ES2644391T3 - Aleación basada en níquel, método y uso - Google Patents

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ES2644391T3
ES2644391T3 ES14830602.0T ES14830602T ES2644391T3 ES 2644391 T3 ES2644391 T3 ES 2644391T3 ES 14830602 T ES14830602 T ES 14830602T ES 2644391 T3 ES2644391 T3 ES 2644391T3
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Description

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DESCRIPCION
Aleacion basada en mquel, metodo y uso Alcance de la invencion
En los ultimos anos, como resultado del aumento significativo de la demanda de ene^a, para la industria de la extraccion de petroleo el problema ha sido encontrar petroleo en profundidades cada vez mayores, tanto en tierra como en los fondos marinos.
Al mismo tiempo, el tamano del equipo tambien ha aumentado, alcanzando hasta 18 pulgadas (460 mm) en el diametro o el espesor de la pared. Este aumento ha obligado a los fabricantes a duplicar el tamano de los lingotes de partida que, habida cuenta de las composiciones qmmicas en juego, han presentado problemas significativos con respecto a la homogeneidad qmmica de los productos incluso despues de tratamientos termicos de homogeneizacion largos y costosos.
Las aleaciones comercialmente conocidas con las designaciones N07718, N07716, N07725, actualmente disponibles en el mercado para usar en los ambientes mas cnticos tienen las siguientes limitaciones:
-la aleacion N07718, con la cual se pueden conseguir buenas caractensticas mecanicas sin comprometer el borde de los granulos con precipitaciones elevadas de fases perjudiciales, se puede usar a temperaturas moderadas y no en presencia de azufre elemental;
- la aleacion N07716, envejecida para obtener altas caractensticas mecanicas, tiene microestructuras con los bordes de granulos afectados por significativas precipitaciones de fase que afectan el comportamiento de esta aleacion en ensayos de laboratorio de corrosion intergranular y que, por lo tanto, dificultan su uso en condiciones de alta presion y alta temperatura (HPHT, del ingles High Pressure High Temperature) y en aquellos ambientes en los que es posible la presencia de hidrogeno naciente, que hacen que los productos de esta aleacion sean increfblemente fragiles.
Los requisitos de instalacion en la industria de extraccion de petroleo han instado a los fabricantes de aleaciones tradicionalmente usadas, a aumentar significativamente (10-15%) las propiedades mecanicas de las aleaciones habituales (N07718, N07716, N07725) que actuan principalmente sobre tratamientos termicos de envejecimiento los cuales, lamentablemente, no estan desprovistos de efectos sobre las propiedades de corrosion de dichas aleaciones.
El documento de patente US5000914 describe una aleacion a base de Ni de tipo endurecimiento por precipitacion que presenta una resistencia mejorada al agrietamiento por corrosion bajo tension, que tiene una composicion qmmica que comprende Ni 58,5%, Cr 23%, Mo 6,1%, Fe 7,3%, Nb 4,52%, Mn 0,01%, P 0,002%, S 0,002%, Ti <0,01%, C 0,002%, Si 0,31%, Al 0,20%, N 0,14%, que ha sido trabajado en caliente, recocido en disolucion, enfriado con agua, envejecido y tratado termicamente, y que tiene una resistencia a la fluencia de >900 MPa y una resistencia al agrietamiento por esfuerzo sulfhidrico.
El autor de la presente solicitud, despues de haber trabajado durante algunos anos en el metodo de refusion por arco en vado (V.A.R., del ingles Vacuum Arch Remelting) con el fin de minimizar las irregularidades qmmicas y en el procedimiento de transformacion por calor para optimizarlo y hacerlo repetitivo utilizando maquinaria sofisticada, ha concluido que para satisfacer las necesidades actuales de la industria de extraccion de petroleo y gas natural es necesario actuar sobre la composicion qmmica de la aleacion para obtener caractensticas mecanicas elevadas sin invalidar la microestructura y la resistencia a la corrosion, incluso en piezas grandes.
La presente invencion se encuentra asf en el contexto anterior, proponiendo proporcionar un metodo de fabricacion y aleaciones a base de mquel capaces de superar los inconvenientes mencionados en relacion con la tecnica anterior.
Mas espedficamente, las aleaciones a las que se refiere la presente invencion son capaces de combinar una serie de caractensticas deseables, analizadas a continuacion, que hasta la fecha se han considerado sustancialmente irreconciliables mutuamente.
