ES2709028T3 - Proceso para la producción de junta soldada - Google Patents
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Abstract
Un proceso para la producción de una junta soldada, que comprende las etapas de: preparar un material de base en el que el material de base es un acero inoxidable martensítico que consiste, en 5 % en masa, en C: del 0,001 al 0,100 %, Si: del 0,050 al 1,00 %, Mn: del 0,10 al 1,50 %, P: no más del 0,040 %, S: no más del 0,0100 %, Cu: del 0,01 al 2,00 %, Cr: del 10,50 al 14,00 %, Ni: del 0,50 al 10,00 %, N: no más del 0,1 %, Al sól.: no más del 0,040 %, al menos uno de entre Mo: del 0,10 al 4,00 % y W: del 0,20 al 6,00 %, y el resto es Fe e impurezas o en el que el material de base es un acero inoxidable dúplex que consiste, en % en masa, en C: no más del 0,03 %, Si: del 0,20 al 1,00 %, Mn: no más del 8,00 %, P: no más del 0,040 %, S: no más del 0,0100 %, Cu: del 0,20 al 4,00 %, Cr: del 20,0 al 30,0 %, Ni: del 4,00 al 8,00 %, N: del 0,100 al 0,350 %, Al sól.: no más del 0,040 %, al menos uno de entre Mo: del 0,50 al 4,00 % y W: del 0,01 al 4,00 %, opcionalmente V: no más del 1,50 %, opcionalmente Ca: no más del 0,0200 %, opcionalmente Mg: no más del 0,0200 %, opcionalmente B: no más del 0,0200 %, opcionalmente metales de tierras raras (REM): no más del 0,2000 %, y el resto es Fe e impurezas; y someter el material de base a soldadura GMA (arco de metal y gas) usando un gas de protección que comprende del 1 al 2 % en volumen o del 35 al 50 % en volumen de CO2, y el resto es gas inerte, formando de este modo un metal de soldadura que consiste en, en % en masa, C: no más del 0,080 %, Si: del 0,20 al 1,00 %, Mn: no más del 8,00 %, P: no más del 0,040 %, S: no más del 0,0100 %, Cu: no más del 2,0 %, Cr: del 20,0 al 30,0 %, Ni: del 7,00 al 12,00 %, N: del 0,100 al 0,350 %, O (oxígeno): del 0,02 al 0,14 %, Al sól.: no más del 0,040 %, al menos uno de entre Mo: del 1,00 al 4,00 % y W: del 1,00 al 4,00 %, y el resto es Fe e impurezas.
Description
DESCRIPCION
Proceso para la produccion de junta soldada
Campo tecnico
La presente invencion se refiere a un proceso para producir una junta soldada.
Antecedentes de la tecnica
Recientemente, en aplicaciones industriales relacionadas con el petroleo, ha habido demanda de materiales de acero que tengan una resistencia excelente, ademas de ser resistentes a la corrosion. Como material de acero que tiene alta resistencia, se ha puesto en uso un acero inoxidable duplex de alto contenido de nitrogeno descrito en el documento JP5-132741A (Literatura de Patente 1) y un acero inoxidable martensftico que contenfa del 12 al 13 % en masa de Cr descrito en el documento WO2008/026594 (Literatura de Patente 2).
Cuando se produce una junta soldada que usa un acero inoxidable de alta resistencia de este tipo como material de base, tambien se requiere una alta resistencia para el metal de soldadura. Ademas, tambien se requiere una alta dureza para el metal de soldadura.
Mientras tanto, entre diversos metodos de soldadura, la soldadura de arco con proteccion de gas proporciona buenas propiedades de soldadura. En consecuencia, la soldadura de arco con proteccion de gas se ha utilizado para la soldadura de diversos materiales de acero. La soldadura de arco con proteccion de gas incluye un metodo de soldadura GTA (arco de wolframio y gas, por sus siglas en ingles) y un metodo de soldadura GMA (arco de metal y gas, por sus siglas en ingles). El metodo de soldadura GTA, que tambien se denomina soldadura de arco con proteccion de gas de tipo no consumible, principalmente funde el material de base con wolframio como electrodo para conseguir la junta. El metodo de soldadura GMA, que tambien se denomina soldadura de arco con proteccion de gas de tipo de electrodo consumible, usa un consumible de soldadura como electrodo.
Generalmente, el metodo de soldadura GTA se aplica para la soldadura de acero inoxidable. Esto se debe a que el metodo de soldadura GTA facilita la formacion de metal de soldadura de alta calidad. El documento JP2001-9589A (Literatura de Patente 3) y el documento JP8-260101 (Literatura de Patente 4) proponen una soldadura GTA que usa un material de soldadura de metal similar con alto contenido de nitrogeno para obtener metal de soldadura que tenga una alta resistencia y una alta dureza.
El documento US 6.042.782 desvela un material de soldadura para su uso en un electrodo de soldadura consumible o no consumible de aceros inoxidables, capaz de formar un metal de soldadura con una resistencia a la corrosion y propiedades mecanicas excelentes, que se introduce facilmente en un alambre de soldadura. El material de soldadura es un alambre de soldadura compuesto formado por una cubierta de acero y un material de relleno envuelto por dicha cubierta de acero y que no contiene agente formador de escoria. El material de soldadura, en su totalidad, tiene la composicion qufmica que se indica a continuacion (en % en peso): No mas del 0,3 % de C, no mas del 1,0 % de Si, no mas del 1,5 % de Mn, no mas del 0,04 % de P, no mas del 0,01 % de S, no mas del 0,5 % de Al, del 8,0 al 10,0 % de Mo, del 22,0 al 26,0 % de Cr, del 2,0 al 5,0 % de Mo, del 0,12 al 0,24 % de N, no mas del 3,0 % de Co, no mas del 5,0 % de W, no mas del 2,0 % de Cu, no mas del 1,5 % de V.
El documento US 2007/0170164 desvela el uso de un acero inoxidable de fase doble como electrodo para soldar y el uso de un gas de proteccion Ar con CO2 para permitir el uso de un bucle de control externo adaptativo.
El documento DE 69500831 T2 desvela la mejora de la resistencia a la corrosion del metal de soldadura mediante la inclusion de CO2 en un gas de proteccion durante la soldadura.
El documento JP 7-9144 desvela un gas de proteccion para soldadura de arco que contiene CO2.
Divulgacion de la invencion
Sin embargo, la velocidad de soldadura del metodo de soldadura GTA es lenta, por lo que su eficiencia de soldadura es baja. Por el contrario, la velocidad de soldadura del metodo de soldadura GMA es superior a la del metodo de soldadura GTA. Por tanto, para aumentar la eficiencia de la soldadura, es preferible aplicar el metodo de soldadura GMA en lugar del metodo de soldadura GTA.
Sin embargo, puesto que la tasa de solidificacion del metal de soldadura es mayor en el metodo de soldadura GMA en comparacion con el metodo de soldadura GTA, es mas probable que se produzcan los defectos denominados orificios de soplado en el metal de soldadura.
Un objeto de la presente invencion es proporcionar un proceso para producir una junta soldada que incluya un metal de soldadura que tenga una alta resistencia y una alta dureza y que contenga menos orificios de soplado.
