ES2821173T3 - Miembro estructural soldado - Google Patents

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ES2821173T3 ES17775581T ES17775581T ES2821173T3 ES 2821173 T3 ES2821173 T3 ES 2821173T3 ES 17775581 T ES17775581 T ES 17775581T ES 17775581 T ES17775581 T ES 17775581T ES 2821173 T3 ES2821173 T3 ES 2821173T3
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Masayuki Sagara
Takahiro Osuki
Shinnosuke Kurihara
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Nippon Steel Corp
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Abstract

Un miembro de estructura de soldadura que incluye una junta de acero inoxidable austenítico, y el miembro de estructura de soldadura tiene material base y metal de soldadura, en el que el material base tiene una composición química que contiene, en porcentaje de masa: C: 0,05 % o menos; Si: 1,0 % o menos; Mn: 2,0 % o menos; P: 0,04 % o menos; S: 0,01 % o menos; Ni: de 12,0 a 27,0 %; Cr: 15,0 % o más a menos de 20,0 %; Cu: más de 3,0 % a 8,0 % o menos; Mo: más de 2,0 % a 5,0 % o menos; Nb: de 0 a 1,0 %; Ti: de 0 a 0,5 %; Co: de 0 a 0,5 %; Sn: de 0 a 0,1 %; W: de 0 a 5,0 %; Zr: de 0 a 1,0 %; Al: de 0 a 0,5 %; N: menos de 0,05 %; Ca: de 0 a 0,01 %; B: de 0 a 0,01 %; y metal de tierras raras: de 0 a 0,01 % en total, siendo el resto Fe e impurezas inevitables, y el metal de soldadura tiene una composición química que contiene, en porcentaje de masa: C: 0,10 % o menos; Si: 0,50 % o menos; Mn: 3,5 % o menos; P: 0,03 % o menos; S: 0,03 % o menos; Cu: 0,50 % o menos; Ni: 51,0 % o más a 69,0 % o menos; Cr: de 14,5 a 23,0 %; Mo: de 6,0 a 17,0 %; Al: 0,40 % o menos; uno o más elementos seleccionados de Nb, Ta y Ti: 4,90 % o menos en total; Co: 2,5 % o menos; V: 0,35 % o menos; y W: 4,5 % o menos, siendo el resto Fe e impurezas inevitables.

Description

DESCRIPCIÓN
Miembro estructural soldado
Campo técnico
La presente invención se refiere a un miembro de estructura de soldadura.
Técnica anterior
Para las calderas de generación de energía térmica, calderas industriales u otros tipos de calderas, se usan combustibles fósiles tales como el petróleo y el carbón como combustible. Al contener azufre (S), el combustible fósil genera óxido de azufre (SOx) en sus gases de escape cuando se quema. Cuando la temperatura de los gases de escape desciende, el SOx reacciona con la humedad del gas para formar ácido sulfúrico. Por lo tanto, cuando entra en contacto con la superficie de un miembro a una temperatura de punto de rocío o más baja, el gas de escape se condensa para causar corrosión (corrosión del punto de rocío del ácido sulfúrico). De manera similar, también en las instalaciones de desulfuración de gases de combustión usadas en diversos campos industriales, cuando a través de ellas fluye gas de escape que contiene SOx, se produce la corrosión del punto de rocío del ácido sulfúrico a medida que desciende la temperatura de los gases de escape. En las prácticas convencionales, la temperatura de los gases de escape se mantiene a 150 °C o más para evitar la corrosión del punto de rocío del ácido sulfúrico.
Sin embargo, existe una tendencia hacia, por ejemplo, bajar la temperatura de los gases de escape de un intercambiador de calor hasta o por debajo del punto de rocío del ácido sulfúrico para recolectar energía térmica de la manera más efectiva posible, debido a la creciente demanda de energía observada en los últimos años y desde el punto de vista del uso eficaz de la energía, por lo que ha existido una demanda de materiales que tengan resistencia al ácido sulfúrico.
Como acero inoxidable austenítico que tiene una excelente resistencia a la corrosión en un entorno donde se condensa ácido sulfúrico de alta concentración (entorno donde el ácido sulfúrico en una concentración de 40 a 70 % se condensa a una temperatura de 50 a 100 °C) y que tiene una buena trabajabilidad en caliente, el documento WO99/009231 (documento de patente 1) divulga un acero inoxidable austenítico que contiene, en porcentaje en masa, C: 0,05 % o menos, Si: 1,0 % o menos, Mn: 2,0 % o menos, P: 0,04 % o menos, S: 0,01 % o menos, Ni: de 12 % a 27 %, Cr: de 15 a 26 %, Cu: más de 3,0 % a 8,0 % o menos, Mo: más de 2,0 % a 5,0 % o menos, Nb: 1,0 % o menos, Ti: 0,5 % o menos, W: 5,0 % o menos, Zr: 1,0 % o menos, Al: 0,5 % o menos, N: menos de 0,05 %, Ca: 0,01 % o menos, B: 0,01 % o menos, y metales de tierras raras: 0,01 % o menos en total, siendo el resto Fe e impurezas inevitables.
