siguiente formula y de este modo se consigue una resistencia termica/resistencia a la fluencia especialmente buena:
    Fk >45 (7a)
    con Fk = Cr + 19*Ti + 10,2*Al + 12,5*Si + 98*C (8a)
    para una aleacion sin B ni Nb, en donde Cr, Ti, Al, Si y C son las concentraciones de los elementos en cuestion en % en masa,
    o con Fk = Cr + 19*Ti + 34,3*Nb + 10,2*Al + 12,5*Si + 98*C + 2245*B (8b) para una aleacion con B y/o Nb,
    en donde Cr, Ti, Nb, Al, Si, C y B son las concentraciones de los elementos en cuestion en % en masa.
  14. 14. Uso de la aleacion segun una de las reivindicaciones 1 a 13, como banda, chapa, alambre, barra, tubena con 5 soldadura longitudinal y tubena sin soldadura.
  15. 15. Uso de la aleacion segun una de las reivindicaciones 1 a 13, para la fabricacion de tubenas sin soldadura.
  16. 16. Uso de la aleacion segun una de las reivindicaciones 1 a 15, en atmosferas fuertemente carburantes.
  17. 17. Uso de la aleacion segun una de las reivindicaciones 1 a 15, como componente de construccion en la industria petroqmmica.
    10 18. Uso de la aleacion segun una de las reivindicaciones 1 a 15, en la construccion de hornos.
    Fig. 1
    LZ
    Tasa de perdida de masa maxima normalizada
    imagen1
    910Z-ZI-10
    £LZl£l£l3
    imagen2
    imagen3
    * LIQUIDO
    ♦ GAMA
    Bmn
    #M23C6
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    ©<3AMA_PRIMA
    • NI2M
    Fig. 2
    ro
    CD
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    ±UQUIDO
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    Bmn
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    ♦ LI'QUIDO
    ♦ GAMA ♦aln Bmn *M23C6
    ©GAMA_PRIMA
    +BCC
    ♦ NI2M
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