Un proceso para producir una junta soldada de acuerdo con la presente realizacion comprende las etapas de: preparar un material de base en el que el material de base es un acero inoxidable martensttico que consiste, en % en masa, en C: del 0,001 al 0,100 %, Si: del 0,050 al 1,00 %, Mn: del 0,10 al 1,50 %, P: no mas del 0,040 %, S: no mas del 0,0100 %, Cu: del 0,01 al 2,00 %, Cr: del 10,50 al 14,00 %, Ni: del 0,50 al 10,00 %, N: no mas del 0,1 %, sol. Al: no mas del 0,040 %, al menos uno de entre Mo: del 0,10 al 4,00 % y W: del 0,20 al 6,00 % y el resto es Fe e impurezas o en el que el material de base es un acero inoxidable duplex que consiste, en % en masa, en C: no mas del 0,03 %, Si: del 0,20 al 1,00 %, Mn: no mas del 8,00 %, P: no mas del 0,040 %, S: no mas del 0,0100 %, Cu: del 0,20 al 4,00 %, Cr: del 20,0 al 30,0 %, Ni: del 4,00 al 8,00 %, N: del 0,100 al 0,350 %, sol. Al: no mas del 0,040 %, al menos uno de entre Mo: del 0,50 al 4,00 % y W: del 0,01 al 4,00 %, opcionalmente V: no mas del 1,50 %, opcionalmente Ca: no mas del 0,0200 %, opcionalmente Mg: no mas del 0,0200 %, opcionalmente B: no mas del 0,0200 %, opcionalmente metales de tierras raras (REM, por sus siglas en ingles): no mas del 0,2000 % y el resto es Fe e impurezas; y; y someter el material de base a la soldadura GMA usando un gas de proteccion que comprende del 1 al 2 % en volumen o del 35 al 50 % en volumen de CO2 , y siendo el resto gas inerte, formando de este modo un metal de soldadura que comprende, en % en masa, C: no mas mas del 0,080 %, Si: del 0,20 al 1,00 %, Mn: no mas del 8,00 %, P: no mas del 0,040 %, S: no mas del 0,0100 %, Cu: no mas del 2,0 %, Cr: del 20,0 al 30,0 %, Ni: del 7,00 al 12,00 %, N: del 0,100 al 0,350 %, O: del 0,02 al 0,14 %, sol. Al: no mas del 0,040 %, al menos uno de entre Mo: del 1,00 al 4,00 % y W: del 1,00 al 4,00 % y el resto es Fe e impurezas.
Breve descripcion de los dibujos
La Figura 1 es un diagrama que muestra el numero de orificios de soplado (/100 mm) y el contenido de oxfgeno (%) en el metal de soldadura con respecto al contenido (% en volumen) de gas CO2 en el gas de proteccion cuando la soldadura de metal se produce mediante soldadura GMA.
La Figura 2 es un diagrama que muestra la relacion entre el contenido de oxfgeno (%) en el metal de soldadura y la energfa absorbida (J) a -30 °C.
La Figura 3 es una vista en perspectiva de una junta soldada, para ilustrar un metodo para medir orificios de soplado.
La Figura 4 es un diagrama que muestra la ubicacion donde se recoge una muestra de ensayo de impacto Charpy de una junta soldada.
Mejor modo de realizar la invencion
A continuacion, en el presente documento, se describiran con detalle realizaciones de la presente invencion. El sfmbolo "%" con respecto a un elemento de composicion qmmica significa % en masa, a menos que se indique lo contrario.
Los presentes inventores han realizado diversos experimentos y estudios detallados sobre el metal de soldadura cuando se produce una junta soldada de acero inoxidable mediante soldadura GMA y obtuvieron los siguientes hallazgos.
(A) Para conseguir una alta resistencia, el metal de soldadura es preferentemente un acero inoxidable duplex. Adicionalmente, el contenido de nitrogeno del metal de soldadura es preferentemente tan alto como del 0,100 al 0,350 %. Un mayor contenido de N aumentara la resistencia del metal de soldadura y, por tanto, la junta soldada podna conseguir una resistencia excelente.
(B) Sin embargo, cuando el metal de soldadura se produce mediante soldadura GMA, un mayor contenido de nitrogeno del metal de soldadura hara que sea mas probable que se produzcan orificios de soplado. Esto es presumiblemente porque el nitrogeno gaseoso generado en el metal de soldadura permanece en el metal de soldadura incluso despues de enfriarse sin descargarse al exterior, formando de este modo orificios de soplado. Por tanto, en particular cuando se forma un metal de soldadura con alto contenido de nitrogeno por soldadura GMA, es mas probable que se produzcan orificios de soplado en comparacion con un metal de soldadura normal con bajo contenido de nitrogeno.
(C) Para producir metal de soldadura hecho del acero inoxidable duplex de alto nitrogeno descrito anteriormente, la soldadura GMA se realiza mediante el uso de un gas de proteccion que comprende del 1 al 2 % en volumen o del 35 al 50 % en volumen de CO2 , y siendo el resto gas inerte. En este caso, se reduce la presencia de agujeros de soplado y se obtiene un metal de soldadura que tiene una alta resistencia y una alta dureza. En lo sucesivo en el presente documento, se proporcionara una descripcion detallada.
La Figura 1 es un diagrama que muestra el numero de orificios de soplado (/100 mm) y el contenido de oxfgeno (%) en el metal de soldadura, con respecto al contenido de CO2 gaseoso (% en volumen) en el gas de proteccion cuando el metal de soldadura se produce mediante soldadura GMA. La figura 1 se ha obtenido de la siguiente manera.
Se preparo una pluralidad de gases de proteccion que comprendfan diversas relaciones de volumen de CO2, y siendo el resto Ar, que es un gas inerte. La soldadura GMA se realizo usando cada gas de proteccion para producir una junta soldada que inclma metal de soldadura hecho de un acero inoxidable duplex con alto contenido de nitrogeno que tema la composicion qmmica descrita anteriormente. Como material de base, se uso un acero
inoxidable martensftico o un acero inoxidable duplex, que estaba dentro del intervalo de la composicion qufmica que se desvela a continuacion.
El numero de orificios de soplado en el metal de soldadura de una junta soldada producida de este modo se contabilizo mediante el metodo que se describe a continuacion. Adicionalmente, el contenido de oxfgeno en el metal de soldadura producido de este modo se determino mediante un metodo de analisis de gas basado en la norma JIS Z2613 para obtener la Figura 1.
El eje horizontal en la Figura 1 representa el contenido de CO2 (% en volumen) en el gas de proteccion. El sfmbolo "•" en la Figura 1 indica el numero de orificios de soplado (/100 mm) en el metal de soldadura. El sfmbolo "o" indica el contenido de oxfgeno (% en masa) en el metal de soldadura.
Con referencia a la Figura 1, cuando el gas de proteccion contenfa Ar solo sin CO2 , existfa una gran cantidad de orificios de soplado. Por otro lado, cuando el contenido de CO2 en el gas de proteccion era del 1 al 2 % en volumen, el numero de orificios de soplado disminuyo bruscamente hasta ser de no mas de 5 unidades/100 mm. Adicionalmente, como la relacion en volumen del CO2 en el gas de proteccion aumento, el numero de orificios de soplado aumento bruscamente de nuevo. Sin embargo, cuando la relacion de volumen de CO2 no era inferior al 10 %, el numero de orificios de soplado disminuyo bruscamente de nuevo a medida que la relacion de volumen de CO2 aumentaba. Despues, cuando la cantidad de CO2 no era inferior al 35 % en volumen, el numero de orificios se redujo de nuevo para ser de no mas de 5 unidades/100 mm.