Como acero inoxidable que es resistente a la corrosión del punto de rocío del ácido sulfúrico y excelente en trabajabilidad en caliente, el documento JP4-346638A (documento de patente 2) divulga un acero inoxidable que contiene, en masa, C: 0,050 % o menos, Si: 1,00 % o menos, Mn: 2,00 % o menos, P: 0,050 % o menos, S: 0,0050 % o menos, Ni: de 8,0 % a 30 %, Cr: de 15 a 28 %, Mo: más de 3 % a 7 % o menos, Cu: más de 2 % a 5 % o menos, N: de 0,05 a 0,35 %, B: más de 0,0015 % a 0,010 % o menos, donde O es 60 ppm o menos, y además los contenidos de Cu, Mo, B y O en la aleación satisfacen la relación de 10000 x B/(Mo+Cu+1000 x O)= 1,5 a 10,0.
Como una junta de soldadura de acero austenítico que exhibe una buena resistencia a la corrosión en un entorno de ácido sulfúrico y tiene una excelente resistencia al agrietamiento de la soldadura, el documento JP2001-107196A (documento de patente 3) divulga una junta de soldadura de acero austenítico que incluye una porción de metal de soldadura que tiene una composición química que contiene, en porcentaje de masa, C: 0,08 % o menos, Mn: 3 % o menos, P: 0,02 % o menos, Ni: de 4 a 75 %, Cr: de 15 a 30 %, Al: 0,5 % o menos, N: 0,1 % o menos, O (oxígeno): 0,1 % o menos, al menos uno o más de Nb, Ta, Ti y Zr: de 0,1 a 5 % en total, uno o ambos de Mo y W: de 0 a 20 % en total, Co: d 0 a 5 %, V: de 0 a 0,25 %, B: de 0 a 0,01 %, Ca: de 0 a 0,01 %, Mg: de 0 a 0,01 %, REM: de 0 a 0,01 %, y además contiene Si que satisface la fórmula "Si < 0,15 (Nb+Ta+Ti+Zr)+0,25", siendo Cu de 0 a 8 % o menos y satisfaciendo la fórmula "Cu < 1,5 (Nb+Ta+Ti+Zr)+4,0", y S satisfaciendo la fórmula "S < 0,0015 (Nb+Ta+Ti+Zr)+0,003", consistiendo el resto sustancialmente en Fe, y el contenido total de Ni, Co, y Cu satisfaciendo la fórmula "Ni+Co+2Cu > 25".
El documento WO2015/129631 A1 (documento de patente 4) divulga una junta soldada que tiene una excelente resistencia al polvo metálico. El material de origen tiene una composición de C: de 0,03 a 0,075 %, Si: de 0,6 % a 2,0 %, Mn: de 0,05 a 2,5 %, P: 0,04 % o menos, S: 0,015 % o menos, Cr: de 16,0 a 23,0 %, Ni: de 20,0 a 30,0 %, Cu: de 0,5 a 10,0 %, Mo: menos de 1 %, Al: 0,15 % o menos, N: de 0,005 a 0,20 %, O: 0,02 % o menos, Ca: de 0 a 0,1 %, REM: de 0 a 0,15 %, V: menos de 0,5 % y Nb: de 0 a 2 %, comprendiendo el resto Fe e impurezas. El material primario se suelda con una capa inicial de material de soldadura que tiene una composición en la que el contenido de Fe es de 10 a 40 % en masa, seguido de soldadura con un material de soldadura que tiene una composición química que contiene Cr: de 15,0 a 30,0 % y Ni: de 40,0 a 70,0 %.
El documento EP1 645355 A1 (documento de patente 5) divulga una junta de soldadura de acero austenítico que tiene un material base y un metal de soldadura ambos de acero austenítico, exhibiendo la junta de soldadura una excelente tenacidad a baja temperatura y una excelente resistencia a la fragilización por hidrógeno. El metal de soldadura tiene una composición de C: 0,04 % o menos, Si: 1,0 % o menos, Mn: 3 % o menos, P: 0,02 % o menos, S: 0,005 % o menos, Cr: de 15 a 25 %, Ni: 30 % o más, Mo: 10 % o menos, Nb: de 2,5 a 5 %, Al: 3,0 % o menos, Ti: 0,5 % o menos, siendo el resto Fe e impurezas, donde los contenidos de Al y Ti satisfacen (Ti+Al)> Nb/8. El material base tiene una composición de C: 0,04 % o menos, Si: 1,0 % o menos, Mn: de 3 a 30 %, P: 0,02 % o menos, S: 0,005 % o menos, Cr: de 15 a 30 %, Ni: de 5 a 30 %, N: de 0,10 a 0,50 %, y además contiene al menos uno de Mn: 10 % o menos, W: 10 % o menos, V: de 0,001 % a 1,0 %, Al: 0,10 % o menos, Ti: 0,01 % o menos, Zr: 0,01 % o menos y Hf: 0,01 % o menos, siendo el resto Fe e impurezas.
Lista de documentos de la técnica anterior
Documentos de patentes
Documento de patente 1: WO99/009231
Documento de patente 2: JP4-346638A
Documento de patente 3: JP2001 -107196A
Documento de patente 4: WO2015/129631 A1
Documento de patente 5: EP1645355 A
Sumario de la invención
Problema técnico
El acero inoxidable austenítico con las composiciones químicas descritas en los documentos de patente 1 y 2 exhibe cada uno una buena resistencia a la corrosión en un entorno de ácido sulfúrico, como sustancia única. Sin embargo, cuando se trata de un miembro de estructura de soldadura que incluye tales productos de acero inoxidable austenítico, puede producirse corrosión bimetálica, donde la corrosión progresa en una interfase entre el material base y el metal de soldadura.