Descripcion de la invencion
Dichos objetivos se consiguen mediante un metodo de fabricacion de una aleacion a base de mquel que comprende las etapas de:
i) forjar y tratar en disolucion una masa metalica;
ii) someter el producto de la etapa i) a una primera etapa de envejecimiento a una temperatura superior;
iii) enfriar el producto de la etapa ii) por aire;
iv) someter el producto de la etapa iii) a una segunda etapa de envejecimiento a una temperatura inferior;
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v) enfriar, preferiblemente por aire, el producto de la etapa iv) para obtener la aleacion a base de mquel.
Como resultado de las etapas i) -v), las fases de endurecimiento de metal de la aleacion a base de mquel se precipitan de manera uniforme en los granulos de esta ultima.
De hecho, las fases de endurecimiento de metal (y' y Y”) se precipitan eminentemente en las etapas ii) y iv), y las etapas de envejecimiento han sido seleccionadas de tal manera que tengan la maxima velocidad de precipitacion de dichas fases.
Durante las etapas de enfriamiento, las fases de endurecimiento de metal se pueden seguir precipitando, pero ya no a una velocidad optima, mientras que las fases de carburo (tambien denominadas "carburos" en esta descripcion), y opcionalmente las fases intermetalicas no deseadas, pueden tener altas velocidades de precipitacion durante este procedimiento.
Por esta razon, las etapas de enfriamiento anteriormente indicadas que siguen cada etapa del envejecimiento son mucho mas rapidas que los tratamientos usados tradicionalmente.
De acuerdo con una realizacion particularmente ventajosa, como resultado de las etapas i) -v), la aleacion a base de mquel comprende las fases de endurecimiento y' e y” precipitadas en una posicion esencialmente no intergranular, y los carburos precipitados de manera discontinua al menos a lo largo del borde de los granulos antes mencionados.
Por consiguiente, innovadoramente, puesto que el metodo anteriormente mencionado combinado con un equilibrio analftico adecuado minimiza la precipitacion de carburos y las fases no deseadas en el borde de los granulos y promueve una distribucion uniforme de las fases de endurecimiento de metal en los granulos metalicos de la aleacion (espedficamente: fuera de las areas intergranulares), la aleacion producida utilizando el metodo antes mencionado esta sujeta al fenomeno de corrosion intergranular de una manera extremadamente limitada, si no inexistente, al menos en comparacion con las aleaciones actualmente utilizadas.
Mas espedficamente, la alternancia de los dos tratamientos de envejecimiento ambos seguidos por enfriamiento hace posible modular la velocidad de generacion de los precipitados en cada etapa iii) y v). Ademas, para cada etapa del metodo, solo se estimula la precipitacion de las fases metalicas beneficiosas para las propiedades de la aleacion a base de mquel (es decir, y' e y'').
La masa metalica comprende, expresado en porcentajes en peso: C = 0,030 max., Si = 0,50 max., Mn = 0,50 max., Cr = 20,0-24,0, Ni = 55,0 - 60,0, Mo = 5,5 - 7,0, S = 0,005 max., P = 0,015 max., Cu = 1,0 max., Co = 1,0 max., Al = 0,80 max., Ti = 0,50 - 1,50, Nb = 4,0 - 5,5 y Fe para el porcentaje restante. Preferiblemente, el Fe puede estar presente en un porcentaje de aproximadamente 5-15 o aproximadamente 5-12.
Preferiblemente, la aleacion a base de mquel forjada y tratada en disolucion en la etapa i) comprende, expresado como porcentajes en peso: C = 0,022 max., Si = 0,20 max., Mn = 0,20 max., Cr = 21,0-23, Ni = 57,0-59,0, Mo = 5,5 - 6,0, Al = 0,30 - 0,60, Ti = 0,70 -1,0, Nb = 4,5 - 5,0, Fe = 5 como un porcentaje irnnimo.
Solo a modo de ejemplo, la aleacion a base de mquel forjada y tratada en disolucion en la etapa i) podna comprender, expresado como porcentajes en peso: Ni = 58, Cr = 21,5, Mo = 5,8, Nb = 4,8, Ti = 0,9, Al = 0,4, Fe = 8%.
De acuerdo con una variante, la etapa i) comprende las sub-etapas de forjar la aleacion a base de mquel a una temperatura de aproximadamente 1.000-1.160°C y luego tratar en disolucion dicha masa a una temperatura de aproximadamente 1.030-1.080°C.
La sub-etapa de tratamiento en disolucion es seguida por una etapa de enfriamiento en agua antes de la etapa ii), o mediante un enfriamiento rapido de un tipo equivalente.
Es importante senalar que el producto de la etapa iii) por sf mismo ya constituye un producto de interes industrial y con su propio mercado.
Por consiguiente, de acuerdo con una posible realizacion de la invencion, este metodo podna comprender una etapa de separacion del producto de la etapa iii), y una etapa de transformacion de una primera parte del producto separado en un primer producto acabado, por ejemplo, con rendimientos mas bajos, y/o una etapa de almacenamiento de dicho producto separado.
