ES2642904T3 - Acero resistente a la corrosión para aplicaciones marinas - Google Patents

Description

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DESCRIPCION

Acero resistente a la corrosion para aplicaciones marinas CAMPO DEL INVENTO

El presente invento se refiere generalmente a unos aceros resistentes a la corrosion y a unos productos hechos de tales aceros. El invento se refiere especialmente, pero no exclusivamente, a aceros resistentes a la corrosion para productos destinados a su uso en aplicaciones marinas. Estos productos incluyen, entre otros, pilotes de chapa, pilotes de soporte, paredes combinadas, etc, que en su uso se sumergen en el agua marina.

ANTECEDENTES DEL INVENTO

Desde el comienzo de la 20a centuria se han usado pilotes de chapa de acero en la construccion de muelles y puertos, esclusas y malecones, proteccion de orillas de nos asf como excavaciones en tierra y en agua y, en general, en trabajos de excavacion para pilares de puentes, paredes de retencion, estructuras de cimientos, etc.

Ademas de paredes lisas con pilotes de chapa, se pueden usar facilmente pilotes de chapa como tablas de entibar entre pilotes maestros para erigir paredes combinadas (o "combi-paredes"), para la construccion de paredes profundas de muelles con alta resistencia a la flexion. Los pilotes maestros son tipicamente o bien vigas de alas anchas o tubos soldados conformados en fno. Las tablas de entibar se conectan a los pilotes maestros por medio de barras de enclavamiento (conectadores).

El diseno de una pared de pilotes de chapa y mas generalmente de una combi-pared de acero se gobierna por las cargas que actuan sobre ella, que incluyen fuerzas aplicadas procedentes de sobrecargas por tierras, por agua y superficiales. El rendimiento mecanico de los elementos estructurales tales como pilotes de chapa y tubos es por lo tanto un parametro principal.

Otro aspecto esencial que se ha de considerar en el diseno de una combi-pared es la durabilidad. Claramente el tiempo de vida util de estructuras de pilotes de chapa sera influenciado fuertemente por factores ambientales. Los que trabajan en un ambiente marino son conocedores de que la corrosion es uno de los mas importantes factores a considerar en la vida a largo plazo de una estructura.

Desde luego, los cloruros encontrados en ambientes marinos estimulan el proceso de corrosion y son la razon principal de los ataques mas agresivos sobre el acero. El viento y las olas se combinan para proporcionar oxfgeno y humedad para una reaccion electroqmmica y la abrasion puede eliminar cualquier pelfcula de proteccion contra la herrumbre. Se puede senalar sin embargo que no todos los ambientes con sal y agua son peligrosamente agresivos para un acero, y que no todas las zonas situadas a lo largo de la altura de la estructura de pilotes son atacadas con la misma velocidad.

De hecho, la porcion situada por el lado del mar de la pared de pilotes de chapa esta expuesta a seis "zonas" - atmosferica, de chapoteo (la zona atmosferica situada justamente por encima de la marea alta), mareal, de marea baja, de inmersion y del terreno. La velocidad de corrosion en cada una de estas zonas vana considerablemente. Generalmente, la experiencia ha mostrado que los pilotes de chapa de acero en ambientes marinos costeros tienen la mas alta velocidad de corrosion en las zonas de chapoteo (justamente por encima de la marea alta media) y marea baja (justamente por debajo de la marea baja media), se considera que las velocidades de corrosion en las zonas atmosferica y del terreno son despreciables en tales estructuras de pilotes.

Los efectos de corrosion en ambientes marinos se pueden explicar por una reserva de acero fungible y/o metodos de proteccion (pinturas, proteccion catodica). Sin embargo, una pintura de proteccion o capa de hormigon se puede aplicar solamente sobre las zonas no sumergidas de la estructura de acero.

La adicion de ciertos elementos de aleacion a un acero al carbono proporciona tambien rendimientos mejorados en algunos ambientes. En una fecha tan temprana como 1913, el trabajo experimental realizado por la industria del acero indico que pequenas cantidades de cobre podnan aumentar la resistencia a la corrosion atmosferica de un acero al carbono.

En la decada de 1960, se desarrollo la denominada calidad "Marinera", y es hoy en dfa una bien conocida alternativa a un acero al carbono para pilotes de chapa para ambientes marinos. La norma ASTM A690 da la composicion qmmica de este acero de alta resistencia y baja aleacion (HSLA, acronimo de high strength low alloy), que contiene mas altos niveles de cobre (0,08-0,11 % en peso), mquel (0,4-0,5 % en peso) y fosforo (0,08-0,11 % en peso) mas altos que los tfpicos aceros estructurales al carbono. Unos ensayos indicaron una resistencia a la corrosion, particularmente a la corrosion por agua marina en la zona de chapoteo de estructuras marinas expuestas, sustancialmente mejorada con respecto a la de los tfpicos aceros estructurales al carbono.