La junta de soldadura de acero austenítico que incluye el metal de soldadura que tiene la composición química descrita en el documento de patente 3 exhibe una buena resistencia a la corrosión en un entorno de ácido sulfúrico y tiene una excelente resistencia al agrietamiento de soldadura. Sin embargo, incluso en la junta de soldadura de acero austenítico que incluye el metal de soldadura propuesto en el presente documento, puede producirse corrosión bimetálica con un material base con alguna composición química.
Como se ve anteriormente, no ha habido ningún caso estudiado sobre la corrosión bimetálica entre el material base y el metal de soldadura.
Un objetivo de la presente invención es proporcionar un miembro de estructura de soldadura que incluye una junta de acero inoxidable austenítico que puede inhibir la corrosión bimetálica que se produce entre el material base y el metal de soldadura.
Solución al problema
Para lograr el objetivo descrito anteriormente, los presentes inventores realizaron estudios intensivos y, en consecuencia, obtuvieron los siguientes hallazgos.
a) Para darle a un acero inoxidable austenítico una buena resistencia a la corrosión en un entorno donde se condensa ácido sulfúrico de alta concentración, es importante un contenido de más de 3,0 % de Cu, un contenido de más de 2,0 % de Mo, un contenido de 15,0 a 20,0 % de Cr y controlar el contenido de N por debajo de 0,05 % para ajustar la composición de una película de pasivación formada sobre una superficie de un producto de acero.
b) En general, se sabe que el Mo forma una película de pasivación compacta junto con Cr sobre una superficie de un producto de acero, lo que da una buena resistencia a la corrosión al producto de acero. Sin embargo, como se menciona anteriormente, cuando un miembro de estructura de soldadura se expone a un entorno corrosivo, se produce el problema de la corrosión bimetálica. Aquí, en un miembro de estructura de soldadura, será suficiente si se forma una película de óxido sobre la superficie de un metal de soldadura, y la película de óxido es una película de pasivación compacta, pero cuando el contenido de Mo en el metal de soldadura está dentro de un intervalo de más de 0,10 % a menos de 6,0 %, la película de pasivación formada sobre una superficie de una porción de metal de soldadura va a incluir una película de óxido de Mo inestable, y se inhibe la concentración de Ni y Cu en la película de pasivación, lo que degrada la resistencia a la corrosión en un entorno de corrosión bimetálica donde se condensa ácido sulfúrico de alta concentración. Por el contrario, cuando el contenido de Mo en un metal de soldadura es mayor de 6,0 %, se forma una película de pasivación estable que contiene Cr y Mo sobre una superficie del metal de soldadura, lo que hace que la resistencia a la corrosión del metal de soldadura sea excelente. Por esa razón, es importante controlar el contenido de Mo en el material base a más de 2,0 % a 5,0 % o menos, así como controlar el contenido de Mo en el metal de soldadura a 6,0 % o más.
c) En la corrosión bimetálica, a diferencia de las corrosiones típicas, el potencial de un metal base (de bajo potencial) se vuelve relativamente alto y, por tanto, se acelera la disolución de Fe y Cr. En un caso en el que Co y/o Sn están contenidos en una cantidad predeterminada en un material base de un acero inoxidable austenítico, es posible reducir la tasa de disolución de Fe y Cr en tal entorno de corrosión bimetálico, mejorando enormemente la resistencia a la corrosión en el entorno de corrosión bimetálica.
La presente invención se realiza basándose en los hallazgos anteriores y el alcance de la presente invención es el siguiente.
Un miembro de estructura de soldadura que incluye una junta de acero inoxidable austenítico, y el miembro de estructura de soldadura tiene material base y metal de soldadura, en el que el material base tiene una composición química que contiene, en porcentaje de masa:
C: 0,05 % o menos;
Si: 1,0 % o menos;
Mn: 2,0 % o menos;
P: 0,04 % o menos;
S: 0,01 % o menos;
Ni: de 12,0 a 27,0 %;
Cr: 15,0 % o más a menos de 20,0 %;
Cu: más de 3,0 % a 8,0 % o menos;
Mo: más de 2,0 % a 5,0 % o menos;
Nb: de 0 a 1,0 %;
Ti: de 0 a 0,5 %;
Co: de 0 a 0,5 %;
Sn: de 0 a 0,1 %;
W: de 0 a 5,0 %;
Zr: de 0 a 1,0 %;
Al: de 0 a 0,5 %;
N: menos de 0,05 %;
Ca: de 0 a 0,01 %;
B: de 0 a 0,01 %; y
metal de tierras raras: de 0 a 0,01 % en total,
siendo el resto Fe e impurezas inevitables, y
el metal de soldadura tiene una composición química que contiene, en porcentaje de masa:
C: 0,10 % o menos;
Si: 0,50 % o menos;
Mn: 3,5 % o menos;
P: 0,03 % o menos;
S: 0,03 % o menos;
Cu: 0,50 % o menos;
Ni: 51,0 % o más a 69,0 % o menos;
Cr: de 14,5 a 23,0 %;
Mo: de 6,0 a 17,0 %;
Al: 0,40 % o menos;
uno o más elementos seleccionados de Nb, Ta y Ti: 4,90 % o menos en total;
Co: 2,5 % o menos;
V: 0,35 % o menos; y W: 4,5 % o menos,
siendo el resto Fe e impurezas inevitables.