Se produjo un fenomeno de este tipo presumiblemente porque la relacion en volumen del CO2 en el gas de proteccion influyo en la estabilidad del arco y la viscosidad del metal de soldadura. Para ser especfficos, cuando la cantidad de CO2 era del 1 al 2 % en volumen, el arco se estabilizaba de manera que se reducfa la aparicion de orificios de soplado. Cuando la cantidad de CO2 era superior al 2 % en volumen, el arco se desestabilizaba, de manera que los orificios de soplado aumentaban considerablemente. Sin embargo, cuando la cantidad de CO2 supero el 10 % en volumen, el contenido de carbono (C) contenido en el metal de soldadura aumentaba a medida que aumentaba la cantidad de CO2. Por tanto, la viscosidad en el metal de soldadura disminufa, por lo que las burbujas producidas durante la fusion probablemente se liberaban al exterior. Como resultado, el numero de orificios de soplado disminufa otra vez. Despues, cuando la cantidad de CO2 no era inferior al 35 % en volumen, el numero de orificios de ventilacion nuevamente no era superior a 5 unidades/100 mm.
Como se ha descrito hasta ahora, cuando la relacion de volumen de CO2 en el gas de proteccion sea del 1 al 2 % o no inferior al 35 %, el numero de orificios de soplado en el metal de soldadura se reducira a un nivel para que sea tan bajo como de no mas de 5 piezas/100 mm.
Para obtener metal de soldadura que no solo tenga pocos orificios de soplado, sino que tambien tenga una excelente dureza, es preferible que la relacion en volumen de CO2 en el gas de proteccion sea de no superior al 50 %. La Figura 2 es un diagrama que muestra la relacion entre el contenido de oxfgeno (%) y la energfa absorbida (J) a -30 °C del metal de soldadura en cada junta soldada producida en el ensayo que se muestra en la Figura 1. La Figura 2 se obtiene realizando un ensayo de impacto de Charpy que se describira a continuacion.
Haciendo referencia a la Figura 2, la energfa absorbida del metal de soldadura disminufa a medida que aumentaba la cantidad de oxfgeno en el metal de soldadura. Como resultado de observar la superficie de la fractura, puesto que se confirmo una superficie de fractura ductil, la disminucion de la energfa absorbida no era atribuible a la fragilidad, sino que probablemente fue provocada por el oxfgeno en el metal de soldadura. Se puede suponer que cuando aumenta la cantidad de oxfgeno en el metal de soldadura, la cantidad generada de oxidos, que actua como punto de partida de la fractura, aumenta, reduciendo de este modo la energfa absorbida.
51 la energfa absorbida a -30 °C no es inferior a 27 J, puede concluirse que el metal de soldadura tiene una excelente dureza suficiente para usos practicos. Haciendo referencia a la Figura 2, cuando el contenido de oxfgeno del metal de soldadura no es superior al 0,14 %, la energfa absorbida no sera inferior a 27 J. El contenido de oxfgeno en el metal de soldadura depende del contenido de CO2 en el gas de proteccion durante la soldadura GMA. Haciendo referencia a "o" en la Figura 1, cuando el contenido de CO2 en el gas de proteccion no es superior al 50 %, el contenido de oxfgeno en el metal de soldadura producido no sera superior al 0,14 % y, por tanto, se obtendra una excelente dureza.
Por tanto, la realizacion de la soldadura GMA mediante el uso de un gas de proteccion que comprende del 1 al 2 % en volumen o del 35 al 50 % en volumen de CO2, y siendo el resto gas inerte, reducira la aparicion de orificios de soplado, lo que hace posible producir una junta soldada incluyendo un metal de soldadura que tenga una alta resistencia y una alta dureza.
En base a los hallazgos descritos hasta ahora, el proceso para producir una junta soldada de acuerdo con la presente realizacion se ha completado. A continuacion, en el presente documento, se describira el proceso para producir una junta soldada.
[Metodo de produccion]
Una junta soldada comprende un material de base y un metal de soldadura. Una junta soldada se refiere, por ejemplo, a una estructura en la que las porciones terminales de tubos de acero o placas de acero se sueldan entre si. El tubo de acero puede ser un tubo de acero sin costura o un tubo de acero soldado.
Un proceso para producir una junta soldada de acuerdo con la presente realizacion comprende una etapa de preparacion de un material de base (etapa de preparacion) y una etapa de realizacion de la soldadura GMA sobre el material de base (etapa de soldadura).
[Etapa de preparacion]
Se prepara un material de base que comprende, en % en masa, no menos del 10,5 % de Cr. La razon por la que el contenido de Cr esta hecho para que no sea inferior al 10,5 % es para conseguir resistencia a la corrosion. Preferentemente, el material de base es un acero inoxidable martensftico o un acero inoxidable duplex.
[Caso en que el material de base es acero inoxidable martensftico]
Cuando el material de base es un acero inoxidable martensftico, preferentemente el material de base tiene la siguiente composicion qufmica.
C: del 0,001 al 0,100 %
El carbono (C) aumenta la resistencia del acero. Sin embargo, cuando el contenido de C es demasiado alto, la dureza de la zona afectada por el calor de la soldadura despues de la soldadura sera demasiado alta, lo que reducira la tenacidad y la resistencia al agrietamiento por corrosion y tension. Por tanto, el contenido de C es del 0,001 al 0,100 %. El lfmite inferior del contenido de C es preferentemente del 0,002 % y mas preferentemente del 0,003 %. El lfmite superior del contenido de C es preferentemente del 0,07 % y mas preferentemente del 0,05 %. Si: del 0,050 al 1,00 %
El silicio (Si) desoxida el acero. Sin embargo, cuando el contenido de Si es demasiado alto, la dureza del acero se reducira. Por tanto, el contenido de Si es del 0,050 al 1,00 %. El lfmite inferior del contenido de Si es preferentemente del 0,10 % y mas preferentemente del 0,15 %. El lfmite superior del contenido de Si es preferentemente del 0,80 % y mas preferentemente del 0,60 %.
Mn: del 0,10 al 1,50 %
El manganeso (Mn) desoxida el acero de la misma manera que lo hace el Si como se ha descrito anteriormente. Adicionalmente, el Mn refuerza el acero. Sin embargo, cuando el contenido de Mn es demasiado alto, la resistencia al agrietamiento por corrosion y tension se reducira. Por tanto, el contenido de Mn es del 0,10 al 1,50 %. El lfmite inferior del contenido de Mn es preferentemente del 0,13 % y mas preferentemente del 0,15 %. El lfmite superior del contenido de Mn es preferentemente del 1,40 % y mas preferentemente del 1,30 %.
P: no mas del 0,040 %
El fosforo (P) es una impureza. El fosforo deteriora la operabilidad en caliente y aumenta la susceptibilidad al agrietamiento en caliente. Por tanto, el contenido de P es preferentemente lo mas bajo posible. El contenido de P no es superior al 0,040 %. El contenido de P preferentemente no es superior al 0,030 % y mas preferentemente no es superior al 0,025 %.
S: no mas del 0,0100 %
El azufre (S) es una impureza. El azufre deteriora, al igual que el P, la operabilidad en caliente y aumenta la susceptibilidad al agrietamiento en caliente durante la soldadura. Por tanto, el contenido de S es preferentemente lo mas bajo posible. El contenido de S no es superior al 0,0100 %. El contenido de S preferentemente no es superior al 0,0050 % y mas preferentemente no es superior al 0,0020 %.