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Tambien preocupada por la corrosion del acero en un ambiente marino, la entidad Corus UK, Ltd. presento el 12.09.2002 una solicitud de patente, publicada como GB 2 392 919, relacionada con un acero de CrAlMo resistente a la corrosion para la produccion de pilotes de chapa para aplicaciones marinas. Se divulga la siguiente composicion de acero (en tantos por ciento en peso): carbono 0,05 - 0,25; silicio hasta 0,60; manganeso 0,80 - 1,70; cromo 0,75 - 1,50; molibdeno 0,20 - 0,50; aluminio 0,40 - 0,80; titanio hasta 0,05; fosforo hasta 0,045; azufre hasta 0,045; el resto hierro e impurezas incidentales y/o residuales. La meta perseguida por Corus fue proporcionar un acero soldable resistente a la corrosion, que sea especialmente resistente al agua marina, y que tenga las siguientes propiedades mecanicas:

• un lfmite elastico mmimo de aproximadamente 355 MPa;

• una resistencia a la traccion minima de aproximadamente 480 MPa;

• una energfa de impacto Charpy absorbida minima de 27 J a una temperatura de ensayo de 0°C.

Desafortunadamente, este acero de CrAlMo disenado para productos de pilotes de chapa jamas fue fabricado a una escala industrial debido a ciertas dificultades iniciales afrontadas en el proceso de colada continua asf como algunas insuficientes propiedades mecanicas. Ademas, los resultados de unos ensayos conocidos por el presente solicitante, realizados con el anterior acero, no permiten conseguir los rendimientos mecanicos alegados. En particular, el anterior acero de CrAlMo mostro una tenacidad y una ductilidad bajas.

Se puede senalar que en el pasado se han llevado a cabo una diversidad de estudios y ensayos para determinar los efectos de algunos elementos de aleacion sobre las propiedades anti-corrosion de aceros de baja aleacion. Mientras que en general los autores de tales estudios pudieron observar algunas tendencias en el efecto de un cierto elemento de aleacion, con respecto a una zona de corrosion dada y a lo largo de un penodo de tiempo dado, las conclusiones fueron siempre moderadas. Junto a ello, hay muchos resultados contradictorios.

Como una regla general, ha de tenerse en cuenta que la relacion entre las propiedades anti-corrosion de un acero en un ambiente marino y los elementos de aleacion es considerablemente diferente con una variacion del ambiente marino. Como es conocido en la especialidad tecnica, el mismo efecto de un elemento de aleacion sobre las propiedades anti-corrosion de un acero en las zonas de chapoteo y de inmersion puede ser claramente diferente. De hecho, un elemento de aleacion dado puede mejorar la resistencia a la corrosion de un acero en una zona, pero no en otra zona, o incluso acelerar la velocidad de corrosion en esa otra zona. Ademas, se ha observado que mientras que un aumento en la proporcion de cromo, por ejemplo, puede mejorar inicialmente la resistencia a la corrosion, despues de un cierto penodo de tiempo se puede invertir la situacion. Tambien, pueden existir algunos efectos sinergicos entre elementos de aleacion, dependiendo tales efectos sinergicos de las concentraciones, pero, por lo general, no variando linealmente con las concentraciones.

Otro tipo de corrosion al que pueden ser sometidas las estructuras metalicas es la denominada "corrosion galvanica". La corrosion galvanica se define como la corrosion acelerada de un metal debida a un contacto electrico con un metal mas pasivo en un electrolito. La mas alta conductividad electrica del agua marina facilita tal tipo de corrosion entre dos diferentes tipos de metales que se pueden encontrar en una estructura metalica. Por lo tanto, cuando se disenen combi-paredes, se debera tener cuidado de no conectar unos elementos estructurales de un acero al carbono con otros hechos de un acero micro-aleado.

Mas recientemente, se ha llamado la atencion de otra fuente de corrosion generalmente designada como corrosion influenciada microbiologicamente (MIC, acronimo de Microbiologically Influenced Corrosion). Desde luego, ultimamente se ha probado que tal tipo de corrosion localizada apareda en la zona de marea baja en estructuras de acero en un ambiente marino. Este fenomeno es conocido como corrosion acelerada en marea baja (ALWC, acronimo de Accelerated Low Water Corrosion) y es responsable de unas velocidades de corrosion extremadamente altas.