Efectos ventajosos de la invención
Según la presente invención, es posible inhibir la corrosión bimetálica que se produce entre el material base y el metal de soldadura en una junta de acero inoxidable austenítico y, por tanto, el miembro de estructura de soldadura tiene una excelente resistencia a la corrosión en un entorno donde se condensa ácido sulfúrico de alta concentración (entorno donde el ácido sulfúrico en una concentración de 40 a 70 % se condensa a una temperatura de 50 a 100 °C). Por lo tanto, el miembro de estructura de soldadura es óptimo para usar en tal entorno. Los ejemplos de juntas de acero inoxidable austenítico incluyen una junta de tubería de acero inoxidable austenítico.
Descripción de realizaciones
A continuación se describirá en detalle un miembro de estructura de soldadura según la presente invención. En la siguiente descripción, el símbolo "%" para contenidos significa "porcentaje en masa".
1. Composición química del material base
De aquí en adelante, se describirá en detalle cada composición química del material base.
C: 0,05 % o menos
C (carbono) es un elemento que es eficaz para aumentar la resistencia. Sin embargo, C se combina con Cr para formar carburo de Cr en un límite de grano, lo que da como resultado el deterioro de la resistencia a la corrosión intergranular. En consecuencia, el contenido de C se establece en 0,05 % o menos. El límite inferior del contenido de C puede ser de 0 %, pero una reducción excesiva del contenido de C conduce a un aumento de los costes de producción y, por lo tanto, es un límite inferior práctico del contenido de C de 0,002 %. A medida que aumenta la necesidad de aumentar la resistencia, es preferible un contenido de más de 0,03 % de C. Sin embargo, cuando se da prioridad a asegurar la resistencia a la corrosión, el contenido de C es preferiblemente lo más bajo posible y deseablemente de 0,03 % o menos.
Si: 1,0 % o menos
No es necesario añadir Si (silicio), pero cuando se añade, el Si tiene una acción de desoxidación. Sin embargo, un contenido de Si de más de 1,0 % contribuye al deterioro de la trabajabilidad en caliente, y con un contenido de Cu de más de 3,0 %, el Si a dicho contenido hace que sea muy difícil transformar el material base en un producto a escala industrial. El contenido de Si se establece por lo tanto a 1,0 % o menos. Para obtener este efecto de forma fiable, es preferible un contenido de 0,05 % o más de Si. En un caso en el que se establezca un contenido de Al extremadamente bajo para una mayor trabajabilidad en caliente, es preferible un contenido de 0,1 % o más de Si para permitir que el Si ejerza su acción de desoxidación suficientemente.
Mn: 2,0 % o menos
No es necesario añadir Mn (manganeso), pero cuando se añade, el Mn tiene la acción de inmovilizar el S para aumentar la trabajabilidad en caliente, así como estabilizar una fase austenítica. Sin embargo, un contenido de más de 2,0 % de Mn satura su efecto, dando solo como resultado costes más altos. En consecuencia, el contenido de Mn se establece en 2,0 % o menos. Para obtener el efecto anterior de forma fiable, es preferible establecer el contenido de Mn en 0,1 % o más.
P: 0,04 % o menos
El P (fósforo) degrada la trabajabilidad en caliente y la resistencia a la corrosión, por tanto, es más preferible cuanto menor es el contenido de P y, en particular, un contenido de P de más de 0,04 % da como resultado una degradación significativa de la resistencia a la corrosión en "el entorno donde condensa ácido sulfúrico de alta concentración”. En consecuencia, el contenido de P se establece en 0,04 % o menos. El límite inferior del contenido de P puede ser de 0 %, pero una reducción excesiva del contenido de P conduce a un aumento de los costes de producción y, por lo tanto, es un límite inferior práctico del contenido de P de 0,003 %.
S: 0,01 % o menos
El S (azufre) es un elemento que degrada la trabajabilidad en caliente y es preferible establecer un contenido de S lo más bajo posible. En particular, un contenido de S de más de 0,01 % conduce a una degradación significativa de la trabajabilidad en caliente. En consecuencia, el contenido de S se establece en 0,01 % o menos. El límite inferior del contenido de S puede ser de 0 %, pero una reducción excesiva del contenido de S conduce a un aumento de los costes de producción y, por lo tanto, es un límite inferior práctico del contenido de S 0,0001 %.
Ni: de 12,0 a 27,0 %
El Ni (níquel) tiene la acción de estabilizar una fase austenítica, así como de aumentar la resistencia a la corrosión en "el entorno donde se condensa ácido sulfúrico de alta concentración". Para asegurar suficientemente tal efecto, es necesario un contenido de Ni en una cantidad de 12,0 % o más. Sin embargo, un contenido de más de 27,0 % de Ni satura su efecto. Además, al ser un elemento caro, el Ni conduce a un coste extremadamente alto y, por tanto, su uso no es económico. En consecuencia, el contenido de Ni se establece en 12,0 a 27,0 %. Para asegurar una resistencia a la corrosión suficiente en "el entorno donde se condensa ácido sulfúrico de alta concentración", el contenido de Ni es preferiblemente una cantidad de más de 15,0 %, aún más preferiblemente de más de 20,0 %.
