ES2712806T3 - Tubo de acero inoxidable austenítico - Google Patents

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Yoshitaka Nishiyama
Mitsuharu Yonemura
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Abstract

Un tubo de acero inoxidable austenítico, que consiste, en porcentaje en masa, en 0,01 a 0,2% de C, 0,1 a 2,0% de Si, 0,1 a 3,0% de Mn, 14 a 28% de Cr y 6 a 30% de Ni, opcionalmente, en % en masa, al menos un elemento seleccionado de al menos un grupo del primer grupo al cuarto grupo descritos a continuación, y siendo el resto Fe e impurezas, en donde el tubo de acero tiene una microestructura metálica en la que la densidad de dislocación media, que se determina mediante medición por DRX utilizando un tubo de Co, es 3,0 x 1014 /m2 a 1,0 x 1016 /m2 en la región hasta una profundidad de aproximadamente 5 μm desde la superficie del tubo de acero: Primer grupo: Mo: 5% o menos, W: 10% o menos, Cu: 5% o menos y Ta: 5% o menos. Segundo grupo: N: 0,3% o menos. Tercer grupo: V: 1,0% o menos, Nb: 1,5% o menos y Ti: 0,5% o menos. Cuarto grupo: Ca: 0,02% o menos, Mg: 0,02% o menos, Al: 0,3% o menos, Zr: 0,5% o menos, B: 0,02% o menos y REM: 0,1% o menos.

Description

DESCRIPCION
T u b o de a ce ro in o x id a b le a u s te n ftico
Campo tecnico
La p rese n te inve n c io n se re fie re a un tu b o de ace ro in o x id a b le a u s te m tico que tie n e una e xce le n te re s is te n c ia a la co rro s io n y, m as p a rticu la rm e n te , a un tu b o de a ce ro in o x id a b le a u s te n ftico para p la n ta s de g e n e ra c io n de ene rg fa , que es a d e cu a d o com o m a te ria l de p a rtid a para s e r u tiliza d o en ca ld eras , tu b e n a s , d ife re n te s tip o s de in te rca m b ia d o re s de ca lor, y s im ila re s para e q u ip o s de g e n e ra c io n de e n e rg fa y que tie n e una e xce le n te re s is te n c ia a la co rro s io n .
Antecedentes de la tecnica
En los u ltim o s anos, en d ife re n te s ca m p o s te c n o lo g ic o s se ha co n ve rtid o en un m o tivo de g ran p re o cu p a c io n el p ro b le m a a m b ie n ta l g lo b a l, in c lu id o el ca le n ta m ie n to g loba l. A n te e sta s itu a c io n , en la p la n ta s de g e n e ra c io n de ene rg fa , se ha vu e lto u rge n te re du c ir las e m is io n e s to ta le s de d io x ido de ca rb o n o g aseoso , y en las p la n ta s de re c ien te co n s tru cc io n se ha e x ig id o firm e m e n te q ue te n g a n in s ta la c io n e s ca p a ce s de g e n e ra r e n e rg fa con una a lta e fic ie n c ia . P o r e jem p lo , en una ca ld e ra de g en e rac ion de e n e rg fa te rm ica , com o m e d id a e ficaz para g e n e ra r e n e rg fa con una a lta e fic ie n c ia se ha a d o p ta d o la te c n ica de a u m e n ta r la te m p e ra tu ra y la p res ion de l v a p o r de agua. El a u m e n to de la te m p e ra tu ra y la p re s io n de l v a p o r de a gu a co n d u ce a una e le va c io n de la te m p e ra tu ra de la p a re d del tu b o en los tu b o s de l s o b re rre c a le n ta d o r y los tu b o s del re c a le n ta d o r de la ca ld era , de m o do q ue se re qu ie re que el tu b o de ace ro a u tiliz a r para la ca ld e ra no so lo te n g a re s is te n c ia m e ca n ica a a lta te m p e ra tu ra s ino ta m b ie n re s is te n c ia a la o x id ac ion a a lta te m p e ra tu ra p ro vo ca d a p o r el v a p o r de agua. C om o m e to do para e v ita r la o x id a c io n del tu b o de ace ro d eb ida al v a p o r de a gu a se han h echo hasta a ho ra v a r ia s p rop u es tas , las cu a le s se d esc ribe n a co n tinu ac ion .
(A ) T e cn ica para la re a liza c io n de un tra ta m ie n to te rm ico en so lu c io n d e sp u e s de la fo rm a c io n de una capa m e ca n iza da .
El d o cu m e n to de p a ten te 1 d e sc rib e una inve nc ion re la c io n a d a con un m e to d o para p ro d u c ir un tu b o de ace ro in o x id a b le con una su p e rfic ie de g ran o fino , m e to do en el que, d e sp u e s de que el tu b o de a ce ro ino x id a b le a u s te n ftico se haya so m e tid o a un tra ta m ie n to en so lu c io n , se rea liza un m e ca n iza d o en fn o en la su p e rfic ie de l tubo, ta l co m o un ch o rre a d o con g ran a lla , un re c tifica d o y un pu lido, y luego se rea liza el tra ta m ie n to de re d iso lu c io n p re d e te rm in a d o . El d o c u m e n to de p a ten te 2 d e sc rib e una inve n c io n re la c io n a d a con un m e to d o para un tra ta m ie n to te rm o -m e ca n ico , en el que un tu b o de a ce ro in o x id a b le a u s te n ftico se som e te a un m e ca n iza d o en fn o con una ta sa de m e ca n iza d o del 20 % o sup erio r, y luego se som e te a un tra ta m ie n to te rm ico en so lu c io n so lida a una v e lo c id a d de e le va c io n de la te m p e ra tu ra de 2 ,9 °C /s o in fe rio r.
El d o cu m e n to de p a te n te 3 d e s c rib e una in ve n c io n en la q ue se fo rm a una cap a de g ra n o fin o con un e sp e s o r de 30 pm o m a yo r en la su p e rfic ie in te rio r de un tu b o de una a le a c io n de h ie rro a u s te n ftico u tilizan do unos g ra n o s m as fino s que el ta m a n o de g ran o del n um e ro 7, y p o s te rio rm e n te se rea liza un m e ca n iza d o en fn o con una ta sa de m e ca n iza d o del 20 % o s u p e r io r y se re a liza un tra ta m ie n to de re c ris ta liza c io n . El d o cu m e n to de p a te n te 4 d e sc rib e una inve nc ion en la q ue se re a liza un m e ca n iza d o en fn o de m o do q ue la d u re za en una p os ic io n a 20 pm de p ro fu n d id a d d e sd e la su p e rfic ie in te rio r del tu b o de ace ro ino x ida b le a us ten ftico es H v320 o sup erio r, y se rea liza un tra ta m ie n to en so luc ion .
(B ) T e cn ica de a u m e n to de los c o n te n id o s de C y N p ara fo rm a r m ic ro e s tru c tu ra s de g ra n o fino , inc lu so d e sp u e s del tra ta m ie n to te rm ic o en so lu c io n .
El d o cu m e n to de p a te n te 5 d e sc rib e una inve n c io n re la c io n a d a con un tu b o de a ce ro in o x id a b le a u s te n ftico q ue tie n e una m ic ro e s tru c tu ra de g ran o fino con un ta m a n o de g ran o del n um ero 7 o m a yo r en el lado de la su p e rfic ie in te rio r de l tu b o de a ce ro y cuya parte de la cap a de g ran o fino tie n e un co n te n id o de (C N ) de 0 ,15 % o m as.
(C ) T e cn ica de ch o rre a d o con p e rd ig o n e s para fo rm a r una capa m e ca n iza d a en fno.
El d o cu m e n to de p a ten te 6 d e sc rib e una in ve n c io n en la que, d e sp u e s de q ue el tu b o de a ce ro in o x id a b le a u s te n ftico se ha so m e tid o a un tra ta m ie n to te rm ic o fina l, se rea liza un ch o rre a d o con p e rd ig o n e s p ro ye c ta n d o unas p a rtfcu la s en la su p e rfic ie in te rio r de l tu b o de acero . El d o cu m e n to de p a te n te 7 d e sc rib e una inve n c io n en la q ue un tu b o de ace ro in o x id a b le a u s te n ftico se som e te a un tra ta m ie n to de ch o rre a d o con p e rd ig o n e s bajo una s co n d ic io n e s p re d e te rm in a d a s para fo rm a r una capa m e ca n iza d a con un e sp e so r de 10 pm o m ayor. El d o cu m e n to de p a ten te 8 d e sc rib e una inve nc ion en la que un cu e rp o tu b u la r sa ca d o de una ca ld e ra e x is te n te se som e te a una lim p ieza qm m ica para q u ita r la ca sca rilla de la su p e rfic ie in te rio r d e sp u e s de un tra ta m ie n to te rm ico , y p o s te rio rm e n te la sup e rfic ie in te rio r de l cu e rp o tu b u la r se so m e te a un ch o rre a d o con g ra n a lla para fo rm a r una capa m e ca n iza d a en fno .
(D ) T e cn ica p ara m e jo ra r la a d h e s iv id a d de la cascarilla .