A partir de lo antedicho se pone de manifiesto que numerosos factores han de considerarse en la construccion de combi-paredes en ambientes marinos. Los aceros seleccionados para los diferentes elementos estructurales deben satisfacer los requeridos rendimientos mecanicos, pero al mismo tiempo es deseable que el acero tenga una mejorada resistencia a la corrosion frente al agua marina.

Aunque la adicion de ciertos elementos aleacion puede ser util para mejorar la resistencia a la corrosion, ella no debera comprometer a los rendimientos mecanicos. El aleamiento de un acero al carbono se debe de realizar cuidadosamente para conseguir la resistencia y la tenacidad deseadas, para aumentar la resistencia a la corrosion en una o mas zonas, mientras que no se acelere la corrosion en las otras, y para tener en cuenta la soldabilidad y las cuestiones de costos.

En la practica, aunque la corrosion aguda del acero en ambientes marinos ha sido una cuestion de preocupacion desde los anos 1950, se ha de senalar que la gran mayona de pilotes de chapa y tubos para uso en un ambiente marino que se fabrican hoy en dfa estan hechos de un acero al carbono simple.

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El documento de patente japonesa JP 2007-197757 describes un acero para chapas con una mejorada resistencia a la corrosion atmosferica y por grietas. El acero se basa en una combinacion de Al y Cr (en relaciones espedficas), junto con una cantidad sinergicamente efectiva de Cu.

El documento JP-2001-032035 concierne a un acero estructural con una espedfica estructura ferntica. Se mencionan Cu, Ni y Cr como elementos que mejoran la resistencia a la corrosion en agua marina.

OBJETO DEL INVENTO

Un objeto del presente invento es proporcionar un acero resistente a la corrosion que proporcione especialmente una mejorada resistencia a la corrosion en agua marina y proporcione adecuados rendimientos mecanicos de los productos de acero involucrados para la construccion de combi-paredes y otras estructuras en un ambiente marino.

SUMARIO DEL INVENTO

El presente invento se deriva en realidad de la idea de que, para aumentar el tiempo de vida util y simplificar el mantenimiento de estructuras de pilotes de chapa y mas generalmente de combi-paredes de acero en un ambiente marino, sena deseable disponer de una unica composicion (qmmica) de acero apropiada para la fabricacion de los diferentes elementos estructurales. En conexion con esto se recuerda que las combi-paredes se fabrican convencionalmente a partir de tubos y pilotes de chapa que cumplen con diferentes normas, lo que implica diversos requisitos variables acerca de las composiciones qmmicas de los elementos estructurales.

Usando un mismo acero para fabricar los elementos estructurales tales como tubos o vigas, pilotes de chapa y conectadores de una combi-pared se alivian los problemas de una corrosion galvanica entre miembros estructurales conectados. Ademas, la corrosion progresara uniformemente a lo largo de la estructura, para las mismas zonas.

Todavfa con respecto al mantenimiento, los presentes inventores pretendieron desarrollar una composicion de acero que tuviese por lo menos una mejorada resistencia a la corrosion en la zona de inmersion. Esto se ha decidido con el fin de facilitar el mantenimiento de combi-paredes o paredes de pilotes de chapa. Desde luego, el mantenimiento de regiones sumergidas de estructuras de acero es evidentemente menos conveniente que para la zona atmosferica o de chapoteo, estando la zona sumergida siempre bajo el agua.

Una dificultad al desarrollar un tal acero es por lo tanto la suma de los parametros que han de tenerse en cuenta, mas el hecho de que los pilotes de chapa y los tubos proceden de diferentes rutas de fabricacion, teniendo cada una sus propios/as metodos de fabricacion, instalaciones y “know-how” (saber hacer), en particular con respecto a las composiciones de aceros que ellas pueden manejar. Mientras que ellos desarrollaron el presente invento, los inventores han tenido en cuenta numerosos parametros: rendimiento mecanico (resistencia y tenacidad, microestructura); resistencia a la corrosion, especialmente al agua marina en una zona sumergida; soldabilidad; factibilidad industrial, considerando que la composicion de acero debe de ser apropiada para su uso en rutas de produccion para productos largos y aplanados; y no en ultimo termino, los costos.