Cr: de 15,0 % o más a menos de 20,0 %
El Cr (cromo) es un elemento eficaz para asegurar la resistencia a la corrosión de un acero inoxidable austenítico. En particular, en el caso de un acero inoxidable austenítico con N restringido a un contenido que se describirá más adelante, un contenido de 15,0 % o más de Cr, preferiblemente 16,0 % o más de Cr, con Cu y Mo en cantidades que se describirán más adelante permite asegurar una buena resistencia a la corrosión en "el entorno donde se condensa ácido sulfúrico de alta concentración". Sin embargo, un contenido de Cr en una gran cantidad degrada bastante la resistencia a la corrosión en el entorno anterior incluso en el caso de un acero inoxidable austenítico con un bajo contenido de N y con Cu y Mo añadidos en combinación, y el contenido también causa deterioro en la trabajabilidad. En particular, un contenido de Cr de más de 26,0 % da como resultado una degradación significativa de la resistencia a la corrosión de un acero inoxidable austenítico en el entorno anterior. Además, para aumentar la trabajabilidad en caliente del acero inoxidable austenítico con la adición de Cu y Mo en combinación para facilitar trabajar el material base hasta un producto a escala industrial, el contenido de Cr se establece preferiblemente en menos de 20,0 %., y el contenido de Cr se establece en consecuencia en 15,0 % o más a menos de 20,0 %.
Cu: más de 3,0 % a 8,0 % o menos
El Cu (cobre) es un elemento indispensable para asegurar la resistencia a la corrosión en un entorno de ácido sulfúrico. Un contenido de más de 3,0 % de Cu junto con Cr en una cantidad predeterminada y Mo en una cantidad que se describirá más adelante, puede dar una buena resistencia a la corrosión en "el entorno donde se condensa ácido sulfúrico de alta concentración" a un acero inoxidable austenítico con un contenido de N establecido a un contenido que se describirá más adelante. Cuanto mayor sea el contenido de Cu con Cu y Mo añadidos en combinación, mayor será el efecto ventajoso de mejorar la resistencia a la corrosión y, por tanto, el contenido de Cu se establece preferiblemente en un contenido de más de 3,5 %, más preferiblemente más de 4,0 % y aún más preferiblemente más de 5,0 %. Se observa que el aumento del contenido de Cu permite mejorar la resistencia a la corrosión en el entorno anterior, pero provoca el deterioro de la trabajabilidad en caliente y, en particular, un contenido de Cu de más de 8,0 % provoca una degradación significativa de la trabajabilidad en caliente incluso cuando el contenido de N se establece en un contenido que se describirá más adelante. En consecuencia, el contenido de Cu se establece en más de 3,0 % a 8,0 % o menos.
Mo: más de 2,0 % a 5,0 % o menos
El Mo (molibdeno) es un elemento eficaz para asegurar la resistencia a la corrosión de un acero inoxidable austenítico. En particular, un contenido de más de 2,0 % de Mo junto con Cr y Cu en cantidades predeterminadas respectivas permite dar una buena resistencia a la corrosión en "el entorno donde se condensa ácido sulfúrico de alta concentración" a un acero inoxidable austenítico con N en una cantidad predeterminada. Sin embargo, el contenido de una gran cantidad de Mo conduce a un deterioro de la trabajabilidad en caliente y, en particular, un contenido de Mo de más de 5,0 % provoca un deterioro significativo de la trabajabilidad en caliente incluso con el contenido de N predeterminado. En consecuencia, el contenido de Mo se establece en más de 2,0 % a 5,0 % o menos. Para asegurar una resistencia a la corrosión suficiente en "el entorno donde se condensa ácido sulfúrico de alta concentración", el Mo está contenido preferiblemente en una cantidad de más de 3 %.
Nb: de 0 a 1,0 %
No es necesario añadir Nb (niobio), pero cuando se añade, el Nb tiene la acción de inmovilizar el C para aumentar la resistencia a la corrosión, especialmente la resistencia a la corrosión intergranular. Sin embargo, un contenido de Nb de más de 1,0 % provoca la formación de su nitruro incluso con el contenido de N predeterminado, lo que da como resultado un deterioro de la resistencia a la corrosión, y tal contenido de Nb también conduce a la degradación de la trabajabilidad en caliente. En consecuencia, el contenido de Nb se establece en 0 a 1,0 %. Para obtener el efecto anterior de forma fiable, es preferible establecer el contenido de Nb en 0,02 % o más.
Ti: de 0 a 0,5 %
No es necesario añadir Ti (titanio), pero cuando se añade, como con el Nb, el Ti tiene la acción de inmovilizar el C para aumentar la resistencia a la corrosión, especialmente la resistencia a la corrosión intergranular. Sin embargo, un contenido de Ti de más de 0,5 % provoca la formación de su nitruro incluso con el contenido de N predeterminado, lo que da como resultado un deterioro de la resistencia a la corrosión, y tal contenido de Ti también conduce a la degradación de la trabajabilidad en caliente. En consecuencia, el contenido de Ti se establece en 0 a 0,5 %. Para obtener el efecto anterior de forma fiable, es preferible establecer el contenido de Ti en 0,01 % o más.