En otras palabras, no toda la masa metalica forjada y tratada en disolucion que inicia el procedimiento necesita indispensablemente llegar al producto de la etapa v), pero una parte de la misma podna retirarse al final de la etapa
iii), y transformarse como se ha indicado anteriormente, o incluso simplemente almacenarse.
Por lo tanto, es evidente la ventaja de produccion y logfstica en comparacion con las aleaciones convencionales.
De acuerdo con una variante preferida, el producto segun la etapa iii) podna caracterizarse por tener una resistencia a la fluencia, medida a temperatura ambiente, igual o mayor que aproximadamente 827 MPa.
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De acuerdo con otra realizacion ventajosa, el metodo puede comprender una etapa de enviar a la etapa iv) (y posteriormente a la etapa v)) una segunda parte del producto separado antes mencionado en la etapa iii), para obtener un segundo producto, por ejemplo, de mayores rendimientos, producido a partir de la aleacion a base de mquel.
Por consiguiente, el producto separado y/o almacenado puede ser sometido a la etapa iv) en un momento diferente de la etapa iii), por ejemplo, como resultado de un orden para la aleacion a base de mquel.
De acuerdo con una realizacion preferida, a continuacion de la etapa v), la aleacion a base de mquel se caracteriza por tener una resistencia a la fluencia, medida a temperatura ambiente, igual o superior a aproximadamente 950-970 MPa, preferiblemente mayor o igual que 970 MPa.
Se debe resaltar que dentro de esta descripcion los terminos "superior" e "inferior" se interpretaran como terminos relativos dentro del metodo o de las propias aleaciones, y no como terminos absolutos.
Por consiguiente, la aleacion que tiene rendimientos inferiores se considerara solamente en relacion con la aleacion de rendimiento superior, y preferiblemente se limitara solamente al parametro de resistencia a la fluencia. Esto no significa que la aleacion "inferior" desde este punto de vista, no sea mejor si se compara con otros factores, por ejemplo, en relacion con las propiedades anti-corrosion.
De manera similar, las expresiones "temperatura superior" y "temperatura inferior" mencionadas en relacion con las etapas de envejecimiento descritas tendran solamente un significado relativo.
Con respecto a la etapa ii), dicha etapa se utiliza espedficamente con el fin de minimizar la precipitacion de carburos y otras fases no deseadas en los bordes de los granulos.
La etapa ii) se lleva a cabo a una temperatura (definida como "superior") de aproximadamente 720-780°C durante aproximadamente 3-8 horas, o durante aproximadamente 3-6 horas. La etapa iv) se lleva a cabo a una temperatura (definida como "inferior") de aproximadamente 600-640°C durante aproximadamente 4-10 horas.
Preferiblemente, una o ambas etapas de enfriamiento iii) y/o v) se pueden llevar a cabo en aire a temperatura ambiente, preferiblemente hasta aproximadamente la temperatura ambiente de los productos respectivos.
Dentro de la presente invencion, la expresion "temperatura ambiente" - a menos que se especifique lo contrario - se entiende que significa una temperatura externa a la temperatura de un ambiente fuertemente calentado, en la que se llevan a cabo las etapas de envejecimiento ii) y iv). Espedficamente, "temperatura ambiente" podna referirse a la temperatura fuera del horno utilizada para realizar los tratamientos termicos de envejecimiento antes mencionados, mas precisamente en los planos de refrigeracion situados dentro de la planta de produccion.
De manera mas precisa, la temperatura ambiente podna ser la temperatura de la planta de produccion, que cambia considerablemente dependiendo de la estacion del ano en la que tiene lugar la produccion y/o de la latitud del lugar de produccion en el que se efectua dicho metodo.
El objetivo antes mencionado tambien se resuelve mediante una aleacion a base de mquel obtenida a traves de las etapas de:
i) forjar y tratar en disolucion la masa metalica antes mencionada;
ii) someter el producto de la etapa i) a una primera etapa de envejecimiento a una temperatura superior;
iii) enfriar el producto de la etapa ii) por aire;
iv) someter el producto de la etapa iii) a una segunda etapa de envejecimiento a una temperatura inferior;
v) enfriar, preferiblemente por aire, el producto de la etapa iv) para obtener una aleacion a base de mquel.
Como resultado de las etapas i) - v), la aleacion a base de mquel comprende fases de endurecimiento de metal uniformemente precipitadas en todos sus granulos.
En cuanto a las variantes preferidas o ventajosas para la fabricacion de dicha aleacion, vease la descripcion anterior.