Ni: del 0,50 al 10,00 %
Cu: del 0,01 al 2,00 %
Tanto el nfquel (Ni) como el cobre (Cu) mejoran la dureza del material de base y la resistencia a la corrosion del mismo en un ambiente de dioxido de carbono gaseoso humedo. Sin embargo, cuando el contenido de estos elementos es demasiado alto, sus efectos se saturaran, dando como resultado el aumento del coste de produccion. Por tanto, el contenido de Ni es preferentemente del 0,50 al 10,00 % y el contenido de Cu es preferentemente del
0,01 al 2,00 %. El limite inferior del contenido de Ni es preferentemente del 1,00 % y mas preferentemente del 2,00 %. El limite superior del contenido de Ni es preferentemente del 9,50 % y mas preferentemente del 9,00 %. El limite inferior del contenido de Cu es preferentemente del 0,013 % y mas preferentemente del 0,015 %. El limite superior del contenido de Cu es preferentemente del 1,95 % y mas preferentemente del 1,90 %.
Cr: del 10,50 al 14,00 %.
El cromo (Cr) mejora la resistencia a la corrosion del acero en un ambiente de dioxido de carbono gaseoso. Por otro lado, cuando el contenido de Cr es demasiado alto, es diffcil ajustar la resistencia del acero. Por tanto, el contenido de Cr es del 10,50 al 14,00. El limite inferior del contenido de Cr es preferentemente del 11,00 % y mas preferentemente del 11,50 %. El limite superior del contenido de Cr es preferentemente del 13,80 % y mas preferentemente del 13,50 %.
Mo: del 0,10 al 4,00 %
W: del 0,20 al 6,00 %
El molibdeno (Mo) y el wolframio (W) mejoran la resistencia a la corrosion y la resistencia al agrietamiento por corrosion y tension del acero en un ambiente de dioxido de carbono gaseoso humedo. Sin embargo, cuando el contenido de estos elementos es demasiado alto, los efectos descritos anteriormente se saturaran, dando como resultado el aumento del coste de produccion. Por tanto, el contenido de Mo es del 0,10 al 4,00 % y el contenido de W es del 0,20 al 6,00 %. El limite inferior del contenido de Mo es preferentemente del 0,30 % y mas preferentemente del 0,50 %. El limite superior del contenido de Mo es preferentemente del 3,80 % y mas preferentemente del 3,50 %. El limite inferior del contenido de W es preferentemente del 0,30 % y mas preferentemente del 0,50 %. El limite superior del contenido de W es preferentemente del 5,50 % y mas preferentemente del 5,00 %. El material de base contiene mas de uno de entre Mo y W.
Al Sol.: no mas del 0,040 %
El aluminio (Al) desoxida el acero de la misma manera que el Si. Sin embargo, cuando el contenido de Al es demasiado alto, se formara nitruro de aluminio (AlN), deteriorando de este modo la dureza y la resistencia a la corrosion del acero. Por tanto, el contenido de Al sol. no es superior al 0,040 %. El limite inferior del contenido de Al sol. es preferentemente del 0,003 % y mas preferentemente del 0,005 %. El limite superior del contenido de Al sol. es preferentemente del 0,035 % y mas preferentemente del 0,030 %.
N: no mas del 0,1 %
Cuando el material de base es un acero inoxidable martensftico, el nitrogeno (N) es una impureza. N deteriora la dureza del acero. Por tanto, el contenido de N es preferentemente lo mas bajo posible. El contenido de N no es superior al 0,1 %.
El resto del material de base es Fe e impurezas. El termino "impureza" en el presente documento se refiere a elementos que se mezclan provenientes de minerales y sobras que se usan como materia prima del acero, o debido a diversos factores en el proceso de produccion.
[Caso en el que el material de base es acero inoxidable duplex]
Cuando el material de base es un acero inoxidable duplex, preferentemente el material de base tiene la siguiente composicion qufmica.
C: no mas del 0,03 %
El carbono (C) estabiliza la austenita. Sin embargo, cuando el contenido de C es demasiado alto, es probable que los carburos precipiten, deteriorando de este modo la resistencia a la corrosion. Por tanto, el contenido de C no es superior al 0,03 %. El limite superior del contenido de C es preferentemente del 0,025 % y mas preferentemente del 0,02 %.
Si: del 0,20 al 1,00 %
El silicio (Si) reduce la reduccion de la fluidez del metal fundido durante la soldadura y la aparicion de un defecto de la soldadura. Sin embargo, cuando el contenido de Si es demasiado alto, es probable que se produzcan compuestos intermetalicos ejemplificados por la fase sigma (fase a). Por tanto, el contenido de Si es del 0,20 al 1,00 %. El limite inferior del contenido de Si es preferentemente del 0,25 % y mas preferentemente del 0,30 %. El limite superior del contenido de Si es preferentemente del 0,80 % y mas preferentemente del 0,60 %.
Mn: no mas del 8,00 %
El manganeso (Mn) es un elemento esencial. El manganeso desulfura y desoxida el acero, mejorando de este modo la operabilidad en caliente del acero. Ademas, el Mn aumenta la solubilidad del nitrogeno (N). Sin embargo, cuando el contenido de Mn es demasiado alto, la resistencia a la corrosion se deteriorara. Por tanto, el contenido de Mn no es superior al 8,00 %. El lfmite inferior del contenido de Mn es preferentemente del 0,03 % y mas preferentemente del 0,05 %. El lfmite superior del contenido de Mn es preferentemente del 7,50 % y mas preferentemente del 5,00 %. P: no mas del 0,040 %
El fosforo (P) es una impureza. El fosforo deteriora la resistencia a la corrosion y la dureza del acero. Por tanto, el contenido de P es preferentemente lo mas bajo posible. El contenido de P no es superior al 0,040 %. El contenido de P preferentemente no es superior al 0,030 % y mas preferentemente no es superior al 0,025 %.
S: no mas del 0,0100 %
El azufre (S) es una impureza. El azufre deteriora la operabilidad en caliente del acero. El azufre adicionalmente forma sulfuros. Puesto que un sulfuro actua como punto de partida de las picaduras, reduce la resistencia a las picaduras del acero. Por tanto, el contenido de S es preferentemente lo mas bajo posible. El contenido de S no es superior al 0,0100 %. El contenido de S preferentemente no es superior al 0,0050 % y mas preferentemente no es superior al 0,0020 %.
Cu: del 0,20 al 4,00 %
El cobre (Cu) refuerza una pelfcula de pasivacion, mejorando de este modo la resistencia a la corrosion, incluyendo la resistencia a SCC (agrietamiento por corrosion y tension, por sus siglas en ingles) en un ambiente de cloruro a alta temperatura. Adicionalmente, el Cu precipita de manera ultrafina en el material de base durante una soldadura de gran entrada de calor, reduciendo de este modo la precipitacion de la fase a en los Ifmites de la fase de ferrita/austenita. Sin embargo, cuando el contenido de Cu es demasiado alto, la operabilidad en caliente del acero se deteriorara. Por tanto, el contenido de Cu es del 0,20 al 4,00 %. El lfmite inferior del contenido de Cu es preferentemente del 0,23 % y mas preferentemente del 0,25 %. El lfmite superior del contenido de Cu es preferentemente del 3,50 % y mas preferentemente del 3,00 %.
Ni: del 4,00 al 8,00 %
El nfquel (Ni) estabiliza la austenita. Adicionalmente, el Ni mejora la dureza del acero y tambien mejora la resistencia a la corrosion, incluyendo la resistencia al SCC del acero. Sin embargo, cuando el contenido de Ni es demasiado alto, es probable que se produzcan compuestos intermetalicos ejemplificados por la fase a. Por tanto, se hace que el contenido de Ni sea del 4,00 al 8,00 %. El lfmite inferior del contenido de Ni es preferentemente del 4,50 % y mas preferentemente del 5,00 %. El lfmite superior del contenido de Ni es preferentemente del 7,80 % y mas preferentemente del 7,50 %.