Co: de 0 a 0,5 %
Sn: de 0 a 0,1 %
Como se menciona anteriormente, en la corrosión bimetálica, a diferencia de las corrosiones típicas, el potencial de un metal base (de bajo potencial) se vuelve relativamente alto y, por tanto, se acelera la disolución de Fe y Cr. En tal entorno de corrosión bimetálico, el Co y el Sn son elementos que pueden reducir la velocidad de disolución de Fe y Cr, mejorando enormemente la resistencia a la corrosión en el entorno de corrosión bimetálica. Por esa razón, preferiblemente están contenidos uno o más de estos elementos. El efecto anterior se vuelve pronunciado con 0,01 % o más de Co o 0,001 % o más de Sn. Sin embargo, un contenido excesivo de estos elementos da como resultado un deterioro de la producibilidad. Por lo tanto, se establece un límite superior del contenido de Co en 0,5 % y se establece un límite superior del contenido de Sn en 0,1 %.
W: de 0 a 5,0 %
No es necesario añadir W (tungsteno), pero cuando se añade, el W ejerce una acción de aumento de la resistencia a la corrosión en "el entorno donde se condensa ácido sulfúrico de alta concentración". Sin embargo, un contenido de más de 5,0 % de W satura su efecto, dando solo como resultado costes más altos. En consecuencia, el contenido de W se establece en 0 a 5,0 %. Para obtener el efecto anterior de forma fiable, es preferible establecer el contenido de W en 0,1 % o más.
Zr. de 0 a 1,0 %
No es necesario añadir Zr (circonio), pero cuando se añade, el Zr tiene la acción de aumentar la resistencia a la corrosión en "el entorno donde se condensa ácido sulfúrico de alta concentración". Sin embargo, un contenido de más de 1,0 % de Zr satura su efecto, dando solo como resultado costes más altos. Por lo tanto, se establece un contenido de Zr de 0 a 1,0 %, y para obtener el efecto anterior de manera fiable, es preferible establecer el contenido de Zr en 0,02 % o más.
Al: de 0 a 0,5 %
No es necesario añadir Al (aluminio), pero cuando se añade, el Al tiene una acción desoxidante. Sin embargo, un contenido de Al de más de 0,5 % da como resultado el deterioro de la trabajabilidad en caliente incluso en un acero inoxidable austenítico con un contenido de N predeterminado. En consecuencia, el contenido de Al se establece en 0 a 0,5 %. El límite inferior del contenido de Al puede estar dentro del intervalo de las impurezas inevitables. Se observa que el Al tiene una acción de desoxidación y, por lo tanto, en un caso en el que se establezca el contenido de Si descrito anteriormente extremadamente bajo, es preferible un contenido de 0,02 % o más de Al para permitir que el Al ejerza su acción de desoxidación suficientemente. Para permitir que el Al ejerza su acción de desoxidación de manera suficiente incluso en un caso de contenido de 0,05 % o más de Si, es preferible establecer el contenido de Al en 0,01 % o más.
N: menos de 0,05 %
Se ha añadido positivamente N (nitrógeno) para estabilizar una estructura austenítica y aumentar la resistencia a la "corrosión local", tal como la corrosión por picaduras y fisuras. Sin embargo, en "el entorno donde se condensa ácido sulfúrico de alta concentración", que es un asunto de la presente invención, un contenido de N de 0,05 % o más da como resultado el deterioro de la resistencia a la corrosión de un acero inoxidable austenítico que contiene más de 3,0 % de Cu, más de 2,0 % de Mo y de 15,0 % o más a menos de 20,0 % de Cr. Además, incluso con los límites superiores de los contenidos de Cu y Mo establecidos en 8,0 % y 5,0 %, respectivamente, el contenido de N de 0,05 % o más da como resultado el deterioro de la trabajabilidad en caliente. Por esa razón, para dar a un acero inoxidable austenítico resistencia a la corrosión y trabajabilidad en caliente en "el entorno donde se condensa ácido sulfúrico de alta concentración", el contenido de N se establece en menos de 0,05 %. Cuanto menor sea el contenido de N, más preferible será. El límite inferior del contenido de N puede ser de 0 %, pero una reducción excesiva del contenido de N conduce a un aumento de los costes de producción y, por lo tanto, es un límite inferior práctico del contenido de N de 0,0005 %.
Ca: de 0 a 0,01 %
No es necesario añadir Ca (calcio), pero cuando se añade, el Ca se combina con S para tener el efecto de frenar el deterioro de la trabajabilidad en caliente. Sin embargo, un contenido de Ca de más de 0,01 % da como resultado un deterioro de la limpieza del acero, lo que provoca que se produzca un defecto en el rendimiento de producción como procesamiento en caliente. En consecuencia, el contenido de Ca se establece en 0 a 0,01 %. Para obtener el efecto anterior de forma fiable, es preferible establecer el contenido de Ca en 0,0005 % o más. El límite inferior más preferible del contenido de C es de 0,001 %.
B: de 0 a 0,01 %
No es necesario añadir B (boro), pero cuando se añade, el B tiene el efecto de mejorar la trabajabilidad en caliente. Sin embargo, añadir B en una gran cantidad promueve la precipitación del compuesto Cr-B en un límite de grano, conduciendo al deterioro de la resistencia a la corrosión. En particular, un contenido de B de más de 0,01 % da como resultado una degradación significativa de la resistencia a la corrosión. En consecuencia, el contenido de B se establece en 0 a 0,01 %. Para obtener el efecto anterior de forma fiable, es preferible establecer el contenido de B en 0,0005 % o más. El límite inferior más preferible del contenido de B es de 0,001 %.