De acuerdo con una realizacion particularmente ventajosa, al final de las etapas i) -v), la aleacion a base de mquel comprende las fases de endurecimiento y' e y'' precipitadas en una posicion esencialmente no intergranular, y carburos precipitados de una manera discontinua al menos a lo largo del borde de dichos granulos.
De manera mas precisa, las etapas ii) y iv) separadas por la etapa iii), favorecen la precipitacion de las fases de endurecimiento y' e y” de una manera uniforme y preferiblemente fina, minimizando los carburos de precipitacion y las fases intermetalicas no deseadas en el borde de los granulos.
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El objeto antes mencionado se resuelve tambien mediante una aleacion a base de mquel que consiste en, expresado en porcentajes de peso: C = 0,030 max., Si = 0,50 max., n = 0,50 max., Cr = 20,0-24,0, Ni = 55,0- 60,0 , Mo = 5,5 - 7,0, S = 0,005 max., P = 0,015 max., Cu = 1,0 max., Co = 1,0 max., Al = 0,80 max., Ti = 0,50 - 1,50, Nb = 4,0-5,5 y Fe para el porcentaje restante. Dicha aleacion se caracteriza porque comprende las fases de endurecimiento y' e y” precipitadas esencialmente en una posicion no intergranular, ventajosamente de forma uniforme y preferiblemente de forma fina, y los carburos se precipitan discontinuamente al menos en el borde de dichos granulos.
Por ejemplo, esta ultima aleacion se podna obtener usando el metodo de acuerdo con cualquiera de las realizaciones anteriormente ilustradas. Por esta razon, incluso cuando no se indica espedficamente, las variantes preferidas o ventajosas de dicha aleacion podnan comprender cualquier etapa de fabricacion deducible de la descripcion antes mencionada.
De manera ventajosa, la aleacion de la presente invencion es preferiblemente utilizable para fabricar equipos y tubenas para las industrias qmmica o petrolera.
El proposito de la presente invencion se ilustrara a continuacion en base a los ejemplos no limitativos.
Ejemplo 1: Medios para implementar el metodo.
La aleacion a base de mquel a la que se refiere la invencion se funde preferiblemente en un horno de arco electrico, refinado por descarburacion con oxfgeno y argon (A.O.D., del ingles Argon Oxygen Decarburization) con el fin de obtener una desulfuracion intensa, una desoxidacion completa y un intervalo analttico muy restringido de composiciones para asegurar la repetibilidad de las propiedades mecanicas y de corrosion.
El procedimiento de refinado se podna completar mediante al menos una de las siguientes operaciones:
-elaboracion posterior de acero lfquido en desgasificacion y vertido por induccion en vado (V.I.D.P. del ingles Induction Vacuum Degassing and Pouring);
- moldeo por colada en moldes adecuados para el forjado posterior;
- moldeo por colada de lingotes destinados a posterior refusion por arco en vado (V.A.R. del ingles Vacuum Arch Remelting) y refusion por electro escoria (E.S.R. del ingles Electro Slag Remelting)
De acuerdo con una variante, los lingotes obtenidos despues de refusion V.A.R. o E.S.R. pueden someterse a un tratamiento termico de homogeneizacion apropiado y luego transformarse en tochos mediante el uso de una prensa de forja, por ejemplo, con dos manipuladores integrados totalmente automatizados programables tanto para la entidad como para la velocidad de deformacion para cada ciclo.
Los tochos, despues de la molienda intermedia, se pueden transformar en palanquillas/barras mediante el uso de una prensa hidraulica con cuatro martillos sincronizados, por ejemplo, con un manipulador doble y/o un nuevo concepto tal como tren laminador por deformacion continua en redondo (RCD, del ingles Round Continuous Deforming). Estos dos ultimos sistemas tambien podnan ser automatizados y programables.
Las plantas de tratamiento termico, disenadas ad hoc para productos largos (en particular con una longitud de extension sustancialmente superior a la anchura o espesor, tales como tubos o barras), permiten trabajar dentro de intervalos de temperatura estrechos con el fin de tener un buen control de la uniformidad de los granulos y evitar la precipitacion de fases nocivas especialmente para la resistencia a la corrosion en los ambientes en los que se pretende utilizar los productos fabricados a partir de la aleacion de acuerdo con la invencion.
De acuerdo con una variante preferida, la masa metalica - y por lo tanto la correspondiente aleacion de acuerdo con la invencion - podna contener en promedio los siguientes porcentajes en peso de los elementos basicos: Ni = 58, Cr = 21,5, Mo = 5,8, Nb = 4,8, Ti = 0,9, Al = 0,4, Fe = 8%.
Ejemplo 2: Comparacion de la aleacion a base de mquel de la invencion con aleaciones tradicionales actualmente usadas.