Cr: del 20,0 al 30,0 %
El cromo (Cr) mejora la resistencia a la corrosion del acero y mejora la resistencia al SCC del acero, especialmente en un entorno de cloruros a alta temperatura. Sin embargo, cuando el contenido de Cr es demasiado alto, se produciran compuestos intermetalicos ejemplificados por la fase a. Como resultado de esto, la soldabilidad y tambien la operabilidad en caliente del acero se deterioran. Por tanto, el contenido de Cr es del 20,0 al 30,0 %. El lfmite inferior del contenido de Cr es preferentemente del 21,0 % y mas preferentemente del 22,0 %. El lfmite superior del contenido de Cr es preferentemente del 29,0 % y mas preferentemente del 28,0 %.
Mo: del 0,50 al 4,00 %
W: del 0,01 al 4,00 %
El molibdeno (Mo) y el wolframio (W) mejoran la resistencia a la corrosion y la resistencia al agrietamiento por corrosion y tension del material de base en un entorno de dioxido de carbono gaseoso humedo. Sin embargo, cuando el contenido de Mo es demasiado alto, se produciran compuestos intermetalicos ejemplificados por la fase a. Como resultado de esto, la soldabilidad y la operabilidad en caliente del acero se deterioran. Por tanto, el contenido de Mo es del 0,50 al 4,00 %. Cuando el contenido de W es demasiado alto, su efecto se saturara, lo que dara como resultado altos costes de produccion. Por tanto, el contenido de W es preferentemente del 0,01 al 4,00 %. Se observa que pueden anadirse uno o mas de estos elementos individualmente o en combinacion.
N: del 0,100 al 0,350 %
El nitrogeno (N) es un fuerte elemento formador de austenita y mejora la estabilidad termica y la resistencia a la
corrosion del acero. El material de base, que es un acero inoxidable duplex, contiene Cr y Mo, que son elementos formadores de ferrita. Teniendo en cuenta el equilibrio entre la cantidad de ferrita y la cantidad de austenita en el material de base, el contenido de N no puede ser inferior al 0,100 %. Sin embargo, cuando el contenido de N es demasiado alto, se produciran orificios de soplado, que son un defecto de la soldadura. Cuando el contenido de N es demasiado alto, es mas probable que se produzcan nitruros durante la soldadura, deteriorando de este modo la dureza y la resistencia a la corrosion del acero. Por tanto, el contenido de N es del 0,100 al 0,350 %. El lfmite inferior del contenido de N es preferentemente del 0,130 % y mas preferentemente del 0,160 %. El lfmite superior del contenido de N es preferentemente del 0,340 % y mas preferentemente del 0,330 %.
Al Sol.: no mas del 0,040 %
El aluminio (Al) es un elemento esencial. El aluminio desoxida el acero. Por otro lado, cuando el contenido de Al es demasiado alto, se formara nitruro de aluminio (AlN), deteriorando de este modo la dureza y la resistencia a la corrosion del acero. Por tanto, el contenido de Al sol. no es superior al 0,040 %. El lfmite inferior del contenido de Al sol. es preferentemente del 0,003 % y mas preferentemente del 0,005 %. El lfmite superior del contenido de Al sol. es preferentemente del 0,035 % y mas preferentemente del 0,030 %.
El resto del material de base es Fe e impurezas.
[Elementos selectivos en el caso en el que el material de base es acero inoxidable duplex]
El material de base, que es un acero inoxidable duplex, puede contener, en lugar de Fe, uno o mas elementos seleccionados entre al menos un grupo de los siguientes grupos primero a tercero. Es decir, los elementos de los grupos primero a tercero son elementos selectivos que pueden incluirse segun sea necesario.
Primer grupo: V: no mas del 1,50 %
Segundo grupo: Ca: no mas del 0,0200 %, Mg: no mas del 0,0200 % y B: no mas del 0,0200 %
Tercer grupo: metales de tierras raras (REM): no mas del 0,2000 %
En lo sucesivo en el presente documento, estos elementos selectivos se describiran en detalle.
[Primer grupo]
V: no mas del 1,50 %
El vanadio (V) es un elemento selectivo. El vanadio mejora la resistencia a la corrosion del acero, especialmente la resistencia a la corrosion en un ambiente acido. Para ser mas especfficos, cuando se incluye V junto con Mo y Cu, mejorara la resistencia a la corrosion de las grietas del acero. El efecto descrito anteriormente se conseguira si se incluye V incluso en una pequena cantidad. Sin embargo, cuando el contenido de V es demasiado alto, la cantidad de ferrita en el acero aumentara excesivamente, deteriorando la resistencia a la corrosion del acero. Por tanto, el contenido de V no es superior al 1,50 %. El lfmite superior del contenido de V es preferentemente del 1,30 %. El lfmite inferior del contenido de V preferentemente no es inferior al 0,05 %.
[Segundo grupo]
Ca: no mas del 0,0200 %
Mg: no mas del 0,0200 %
B: no mas del 0,0200 %
El calcio (Ca), el magnesio (Mg) y el boro (B) son todos elementos selectivos. El Ca, el Mg y el B inmovilizan todos ellos S y O (oxfgeno) en el acero, mejorando de este modo la operabilidad en caliente del acero. El contenido de S en el material de base es bajo. Por tanto, la operabilidad en caliente del acero es alta incluso si no se incluyen Ca, Mg y B. Sin embargo, por ejemplo, cuando se produce una tuberfa de acero sin costura mediante un metodo de laminacion desviada, puede requerirse una operabilidad en caliente aun mayor. Si se incluye uno o mas seleccionados entre el grupo que consiste en Ca, Mg y B, se obtendra una operabilidad en caliente aun mayor. Si se incluye cualquiera de estos elementos incluso en una pequena cantidad, se conseguira el efecto descrito anteriormente.
Sin embargo, cuando el contenido de estos elementos es demasiado alto, las inclusiones no metalicas (tales como los oxidos y sulfuros de Ca, Mg y B) aumentaran. Puesto que una inclusion no metalica actua como un punto de inicio de picaduras, deteriorara la resistencia a la corrosion del acero. Por tanto, el contenido de Ca no es superior al 0,0200 %, el contenido de Mg no es superior al 0,0200 % y el contenido de B no es superior al 0,0200 %.
Preferentemente, el contenido de al menos uno de entre Ca, Mg y B, o el contenido total de dos o mas de ellos, no es inferior a S (% en masa) 1/2 x O (% en masa). En un caso de este tipo, el efecto descrito anteriormente se conseguira de manera particularmente eficaz.
Cuando se incluyen dos o mas de entre Ca, Mg y B, el contenido total de esos elementos preferentemente no es superior al 0,04 %. Cuando se incluyen todos, Ca, Mg y B, el contenido total de esos elementos preferentemente no es superior al 0,06 %.
[Tercer grupo]
Metales de tierras raras (REM): no mas del 0,2000 %
Los metales de tierras raras (REM) son elementos selectivos. Los REM inmovilizan S y O (oxfgeno) en acero de la misma manera que Ca, Mg y B, mejorando de este modo la operabilidad en caliente del acero. Sin embargo, cuando el contenido de REM es demasiado alto, las inclusiones no metalicas (tales como los oxidos y sulfuros de los metales de tierras raras) aumentaran, deteriorando de este modo la resistencia a la corrosion del acero. Por tanto, el contenido de REM no es superior al 0,2000 %. Para conseguir claramente el efecto descrito anteriormente, el contenido de REM es preferentemente no inferior a S (% en masa) 1/2 x O (% en masa). Sin embargo, el efecto descrito anteriormente puede conseguirse en cierta medida, si se incluyen REM incluso en una pequena cantidad. REM es un termino generico que incluye 15 elementos de lantanidos e Y y Sc. Debe incluirse uno o mas de estos elementos. El contenido de REM significa el contenido total de uno o mas de los elementos mencionados anteriormente.