El d o cu m e n to de p a ten te 9 d e sc rib e una inve nc ion re la c io n a d a con un tu b o de ace ro para c a ld e ra s que tien e una e xce le n te re s is te n c ia a la o x id a c io n p o r v a p o r de agua, la cua l se p rod u ce so m e tie n d o un tu b o de a ce ro ino x id a b le a us ten ftico que con tien e un m e ta l de las tie rra s raras a un tra ta m ie n to en so lucion , y tien e una capa g ra n a lla d a fo rm a d a m e d ia n te la p roye cc io n de unas p a rtfcu la s en la su p e rfic ie in te rio r de l tu b o de acero . El d o cu m e n to de p a te n te 10 d e sc rib e una in ve n c io n re la c io n a d a con un tu b o de a ce ro q ue c o n tie n e 9 a 28 % en m a sa de Cr, y en el que la a ltu ra m a x im a d e l perfil en la su p e rfic ie in te rio r d e sp u e s de l m e ca n iza d o en fn o es 15 pm o m ayo r, y a d e m a s la d ife re n c ia de la d u re za V icke rs e n tre la cap a su p e rfic ia l in te rio r y la parte ce n tra l de l e sp e s o r de la pared del tu b o es 100 o m as. (E ) T e cn ica para s o m e te r un tu b o de a ce ro a un m e ca n iza d o en fn o con una a lta ta sa de m e ca n iza do .
El d o c u m e n to de p a te n te 11 d e sc rib e una in ve n c io n en la q ue se re a liza un tra ta m ie n to de im p a c to u ltra so n ico en la su p e rfic ie in te rio r de un tu b o de a ce ro fe m tic o re s is te n te al c a lo r o de un tu b o de ace ro a u s te n ftico re s is te n te al calor, q ue co n tie n e n 5 a 30 % en m a sa de Cr. El d o c u m e n to de p a ten te 12 d e sc rib e una in ve n c io n re la c io n a d a con un tu b o de a ce ro in o x id a b le a u s te m tico q ue co n tie n e 16 a 20 % en p eso de C r y cuya su p e rfic ie in te rio r se m e ca n iza en fno , y m as p a rticu la rm e n te re la c io n a d a con un tu b o de ace ro ino x ida b le a us ten ftico para ca lderas , en el q ue la con cen trac ion de C r en una p o s ic io n p ro x im a a la su p e rfic ie in te rio r del tu b o de ace ro es 14% en peso o sup e rio r, y la d u re za en una p o s ic io n a 100 pm de p ro fu n d id a d d e sd e la su p e rfic ie in te rio r de l tu b o de a ce ro es 1,5 v e c e s o m as la d u re za m e d ia de l m e ta l base o H v300 o sup erio r. El d o cu m e n to de paten te 13 d e sc rib e una inve n c io n re la c io n a d a con un tu b o de a ce ro q ue tie n e una e xce le n te re s is te n c ia a la o x id a c io n p o r v a p o r de agua, q ue tie n e una cap a m e ca n iza d a con una a lta d u re za de un tu b o de a ce ro que co n tie n e 8 a 28 % en m a sa de Cr.
(F ) T e cn ica para m e jo ra r la re s is te n c ia a la o x id a c io n p o r v a p o r de a gua de un a ce ro fe m tic o re s is te n te al calor. El d o cu m e n to de pa ten te 14 d e sc rib e una inve nc ion re la c io n a d a con un m e to d o para m e ca n iz a r un a ce ro fe m tic o re s is te n te al ca lo r, m e to d o en el q ue un a ce ro q ue co n tie n e 9 ,5 a 15% de C r se h o m o g e n iza y se te m p la p ara h a ce r q ue los g ran o s del c ris ta l y la m ic ro e s tru c tu ra sean un ifo rm es , y p o s te rio rm e n te se fo rm a una capa m e d ia n te ch o rre a d o con g ra n a lla p ro ye c ta n d o unas p a rtfcu la s en la sup erfic ie .
El d o cu m e n to de p a ten te 15 d e sc rib e un m e to d o p ara m e jo ra r la re s is te n c ia de una tu b e n a de a ce ro a la o x id ac ion p o r v a p o r de a gua a a lta te m p e ra tu ra , m e d ia n te m e ca n iz a r en fn o la su p e rfic ie in te rio r de una tu b e n a de ace ro re s is te n te al c a lo r fa b ric a d a con un a ce ro de a lto co n te n id o de C r o un a ce ro in o x id a b le a u s te n ftico a tra ve s de la cua l se e nv fa v a p o r de a gu a a a lta te m p e ra tu ra , luego, irra d ia r la su p e rfic ie m e d ia n te un haz de ra yos la se r y e n fr ia r ra p id a m e n te la sup erfic ie .
Lista de documentos de la tecnica anterior
D o cu m e n to s de patente:
D o cu m e n to de p a ten te 1: J P 53 -114722 A
D o cu m e n to de p a ten te 2: J P 54 -138814 A
D o cu m e n to de p a ten te 3: J P 55 -58329 A
D o cu m e n to de p a ten te 4: J P 58 -39733 A
D o cu m e n to de p a ten te 5: J P 58 -133352 A
D o cu m e n to de p a ten te 6: J P 49 -135822 A
D o cu m e n to de p a ten te 7: J P 52 -8930 A (la p a te n te U S -4086104 A p e rte n e ce a la m ism a fa m ilia de p a te n te s ) D o cu m e n to de p a ten te 8: J P 63 -54598 A
D o cu m e n to de p a ten te 9: J P 6 -322489 A
D o cu m e n to de p a ten te 10: J P 2006 -307313 A
D o cu m e n to de p a ten te 11: J P 2004 -132437 A
D o cu m e n to de p a te n te 12: W O 2008 /023410 (la pa ten te E P -2060641 A1 p e rte n e ce a la m ism a fa m ilia de p a te n te s ) D o cu m e n to de p a ten te 13: J P 2009 -68079 A
D o cu m e n to de p a ten te 14: JP 2002 -285236 A
D o cu m e n to de p a te n te 15: JP S 62 -224627 A
Descripcion de la invencion
P ro b le m a s a re s o lv e r m e d ia n te la inve nc ion .
En la te c n ica del a p a rta d o (A), el tra ta m ie n to te rm ico en so luc ion se re a liza a una a lta te m p e ra tu ra para e v ita r la d ism in u c io n de la re s is te n c ia a la ro tu ra p or flu e n c ia y para su p rim ir la fisu ra c io n p o r co rro s io n bajo te n s io n . Sin e m b a rg o , el tra ta m ie n to te rm ic o en so lu c io n , cu a n d o se rea liza , e lim in a la d e fo rm a c io n in tro d u c id a en los g ra n o s del c ris ta l p o r cau sa del m e ca n iza d o y p ro vo ca la re c ris ta liza c io n . D e p e n d ie n d o de la co m p o s ic io n q m m ica de l tu b o de a ce ro , los g ran o s del c ris ta l g e n e ra d o s d eb ido al tra ta m ie n to en so lu c io n se vu e lve n d e m a s ia d o g ran d es , y se hace d iffc il m a n te n e r de m a n e ra e s ta b le la cap a de g ran o fin o en la su p e rfic ie de l a ce ro . En co n se cu e n c ia , la re s is te n c ia a la o x id a c io n p o r v a p o r de agua, q ue se m e jo ra m e d ia n te el tra ta m ie n to de m e ca n iza d o en fno , se p ue de d eg ra da r.
En la te c n ica de l a p a rta d o (B), a u n q u e la re s is te n c ia de l tu b o a la o x id a c io n p o r v a p o r de a gua se puede m e jo ra r a lgo, la cap a su p e rfic ia l in te rio r de l tu b o e sta su m a m e n te se n s ib iliza d a d u ra n te la u tiliza c io n de la ca ld era , de m o do q ue al d e te n e rse el fu n c io n a m ie n to se p ue de p ro d u c ir f isu ra c io n p o r co rro s io n ba jo te n s io n . A s im ism o , si la m ic ro e s tru c tu ra m e ta lica de to d o el tu b o de a ce ro se hace d e m a s ia d o fina , la re s is te n c ia a la ro tu ra p o r flu e n c ia d ism in u ye , y su rg e el p ro b le m a de q ue no se co n s ig a la p rop ied a d de re s is te n c ia a a lta te m p e ra tu ra , lo cua l es in tn n s e ca m e n te im p o rta n te p ara un c o m p o n e n te de a lta te m p e ra tu ra .
P o r e llo, a m b a s te cn ica s de los a p a rta d o s (A ) y (B ) im p lica n m u ch o s p ro b le m a s en su u tilizac io n p ractica .
La te c n ica d e l a p a rta d o (C ) es una de las te c n ica s e fica ce s u tiliz a d a s co m o m e d id a s p re v e n tiv a s de la o x id a c io n p o r v a p o r de a gua en las ca ld e ra s de uso co m e rc ia l a c tu a le s , es dec ir, las c a ld e ra s en las q ue la te m p e ra tu ra de l v a p o r de a gua es 566°C (1.050°F ), y se ha a p lica d o en a lg u n o s de los tu b o s de ace ro para c a ld e ra s fa b rica d o s con ace ro in o x id a b le a u s te m tico . S in e m ba rg o , a la te m p e ra tu ra del v a p o r de a gu a de una ca ld e ra de a lta e fic ie n c ia que es u tiliza d a en las n ue va s p lan tas, de p o r e je m p lo 621°C (1.150°F ), la te m p e ra tu ra de la pared de l tu b o del so b re rre c a le n ta d o r y de l tu b o de l re c a le n ta d o r es 50 a 100°C s u p e r io r a la de las c a ld e ra s que se u tilizan co rrie n te m e n te . S e han e s tu d ia d o c a ld e ra s q ue tie n e n u nas co n d ic io n e s de fu n c io n a m ie n to ta le s q u e la te m p e ra tu ra de l v a p o r de a gu a se a u m e n ta to d a v fa m as h asta 650°C o 700°C . En ta l reg ion de a lta te m p e ra tu ra , m e d ia n te la te cn ica de l a p a rta d o (C ) es d iffc il m a n te n e r el e fe c to s u p re so r p rod u c id o sob re la o x id a c io n p o r v a p o r de a gua d u ra n te un la rgo p e n o d o de tiem p o .