De acuerdo con el presente invento, se propone un acero, que se compone de hierro y, en porcentaje en peso: Carbono: de 0,05 a 0,20;

Silicio: de 0,15 a 0,55;

Manganeso: de 0,60 a 1,60;

Cromo: de 0,75 a 1,50;

Aluminio: de 0,40 a 0,80;

Niobio y/o vanadio: 0,01 < [Nb] + [V] < 0,60;

Azufre: hasta 0,045;

Fosforo hasta 0,045; opcionalmente: hasta 0,15 % en peso de molibdeno, preferiblemente hasta 0,10 % en peso, y/o hasta 0,05 % en peso de titanio;

El resto hierro e impurezas incidentales y/o residuales.

Se debera de apreciar que el acero micro-aleado del invento tiene una resistencia a la corrosion, especialmente al agua marina, mejorada con respecto a la de un acero al carbono convencional, a saber que se reduce la velocidad de corrosion en la zona sumergida. Una resistencia a la corrosion aumentada en la zona de inmersion es particularmente ventajosa puesto que las regiones sumergidas no pueden ser protegidas por una pintura ni por taponamiento con hormigon.

Aunque no se desea estar obligado por ninguna teona, se puede senalar que una mejorada resistencia a la corrosion resulta de una capa adherente y compacta que se forma en las zonas sumergida y de marea baja. Esta capa se enriquece en elementos de microaleacion y actua como una barrera para el oxfgeno, que se requiere para que ocurra una corrosion uniforme.

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Se debera de apreciar tambien que la presente composicion de acero tiene una mejorada resistencia a la corrosion a la MIC, especialmente a la ALwC.

Puesto que las combi-paredes han de ser hincadas dentro del terreno usando un martillo de impacto o un vibrohincador, los diversos componentes deberan resistir a las tensiones generadas durante la instalacion. En conexion con esto, se puede apreciar que otro ventajoso aspecto del presente acero es la tenacidad y la ductilidad con un alto nivel de tension (traducido por el alargamiento a la rotura A).

Esta mejorada resistencia a la corrosion no sacrifica en rendimientos mecanicos, puesto que se pueden alcanzar los siguientes rendimientos:

• un lfmite elastico mmimo de aproximadamente 355 Mpa para pilotes de chapa y de 400 Mpa para tubos; y

• una resistencia a la traccion minima de aproximadamente 480 Mpa para pilotes de chapa y de 500 MPa para tubos.

Mas aun, se puede asegurar una tenacidad a la rotura minima de 27J a 0°C con la presente composicion.

Por lo tanto, el presente acero permite fabricar pilotes de chapa (a saber pilotes maestros en U, Z o H) y

conectadores que tienen por lo menos los rendimientos mecanicos de una calidad S355GP de acuerdo con la norma EN10248-1. El tambien permite fabricar tubos que tienen por lo menos los rendimientos mecanicos de la calidad S420MH de la norma EN 10219-1 o la X60 de la norma API 5L.

Las concentraciones preferidas (en % en peso) para cada uno de los anteriores elementos de aleacion son:

Carbono: de 0,06 a 0,10; Silicio: de 0,16 a 0,45; Manganeso: de 0,70 a 1,20; Cromo: de 0,80 a 1,20; Aluminio de

0,40 a 0,70; Niobio y/o vanadio: 0,01 < [Nb] + [V] < 0,20; Azufre: hasta 0,008; Fosforo: hasta 0,020,

Aunque no se desea estar obligado por ninguna teona, se pueden dar algunas explicaciones acerca de algunos elementos y de sus respectivas cantidades.

La presente composicion de acero se basa en el efecto sinergico de Cr y Al que mejora la resistencia a la corrosion en la zona sumergida. Se cree tambien que estos elementos de aleacion prueban ser particularmente eficientes contra la ALWC.

Como es sabido, el cromo contribuye a la resistencia mecanica pero se usa principalmente en el presente caso para resistir a la corrosion por agua marina. Se considera que unos niveles mas altos de Cr conducen a la inversion de su efecto, y que la cantidad de Cr se ha seleccionado teniendo en cuenta a los otros elementos, especialmente al Al. Se selecciono por lo tanto un intervalo de 0,75 a 1,5 % en peso

Mientras que en la mayor parte de industrias de produccion de acero el aluminio se usa en pequenas cantidades (hasta de 0,05 % en peso) con finalidades de desoxidacion, el aluminio es aqrn un principal elemento de aleacion con cromo. El mas alto intervalo seleccionado de 0,40 a 0,80 % en peso proporciona el deseado efecto sinergico con el cromo que permite una resistencia a la corrosion por agua marina y a la biocorrosion aumentada con respecto a un acero al carbono.

Un contenido mmimo de carbono de 0,05 % en peso se selecciono para asegurar una adecuada resistencia mecanica. El lfmite superior para el carbono se fijo en 0,20 % en peso para conseguir una mejorada soldabilidad del acero.