[Proceso de soldadura]
Despues de preparar el material de base descrito anteriormente, el material de base se somete a soldadura GMA para formar un metal de soldadura.
Se prepara un material de soldadura, cuya composicion qufmica se ajusta para poder obtener la composicion qufmica del metal de soldadura que se describira mas adelante. El material de soldadura es, por ejemplo, un alambre.
Se realiza una soldadura GMA usando el material de soldadura preparado. En primer lugar, se prepara una maquina de soldar GMA. La maquina de soldar GMA incluye una unidad de alimentacion y un soplete de soldar. La unidad de alimentacion alimenta gas protector y material de soldadura al soplete de soldar. El soplete de soldar genera un arco entre el material de soldadura (alambre) y el material de base. En este momento, el material de soldadura se funde para formar metal de soldadura.
El gas de proteccion que se usara para la soldadura GMA comprende del 1 al 2 % en volumen o del 35 al 50 % en volumen de CO2 gaseoso y el resto es gas inerte. El gas inerte es, por ejemplo, Ar. El gas de proteccion puede comprender, aparte de la composicion descrita anteriormente, impurezas. Mediante el uso del gas de proteccion que tiene una composicion de este tipo, la aparicion de orificios de soplado se reduce como se ha descrito anteriormente y se forma un metal fundido que tiene una excelente resistencia y dureza.
Mediante el proceso descrito anteriormente, se produce una junta soldada que incluye un material de base y un metal de soldadura. El metal de soldadura formado mediante el proceso de soldadura es un acero inoxidable duplex, que tiene la siguiente composicion qufmica.
C: no mas del 0,080 %
El carbono (C) estabiliza la austenita en el metal de soldadura. Por otro lado, cuando el contenido de C es demasiado alto, es probable que precipiten carburos, deteriorando de este modo la resistencia a la corrosion. Por tanto, el contenido de C no es superior al 0,080 %. El lfmite superior del contenido de C es preferentemente del 0,075 % y mas preferentemente del 0,070 %.
Si: del 0,20 al 1,00 %
El silicio (Si) desoxida el metal fundido durante la soldadura. Adicionalmente, el Si aumenta la resistencia del metal de soldadura. Por otro lado, cuando el contenido de Si es demasiado alto, la resistencia del metal de soldadura se deteriorara. Por tanto, el contenido de Si es del 0,20 al 1,00 %. El lfmite inferior del contenido de Si es preferentemente del 0,25 % y mas preferentemente del 0,30 %. El lfmite superior del contenido de Si es preferentemente del 0,80 % y mas preferentemente del 0,60 %.
Mn: no mas del 8,00 %
El manganeso (Mn) es un elemento esencial. El manganeso desoxida el metal fundido durante la soldadura. Ademas, el Mn aumenta la resistencia del metal de soldadura. Por otro lado, cuando el contenido de Mn es demasiado alto, la resistencia a la corrosion del metal de soldadura se deteriorara. Por tanto, el contenido de Mn no es superior al 8,00 %. El lfmite inferior del contenido de Mn es preferentemente del 0,25 % y mas preferentemente
del 0,50 %. El limite superior del contenido de Mn es preferentemente del 7,00 % y mas preferentemente del 6,00 %. P: no mas del 0,040 %
El fosforo (P) es una impureza. El fosforo deteriora la dureza del metal de soldadura y aumenta la susceptibilidad al agrietamiento en caliente del metal de soldadura. Por tanto, el contenido de P es preferentemente lo mas bajo posible. El contenido de P no es superior al 0,040 %. El contenido de P preferentemente no es superior al 0,030 % y mas preferentemente no es superior al 0,020 %.
S: no mas del 0,0100 %
El azufre (S) es una impureza. El azufre deteriora la ductilidad y la resistencia a la corrosion del metal de soldadura y aumenta la susceptibilidad al agrietamiento en caliente del metal de soldadura. Por tanto, el contenido de S es preferentemente lo mas bajo posible. El contenido de S no es superior al 0,0100 %. El contenido de S preferentemente no es superior al 0,005 % y mas preferentemente no es superior al 0,002 %.
Cu: no mas del 2,0 %
EL cobre (Cu) es un elemento esencial. El cobre refuerza una pelfcula de pasivacion y mejora la resistencia a la corrosion, incluyendo la resistencia al SCC en un entorno de cloruros a alta temperatura. Por otra parte, cuando el contenido de Cu es demasiado alto, aumenta la susceptibilidad al agrietamiento en caliente del metal de soldadura. Por tanto, el contenido de Cu no es superior al 2,0 %. El contenido de Cu es preferentemente inferior al 2,0 %. El limite inferior del contenido de Cu es preferentemente del 0,1 % y mas preferentemente del 0,15 %. El limite superior del contenido de Cu es preferentemente del 1,0 % y mas preferentemente del 0,8 %.
Ni: del 7,00 al 12,00 %
El nfquel (Ni) estabiliza la austenita en el metal de soldadura, mejorando de este modo la dureza del metal de soldadura. Por otro lado, cuando el contenido de Ni es demasiado alto, la cantidad de ferrita en el metal de soldadura disminuye excesivamente, lo que dificulta la obtencion de propiedades mecanicas fundamentales del acero inoxidable duplex. Adicionalmente, cuando el contenido de Ni es demasiado alto, es mas probable que la fase a precipite. Por tanto, el contenido de Ni es del 7,00 al 12,00 %. El limite inferior del contenido de Ni es preferentemente del 8,00 % y mas preferentemente, el contenido de Ni es superior al 8,00 %. El limite superior del contenido de Ni es preferentemente del 11,00 % y mas preferentemente del 10,00 %.
Cr: del 20,0 al 30,0 %
El cromo (Cr) mejora la resistencia a la corrosion del metal de soldadura y, en particular, mejora la resistencia al SCC del metal de soldadura en un entorno de cloruros a alta temperatura. Por otro lado, cuando el contenido de Cr es demasiado alto, es mas probable que la fase a precipite. Por tanto, el contenido de Cr es del 20,0 al 30,0 %. El limite inferior del contenido de Cr es preferentemente del 21,0 %. El limite superior del contenido de Cr es preferentemente del 29,0 % y mas preferentemente del 28,0 %.
Mo: del 1,00 al 4,00 %
W: del 1,00 al 4,00 %
El molibdeno (Mo) y el wolframio (W) mejoran la resistencia a la corrosion y la resistencia al agrietamiento por corrosion y tension del material de base en un ambiente de dioxido de carbono gaseoso humedo. Por otro lado, cuando el contenido de Mo es demasiado alto, es mas probable que la fase sigma (fase a) precipite en el metal de soldadura. Por tanto, el contenido de Mo es del 1,00 al 4,00 %. Cuando el contenido de W es demasiado alto, su efecto se saturara y cualquier contenido adicional solo conducira a un aumento de costes. Por tanto, el contenido de W es del 1,00 al 4,00 %. El metal de soldadura de acuerdo con la presente realizacion contiene al menos uno o mas de entre Mo y W.
N: del 0,100 al 0,350 %
El nitrogeno (N) aumenta la resistencia del acero mediante el refuerzo de la solucion solida. Adicionalmente, N es un fuerte elemento formador de austenita y mejora la resistencia a la corrosion del metal de soldadura. Por otro lado, cuando el contenido de N es demasiado alto, se produciran orificios de soplado, que son un defecto de la soldadura. Por tanto, el contenido de N es del 0,100 al 0,350 %. El limite superior del contenido de N es preferentemente del 0,300 % y mas preferentemente del 0,250 %.