La aleacion a base de mquel de la presente invencion, despues de la transformacion termica en el intervalo de temperatura de 1.000-1.160°C y el tratamiento en disolucion en el intervalo de 1.030-1.080°C, tiene tfpicamente las caractensticas mecanicas mostradas en la Figura 1.
La aleacion a base de mquel de la presente invencion (denominada "AF.955"), despues del tratamiento en disolucion como en el parrafo anterior, si se envejece en el intervalo de temperaturas de 720-780°C durante 3-8 horas y se enfna por aire (o enfriamiento equivalente, o en caso de enfriamiento mas rapido) tiene tfpicamente las caractensticas mecanicas especificadas en la Figura 2 y los resultados de la resistencia a la corrosion intergranular y a la picadura a los que se hace referencia en las figuras 6-7-8.
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La aleacion, despues de un segundo penodo de envejecimiento a 600-640°C durante un tiempo comprendido entre 4 y 10 horas, seguido de refrigeracion por aire, presenta las caractensticas mecanicas especificadas en la Figura 3, y la resistencia a la corrosion intergranular y a la picadura referidas en las figuras 6 -7-8.
Los resultados de los ensayos de corrosion por agrietamiento bajo tension (ESR, del ingles Stress Corrosion Cracking) de acuerdo con la Figura 9, complementados con ensayos adicionales, permiten la inclusion de la aleacion en la norma Nace MR 0175/ISO 15156-3 (2009).
Los resultados del ensayo de velocidad de deformacion lenta (SSRT, del ingles Slow Strain Rate Testing) de acuerdo con la Figura 10, muestran la sensibilidad reducida de la aleacion al fenomeno de fragilizacion por hidrogeno.
Las figuras 4-5 muestran la composicion qmmica y las propiedades mecanicas caractensticas de las aleaciones mas utilizadas en los numerosos ambientes encontrados en la industria de extraccion de petroleo y gas natural.
Para todas las aleaciones, las calidades 3 (cal. 3) difieren de las calidades 3HS (cal. 3HS) solo en los metodos (temperaturas/tiempos) del tratamiento termico de envejecimiento.
Mas espedficamente, para la aleacion de acuerdo con la invencion, las calidades 3 (cal. 3) se refieren a una aleacion a base de mquel sometida a una unica etapa de envejecimiento y posterior enfriamiento de acuerdo con las etapas ii) y iii) anteriormente mencionadas. Por el contrario, las calidades 3HS (cal. 3HS) se refieren a una aleacion que tambien ha sufrido las segundas etapas de envejecimiento y enfriamiento (es decir, las etapas iv) y v)).
Las figuras 6-7-8-9-10 proporcionan informacion sobre la capacidad de resistencia de los materiales en los ensayos de corrosion de laboratorio en comparacion con la aleacion de la invencion.
Comparando ademas las microestructuras caractensticas (las figuras 11A-11F para la aleacion AF.955, las figuras 12A-12F para la aleacion N07718 de la tecnica anterior, las figuras 13A-13F para la aleacion N07716 de la tecnica anterior), los resultados de la corrosion intergranular, picaduras, ensayos SCC, SSRT en comparacion con los obtenidos para aleaciones tradicionales con un contenido comparable de mquel (N07718, N07716) muestran claramente las mejoras logradas gracias a la introduccion de este innovador equilibrio analftico de elementos de aleacion, junto con metodos de tratamiento termico exhaustivos e innovadores.
Con referencia a las figuras anteriormente mencionadas, las figuras 11A-11B muestran la metalograffa de la aleacion AF.955 (a aumentos de 100X y 500X) antes de la etapa ii), concretamente al final de la forja y tratamiento en disolucion de la masa metalica solamente. Las figuras 11C-11D muestran la metalograffa - de nuevo a los aumentos anteriormente mencionados - del producto de la etapa iii) anteriormente mencionado, es decir, despues del primer envejecimiento y posterior enfriamiento por aire. Las figuras 11E-11F muestran finalmente metalograffas correspondientes a las anteriores, con respecto a la aleacion AF.955 al final de la etapa v).
Las figuras 12A-12F y las figuras 13A-13F muestran una metalograffa respectivamente de la aleacion N07718 y de la aleacion N07716 correspondiente a las figuras antes mencionadas (despues del tratamiento en disolucion 12A- 12B para la aleacion N07718 y 13A-13B para la aleacion N07716; despues de primer tipo de envejecimiento para cada aleacion cal. 3 (12C-12D y 13C-13D) y despues de un segundo envejecimiento para cada aleacion cal. 3HS (12E-12F y 13E-13F).