Se sabe que el manganeso es un efectivo elemento fortalecedor de soluciones solidas. Se selecciono un intervalo de 0,60 a 1,60 % en peso como compromiso entre la resistencia mecanica, la templabilidad y la tenacidad.

La adicion de niobio y/o vanadio causes un endurecimiento por precipitacion y un refino del grano, y permite conseguir un mas alto lfmite elastico en el estado laminado en caliente. El Nb o el V se pueden anadir a solas. El uso combinado de V y Nb en aceros con bajos contenidos de carbono (especialmente por debajo de 0,10 % en peso) reduce la cantidad de perlita y mejora la tenacidad, la ductilidad y la soldabilidad.

Se puede anadir opcionalmente molibdeno al presente acero. Una adicion de Mo puede proporcionar una resistencia mecanica aumentada. No obstante, una cantidad demasiado alta de Mo puede ser problematica en la produccion industrial de combi-paredes. Ademas, no se considero que el efecto del Mo fuese particularmente eficiente con respecto al mejoramiento de la resistencia a la corrosion en la zona sumergida. Por lo tanto, la concentracion de Mo debera ser hasta de 0,15% % en peso, preferiblemente estar entre 0,001 y 0,15 % en peso y mas preferiblemente no mayor que 0,10 % en peso.

Otro opcional elemento de aleacion es titanio, que permite precipitar N y S. Para evitar efectos desfavorables, el

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preferido Kmite superior para el Ti se ajusta en 0,05 % en peso, preferiblemente con un Kmite inferior de 0,001 % en peso.

En conexion con esto, para conseguir un mejorado aspecto de acabado de los productos (laminados) fabricados a partir del presente acero, el contenido de nitrogeno se controla preferiblemente para que no exceda de 0,005 % en peso, mas preferiblemente de 0,004 % en peso. Esto minimiza la precipitacion de nitruros de aluminio que se pueden formar durante una colada continua y puede conducir, en algunas circunstancias, a imperfecciones superficiales. Como es conocido por los expertos en la especialidad, se pueden adoptar diversas medidas tecnicas para evitar/limitar tal efecto del nitrogeno, ya sea combinando el N con conocidos elementos de adicion (Ti, Nb y V tienen una particular afinidad para el nitrogeno), y/o adoptando apropiadas medidas tecnicas durante una colada continua (p.ej. una corriente protegida, etc.).

El acero y los productos de acero de acuerdo con el presente invento se pueden fabricar usando tecnicas convencionales de produccion (horno de cuba/alto horno, oxfgeno basico, u horno de arco electrico) y de tratamiento (p.ej. laminacion en caliente, conformacion en fno) de acero.

Se entendera que la naturaleza y el nivel de impurezas en el acero dependeran de la ruta de produccion de acero. Mientras que un acero que se origina del alto horno es bastante puro, los pilotes de chapa se fabrican con frecuencia a partir de un acero que se origina de hornos de arco electrico (es decir de chatarra metalica). En el ultimo caso, unos elementos, tales como cobre, mquel o estano, pueden estar presentes como elementos residuales en niveles relativamente altos, como es conocido por los expertos en la especialidad.

Para obtener una mejorada soldabilidad, el valor equivalente de carbono (CEV, acronimo de carbon equivalent value) debera estar preferiblemente por debajo de 0,43, siendo calculado el CEV de acuerdo con la siguiente formula:

„ Mn Cr + Mo+V Ni + Cu 6 5 15

La composicion de acero del invento permite fabricar unos aceros con una microestructura que comprende principalmente ferrita y perlita. Preferiblemente, en especial para pilotes de chapa laminados en caliente, la microestructura se compone de ferrita (fase principal) y de perlita, p.ej. en una relacion de 4:1.

Comparado con el acero de CrAlMo descrito en el documento GB 2 392 919, el presente acero se puede fabricar realmente a escala industrial y tiene superiores rendimientos mecanicos. En particular, tiene una considerable ductilidad con alta tension (expresado por el ensayo de alargamiento en traccion), como se requiere por los modernos metodos de diseno (basandose en el Ultimate Limit State = estado lfmite ultimo). El presente inventor desarrollo un acero que tiene aumentados rendimientos mecanicos con buena resistencia a la corrosion mientras que usa Al y Cr como principales elementos de aleacion, mientras que el documento GB 2 392 919 insistia en el uso de tres elementos de aleacion Cr, Al y Mo, siendo anadido este ultimo para conferir resistencia mecanica y resistencia a la corrosion.