Al sol.: no mas del 0,040 %
El aluminio (Al) es un elemento esencial. El Al desoxida el metal fundido durante la soldadura. Por otro lado, cuando
el contenido de Al sol. es demasiado alto, el Al forma inclusiones gruesas a base de oxido, deteriorando de este modo la dureza del metal de soldadura. Por tanto, el contenido de Al sol. no es superior al 0,040 %. El lfmite inferior del contenido de Al sol. es preferentemente del 0,003 % y mas preferentemente del 0,005 %. El lfmite superior del contenido de Al sol. es preferentemente del 0,035 % y mas preferentemente del 0,030 %.
O (oxfgeno): del 0,02 al 0,14 %
El oxfgeno (O) es una impureza. El oxfgeno forma inclusiones a base de oxido, deteriorando de este modo la dureza del metal de soldadura. Por tanto, el contenido de O es preferentemente lo mas bajo posible.
Sin embargo, en la soldadura GMA, a diferencia de la soldadura GTA, cuando no se incluye el componente de oxfgeno en el gas de proteccion, el arco no se estabilizara de manera que no se puede obtener un metal de soldadura solido. Puesto que, en la presente invencion, se realiza una soldadura GMA, se incluira no menos del 0,02 % de oxfgeno en el metal de soldadura.
El resto del metal de soldadura de la presente realizacion es Fe e impurezas.
[Resistencia, dureza y numero de orificios de soplado]
El metal de soldadura que se produce mediante el metodo de produccion descrito anteriormente tendra una resistencia a la traccion no inferior a 700 MPa y presentara una energfa absorbida a -30 °C no inferior a 27 J. Adicionalmente, el numero de orificios de soplado que tenga un tamano no inferior a 0,5 mm no sera superior a 5 unidades/100 mm.
El metodo para medir los orificios de soplado es como se indica a continuacion. Haciendo referencia a la Figura 3, se selecciona una region que tiene un intervalo de 100 mm en una direccion axial Y (direccion longitudinal, es decir, la direccion en la que se extiende el metal de soldadura) del metal de soldadura 30 de una junta soldada 10 (es decir, el area de la region es de 100 mm en la direccion axial x el ancho del metal de soldadura W30 (mm). La region seleccionada se somete a un ensayo de transmision de radiacion basado en la norma JIS Z3104 para obtener una imagen de transmision. En la imagen de transmision obtenida, se cuenta el numero de orificios de soplado que tienen un tamano no inferior a 0,5 mm. Donde, "orificios de soplado de ventilacion que tienen un tamano no inferior a 0,5 mm" significa aquellos cuyo diametro maximo (eje mayor) no es inferior a 0,5 mm entre los orificios de soplado de la imagen de transmision.
Preferentemente, el espesor del material de base (espesor de la placa o espesor de la pared) es de 5 a 50 mm. En particular en este intervalo de espesor, el metodo de produccion descrito anteriormente hace posible mantener un numero bajo de orificios de soplado en el metal de soldadura.
En el proceso para producir metal de soldadura de acuerdo con la presente realizacion, la soldadura GMA se realiza usando un gas de proteccion que contiene un determinado contenido de CO2 gaseoso y gas inerte como se ha descrito anteriormente. Como resultado de esto, el numero de orificios de soplado en el metal de soldadura de la junta soldada producida se reduce para que sea bajo y, por tanto, se consiguen una resistencia y una dureza excelentes.
Ejemplos
Se preparo una pluralidad de materiales de base (placas de acero), cada uno con una composicion qmmica que se muestra en la Tabla 1 y un espesor de 10 a 30 mm.
[Tabla 1]
Los materiales de base para los materiales de base N.° 1 a 3 fueron cada uno un acero inoxidable duplex. El acero inoxidable duplex era de un acero inoxidable denominado super duplex y un acero inoxidable duplex (equivalente a la norma JIS SUS329J2L) para su uso en tuberfas de pozos de petroleo y tuberfas para instalaciones relacionadas con el petroleo. Los materiales de base N.° 4 y 5 era cada uno un acero inoxidable martensftico, especfficamente un acero de 13 Cr para su uso en instalaciones relacionadas con el petroleo. Las composiciones qufmicas de cada material de base estaban todas dentro del intervalo de la composicion qufmica preferida descrita anteriormente. El material de base de cada N.° de material de base se proporciono con un bisel y se sometio a soldadura GMA en las condiciones de soldadura que se muestra en la Tabla 2 para obtener una junta soldada de cada N.° de junta, que inclufa un metal de soldadura de una composicion qufmica que se muestra en Tabla 3. Todos los consumibles de soldadura fueron una varilla de alambre con un diametro exterior de 1,2 mm. Las condiciones de soldadura variaron y se ajustaron de manera que la entrada de calor fuera de 8 kJ/cm.
[Tabla 2]
TABLA 2
[Tabla 3]
Mediante el uso de juntas soldadas producidas de este modo en cada numero de junta, se realizaron los siguientes ensayos de evaluacion.
[Ensayo de medicion de orificios de soplado]
Despues de la soldadura, el metal de soldadura de la junta soldada de cada N.° de junta se sometio al ensayo de transmision de radiacion descrito anteriormente para contar el numero de orificios de soplado (/100 mm).
[Ensayo de impacto de Charpy]
La dureza del metal de soldadura de cada junta soldada se evaluo mediante el siguiente metodo. Se recogio de cada junta soldada una muestra de impacto Charpy (muestra de muesca en V) que se muestra en la Figura 4. Como se muestra en la Figura 4, una muesca en V 20 de cada muestra de ensayo se ubico en una parte central de un metal de soldadura 30 de una junta soldada 10. La muestra de muesca en V tenia un ancho de 10 mm, un espesor de 10 mm, una longitud de 55 mm y una profundidad de la muesca de 2 mm.
Mediante el uso de la muestra de ensayo de muesca en V, el ensayo de impacto de Charpy se realizo a -30 °C basandose en la norma JIS Z2242 para determinar la energia absorbida.
[Ensayo de tension]
Se recogio una muestra para ensayo N.° 5 especificado en la norma JIS Z2201 de cada junta soldada. La direccion longitudinal de la muestra de ensayo era perpendicular a la direccion del procedimiento de soldadura. Adicionalmente, el metal de soldadura se ubico en el centro de la porcion paralela de cada muestra de ensayo y, en ambos lados de la misma, se ubicaron una zona afectada por el calor de soldadura y el material de base en ese orden. El ensayo de tension se realizo a temperatura ambiente (25 °C) para obtener la resistencia a la traccion (MPa).
[Ensayo de medicion de la fraccion de area de la fase a]
La seccion transversal de cada junta soldada se sometio a de espejo pulido y grabado acido. Despues del grabado acido, el metal de soldadura en la seccion transversal grabada se sometio a analisis de imagen usando un microscopio optico que tenia un aumento de 500. El area del metal de soldadura utilizado para el analisis de imagen fue de 40000 pm2 por campo visual. El analisis de la imagen se realizo para 4 campos visuales. La fraccion de area (%) de la fase a en el metal de soldadura en cada campo visual se determino mediante el analisis de la imagen. Un promedio de las fracciones de area de la fase a para cuatro campos visuales se definio como la fraccion de area (%) de la fase a para cada N.° de junta. Cuando la fraccion de area de la fase a no era inferior al 0,5 %, se determino que la fase a habfa precipitado. Cuando la fraccion de area de la fase a era inferior al 0,5 %, se determino que la fase a no habfa precipitado.