De a cu e rd o con la te c n ica de l a p a rta d o (D ), a un qu e la ca p a c id a d de p ro te cc io n de la c a sca rilla se puede a m p lia r y m a n te n e r, la cap ac id ad de p ro te cc io n de la ca sca rilla puede no s e r su fic ie n te co n s id e ra n d o el p e n o d o de tie m p o de se rv ic io de l tu b o de acero . En la te c n ica de l a p a rta d o (E), el tu b o de a ce ro se p uede s o m e te r a un m e ca n iza d o en fn o con una a lta ta s a de m e ca n iza d o . S in e m ba rg o , a u n q u e es e ficaz p ara la fo rm a c io n de la c a sca rilla in ic ia l, esta te cn ica to d a v fa tie n e p ro b le m a s que re s o lv e r para m a n te n e r la ca sca rilla d u ra n te un la rgo p e n o d o de tiem p o . A s im ism o , en el caso de l tra ta m ie n to de im p ac to u ltrason ico , esta te c n ica tie n e p ro b le m a s re la c io n a d o s con los cos tes de in trod ucc ion y fu n c io n a m ie n to de los equ ipos.
En la te c n ica de l a p a rta d o (F), se puede fo rm a r una p e lfcu la de p ro te cc io n con una a lta a d h e s iv id a d sob re un ace ro fe n it ic o re s is te n te al c a lo r en el que es d iffc il fo rm a r una pe lfcu la de oxido de Cr, de m odo que se puede e sp e ra r a lg u na m e jo ra en la re s is te nc ia a la o x id ac ion p or v a p o r de a gua d eb ida a la pe lfcu la de p ro tecc ion . S in e m ba rg o , esta te cn ica no co n s ig u e una so lu c io n fu n d a m e n ta l si se co n s id e ra un uso a la rgo p lazo. A s im ism o , esta te cn ica no se re fie re al a ce ro a u s te m tico re s is te n te al calor.
La p rese n te inve nc ion se ha re a liza do para re s o lv e r los p ro b le m a s d e sc rito s a n te r io rm e n te con las te c n ica s an te rio res , y, p o r con s ig u ie n te , un o b je tivo de la m ism a es p ro p o rc io n a r un tu b o de ace ro que te n g a una re s is te nc ia a la o x id ac ion p o r v a p o r de a gua n o ta b le m e n te exce le n te .
M e d io s p ara re s o lv e r los p rob lem as .
P ara la p rese n te in ve n c io n se re a liza ro n unos e s tu d io s en p ro fu n d id a d para re s o lv e r los p rob le m a s inh e re n te s a los tu b o s de ace ro ino x ida b le a u s te n ftico para p lan tas de g e n e ra c io n de e ne rg fa , y com o re su lta d o se o b tuv ie ro n los h a lla zg o s d e sc rito s a con tin u a c io n .
(a ) C u a n d o la su p e rfic ie de un m a te ria l no so m e tid o a m e ca n iza d o d e sp u e s del tra ta m ie n to te rm ic o en so lu c io n , es dec ir, un m a te ria l que p e rm a n e ce tra ta d o te rm ic a m e n te en so lu c io n , se pone en co n ta c to con v a p o r de a gu a a a lta te m p e ra tu ra , so b re e sta s u p e rfic ie se fo rm a una g rue sa casca rilla , llam ad a ca sca rilla de d ob le capa, d eb ido a la o x id a c io n p o r v a p o r de agua. P o r el con tra rio , g e n e ra lm e n te se d ice q ue cu a n d o un m a te ria l, cuya cap a e x te rio r so lo se ha so m e tid o a m e ca n iza d o d e sp u e s de l tra ta m ie n to te rm ico en so lu c io n , se pone en co n ta c to con v a p o r de a gua a a lta te m p e ra tu ra , en la su p e rfic ie de l a ce ro se fo rm a una ca sca rilla de o x id o de C r su m a m e n te d e lg ad a , ta l com o de C r 2 O 3 , q ue tie n e una ba ja ve lo c id a d de cre c im ie n to .
(b ) S in e m ba rg o , se ha e n co n tra d o que a co n se cu e n c ia de la re a liza c io n de un m e ca n iza d o en d ife re n te s tu b o s de a ce ro y la o b se rva c io n de la ca sca rilla de o x id o d e sp u e s del e n sa yo de o x id a c io n p o r v a p o r de a gu a a la rgo p lazo, la ca sca rilla de o x id o de C r d e se a d a p uede q ue no se m a n te n g a en la su p e rfic ie de l tu b o de a ce ro inc lu so para un tu b o de a ce ro so m e tid o a m e ca n iza d o d e sp u e s de l tra ta m ie n to te rm ic o en so lu c io n . En la p os ic io n d o n d e no se m a n tie n e la ca sca rilla de oxido de C rs e p rod u ce una o x id a c io n de ru p tu ra (“ b re a ka w a y o x id a tio n ” , en ing les) s ien do esta p os ic io n el pun to de in ic io , y la re s is te n c ia a la o x id a c io n p o r v a p o r de a gua se d e te rio ra n o tab lem en te .
(c) P ara d ife re n te s tu b o s de a ce ro , se a n a lizo en d e ta lle la m ic ro e s tru c tu ra en la p ro x im id a d de la cap a e x te rio r de la su p e rfic ie in te rio r de la m ism a, y a co n se cu e n c ia de e llo se e n co n tro que so lo en el tu b o de a ce ro que te m a una m ic ro e s tru c tu ra que d isp o m a de una a lta d en s id ad de d is lo ca c io n en la p rox im id ad de la cap a exte rio r, se fo rm a b a u n ifo rm e m e n te una ca sca rilla de o x ido de Cr, y a s im ism o se m a n tem a d u ra n te un la rgo p e n o d o de tiem p o .
(d ) C u a n d o la d is lo ca c io n se in tro d u ce m as, la d is lo ca c io n tie n d e a m ig ra r de ta l m o do que la e n e rg fa e la s tica d ism in u ye . P o r lo tan to , cu a n d o la ta sa de m e ca n iza d o es a lta , la m ic ro e s tru c tu ra se d iv ide en una p arte d on de la d en s id a d de d is lo ca c io n es a lta y una parte d o n d e la d en s id ad de d is lo ca c io n es baja (co n ve rs io n de d is lo ca c io n en ce ld as). La e s tru c tu ra de a lta d en s id ad de d is lo ca c ion se fo rm a re a liza n d o un m e ca n iza d o a d ic io n a l sob re e lla y re p itie n d o la in tro d u cc io n y la re cu p e ra c io n de la d is lo ca c ion .
(e ) C u a n d o el tu b o de ace ro se m a n tie n e a una te m p e ra tu ra de 550°C o sup erio r, que es la te m p e ra tu ra de fu n c io n a m ie n to de una p lan ta de g e n e ra c io n de ene rg fa , e sp e c ia lm e n te a una te m p e ra tu ra de 600°C o sup erio r, la e s tru c tu ra de a lta d en s id ad de d is lo ca c io n d e sa p a re ce y se tra n s fo rm a en g ra n o s de l c ris ta l fin o s que no tien en d e fo rm a c io n in te rio r, es decir, en la lla m a d a e s tru c tu ra de re c ris ta liza c io n . D ado q ue la e s tru c tu ra de re c ris ta liza c io n co n s is te en g ran o s fin o s de un ta m a n o su b m ic ro m e tric o a de a p ro x im a d a m e n te v a r io s m ic ro m e tros , el flu jo de Cr, que es n e ce sa rio para m a n te n e r de m a n e ra e s ta b le la ca sca rilla de o x id o de C r fo rm a d a u n ifo rm e m e n te , se p uede g a ra n tiz a r a tra ve s de la d ifus ion de los g ran o s fin o s re c ris ta liza d o s en el con to rn o de los g ranos. P o r o tra parte , inc lu so si se re a liza un m e ca n iza d o en la sup e rfic ie , en el caso de que la d en s id ad de d is lo ca c io n sea ba ja se fo rm a una e s tru c tu ra de re cu p e ra c io n , en la que so lo se p rod u ce una re o rd e n a c io n de la d is lo ca c io n a la te m p e ra tu ra de fu n c io n a m ie n to . En este caso , se m a n tie n e el ta m a n o de g ran o de la e s tru c tu ra en el m o m e n to de l tra ta m ie n to en so lu c io n de l tu b o de acero , de m o do q ue la ca n tid a d de co n to rn o s de los g ra n o s es p eq uena , y la d ifu s io n de C r en el co n to rn o de los g ran o s es insu fic ie n te . En co n se cu e n c ia , el flu jo de C r se v u e lve insu fic ie n te , la ca sca rilla de o x ido de C r no se p uede m a n te n e r y se p rod u ce una o x id a c io n de rup tu ra . Es dec ir, con el fin de m a n te n e r los o x id o s de Cr, que son e fica ce s para la re s is te n c ia a la o x id a c io n p or v a p o r de agua d u ra n te un la rgo p e n o d o de tiem p o , es necesa rio fo rm a r u n ifo rm e m e n te una m ic ro e s tru c tu ra m e ta lica en la que en la cap a e x te rio r de l tu b o de ace ro e x is ta una a lta d e n s id a d de d is lo ca c ion , lo que se d e n o m in a una "ca p a fu e rte m e n te m e ca n iza d a " o una "ca p a m uy fu e rte m e n te m e ca n iza da ".