Estas mejoras a la resistencia estructural y de corrosion, junto con las elevadas propiedades mecanicas conseguidas sin exceder el tiempo de tratamiento termico de envejecimiento, permiten ventajosamente el uso de la aleacion en todos los ambientes "agrios", incluso a grandes profundidades (aplicaciones HPHT), lo que obligo previamente a los usuarios a una seleccion esperada y no siempre optima entre las aleaciones N07718 y N07716 y la homologa N07725.
Innovadoramente, el metodo y las aleaciones de mquel de la presente invencion hacen posible resolver brillantemente los inconvenientes mencionados en relacion con la tecnica anterior.
Mas espedficamente, el metodo y las aleaciones de mquel de la presente invencion estan sustancialmente libres de precipitados intergranulares de fase metalica, en particular de carburos, de manera que el fenomeno de corrosion en el borde de los granulos se reduce drasticamente, si no sustancialmente ausente, en comparacion con la tecnica anterior.
Ademas, la aleacion de la presente invencion tiene mayores propiedades mecanicas y de resistencia a la traccion, y en particular resultados de alargamiento y punto de pinzamiento, que las aleaciones metalicas con las que se comparo, una considerable resistencia a la corrosion bajo esfuerzo y muy baja fragilizacion por hidrogeno con caractensticas de alargamiento a la rotura todavfa lo suficientemente altas como para garantizar el uso seguro de la aleacion en ambientes en los que el hidrogeno naciente puede desarrollarse.
Como se ha comentado al principio, ninguna aleacion de la tecnica anterior era capaz hasta ahora de conseguir dichos resultados tecnicos, especialmente para un producto forjado y producido a escala industrial.
De manera ventajosa, los componentes de la aleacion a base de mquel, los tratamientos termicos y/o termo- mecanicos a los que la presente invencion se refiere, hacen que los fenomenos de precipitacion de las fases de endurecimiento de metal sean unicos y caractensticos.
De manera ventajosa, en el metodo de la presente invencion, una separacion temporal clara entre las fases de 5 precipitacion hace posible obtener diferentes aleaciones de diferentes tipos, notablemente diferentes en rendimiento.
Sin embargo, este metodo permite alcanzar importantes rentabilidades de produccion, no solo en virtud del procedimiento comun que caracteriza la fabricacion de las diversas aleaciones obtenibles.
De hecho, en el mercado existen actualmente dos tipos de productos, es decir, productos con Ys > 120 KSi (MPa 827) y productos con Ys > 140 KSi (MPa ca 966). Con el metodo y con la aleacion de la presente invencion es 10 posible, por lo tanto, garantizar los niveles mmimos antes mencionados con el producto de la etapa iii) y el producto de la etapa v), respectivamente, los cuales forman parte de la misma cadena de produccion.
Por ultimo, de manera ventajosa, incluso la duracion del enfriamiento influye positivamente sobre la precipitacion de las fases mas utiles para las propiedades mecanicas, de la resistencia a la corrosion y de la fragilizacion de la aleacion descritas.
15 Sin querer de ninguna manera proporcionar una explicacion cientffica del fenomeno, las fases no deseadas y los carburos tienden a precipitar en el borde de los granulos. Tecnicamente, por lo tanto, es importante minimizar dicha precipitacion y asegurarse de que estos precipitados no sean continuos en el borde de los granulos. Un borde de granulo con precipitados mayores, menores o nulos afecta la resistencia a la corrosion intergranular y la fragilizacion por hidrogeno, pero el fenomeno de agrietamiento por corrosion bajo tension de una manera mas limitada.
20 De manera ventajosa, incluso el producto de la etapa iii) resulta optimo para ciertas aplicaciones industriales.

Claims (13)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un metodo de fabricacion de una aleacion a base de mquel que comprende las etapas de:
    i) forjar y tratar en disolucion una aleacion a base de mquel que consiste en, expresado como porcentajes en peso: C = 0,030 max., Si = 0,50 max., Mn = 0,50 max., Cr = 20,0-24,0, Ni = 55,0 - 60,0, Mo = 5,5 - 7,0, S = 0,005 max., P = 0,015 max., Cu = 1,0 max., Co = 1,0 max., Al = 0,80 max., Ti = 0,50 - 1,50, Nb = 4,0 - 5,5 y Fe = 5,0 -15,0, en el que el forjado se lleva acabo a una temperatura de aproximadamente 1.000-1.160°C y el tratamiento en disolucion tiene lugar a una temperatura de aproximadamente 1.030-1.080°C, seguida de una etapa de enfriamiento en agua.
    ii) someter el producto de la etapa i) a una primera etapa de envejecimiento a una temperatura superior de aproximadamente 720-780°C durante aproximadamente 3-8 horas;
    iii) enfriar el producto de la etapa ii) en aire a temperatura ambiente;
    iv) someter el producto de la etapa iii) a una segunda etapa de envejecimiento a una temperatura inferior de 600-640°C durante aproximadamente 4-10 horas;
    v) enfriar en aire el producto de la etapa iv) para obtener la aleacion a base de mquel.
    en el que, las siguientes etapas i) -v), las fases de endurecimiento de metal de la aleacion a base de mquel se precipitan de una manera uniforme en los granulos de esta ultima.