En particular, el presente inventor ha observado que el molibdeno no es requerido para conseguir los deseados rendimientos, conduciendo un alto contenido de molibdeno incluso a heterogeneidades en la microestructura (desarrollo de bainita) y a problemas en el tren de laminacion. El uso de molibdeno tambien aumenta considerablemente los costos de produccion.

El presente invento tambien concierne a productos de acero, productos de acero intermedios y estructuras de acero producidas a partir de los anteriores aceros. En lo que se refiere a estructuras de acero tales como combi-paredes o paredes de pilotes de chapa, todos los elementos individuales de acero se producen a partir de un acero que cae dentro de los anteriores intervalos prescritos, y preferiblemente con la misma composicion (es decir sustancialmente con las mismas concentraciones para cada uno de los elementos de aleacion).

Ejemplos:

Se han ensayado en el laboratorio diversas composiciones del presente acero para imitar la factibilidad de un pilote de chapa industrial. La laminacion en caliente en laboratorio se llevo a cabo con muestras de acero usando parametros de laminacion usuales usados en la instalacion (temperatura, reduccion).

Se produjeron en el laboratorio unas muestras que teman una composicion de acero como se enumera en la Tabla 1 (siendo el resto hierro e impurezas incidentales y/o residuales) presentada mas abajo. Los rendimientos mecanicos de estas muestras se ensayaron luego con el fin de ser comparados con los requisitos de la norma. Las muestras B119, B121 y B123 se sometieron a una laminacion en caliente de pilotes de chapa en laboratorio. La muestra B125 se sometio a una laminacion que simulaba la produccion de chapa de acero.

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Muestra

C Mn Si Cr Al P S Nb CEV

% en peso

% en peso

% en peso

% en peso

% en peso

% en peso

% en peso

% en peso

B119

0,074 0,76 0,22 0,96 0,55 0,02 0,014 0,022 0,39

B121

0,077 0,76 0,23 0,95 0,54 0,02 0,014 0,070 0,39

B123

0,077 0,74 0,47 0,96 0,55 0,021 0,014 0,024 0,39

B125

0,079 0,78 0,25 0,97 0,58 0,02 0,008 0,024 0,39

La Tabla 2 a su vez da los rendimientos mecanicos resultantes de las muestras ensayadas, asf como los valores prescritos por unas normas relevantes (las normas actuales no prescriben valores de la resistencia al impacto). Como puede observarse, las muestras B119, B121 y B123 tienen unos respectivos valores del lfmite elastico (Rp0,2), de la resistencia a la traccion (TS), y del alargamiento que superan a los prescritos para una calidad S355GP de la norma Europea para pilotes de chapa.

La muestra B125, que representa a un tubo de acero en el ensayo, tambien exhibe unas propiedades mecanicas que superan a las calidades X60 y S420MH (con un espesor de pared comprendido entre 16 y 40 mm) para tubos soldados de acero. Se puede senalar que, para todas las muestras, la ductilidad, indicada por el alargamiento A, esta notablemente por encima del valor prescrito.

Tabla 2

Muestra (o norma)

Ensayos de traccion Charpy a 0°C

Rpo,2 Mpa

TS Mpa Alargamiento A5 % Energia de impacto J

EN 10248 - 1 S355GP

min. 355 min. 480 min. 22 /

B119

425 501 30,5 216

B121

488 550 26,6 207

B123

438 525 29,6 216

B125

449 576 26,6

API 5L X60

min. 414 min. 517 min. 19

EN 10219-1 S420MH 16<T<40mm

min. 400 min. 500-600 min. 19

Pruebas industrials

Se llevaron a cabo tambien ensayos a nivel industrial, tanto para pilotes de chapa como para tubos. Se informan aqrn mas abajo dos pruebas para pilotes de chapa bajo las referencias AZ18 y AZ26, Se produjeron palanquillas por colada continua. Unos pilotes de chapa con perfil en Z (AZ18 y AZ26) se laminaron luego en caliente a partir de las palanquillas obtenidas en un tren de laminacion en caliente a escala industrial. Los analisis de aceros en los productos se informan en la Tabla 3 mas abajo (siendo el resto hierro e impurezas incidentales y/o residuales).

Tabla 3

Muestra

C Mn Si Cr Al P S Nb

% en peso

% en peso

% en peso

% en peso

% en peso

% en peso

% en peso

% en peso

AZ18

0,074 0,896 0,447 0,926 0,547 0,010 0,002 0,036

AZ26

0,081 0,890 0,433 0,879 0,551 0,013 <0,003 0,038

Los rendimientos mecanicos de estos pilotes de chapa se resumen en la Tabla 4 (lfmite elastico - ReH, resistencia a la traccion - Rm, y alargamiento - A5d) mas abajo, en donde “e” indica el espesor del alma. Para cada uno de los pilotes de chapa, se han ensayado dos muestras procedentes del alma y de un ala. Para el ensayo de resiliencia, varias muestras se han sacado y ensayado a 0 y -20°C, siendo indicado el valor medio en la ultima columna.