Metal de tierras raras: de 0 a 0,01 % en total
No es necesario añadir metal de tierras raras, pero cuando se añade, el metal de tierras raras tiene la acción de aumentar la trabajabilidad en caliente. Sin embargo, un contenido de metal de tierras raras de más de 0,01 % en total da como resultado un deterioro en la limpieza del acero, lo que provoca que se produzca un defecto en el rendimiento de producción como procesamiento en caliente. En consecuencia, el contenido de metal de tierras raras se establece en 0,01 % o menos en total. Para obtener el efecto anterior de forma fiable, el contenido de metal de tierras raras se establece preferiblemente en 0,0005 % o más en total. Se observa que el metal de tierras raras es un término genérico para Sc, Y y lantanoides, 17 elementos en total.
La composición química del material base contiene los elementos anteriores dentro de los respectivos intervalos definidos, siendo el resto Fe e impurezas inevitables.
2. Composición química del metal de soldadura A continuación, se describirá en detalle más adelante una composición química del metal de soldadura.
C: 0,10 % o menos
C (carbono) es un elemento que estabiliza una fase austenítica al ser una matriz. Sin embargo, la adición excesiva de C provoca la generación de carbonitruro de Cr durante el ciclo de calor de la soldadura, lo que conduce a la degradación de la resistencia a la corrosión y provoca el deterioro de la resistencia. Además, el C reacciona con el Si que se segrega en un límite de grano y con el Fe en una matriz para formar compuestos que tienen puntos de fusión bajos, lo que aumenta la susceptibilidad al agrietamiento por recalentamiento. En consecuencia, el contenido de C se establece en 0,10 % o menos. Es un límite superior preferible del contenido de C de 0,03 %. Cuanto menor sea el contenido de C, más preferible será, pero una reducción excesiva del contenido de C conduce a un aumento de los costes y, por lo tanto, un límite inferior del contenido de C puede ser de 0,005 %.
Si: 0,50 % o menos
El Si (silicio) se añade como desoxidante, pero mientras se solidifica el metal de soldadura, el Si se segrega en un límite de grano cristalino y reacciona con el C y el Fe que se encuentran en la matriz, para formar compuestos que tienen puntos de fusión bajos, lo que provoca agrietamiento por recalentamiento durante la soldadura multicapa. En consecuencia, el contenido de Si se establece en 0,50 % o menos. Cuanto menor sea el contenido de Si, más preferible será, y en el caso de que un contenido de Al, Mn u otros elementos suficientes para la desoxidación, no es necesario añadir Si. A medida que aumenta la necesidad de obtener un efecto de desoxidación, es preferible un contenido de 0,02 % o más de Si.
Mn: 3,5 % o menos
Se añade Mn (manganeso) como desoxidante y estabiliza una fase de austenita que es una matriz. Sin embargo, la adición excesiva de Mn contribuye a la formación de compuesto intermetálico que conduce a fragilidad en un uso prolongado a alta temperatura. En consecuencia, el contenido de Mn se establece en 3,5 % o menos. Es un límite superior preferible del contenido de Mn de 2,0 %. No es necesario definir un límite inferior particular del contenido de Mn. El contenido de Mn puede ser de 0 % en el caso de que otros elementos (Si, Al) realicen suficientemente la desoxidación.
P: 0,03 % o menos
El P (fósforo) es una impureza inevitable, y mientras el metal de soldadura se solidifica durante la soldadura, el P se segrega en una porción final solidificada, bajando el punto de fusión de una fase líquida residual, lo que provoca que se produzca agrietamiento por solidificación. En consecuencia, el contenido de P se establece en 0,03 % o menos. Es un límite superior preferible del contenido de P de 0,015 %. Cuanto menor sea el contenido de P, más preferible será, a menos que la configuración plantee un problema sobre los costes de producción. El límite inferior del contenido de P puede ser de 0 %, pero una reducción excesiva del contenido de P conduce a un aumento de los costes de producción y, por lo tanto, es un límite inferior práctico del contenido de P de 0,003 %.
S: 0,03 % o menos
El S (azufre) es una impureza inevitable como el P descrito anteriormente, y mientras el metal de soldadura se solidifica durante la soldadura, el S forma un eutéctico que tiene un punto de fusión más bajo que provoca agrietamiento por solidificación, y el eutéctico se segrega en un límite de grano cristalino, lo que da como resultado la disminución de la fuerza de adherencia del límite del grano y provoca que se produzca agrietamiento por recalentamiento. En consecuencia, el contenido de S se establece en 0,03 % o menos. Es un límite superior preferible del contenido de P de 0,015 %. Cuanto menor sea el contenido de S, más preferible será, a menos que la configuración plantee un problema sobre los costes de producción. El límite inferior del contenido de S puede ser de 0 %, pero una reducción excesiva del contenido de S conduce a un aumento de los costes de producción y, por lo tanto, es un límite inferior práctico del contenido de S 0,0001 %.