  2. 2. Metodo de acuerdo con la reivindicacion precedente, en el que las etapas i) -v), la aleacion a base de mquel comprende las fases de endurecimiento y' e y'' precipitadas en una posicion esencialmente no intergranular, y fases de carburos precipitadas de una manera discontinua al menos a lo largo del borde de dichos granulos.
  3. 3. Metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende ademas una etapa de separacion del producto de la etapa iii), y una etapa de transformacion de una primera parte del producto separado en un primer producto acabado.
  4. 4. Metodo de acuerdo con la reivindicacion precedente 3, que comprende una etapa de procesamiento posterior de la segunda parte de dicho producto separado a la etapa iv) y posteriormente a la etapa v) para obtener un segundo producto, de mayor rendimiento, realizado a partir de dicha aleacion a base de mquel.
  5. 5. Metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el producto de la etapa iii) se caracteriza por tener una resistencia a la fluencia, medida a temperatura ambiente, de aproximadamente 827 MPa o mas y en el que, la siguiente etapa v), la aleacion a base de mquel se caracteriza por tener una resistencia a la fluencia, medida a temperatura ambiente, de aproximadamente 950-970 MPa.
  6. 6. Metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la aleacion a base de mquel forjada y tratada en disolucion en la etapa i) consiste en, expresado como porcentajes en peso: C = 0,022 max., Si = 0,20 max., Mn = 0,20 max., Cr = 21,0-23, Ni = 57,0-59,0, Mo = 5,5 - 6,0, Al = 0,30 - 0,60, Ti = 0,70 - 1,0, Nb = 4,5 - 5,0, Fe = 5,0 -12,0.
  7. 7. Metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la aleacion a base de mquel forjada y tratada en disolucion en la etapa i) consiste en, expresado como porcentajes en peso: Ni = 58, Cr = 21,5, Mo = 5,8, Nb = 4,8, Ti = 0,9, Al = 0,4, Fe = 8%.
  8. 8. Metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la etapa ii) se lleva a cabo durante aproximadamente 3-6 horas.
  9. 9. Metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las etapas de enfriamiento iii) y v) se llevan a cabo en aire a temperatura ambiente, concretamente a una temperatura fuera del medio calentado en el que se llevan a cabo las etapas de envejecimiento ii) y iv), hasta aproximadamente la temperatura ambiente de los respectivos productos.
  10. 10. La aleacion a base de mquel, por ejemplo, realizada a partir del metodo de acuerdo con las reivindicaciones 111, que comprende una masa metalica que consiste en, expresado en porcentajes en peso: C = 0,030 max., Si = 0,50 max., Mn = 0,50 max., Cr = 20,0-24,0, Ni = 55,0 - 60,0, Mo = 5,5 - 7,0, S = 0,005 max., P = 0,015 max., Cu = 1,0 max., Co = 1,0 max., Al = 0,80 max., Ti = 0,50 - 1,50, Nb = 4,0 - 5,5 y Fe = 5,0 -15,0;
    estando dicha aleacion caracterizada porque comprende las fases de endurecimiento de metal y' e y'' precipitadas en una posicion esencialmente no intergranular, y fases de carburo precipitadas de una manera discontinua al menos a lo largo del borde de dichos granulos.
  11. 11. Uso de la aleacion de acuerdo con las reivindicaciones 12 u obtenida a traves del metodo de acuerdo con las reivindicaciones 1-11 para fabricar equipos y tubenas para las industrias qmmica o de petroleo.
    Figura 1: Propiedades mecanicas tipicas de barras tratadas en disolucion; AF.955 Cal. 3.
    Dimensiones
    T Rs 0,2% Rm A Z HB Kv @ - 60°C
    mm
    °C MPa MPa % % Lng (J) Trv (J)
    203
    20 380 790 60 65 185 300 200
    Figura 2: Propiedades mecanicas tipicas de barras tratadas en disolucion y envejecidas; AF.955 Cal. 3.
    Dimensiones
    T Rs 0,2% Rm A Z Kv @ - 60°C
    mm
    °C MPa MPa % % HB HRC Lng (J) Trv (J)
  12. 203
    20 940 1.160 36 53 365 38 120 80
    Figura 3: Propiedades mecanicas tipicas de barras tratadas en disolucion sometidas a dos ciclos de envejecimiento; AF.955 Cal. 3HS.