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Muestra

e (mm) Ensayos de traccion Tenacidad a la rotura

ReH Mpa

Rm Mpa Alargamiento A5 % Temperatura °C Energia media de impacto J

AZ18a (ala)

9,5 467 526 28,4 O O CNl 215 207

AZ18b (alma)

9,5 481 530 25,3 o O CNl 218 202

AZ18c (ala)

9,5 461 517 27,7 o O CNl 213 199

AZ18d (alma)

9,5 499 552 25,1 o O CNl CD "3- CNl O CNl CNl

AZ26a (alma)

12,2 459 520 26,0 o O CNl 311 288

AZ26a (ala)

12,2 417 501 28,5 o O CNl 304 287

AZ26b (alma)

12,2 433 515 26,3 o O CNl 321 260

AZ26b (ala)

12,2 419 496 27,0 o O CNl 313 269

Como se puede ver, estos pilotes de chapa son, en terminos de rendimientos mecanicos, sustancialmente superiores a los requisitos de S355GP (EN 10248 - 1).

Como es conocido en la especialidad, los tubos soldados se fabrican a partir de bobinas de acero. Unas bobinas que tienen la composicion de acero de la tabla 5 (siendo el resto hierro e impurezas incidentales y/o residuales) se han fabricado en condiciones industriales convencionales de productos planos (colada continua y laminacion en caliente), y se han sometido a ensayos de traccion y tenacidad a la rotura; los resultados se informan en la tabla 6 (siendo “e” el espesor de la lamina). Aunque las muestras se toman de bobinas y no a partir de un tubo soldado, se reconoce generalmente en la especialidad que tales ensayos proporcionan no obstante una buena indicacion del rendimiento mecanico de un tubo soldado, siendo ligeramente inferiores (unos pocos MPa) el lfmite elastico y la resistencia a la traccion del tubo soldado.

Tabla 5

Muestra

C Mn Si Cr Al P S Nb

% en peso

% en peso

% en peso

% en peso

% en peso

% en peso

% en peso

% en peso

C1

0,076 0,885 0,456 0,944 0,600 0,001 0,002 0,038

C2

0,076 0,894 0,463 0,947 0,564 0,011 0,002 0,038

Tabla 6

e (mm) Ensayos de traccion Tenacidad a la rotura

Muestra

ReH Mpa Rm Mpa Alargamiento A50 % Temperatura °C Energia media de impacto J

IBobina 1

14 495 602 29 -10 128

Bobina 2

14 487 579 33 -10 163

De nuevo, los valores son claramente superiores a los requisitos de S420MH (EN 10219-1) o X60, los valores de la tenacidad a la rotura obtenidos se dan como informacion.

Finalmente, unos conectadores de tipo C9 se han producido a escala industrial a partir de tochos con una composicion de acero como se indica en la tabla 7 (el resto Fe e impurezas incidentales y/o residuales) y se sometieron a pruebas mecanicas, que se informan en la tabla 8 mas abajo.

5

10

15

20

25

30

Muestra

C Mn Si Cr Al P S Nb

% en peso

% en peso

% en peso

% en peso

% en peso

% en peso

% en peso

% en peso

C9- (colada)

0,078 0,89 0,46 0,95 0,6 0,01 0,002 0,038

Tabla 8

Ensayos de traccion Tenacidad a la rotura

Muestra

ReH Rm Alargamiento Temperatura Energia media de impacto

Mpa Mpa A5 % °C J

C9-1

434 515 26,7 0 262

C9-2

416 512 27,2 0 259

C9-3

425 514 27,5 0 280

Pruebas de corrosion

Unos ensayos de corrosion inicial en laboratorio usando la simulacion de una corrosion acelerada indicaron para todas las muestras una resistencia a la corrosion por agua marina mejorada comparada con la de un acero al carbono convencional.