[Ensayo de agrietamiento en caliente]
Se recolecto una muestra de ensayo para la observacion de la microestructura de una seccion transversal perpendicular a la lfnea de soldadura de cada junta soldada. La superficie de la muestra recogida se sometio a pulido de espejo y grabado acido. La superficie de la muestra grabada se observo usando un microscopio optico con un aumento de 500. Despues, se evaluo mediante inspeccion visual si se habfa producido o no agrietamiento en caliente en el metal de soldadura.
[Resultados de los ensayos]
La Tabla 4 muestra los resultados de los ensayos de evaluacion descritos anteriormente.
[Tabla 4]
TABLA 4
Haciendo referencia a la Tabla 4, la composicion del gas de proteccion fue adecuada para las juntas N.° 1-1 a 1 -5, 2-1 a 2-4, 3-1 a 3-2, 4-1 a 4-2 y 5-1. En consecuencia, como se muestra en la Tabla 3, para esos N.° de juntas, las composiciones qufmicas del metal de soldadura fueron adecuadas. Adicionalmente, el numero de orificios de soplado no era superior a 5 unidades/100 mm. Adicionalmente, la resistencia a la traccion no fue inferior a 700 MPa, la energfa absorbida a -30 °C no fue inferior a 27 J. Adicionalmente, no se observaron fases sigma ni agrietamiento en caliente.
Por otro lado, en las Juntas N.° 1-6, el contenido de Cu en el metal de soldadura era alto. En consecuencia, se observo agrietamiento en caliente. Adicionalmente, el contenido de CO2 en el gas de proteccion no era adecuado. En consecuencia, el numero de orificios de soplado supero las 5 unidades/100 mm.
En las Juntas N.° 1-7, la composicion qufmica del metal de soldadura era adecuada. Sin embargo, el contenido de CO2 en el gas de proteccion no era adecuado. En consecuencia, el numero de orificios de soplado supero las 5 unidades/100 mm.
En las Juntas N.° 1-8, el contenido de Cu en el metal de soldadura era alto. En consecuencia, se observo agrietamiento en caliente. Adicionalmente, el contenido de Ni era bajo. En consecuencia, la energfa absorbida era baja.
En las Juntas N.° 2-5, el contenido de Ni en el metal de soldadura era alto. En consecuencia, la energfa absorbida era baja y se observo la fase a. Adicionalmente, el contenido de CO2 en el gas de proteccion no era adecuado. En consecuencia, el numero de orificios de soplado supero las 5 unidades/100 mm.
En las Juntas N.° 2-6, el CO2 no estaba contenido en el gas de proteccion. En consecuencia, el numero de orificios de soplado supero las 5 unidades/100 mm. Observese que el contenido de oxfgeno en el metal de soldadura de cada una de las Juntas N.° 2-6 era bajo.
En las Juntas N.° 3-3, el contenido de Ni era bajo. Como resultado, la energfa absorbida fue baja. Adicionalmente, el contenido de CO2 en el gas de proteccion no era adecuado. Como resultado, el numero de orificios de soplado supero las 5 unidades/100 mm.
En las Juntas N.° 3-4, el contenido de Cu era alto. En consecuencia, se observo agrietamiento en caliente. Adicionalmente, el contenido de CO2 en el gas de proteccion era demasiado alto. En consecuencia, el contenido de oxfgeno en el metal de soldadura era alto y la energfa absorbida era baja.
En las Juntas N.° 4-3, aunque la composicion qufmica del metal de soldadura era adecuada, el contenido de CO2 en el gas de proteccion no era adecuado. En consecuencia, el numero de orificios de soplado supero las 5 unidades/100 mm.
En las Juntas N.° 4-4, el contenido de Mo era alto. En consecuencia, se observo fase a. Adicionalmente, la energfa absorbida era baja. La dureza era baja presumiblemente porque se produjo fase a.
En las Juntas N.° 4-5, aunque la composicion qufmica del metal de soldadura era adecuada, el contenido de CO2 en el gas de proteccion no era adecuado. En consecuencia, el numero de orificios de soplado supero las 5 unidades/100 mm.
En las Juntas N.° 5-2, el contenido de Cr fue alto. En consecuencia, se observo fase a. Adicionalmente, la energfa absorbida era baja. La dureza era baja presumiblemente porque se produjo fase a.
En las Juntas N.° 5-3, el contenido de CO2 en el gas de proteccion era demasiado alto. En consecuencia, el contenido de oxfgeno en el metal de soldadura era alto y la energfa absorbida era baja.
En las Juntas N.° 5-4, el contenido de Ni en el metal de soldadura era alto y el contenido de N era bajo. En consecuencia, el metal de soldadura de las Juntas N.° 5-4 no era un acero inoxidable duplex, sino un acero inoxidable austenftico. En las Juntas N.° 5-4, puesto que el contenido de N era bajo, se suprimieron los orificios de soplado; sin embargo, la resistencia a la traccion era baja, tanto como inferior a 700 MPa.
Claims (1)
1. Un proceso para la produccion de una junta soldada, que comprende las etapas de:
preparar un material de base en el que el material de base es un acero inoxidable martensttico que consiste, en % en masa, en C: del 0,001 al 0,100 %, Si: del 0,050 al 1,00 %, Mn: del 0,10 al 1,50 %, P: no mas del 0,040 %, S: no mas del 0,0100 %, Cu: del 0,01 al 2,00 %, Cr: del 10,50 al 14,00 %, Ni: del 0,50 al 10,00 %, N: no mas del 0,1 %, Al sol.: no mas del 0,040 %, al menos uno de entre Mo: del 0,10 al 4,00 % y W: del 0,20 al 6,00 %, y el resto es Fe e impurezas o en el que el material de base es un acero inoxidable duplex que consiste, en % en masa, en C: no mas del 0,03 %, Si: del 0,20 al 1,00 %, Mn: no mas del 8,00 %, P: no mas del 0,040 %, S: no mas del 0,0100 %, Cu: del 0,20 al 4,00 %, Cr: del 20,0 al 30,0 %, Ni: del 4,00 al 8,00 %, N: del 0,100 al 0,350 %, Al sol.: no mas del 0,040 %, al menos uno de entre Mo: del 0,50 al 4,00 % y W: del 0,01 al 4,00 %, opcionalmente V: no mas del 1,50 %, opcionalmente Ca: no mas del 0,0200 %, opcionalmente Mg: no mas del 0,0200 %, opcionalmente B: no mas del 0,0200 %, opcionalmente metales de tierras raras (REM): no mas del 0,2000 %, y el resto es Fe e impurezas; y
someter el material de base a soldadura GMA (arco de metal y gas) usando un gas de proteccion que comprende del 1 al 2 % en volumen o del 35 al 50 % en volumen de CO2, y el resto es gas inerte, formando de este modo un metal de soldadura que consiste en, en % en masa, C: no mas del 0,080 %, Si: del 0,20 al 1,00 %, Mn: no mas del 8,00 %, P: no mas del 0,040 %, S: no mas del 0,0100 %, Cu: no mas del 2,0 %, Cr: del 20,0 al 30,0 %, Ni: del 7,00 al 12,00 %, N: del 0,100 al 0,350 %, O (oxfgeno): del 0,02 al 0,14 %, Al sol.: no mas del 0,040 %, al menos uno de entre Mo: del 1,00 al 4,00 % y W: del 1,00 al 4,00 %, y el resto es Fe e impurezas.
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