(f) D ado que la fu e rza m o triz de la re c ris ta liza c io n esta d e te rm in a d a p o r la d en s id ad de d is lo ca c ion , se e s tu d io en d e ta lle la re lac io n e n tre la d e n s id a d de d is lo ca c io n y la re c ris ta liza c io n y el co m p o rta m ie n to de la o x id a c io n p o r v a p o r de agua. En co n se cu e n c ia , se e nco n tro que, en la e va lu a c io n de la m ic ro e s tru c tu ra m e ta lica para m a n te n e r los ox id os de C r d u ra n te un la rgo p e n o d o de tiem p o , e ra m as e fica z u tiliz a r co m o in d ic a d o r la d e n s id a d de d is lo ca c io n m e d ia (la sum a to ta l de las lo n g itu d e s de d is lo ca c io n co n te n id a s p or u n idad de v o lu m e n ), la cua l se o b tien e m e d ia n te una m e d ic ion p o r D R X u tiliza n d o un tu b o de Co.
(g ) E sp e c ia lm e n te en el caso de que el tu b o de ace ro se u tilice en un e n to rn o de a lta te m p e ra tu ra en el que la te m p e ra tu ra a lca n ce a p ro x im a d a m e n te 700°C, p ue de s e r n ecesa rio s u m in is tra r C r d esde la p arte p ro fu n d a d e l m e ta l base, le jos de la e s tru c tu ra de re c ris ta liza c io n de la p arte p ro x im a a la su p e rfic ie T a m b ie n en e ste caso , con el fin de g a ra n tiz a r el flu jo de Cr, se p re fie re q ue los g ran o s de l c ris ta l de la m ic ro e s tru c tu ra m e ta lica , q ue no ha s ido so m e tid a a m e ca n iza d o , se h agan fin o s de a n tem a n o.
La p re se n te inve nc ion se re a lizo en base a los h a lla zg o s d e sc rito s a n te rio rm e n te , y se d e fine en las re iv in d ica c io n e s .
E fe c to s ve n ta jo so s de la inve nc ion .
De a cu e rd o con la p rese n te inve nc ion , inc lu so en el caso de que se u tilice un tu b o de a ce ro en un e n to rn o a a lta te m p e ra tu ra en el que la te m p e ra tu ra a lca n ce a p ro x im a d a m e n te 750°C , se puede fo rm a r u n ifo rm e m e n te en la su p e rfic ie del tu b o de ace ro una ca sca rilla que tie n e una e xce le n te ca p a c id a d de p ro te cc io n co n tra la o x id a c io n por v a p o r de agua, y a de m as, al m a n te n e r e s ta b le m e n te la ca sca rilla p ro tecto ra , se puede e v ita r la a p a ric io n de la o x id a c io n de rup tu ra . P o r lo tan to , el tu b o de ace ro ino x ida b le a u s te m tico de a cu e rd o con la p rese n te inve n c io n es a d e cu a d o com o tu b o de a ce ro para s e r u tilizad o en las p la n ta s de g e n e ra c io n de e n e rg fa q ue tien en una te m p e ra tu ra de fu n c io n a m ie n to de 550°C o sup erio r, e sp e c ia lm e n te de 600°C o superio r.
M o do para lle va r a ca b o la inve nc ion .
C on el fin de o b te n e r un tu b o de ace ro en el que se fo rm e u n ifo rm e m e n te en la sup e rfic ie in te rio r del tub o una ca sca rilla que te n g a una e xce le n te ca p a c id a d de p ro te cc io n y se m a n te n g a d u ra n te un la rgo p e n o d o de tiem p o , es n ecesa rio fo rm a r una a lta d en s id ad de d is lo ca c ion en la sup e rfic ie in te rio r de l tu b o de acero . D ado que la d is lo ca c io n se in trod uce en los g ra n o s in te rio res, m e d ia n te el con tro l de las co n d ic io n e s de m e ca n iza d o se rea liza un m e ca n iza d o fue rte . En el tu b o de ace ro en d on de se ha fo rm a d o una a lta d en s id ad de d is lo ca c io n en la superfic ie , la e s tru c tu ra de a lta d en sid ad de d is lo ca c io n se re c ris ta liza d u ra n te el fu n c io n a m ie n to de la p lan ta de g e n e ra c io n de ene rg fa , fo rm a n d o de ese m o do una e s tru c tu ra fina , y en la su p e rfic ie se fo rm a n m u ch as tra ye c to ria s de d ifu s io n en el co n to rn o de los g ranos, g a ra n tiz a n d o de ese m o do el flu jo de Cr. En co n se cu e n c ia , la ca sca rilla de o x ido a b ase de C r que tie n e una e xce le n te ca p a c id a d de p ro te cc io n se m a n tie n e d u ra n te un la rgo p e n o d o de tiem p o.
N orm a lm e n te , la d e n s id a d de d is lo ca c io n de la m ic ro e s tru c tu ra m e ta lica d e sp u e s de l tra ta m ie n to te rm ic o en so lu c io n es a p ro x im a d a m e n te 1012 /m 2, m ie n tra s que la d en s id ad de d is lo ca c io n de la m ic ro e s tru c tu ra m e ta lica en la parte p ro x im a a la su p e rfic ie se e leva m e d ia n te la re a liza c io n de un m e ca n iza d o . El tu b o de a ce ro de la p re se n te inve nc ion tie n e una m ic ro e s tru c tu ra m e ta lica en la q ue la d en s id a d de d is lo ca c io n m e d ia en la s u p e rfic ie in te rio r, d e te rm in a d a m e d ia n te una m e d ic io n p o r D R X u tiliza n d o un tu b o de Co, es 3 ,0 x 1014 /m 2 o sup erio r. En p a rticu la r, con el fin de m a n te n e r la re s is te n c ia a la o x id a c io n p o r v a p o r de a gu a en un e n to rn o de a lta te m p e ra tu ra d u ra n te un la rgo p e n o d o de tiem p o , se p re fie re que el tu b o de acero te n g a una m ic ro e s tru c tu ra m e ta lica que te n g a una d en s id ad de d is lo ca c ion m e d ia de 3 ,5 x 1014 /m 2 o sup e rio r, y es m as p re fe rid o q ue el tu b o de a ce ro te n g a u na m ic ro e s tru c tu ra m e ta lica que te n g a una d en s id a d de d is lo ca c io n m e d ia de 4 ,0 x 1014 /m 2 o sup e rio r. A u n q u e una m a yo r d en s id a d de d is lo ca c ion m e d ia es e ficaz, con el a u m e n to en la d en s id a d de d is lo ca c io n se e leva la dureza . Si la d u re za es d e m a s ia d o a lta , se g e n e ra el p un to de in ic io de una fisu ra y las p ro p ie d a d e s m e ca n ica s de l m a te ria l se p ueden d eg ra d a r. P o r lo tan to , el ftm ite s u p e r io r de la d e n s id a d de d is lo ca c io n m edia , d e te rm in a d a m e d ia n te una m e d ic ion p or D R X u tiliza n d o un tu b o de Co, es 1,0 x 1016 /m 2.
A co n tin u a c io n se e xp lica la razon p o r la q ue el tu b o de a ce ro de la p re se n te inve nc ion se d e fine com o se ha d escrito a n te rio rm e n te .
En p rim e r lugar, se e xp lica el m e to d o p ara m e d ir en la p rese n te in ve n c io n la d en s id ad de d is lo ca c io n m e d ia n te una m e d ic ion p o r D R X u tiliza n d o un tu b o de Co.
La m e d ic ion de 0 -20 se rea liza d esde la su p e rfic ie de la p robe ta . A p a rtir de los da tos de d ifra cc io n de ra yos X o b te n id o s , se d e te rm in a el a ng u lo y el se m i-a n ch o de p ico de d ifracc ion y el se m i-a n ch o de la in te ns id ad de d ifracc ion m e d ia n te la a p ro x im a c io n de la fu n c io n de L o re n tz de los p lanos {111}, {200 }, {220 } y {311}, y se ca lcu la la d e n s id a d de d is lo ca c io n a p a rtir de la e cu a c io n de W illia m s -H a ll m o d ifica d a y la e cu a c io n de W a rre n -A v e rb a c h m o d ificad a . En la actu a lid ad , co m o c o n s ta n te s e la s tica s a n iso tro p ica s n e ce sa ria s p ara el fa c to r de con tras te , se u tilizan los va lo re s ya c o n o c id o s (C 11 = 1 ,98, C 12 = 1 ,25 y C 44 = 1 ,22) del a ce ro de F e -18 % C r-14 % N i, y se ca lcu la el fa c to r de con tra s te m e d io (Ch 00 = 0 ,345 ). El v e c to r de B u rge rs en la a c tu a lid a d es 0 ,249 nm de la co n s ta n te de la red.
P ara el co e fic ie n te de a bso rc io n de m a sa y una d e n s id a d de 7 ,94 g /cm 3 del ace ro de F e -18 % C r-9 % N i-3 % C u , se in trod uce n los ra yos X del tu b o de C o en una p os ic io n a a p ro x im a d a m e n te 11 pm com o m a x im o d e sd e la sup e rfic ie , de m o d o que se puede o b te n e r la d en sid ad de d is lo ca c io n m e d ia h as ta a p ro x im a d a m e n te 11 pm de p ro fu nd ida d desde la sup erfic ie .