Otras pruebas de laboratorio se llevaron a cabo con el fin de simular la corrosion en un ambiente marino en estructuras de pilotes. Unas muestras de acero fueron expuestas a un ambiente libre de bacterias, asf como a una bacteria uno (conocida por estar implicada en una corrosion acelerada de acero) durante 15 semanas. Los parametros de ensayo se seleccionaron para una corrosion acelerada con el fin de observar el comportamiento relativo de la presente calidad de acero en comparacion con un tradicional acero al carbono para pilotes asf como con el conocido acero de calidad marina del documento GB 2 392 919. Estos ensayos revelaron que el presente acero pone de manifiesto, en ambos ambientes, un patron de corrosion comparable con el del acero de calidad marina del documento GB 2 392 919, exhibiendo ambos una resistencia a la corrosion mejorada con respecto a la de un acero al carbono.

En aras de la complecion, unas muestras de acero producidas a partir del presente acero fueron expuestas en un ambiente portuario a los niveles de marea baja y de inmersion. Despues de una exposicion durante 8 meses, las mediciones de la perdida de masa confirmaron una resistencia a la corrosion del presente acero mejorada comparada con la de un convencional acero al carbono.

A partir de los anteriores experimentos se pone de manifiesto que el presente acero permite la fabricacion de los diversos componentes requeridos para una combi-pared, a saber pilotes de chapa, tubos y conectadores que exhiben rendimientos mecanicos superiores a los prescritos por las relevantes normas y tienen una mejorada resistencia a la corrosion en un ambiente marino.

En los anteriores ejemplos, se han producido satisfactoriamente pilotes de chapa y tubos a partir de la misma tanda colada y por lo tanto tienen una composicion qmmica sustancialmente identica. Esto evitara efectos de corrosion galvanica cuando ellos se usan juntos en una pared.

Claims (17)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   55

   60

   REIVINDICACIONES

   1. Un acero para aplicaciones marinas, que se compone, en porcentaje en peso, de:

   Carbono: de 0,05 a 0,20;

   Silicio: de 0,15 a 0,55;

   Manganeso: de 0,60 a 1,60;

   Cromo: de 0,75 a 1,50;

   Aluminio: de 0,40 a 0,80;

   Niobio y/o vanadio: 0,01 < [Nb] + [V] < 0,60;

   Azufre: hasta 0,045;

   Fosforo: hasta 0,045;

   opcionalmente: hasta 0,15 % en peso de molibdeno, preferiblemente hasta 0,10 % en peso, y/o hasta 0,05 % en peso de titanio;

   el resto hierro e impurezas incidentals y/o residuales.
2. 2. El acero de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde el contenido de carbono es de 0,06 a 0,10 % en peso.
3. 3. El acero de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en donde el contenido de silicio es de 0,16 a 0,45 % en peso.
4. 4. El acero de acuerdo con la reivindicacion 1, 2 o 3, en donde el contenido de manganeso es de 0,70 a 1,20 % en peso.
5. 5. El acero de acuerdo con una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, en donde el contenido de cromo es de 0,80 a 1,20 % en peso.
6. 6. El acero de acuerdo con una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, en donde el contenido de aluminio es de 0,40 a 0,70 % en peso.
7. 7. El acero de acuerdo con una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, en donde el contenido de niobio y/o vanadio se define por: 0,01 < [Nb] + [V] < 0,20 % en peso.
8. 8. El acero de acuerdo con una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, en donde el contenido de azufre no es mayor que 0,008 % en peso; y/o el contenido de fosforo no es mayor que 0,020 % en peso.
9. 9. El acero de acuerdo con una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, que comprende no mas que 0,005 % en peso, preferiblemente no mas que 0,004 % en peso.
10. 10. El acero de acuerdo con una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, que tiene un valor equivalente de carbono (CEV) de acuerdo con la formula

    „ Mn Cr + Mo + V Ni + Cu 6 5 15
11. 11. El acero de acuerdo con una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, que tiene en la condicion laminada en caliente una microestructura que comprende principalmente ferrita y perlita.
12. 12. Un producto de acero de acuerdo con una cualquiera de las precedentes reivindicaciones, especialmente un pilote de chapa, una viga de ala ancha, un tubo soldado o un conectador.
13. 13. Un producto de acero intermedio tal como una palanquilla, una bobina, una pieza en bruto de viga o un tocho hecho de un acero de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 hasta 11.
14. 14. Una estructura de acero tal como una pared de pilotes de chapa o combi-pared que comprende elementos estructurales hechos de un acero de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 hasta 11.
15. 15. Un pilote de chapa laminado en caliente hecho de un acero de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 hasta 12 que comprende una microestructura que consiste en ferrita y perlita.
16. 16. Una combi-pared de tubos y pilotes de acero que se conectan entre sf por conectadores, en donde dichos tubos, pilotes de chapa y conectadores estan hechos de una misma composicion de acero de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 hasta 11.
17. 17. Un uso de un acero de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 hasta 11 para aplicaciones marinas.