    Dimensiones
    T Rs 0,2% Rm A Z Kv @ - 60°C
    mm
    °C MPa MPa % % HB HRC Lng (J) Trv (J)
  13. 203
    20 1.000 1.220 30 50 380 40 95 65
    Figura 4: Analisis tfpicos de las aleaciones comparadas con AF.955
    Aleacion
    %C %Cr %Ni %Mo %Al %Ti %Nb %Fe
    N07716
    0,018 21,0 61,5 8,0 0,2 1,4 3,4 4,5
    N07718
    0,020 18,6 54,2 3,0 0,4 0,9 5,1 17
    N09925
    0,015 21,0 44,1 2,9 0,2 2,1 0,3 26
    N09935
    0,015 20,2 35,5 3,7 0,2 2,2 0,3 36
    Figura 5: Propiedades mecanicas tipicas de aleaciones comparadas con AF.955
    Rs 0,2% Rm A% Z% HRC Kv @ - 60° (J)
    Aleacion
    MPa MPa % % Lng Trv
    N07716 -Cal. 3
    935 1.250 32 48 38 73 62
    N07716 -Cal. 3HS
    1.005 1.260 29 42 40 50 39
    N07718 -Cal. 3
    925 1.210 30 43 37 89 58
    N07718 -Cal. 3HS
    985 1.240 30 44 39 -- 61
    N09925
    820 1.160 28 45 34 84 70
    AF.935
    790 1.120 26 33 33 66 49
    Figura 6: Ensayo de resistencia a la corrosion intragranular (ASTM G28A -20 H; Velocidad de corrosion mm/ano.
    AF.955
    N07716 N07718 N09925 AF.935
    Cal. 3
    Cal. 3HS Cal. 3 Cal. 3HS Cal. 3 Cal. 3HS
    1,8
    3,5 7,6 14,1 2,8 2,7 0,8 3,3
    Figura 7: Ensayo de resistencia a la corrosion intragranular (ASTM A262 Practica C-5 ciclos de 48 horas; Velocidad de corrosion mm/ano.
    AF.955
    N07716 N07718 N09925 AF.935
    Cal. 3
    Cal. 3HS Cal. 3/3HS Cal. 3/3HS
    2,1
    3,1 10 (*) 1,6 18 (*) 18 (*)
    (*) Ensayo suspendido despues de 1 ciclo de 48h debido a un descenso excesivo.
    Figura 8: Ensayo para determinar la temperatura de picado cntica (ASTM G48C - duracion 72 horas).
    Aleacion
    AF.955 N07716 N07718 N09925 AF.935
    CPT (°C)
    >65° >80° >30° >30°C >30°
    Figura 9: Ensayo SCC-NACE MR0175/ISO 15156-3; 100% de tension aplicada Rs a 260°C.
    AMBIENTE : Tabla E.1 Nivel VII
    °C=260 - pCO2=3,5 MPa - pH2S=3,5 MPa - NaCl=25%=180.000ppm - S0=si - AG=no - t=1 mes
    Aleacion
    Calidad Inspeccion visual Grietas (*) Evidencia de SCC Rotura
    AF.955
    3 Pelfcula ligera gris brillante No No No
    3HS
    Pelicula ligera gris brillante No No No
    *continuacion de la Figura 9
    N07716
    3HS Pelicula ligera gris No No No
    N07718
    3HS Amplias grietas Yes Yes Yes
    AF.935
    3 Amplias grietas Yes Rapido Yes
    (*) grietas superficiales intergranulares P= presion parcial
    S: presencia de azufre elemental (1mg/l) AG= acoplamiento galvanico
    Figura 10: Ensayo de sensibilidad por fragilizacion por hidrogeno (SSRT). Procedimiento ESS-I-130 Rev. 1 “Procedimiento de ensayo para evaluar la susceptibilidad de la aleacion a base de rnquel PH a la fragilizacion por hidrogeno - TOTAL”
    Aleacion
    AF.935 N07716 N07718 N09925 AF.935
    Calidad
    Cal. 3 Cal. 3HS Cal. 3 Cal. 3HS Cal. 3 Cal. 3HS Cal. 3 Cal. 3
    A1/A0
    0,45 0,33 0,15 0,10 0,42 0,90 0,76 0,86
    Ai
    15,7 8,7 4,4 3,1 11,6 17,8 20,2 22,2
    A1 = % de alargamiento en medio de hidrogeno naciente. Ensayo llevado a cabo bajo polarizacion catodica a 40°C. A0 = % de alargamiento en medio inerte a 40°C. (Glicerol)
    Velocidad de deformacion = 10-6 s-1
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