C u a n d o en la cap a e x te rio r se re a liza el m e ca n iza do , la d en s id a d de d is lo ca c io n m as a lta se da en la sup e rfic ie . D ado q ue los ra yos X del tu b o de C o se in trod uce n en una p os ic io n a a p ro x im a d a m e n te 11 pm com o m a x im o d esde la su p e rfic ie de l tub o de acero , com o se d escrib io an te rio rm en te , la d en s id ad de d is lo ca c ion m e d ia d e te rm in a d a m e d ia n te el tu b o de C o es el v a lo r m e d io de las d e n s id a d e s de d is lo ca c io n h as ta 11 pm d e sd e la su p e rfic ie de l tu b o de acero . D ado que g e n e ra lm e n te la d en s id a d de d is lo ca c io n d ism in u ye de m a n e ra g rad u a l con la p ro fu nd ida d , en base a la su p o s ic io n de que la d en s id ad de d is lo ca c io n d ism in u ya line a lm en te , si la d en s id ad de d is lo ca c io n m edia , d e te rm in a d a m e d ia n te una m e d ic io n p o r D R X u tiliza n d o un tu b o de Co, es 3 ,0 x 1014 /m 2 o sup erio r, la d e n s id a d de d is lo ca c io n en la reg ion hasta una p ro fu nd ida d de a p ro x im a d a m e n te 5 pm d esde la sup e rfic ie es 3 ,0 x 1014/m 2 o sup erio r. S i la region que tie n e una a lta d en s id a d de d is lo ca c ion , es decir, la capa fu e rte m e n te m e ca n iza d a se fo rm a h asta una p ro fu nd ida d de a p ro x im a d a m e n te 5 pm d esde la su p e rfic ie in te rio r de l tu b o de acero , com o se d e sc rib io a n te rio rm e n te , la casca rilla de o x id o de C r se fo rm a u n ifo rm e m e n te y se p uede c o n s e g u ir d e b id a m e n te la re s is te n c ia a la o x id a c io n p o r v a p o r de agua.
En el ca so de q ue el e n to rn o de u tilizac io n de l tu b o de a ce ro a lca n ce un e n to rn o de a lta te m p e ra tu ra q ue sup e re los 700°C , es im p o rta n te m a n te n e r de m a n e ra e s ta b le la ca sca rilla de o x ido de Cr. C on el fin de m a n te n e r de m a ne ra e s ta b le la ca sca rilla de o x id o de C r, es n e ce sa rio q ue el ta m a n o de g ran o del c ris ta l d e l m e ta l b ase se e n c u e n tre en un in te rva lo a d e cu a d o para g a ra n tiz a r el flu jo de C r d esde el m e ta l base. P o r esta razon , se p re fie re q ue el ta m a n o de g ra n o de l m eta l base sea 50 pm o m e n o r en p rom ed io . C on la d ism in u c io n de l ta m a n o del g rano , a u m e n ta el num e ro de tra ye c to ria s de d ifu s io n a tra ve s d e l co n to rn o de los g ranos. P o r lo ta n to , e l ta m a n o de g ra n o del c ris ta l de l m eta l base es m as p re fe rib le m e n te 30 pm o m e n o r en p ro m e d io . S in e m ba rg o , si el ta m a n o de g ra n o del c r is ta l d ism in u ye e xce s iva m e n te , las p ro p ie d a d e s de flu e n c ia de l tu b o de a ce ro d ism in uye n . P o r esta razon , el ta m a n o de g ran o del c ris ta l es p re fe rib le m e n te 10 pm o m a yo r en p rom ed io . D ado que el ta m a n o de g ran o de l c ris ta l de l m e ta l base es a p ro x im a d a m e n te u n ifo rm e en la re g ion q ue no e sta so m e tid a al m e ca n iza d o , el ta m a n o de g ra n o se debe m e d ir en la p arte cen tra l de l e s p e s o r de la pared de l tu b o de acero . El ta m a n o de g ran o de l c ris ta l se p uede m e d ir u tiliza n d o un m ic ro sco p io o p tico o s im ila r.
El tu b o que es o b je to de la p resen te invenc ion es un tu b o de acero aus ten ftico res is ten te al calor. D ado que la casca rilla fo rm a d a en la su p e rfic ie in te rio r de l tu b o d ebe co n s is tir p rin c ip a lm e n te en o x id os de Cr, el m a te ria l de l tu b o es un ace ro in o x id a b le a u s te n ftico q ue con tie n e 14 a 28 % en m a sa de C r y 6 a 30 % en m a sa de Ni.
C o m o e je m p lo s de m a te ria le s de l tu b o que es o b je to de la p re se n te inve nc ion , se p ue de n c ita r los a ce ro s ino x ida b le s a u s te n ftico s ta le s co m o los S U S 304 , s U s 309, S U S 310 , s U s 316, S U S 321 y S U S 347 e sp e c ifica d o s en la n o rm a JIS , y los a ce ro s e q u iva le n te s a e s to s a ce ro s. La co m p o s ic io n q m m ica de l tip o de a ce ro a p lica b le es la q u e se d e sc rib e a con tin u a c io n . En la s ig u ie n te d esc ripc io n , el s fm b o lo "% " re la tivo al co n te n id o de cad a e le m e n to ind ica "p o rc e n ta je en m asa".
Un ace ro ino x ida b le a u s te n ftico que con s is te , en % en m asa , en C: 0,01 a 0 ,2% , Si: 0,1 a 2 ,0% , Mn: 0,1 a 3 ,0% , Cr: 14 a 28 % y Ni: 6 a 30% , o p c io n a lm e n te al m e n o s un e le m e n to se le cc io n a d o de al m e no s un g rupo del p rim e r g rupo al cu a rto g rup o d e sc rito s a co n tin u a c io n , y s ien do el res to Fe e im purezas.
P rim e r g rupo : M o: 5% o m enos, W : 10% o m enos, Cu: 5% o m e no s y Ta: 5 % o m enos.
S e g u n d o g rupo : N: 0 ,3 % o m enos.
T e rc e r g rupo : V: 1 ,0% o m enos, Nb: 1 ,5% o m e no s y Ti: 0 ,5 % o m enos.
C u a rto grupo : Ca: 0 ,02 % o m enos, Mg: 0 ,02 % o m enos, A l: 0 ,3 % o m enos, Zr: 0 ,5 % o m enos, B: 0 ,02% o m e n o s y R E M : 0 ,1 % o m enos.
En esta d esc ripc io n , las " im p u re za s " ind ican los co m p o n e n te s que se inco rp o ran en m e zc la a causa de d ife re n te s fa c to re s en el p ro ce d im ie n to de p rod u cc ion , inc lu ida s las m a te ria s p rim as, ta le s com o el m in e ra l o la cha ta rra , cu a nd o se p rod u ce un ace ro in o x id a b le a e sca la ind u stria l, e s ta n d o p e rm itid o q ue los co m p o n e n te s e x is tan en un in te rva lo ta l q ue no e je rza n una in flu e n c ia a d ve rsa so b re la p re se n te invenc ion .
A co n tin u a c io n se d esc ribe n los e fe c to s ve n ta jo so s de cad a co m p o n e n te de los tip o s de ace ro y las ra zon es para lim ita r el co n te n id o de cada com p on e n te .
C: 0,01 a 0 ,2 %
El C (ca rb on o ) es un e le m e n to e fica z para g a ra n tiz a r la re s is te n c ia m e ca n ica y la res is tenc ia a la fluencia . Sin e m ba rg o , si el co n te n id o de C su p e ra 0 ,2 % , los ca rb u ro s no d isu e lto s p e rm a n e ce n en el e s ta d o de tra ta d o s en so lu c io n y, en a lg u n o s caso s, el C no c o n tr ib u ye a la m e jo ra de la re s is te n c ia m e ca n ica a a lta te m p e ra tu ra . A s im ism o , el C puede e je rc e r una in flu e n c ia a d ve rsa sob re las p ro p ie d a d e s m e ca n ica s , ta le s com o la te n a c id a d . P o r lo tan to , el co n te n id o de C es 0 ,2 % o m enos. D esde el pun to de v is ta de l d e te rio ro de la tra b a ja b ilid a d en ca lie n te y la ten ac id ad , el con ten ido de C es p re fe rib le m e n te 0 ,12 % o m e no s. C on el fin de co n s e g u ir el e fe c to d e sc rito a n te r io rm e n te , el c o n te n id o de C es 0 ,01 % o m as.
Si: 0,1 a 2 ,0 %
El Si (s ilic io ) es un e le m e n to u tiliza d o co m o d eso x id a n te , y a d e m a s es un e le m e n to e fica z para m e jo ra r la re s is te n c ia a la o x id a c io n p o r v a p o r de agua. S in em ba rg o , si el co n te n id o de S i se v u e lv e a lto , la s o ld a b ilid a d o la tra b a ja b ilid a d en ca lie n te se de te rio ran . P o r lo ta n to , el co n te n id o de S i es 2 ,0 % o m enos, y p re fe rib le m e n te es 0 ,8 % o m e no s. Los e fe c to s d e sc rito s a n te r io rm e n te se vu e lve n n o ta b le s si el co n te n id o de Si es 0 ,1 % o m as.
M n: 0,1 a 3 ,0%
El Mn (m a n g a n e so ), com o el Si, es e fica z com o d e so x id a n te . A s im ism o , el Mn tien e la a cc ion de su p rim ir el d e te rio ro de la tra b a ja b ilid a d en ca lie n te p ro vo ca d o p o r el S co n te n id o com o im p ureza . C on el fin de c o n s e g u ir el e fe c to d e so x id a n te y m e jo ra r la tra b a ja b ilid a d en ca lien te , el co n te n id o de Mn es 0 ,1 % o m as. S in e m ba rg o , dado que un co n te n id o e xce s ivo de Mn p ro vo ca fra g ilid a d , el lfm ite s u p e r io r de l co n te n id o de Mn es 3 ,0% , y p re fe rib le m e n te es 2 ,0% .
Cr: 14 a 28 %
El C r (c ro m o ) es un e le m e n to e ficaz en c o n tr ib u ir a la re s is te n c ia m e ca n ica a a lta te m p e ra tu ra , y en m e jo ra r la re s is te n c ia a la o x id ac ion y la re s is te nc ia a la co rro s io n m e d ia n te la fo rm a c io n en la sup e rfic ie in te rio r del tu b o de ace ro de una c a sca rilla q ue co n s is te p rin c ip a lm e n te en o x id o s de Cr. C on el fin de c o n s e g u ir e s to s e fe c to s , el co n te n id o de C r debe s e r 14% o m as. S in e m ba rg o , si el co n te n id o de C r es e xce s ivo , la te n a c id a d y la tra b a ja b ilid a d en ca lie n te se p ue de n d e te rio ra r. P o r lo tan to , el lfm ite s u p e r io r de l co n te n id o de C r es 28% . El lfm ite in fe rio r p re fe rid o de l co n te n id o de C r es 15% , y el lfm ite m as a lto p re fe rid o de l m ism o es 26% . A s im ism o , en el caso de q ue se m e jo re la re s is te n c ia a los ac idos, el lfm ite in fe rio r de l co n te n id o de C r es m as p re fe rib le m e n te 16% .
Ni: 6 a 30%
El Ni (m q u e l) es un e le m e n to n e ce sa rio para e s ta b iliz a r la e s tru c tu ra a u s te m tica y m e jo ra r la re s is te n c ia a la flue nc ia . P o r lo tan to , e l co n te n id o de Ni d eb e s e r 6 % o m as. S in e m ba rg o , si el Ni e s ta co n te n id o en g ra n d e s c a n tid a d e s , los e fe c to s se sa tu ran , y so la m e n te a u m e n ta el coste. P o r lo tan to , el lfm ite s u p e r io r de l co n te n id o de Ni es 30% . El lfm ite in fe rio r p re fe rid o de l m ism o es 7% . El lfm ite m as a lto de l m ism o es p re fe rib le m e n te 25% , m as p re fe rib le m e n te 21% . P rim e r grupo :
Mo: 5 % o m enos,
W : 10% o m enos,
Cu: 5% o m enos,
Ta: 5% o m enos.
El M o (m o lib d e n o ), el W (w o lfram io ), el Cu (co b re ) y el T a (ta n ta lio ) pueden e s ta r co n te n id o s p o rque m e jo ran la re s is te n c ia m e ca n ica a a lta te m p e ra tu ra de l ace ro . S in e m ba rg o , si e stos e le m e n to s e stan c o n te n id o s en g ran d es can tida de s, la so ld ab ilida d y la tra b a ja b ilid a d se d eg ra da n . Si e s to s e le m e n to s estan con ten ido s, los lfm ites sup e rio re s de l co n te n id o de M o, del co n te n id o de Cu y de l co n te n id o de T a son 5% , re sp e c tiva m e n te , y el lfm ite m a s a lto del co n te n id o de W es 10% . Los e fe c to s d e sc rito s a n te r io rm e n te se vu e lve n n o ta b le s si el co n te n id o de al m e n o s un tip o cu a lq u ie ra de e s to s e le m e n to s es 0 ,1 % o m as.
S e g u n d o grupo :
N: 0 ,3 % o m enos.
El N (n itro g e n o ) co n trib u ye al re fo rza m ie n to de la so lu c io n so lid a de l a ce ro y tie n e el e fe c to de re fo rza r el ace ro m e d ia n te la a cc ion del re fo rza m ie n to de la p re c ip ita c io n en co m b in a c io n con o tros e le m e n to s . S in e m ba rg o , si el co n te n id o de N es e xce s ivo , la d u c tilid a d y la so ld a b ilid a d se p ueden d e te rio ra r. P o r lo tan to , si el N e sta con ten ido , el co n te n id o de l m ism o es 0 ,3 % o m enos. En el caso de q ue se d esee c o n s e g u ir los e fe c to s d e sc rito s a n te rio rm e n te , el co n te n id o de N d eb e s e r 0 ,005 % o m as.
T e rc e r g rupo :
V: 1 ,0% o m enos,
Nb: 1 ,5% o m enos,
Ti: 0 ,5 % o m enos.
C u a lq u ie ra de los e le m e n to s V (va na d io ), Nb (n io b io ) y T i (tita n io ) es un e le m e n to q ue se co m b in a con el c a rb o n o y el n itro g e n o para fo rm a r ca rb o n itru ro s , co n trib u ye n d o p o r e sa razon al re fo rza m ie n to de la p re c ip ita c ion , de m o do que e s to s e le m e n to s p ueden e s ta r c o n te n id o s seg un sea n e ce sa rio . S in e m ba rg o , si el co n te n id o de e s to s e le m e n to s es exce s ivo , la tra b a ja b ilid a d de l a ce ro se p uede deg ra da r. P o r lo tan to , el co n te n id o de V es 1 ,0% o m e no s, el con te n id o de Nb es 1 ,5 % o m e n o s y el con ten ido de Ti es 0 ,5 % o m enos. En el caso en q ue se d esee c o n s e g u ir el e fec to descrito a n te rio rm e n te , p re fe rib le m e n te el con ten ido de uno o m as tipo s se le cc io n a d o s e n tre e stos e le m e n to s es 0 ,01% o mas. C u a rto grupo :
Ca: 0 ,02 % o m enos,
M g: 0 ,02 % o m enos,
A l: 0 ,3 % o m enos,
Zr: 0 ,5 % o m enos,
B: 0 ,02 % o m enos,
R E M : 0 ,1 % o m enos.
C u a lq u ie ra de los e le m e n to s C a (ca lc io ), Mg (m a g n e s io ), A l (a lu m in io ), Z r (c irco n io ), B (b o ro ) y R EM (m e ta le s de las tie rra s raras, La, Ce, Y, Pr, Nd, e tc .) tien e el e fec to de m e jo ra r la re s is te nc ia m e ca n ica , la tra b a ja b ilid a d y la re s is te n c ia a la o x id ac ion p o r v a p o r de agua, de m o do que e stos e le m e n to s pueden e s ta r c o n te n id o s seg un sea n ecesa rio . S in e m b a rg o , si el co n te n id o de e s to s e le m e n to s es e xce s ivo , la tra b a ja b ilid a d o la so ld a b ilid a d se pueden d eg ra d a r. P o r lo tan to , el co n te n id o de C a es 0 ,02% o m e no s, el co n te n id o de M g es 0 ,02% o m enos, el co n te n id o de A l es 0 ,3 % o m e no s, el co n te n id o de Z r es 0 ,5 % o m e no s, el co n te n id o de B es 0 ,02 % o m e n o s y el co n te n id o de R E M es 0 ,1 % o m e no s, y a s im ism o se p re fie re que el co n te n id o to ta l de e s to s e le m e n to s sea 0 ,8 % o m e no s. En el caso en q ue se d esee c o n s e g u ir los e fe c to s d e sc rito s a n te rio rm e n te , p re fe rib le m e n te el co n te n id o de uno o m as tip o s se le cc io n a d o s e n tre e s to s e le m e n to s es 0 ,0001 % o m as
R E M es el te rm in o g e n e ra l de un to ta l de 17 e le m e n to s que co n s is te en S c (e sca nd io ), Y (itr io ) y la n ta n o id e s , y el co n te n id o de R E M ind ica el co n te n id o to ta l de e s to s 17 e le m e n to s .
El m e to d o p ara p ro d u c ir el tu b o de a ce ro de a cu e rd o con la p re se n te in ve n c io n no e sta e sp e c ia lm e n te lim itad o , y se pueden e m p le a r p ro ce d im ie n to s de fus io n , p ro ce d im ie n to s de c o la d a y p ro ce d im ie n to s de fa b rica c io n de tu b o s hab itu a le s . Es dec ir, p o r e je m p lo , un ace ro que tien e la co m p o s ic io n q m m ica d e sc rita a n te r io rm e n te se fu n d e y se m o ldea , s ie n d o tra n s fo rm a d o p o s te rio rm e n te en un tu b o e le m e n ta l m e d ia n te d ife re n te s p ro ce d im ie n to s de lam ina cio n en ca lie n te (p ro ce d im ie n to de fa b rica c io n de tu b o s p o r e x tru s ion , p ro ce d im ie n to de fa b rica c io n de tu b o s p o r estirado , p ro ce d im ie n to de fa b rica c io n de tu b o s M a nn esm a nn , e tc.), y e ste tu b o e le m e n ta l se so m e te a un tra ta m ie n to te rm ico de a b la n d a m ie n to seg un sea n ecesa rio . El tu b o e le m e n ta l ca lie n te se tra n s fo rm a en un tu b o que tien e la fo rm a d e se a d a m e d ia n te uno de los d ife re n te s p ro ce d im ie n to s de m e ca n iza d o en fno , ta l com o un p ro ce d im ie n to de la m in a c io n en fn o o un p ro ce d im ie n to de e s tira d o en fn o , y p o s te rio rm e n te en la su p e rfic ie in te rio r de l tu b o de a ce ro se fo rm a una cap a m e ca n iza da . A s im ism o , d e sp u e s de que el tu b o se ha e la b o ra d o m e d ia n te m e ca n iza d o en fn o para h o m o g e n e iz a r los g ra n o s de l c ris ta l, en la su p e rfic ie in te rio r de l tu b o de a ce ro se p ue de fo rm a r una cap a fu e rte m e n te m e ca n iza d a d e sp u e s de q ue el tu b o se h aya so m e tid o a un tra ta m ie n to te rm ic o en so lu c io n .
El m e to do para fo rm a r la capa fu e rte m e n te m e ca n iza d a en la su p e rfic ie in te rio r del tu b o de ace ro no esta e sp e c ia lm e n te lim itado , en ta n to que a la su p e rfic ie in te rio r de l tu b o de a ce ro se le p ro p o rc io n e n g o lp es o im p a c to s co n tro la d o s . P o r e jem p lo , se pueden e m p le a r p ro ce d im ie n to s de c o n o c im ie n to pub lico , ta le s com o el ch o rre a d o con p erd igo n es , el ch o rre a d o con g ran a lla , el m e ca n iza d o con ch o rre a d o , el ch o rre a d o con a rena , el m e ca n iza d o con a rena , el ch o rro de a ire , el a gu a a p res io n y las o n d a s u ltra so n ica s , co n tro la n d o la e n e rg fa de los g o lp es o im p ac tos . La fo rm a c io n de la cap a fu e rte m e n te m e ca n iza d a se p ue de re a liz a r c o n tro la n d o la p res io n de l a ire co m p rim id o en el m o m e n to de la inye cc io n , la can tid a d de p a rtfcu la s in ye c ta d a s y la fo rm a de la b oq u illa de inyecc ion .
La ca lid a d de l m a te ria l, la fo rm a , el ta m a n o y s im ila re s de las p a rtfcu la s so p la d a s no estan lim itad os . C o m o ca lid ad de l m a te ria l se p uede u tilizar, p o r e je m p lo , el acero , el a ce ro co la do , el a ce ro ino x ida b le , el v id rio , la a ren a de cua rzo , la a lu m in a , la a le a c io n a m orfa , la c irco n ita o s im ila res . A s im ism o , com o fo rm a se p ue de u tilizar, p o r e je m p lo , la fo rm a e s fe rica , el a la m b re cortado , el a la m b re co rta d o redondo , la re jilla , o s im ila res . En cu a n to al ta m a n o , se d eb e a d o p ta r el ta m a n o o p tim o para m e jo ra r la e n e rg fa de los g o lp es o im p ac tos , ya que el ta m a n o in flu ye en la ene rg fa . Las p a rtfcu la s se pueden p ro y e c ta r u tiliza n d o a ire co m p rim id o , la fu e rza c e n tn fu g a c re a d a p o r un rode te , a gua a a lta p res io n , o nd as u ltra so n ica s o s im ila res . C u a n d o no se u tilizan p a rtfcu la s , el c o m p o n e n te fa b ric a d o a b ase de m e ta l p uede s e r g o lp e a d o d ire c ta m e n te con o nd as u ltra so n ica s o s im ila res .
En el caso de un m e ca n iza d o con cho rrea do , el m e ca n iza d o con ch o rre a d o so lo n eces ita s e r re a liza d o se le cc io n a n d o las co n d ic io n e s de l ch o rre a d o y la fo rm a de la b oq u illa seg un sea a de cu a d o , de ta l m o do que la su p e rfic ie in te rio r e xp e rim e n te un m e ca n iza d o m as fu e rte q ue a n tes . Las co n d ic io n e s del ch o rre a d o no e s ta n e sp e c ia lm e n te lim itad as , pero , p o r e je m p lo , la v e lo c id a d de inye cc io n de las p a rtfcu la s de ch o rre a d o es p re fe rib le m e n te 50 m /s o superio r. A s im ism o , con la d ism in u c io n en el ta m a n o de las p a rtfcu la s de ch o rre a d o se puede a u m e n ta r la v e lo c id a d de inye cc io n , y la reg ion p rox im a a la su p e rfic ie in te rio r puede e xp e r im e n ta r un fu e rte m e ca n iza d o . En particu la r, si se p roye cta n bajo con tro l unas p a rtfcu la s que tie n e n un ta m a n o de g rano de 0 ,5 m m o m e n o r en p rom ed io , se puede fo rm a r u n ifo rm e m e n te en to d a la lon g itu d una e s tru c tu ra de d e n s id a d de d is lo ca c io n s u p e r io r en la d irecc ion lo n g itu d in a l de la su p e rfic ie in te rio r de l tu b o de acero .
C on la u tiliz a c io n de e s to s m e to do s , so lo se n e ce s ita q ue m e d ia n te el co n tro l de d ife re n te s co n d ic io n e s se fo rm e en la sup e rfic ie in te rio r de l tu b o de a ce ro una m ic ro e s tru c tu ra m e ta lica que sa tis fa g a las co n d ic io n e s d e sc rita s a n te rio rm e n te .
E je m p lo 1
B a jo d ife re n te s co n d ic io n e s , se p rep a ra ron unos tu b o s de ace ro q ue te m a n la co m p o s ic io n q m m ica p ro p o rc io n a d a en la T a b la 1, y m e d ia n te los m e to d o s d e sc rito s a co n tin u a c io n se m id io el ta m a n o de g ran o del c ris ta l de los p rop ios tu b o s de a ce ro y la d e n s id a d de d is lo ca c io n m edia , d e te rm in a d a m e d ia n te D R X u tiliza n d o un tu b o de Co, en el lado de la s u p e rfic ie in te rio r de los tu b o s de acero . A d ic io n a lm e n te , se re a lizo un e n sa yo de o x id a c io n p o r v a p o r de agua.
[T a b la 1]
T a b la 1
Figure imgf000009_0001
P ara los a ce ro s N° 1 a 4 y 6 a 10, se p rep a ro en un la b o ra to rio un ling o te de 180 kg m e d ia n te fus io n al v a c fo , y se p ro d u jo un tu b o e le m e n ta l (d ia m e tro e xte rio r: 110 m m , e sp e so r de pared : 12 m m ) m e d ia n te fo r ja d o en ca lie n te y e x tru s io n en ca lie n te . P ara el acero N° 1, se e lim ino la ca sca rilla de la s u p e rfic ie d e sp u e s de la e x tru s io n en ca lien te , y p o s te rio rm e n te se re a lizo un tra ta m ie n to te rm ico en so lu c io n . P ara los a ce ro s N° 2 a 4 y 6 a 10, m e d ia n te lam ina c io n en fn o se p rod u jo un tub o de a ce ro (d ia m e tro exte rio r: 50 ,8 m m , e sp e so r de pared: 8 m m ), y p o s te rio rm e n te se rea lizo un tra ta m ie n to te rm ic o en so lu c io n . P ara el ace ro N° 2, se p rep a ra ro n unos tu b o s de acero , q ue te m a n cua tro tip o s de ta m a n o de g rano del c ris ta l m e d ia n te el con tro l de la te m p e ra tu ra y el t ie m p o de l tra ta m ie n to te rm ic o en so lu c io n . En las su p e rfic ie s in te rio re s de e s to s tu b o s de a ce ro se re a lizo un tra ta m ie n to de su p e rfic ie b a jo las co n d ic io n e s q ue se ind ican en la T a b la 2 para p re p a ra r unas p robe tas. En el caso del m e ca n iza d o con cho rrea do , se regu lo la p ro fu nd ida d de la capa fu e rte m e n te m e ca n iza d a ca m b ia n d o la p res ion de inye cc io n , la cu a n tfa de la inye cc io n , el a ng u lo de inye cc io n , la fo rm a de la b oq u illa y s im ila res .
Figure imgf000011_0001
[T a m a n o de g ran o de l c ris ta l de l tu b o de a ce ro ]
Se corto una p rob e ta de e n sa yo de una p e q u e n a porc io n de cada p robe ta , la parte cen tra l de l e sp e s o r de la pared del tu b o de a ce ro de la su p e rfic ie co rre sp o n d ie n te a la secc ion tra n s v e rsa l de l tu b o de a ce ro de cad a p rob e ta se o bse rvo u tiliz a n d o un m ic ro m e tro o p tico en cu a tro ca m p o s v isu a le s , y se m id io el ta m a n o de g ran o de l c ris ta l de l p ro p io tu b o de a ce ro (m eta l base). En la T a b la 2 se p ro p o rc io n a el v a lo r m e d io de los ta m a n o s de g ran o del c ris ta l m e d id os .
[D e n s id a d de d is lo ca c io n ]
Se co rto una p ro b e ta de e n sa yo de una p eq ue na p o rc io n de cada p robe ta , y se re a lizo una m e d ic io n p o r DRX, u tiliza n d o un tu b o de Co, de l lado de la su p e rfic ie in te rio r de ca d a p rob e ta de ensayo . En base a la in te ns id ad de d ifracc ion o b ten ida , se d e te rm in o la d en s id ad de d is lo ca c io n m edia . En la T a b la 2 se p rop o rc ion a el v a lo r d e te rm ina do .
[E n sa yo de o x id a c io n p o r v a p o r de a gu a ]
Se corto de cada p rob e ta una p ro b e ta de e n sayo con fo rm a de tira con un e sp e so r de 2 m m , un a ncho de 10 m m y una lon g itu d de 25 m m , de m o do que la su p e rfic ie in te rio r del tu b o fo rm a b a parte de la su p e rfic ie de la p rob e ta de e nsayo . E s ta p rob e ta de e n sa yo se m a n tu vo de fo rm a que, a l e s ta r su sp e n d id a de un p os ic io na d o r, se in se rta ra en un horno h o rizo n ta l de ca le n ta m ie n to de tubos , y se rea lizo el e n sa yo de o x id ac ion en una a tm o s fe ra de v a p o r de agua con una can tida d de o x fg en o d isu e lto de 100 ppb a las te m p e ra tu ra s de 650°C y 750°C d u ra n te 1.000 horas. La p ro b e ta de ensayo , q ue se saco d e sp u e s de e n fr ia rse en el horno , se in c ru s to en una re s ina y la se cc io n tra n s v e rsa l de la m ism a se co rto y se pu lio a e sp e jo . P o s te rio rm e n te , la se cc io n tra n s v e rsa l de la ca sca rilla de o x id o fo rm a d a en la su p e rfic ie in te rio r del tu b o de ace ro se o b se rvo bajo un m ic ro sco p io o p tico en to d a la long itud de 8 m m de la p rob e ta de e n sa yo de 10 m m de ancho , e xc lu ye n d o 1 m m en cada e x tre m o . La p os ic io n en la q ue el e sp e so r de la casca rilla su p e ra b a 10 pm se d e fin io com o la de o x id a c io n de rup tu ra , se d e te rm in o la sum a to ta l de las lo n g itu d e s en que a p a re c io la o x id a c io n de ru p tu ra y e ste v a lo r d iv id id o p o r la lon g itu d de m e d ic io n de 8 m m se e s ta b le c io com o la co b e rtu ra de la o x id a c io n de ru p tu ra (% ). En la T a b la 2 se p ro p o rc io n a este va lo r. La p ro b e ta de e n sa yo con una co b e rtu ra de o x id a c io n de ru p tu ra de l 15% o m e no s a p ro b o la insp ecc ion .
C on re fe re n c ia a la T a b la 2, para los a ce ro s de los e n sa yo s N° 1 a 3, 5 a 11 y 13 a 17, d ado que se cu m p lfa n las e x ig e n c ia s de la inve nc ion de a cu e rd o con la re iv ind ica c ion 1, eso s a ce ro s tem a n una p e lfcu la de o x id a c io n de rup tu ra con una c o b e rtu ra del 15% o m e no s y m o s tra ro n una p rop ied a d de e xce le n te re s is te n c ia a la o x id a c io n p o r v a p o r de a gu a en el e n sayo de o x id a c io n p or v a p o r de a gua a a m ba s te m p e ra tu ra s de 650 °C y 750°C . En e s to s n u m e ro s de e nsayo , los a ce ro s de los e n sa yo s N° 6 y 7, en los c u a le s e l ta m a n o de g ra n o de l c ris ta l de l m e ta l b ase e ra 50 pm o m ayo r, lo que se e n co n tra b a fue ra del in te rva lo d e fin id o p o r la inve nc ion de a cu e rd o con la re iv in d ica c io n 2, te m a n una p e lfcu la de o x id a c io n de ru p tu ra con una co b e rtu ra re la tiva m e n te a lta en co m p a ra c io n con la de l e n sa yo N° 3 que u tilizo el m ism o ace ro N° 2 y cu m p lfa con la e x ig e n c ia de la inve n c io n de a cu e rdo con la re iv in d ica c io n 2, a u n q u e la co b e rtu ra e s ta b a d e n tro de l in te rva lo a ce p ta b le . P o r o tra parte , el ace ro de l e n sa yo N° 4 en el que la d e n s id a d de d is lo ca c io n era 3 ,0 x 1014 /m 2 o in fe rio r, lo que se e n co n tra b a fu e ra del in te rva lo d e fin id o p or la p rese n te inve nc ion , te m a una p e lfcu la de o x id a c io n de ru p tu ra con una c o b e rtu ra de m as del 15% , lo cua l es ina cep tab le .
Aplicabilidad industrial
De a cu e rd o con la p rese n te inve nc ion , inc lu so en el caso de q ue se u tilice un tu b o de ace ro en un e n to rn o de a lta te m p e ra tu ra en el que la te m p e ra tu ra a lca n ce a p ro x im a d a m e n te 750°C , en la su p e rfic ie del tu b o de ace ro se puede fo rm a r u n ifo rm e m e n te una ca sca rilla que tie n e una e xce le n te ca p a c id a d de p ro te cc io n con tra la o x id a c io n p o r v a p o r de a gu a y, a de m as, al m a n te n e r e s ta b le m e n te la ca sca rilla p ro te cto ra , se p uede e v ita r la a pa ric io n de la o x id a c io n de rup tu ra . P o r lo tan to , el tu b o de a ce ro in o x id a b le a u s te m tico de a cu e rd o con la p re se n te inve nc ion es a d e cu a d o com o tu b o de ace ro para se r u tilizad o en las p la n ta s de gen e rac ion de e ne rg fa que tienen una te m p e ra tu ra de fu n c io n a m ie n to de 550°C o sup e rio r, e sp e c ia lm e n te de 600°C o superio r.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. - Un tu b o de ace ro ino x ida b le aus ten ftico , q ue cons is te , en p orce n ta je en m asa , en 0,01 a 0 ,2% de C, 0,1 a 2 ,0 % de Si, 0,1 a 3 ,0 % de M n, 14 a 28 % de C r y 6 a 30% de Ni, o p c io n a lm e n te , en % en m asa , al m e no s un e le m e n to s e le cc io n a d o de al m e no s un g ru p o del p rim e r g rup o al cu a rto g ru p o d e s c rito s a co n tin u a c io n , y s ien do el re s to Fe e im p urezas , en d on de el tu b o de ace ro tie n e una m ic ro e s tru c tu ra m e ta lica en la q ue la d e n s id a d de d is lo ca c io n m edia , q ue se d e te rm in a m e d ia n te m e d ic ion p o r D R X u tiliza n d o un tu b o de Co, es 3 ,0 x 1014 /m 2 a 1,0 x 1016 /m 2 en la reg ion h as ta una p ro fu n d id a d de a p ro x im a d a m e n te 5 pm d e sd e la su p e rfic ie de l tu b o de acero :
P rim e r g rupo : M o: 5% o m enos, W : 10% o m enos, Cu: 5% o m e no s y Ta: 5 % o m enos.
S e g u n d o g rupo : N: 0 ,3 % o m enos.
T e rc e r g rupo : V: 1 ,0% o m e no s, Nb: 1 ,5% o m e no s y Ti: 0 ,5 % o m enos.
C u a rto g rup o : Ca: 0 ,02 % o m enos, M g: 0 ,02 % o m enos, A l: 0 ,3 % o m enos, Zr: 0 ,5 % o m enos, B: 0 ,02 % o m e no s y R E M : 0 ,1 % o m enos.
2. - El tu b o de a ce ro in o x id a b le a u s te n ftic o de a cu e rd o con la re iv in d ica c io n 1, en d o n d e el ta m a n o de g ra n o d e l tu b o de a ce ro es 50 pm o m enor.
3. - El tu b o de a ce ro ino x id a b le a u s te m tico de a cu e rd o con una cu a lq u ie ra de las re iv in d ica c io n e s p rece de n te s , que co n tie n e al m e no s uno de los s igu ien tes :
0 ,1 % o m as de al m e no s uno de los e le m e n to s de l p rim e r grupo ;
0 ,005 % o m as de N;
0 ,01 % o m as de uno o m as de los e le m e n to s del te rc e r g rupo ; y
0 ,0001 % o m as de uno o m as de los e le m e n to s de l cu a rto grupo .
4. - El tu b o de a ce ro in o x id a b le a u s te m tic o de a cu e rd o con c u a lq u ie ra de las re iv in d ica c io n e s p re ce d e n te s , en d on de la d e n s id a d de d is lo ca c io n se o b tie n e d a n d o g o lp e s o im p a c to s c o n tro la d o s a la s u p e rfic ie in te rio r de l tu b o de a ce ro in o x id a b le a u s te m tico m e d ia n te el e m p le o de al m e no s uno de ch o rre a d o con p erd igo n es , ch o rre a d o con g rana lla , m e ca n iza d o con cho rrea do , ch o rre a d o con a rena , m e ca n iza d o con arena , cho rro de a ire , a gu a a p res io n y o nd as u ltrason icas .
5. - El uso de l tu b o de ace ro in o x id a b le a u s te n ftico de a cu e rdo con cu a lq u ie ra de las re iv in d ica c io n e s p rece de n te s com o co m p o n e n te de una p la n ta de g e n e ra c io n de ene rg fa .
6. - El uso de l tub o de ace ro ino x ida b le a u s te n ftico de a cu e rdo con la re iv ind ica c ion 5, en d on de la p lan ta de gen e rac ion de e n e rg fa tie n e una te m p e ra tu ra de fu n c io n a m ie n to de 550°C o superio r.
7. - El uso de l tu b o de a ce ro in o x id a b le a u s te m tico de a cu e rd o con la re iv in d ica c io n 5 o 6 en un e n to rn o de a lta te m p e ra tu ra en el q ue la te m p e ra tu ra a lca n za a p ro x im a d a m e n te 750°C.
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