Cu: 0,50 % o menos
El Cu (cobre) es un elemento eficaz para mejorar la resistencia a la corrosión en un entorno de ácido sulfúrico de alta concentración. Sin embargo, un contenido de más de 0,50 % de Cu reduce el punto de fusión de una fase líquida en la solidificación final y provoca el agrietamiento por solidificación. Además, el Cu se segrega en un límite de grano cristalino durante la solidificación disminuyendo la fuerza de adherencia del límite de grano, lo que conduce al agrietamiento por recalentamiento durante la soldadura multicapa. En consecuencia, el contenido de Cu se establece en 0,50 % o menos. El límite inferior del contenido de Cu puede ser de 0 %, pero una reducción excesiva del contenido de Cu conduce a un aumento de los costes de producción y, por lo tanto, es un límite inferior práctico del contenido de Cu de 0,01 %.
Ni: de 51,0 % o más a 69,0 % o menos
El Ni (níquel) es un elemento indispensable para estabilizar una fase austenítica que es una matriz y para asegurar la resistencia a la corrosión en un entorno que contiene ácido sulfúrico de alta concentración. Sin embargo, la adición excesiva de Ni da como resultado un aumento de la susceptibilidad al agrietamiento de soldadura, así como un aumento de los costes, ya que el Ni es un elemento caro. Por esta razón, el contenido de Ni se establece en 51,0 % o más hasta 69,0 % o menos.
Cr: de 14,5 a 23,0 %
El Cr (cromo) es un elemento eficaz para asegurar la resistencia a la oxidación y la resistencia a la corrosión a alta temperatura y un elemento indispensable para asegurar la resistencia a la corrosión en un entorno que contiene ácido sulfúrico de alta concentración. Para asegurar suficiente resistencia a la oxidación y resistencia a la corrosión, se necesita un contenido de Cr de 14,5 % o más. Sin embargo, la adición excesiva de Cr da como resultado la degradación de la resistencia a la corrosión, así como una degradación significativa de la trabajabilidad. Por esa razón, el contenido de Cr se establece en 14,5 a 23,0 %.
Mo: de 6,0 a 17,0 %
Se ha considerado que el Mo (molibdeno) es un elemento eficaz para mejorar, cuando se añade, la resistencia a la corrosión en un entorno de ácido sulfúrico de alta concentración, pero en el caso de una junta que incluye el material base que tiene la composición química descrita anteriormente, que contiene Mo en un intervalo de más de 0,10 % a menos de 6,0 % en el metal de soldadura, provoca una diferencia de potencial entre una película de pasivación formada sobre una superficie del metal de soldadura y una película de pasivación formada sobre una superficie del material base, lo que hace probable que se produzca corrosión bimetálica. Por tanto, controlando el contenido de Mo en el metal de soldadura a 6,0 % o más, es posible formar una película de Mo en una cantidad suficiente, mejorando la resistencia a la corrosión. Por el contrario, un contenido excesivamente alto de Mo en el metal de soldadura conduce a la formación de carburo y compuesto intermetálico en uso, lo que provoca la degradación de la resistencia a la corrosión y la tenacidad. Por esa razón, el contenido de Mo se establece en 6,0 a 17,0 %.
Al: 0,40 % o menos
Se añade Al (aluminio) como desoxidante, pero cuando está contenido en una gran cantidad, el Al forma escoria durante la soldadura degradando la fluidez del metal de soldadura y la uniformidad de un cordón de soldadura, lo que da como resultado un deterioro significativo en la operatividad de la soldadura. Además, contener Al en una gran cantidad estrecha la región de condición de soldadura para la formación de un cordón de penetración. Por esa razón, es necesario establecer un contenido de Al en 0,40 % o menos. Es un límite superior preferible del contenido de Al 0,30 %, más preferiblemente 0,20 %. Cuanto menor sea el contenido de Al, más preferible será, y el contenido de Al puede ser de 0 %. Sin embargo, una reducción excesiva del contenido de Al conduce a un aumento de los costes de producción y, por lo tanto, el límite inferior práctico del contenido de Al es de 0,001 %.
Uno o más elementos seleccionados de Nb, Ta y Ti: 4,90 % o menos en total de Ti, Nb y Ta inmovilizan el C en el metal de soldadura en forma de sus carburos, y forman sus óxidos con S para mejorar la fuerza de adherencia de un límite de grano cristalino. Además, el Ti, Nb y Ta cristalizan los carburos complicando la forma del límite del grano cristalino y dispersan la segregación del límite del grano cristalino de S y Cu para evitar el agrietamiento por recalentamiento durante la soldadura de múltiples pasadas. Sin embargo, cuando el contenido total de uno o más elementos seleccionados de Nb, Ta y Ti es de más de 4,90 %, tal contenido total conduce al engrosamiento de sus carburos, lo que conduce a la degradación de la tenacidad y la degradabilidad de la trabajabilidad. Por lo tanto, el contenido total de uno o más elementos seleccionados entre Nb, Ta y Ti se establece en 4,90 % o menos. El límite inferior de este contenido total se establece preferiblemente en 2,0.
Co: 2,5 % o menos
No es necesario añadir Co (cobalto), pero cuando se añade, al igual que con el Ni, el Co es un elemento eficaz para estabilizar una fase de austenita y para mejorar la resistencia a la corrosión en un entorno de ácido sulfúrico de alta concentración. Sin embargo, el Co es un elemento muy caro en comparación con el Ni y, por lo tanto, la adición de Co en una gran cantidad conduce a un aumento de los costes. En consecuencia, el contenido de Co se establece en 2,5 % o menos. Es un límite superior preferible del contenido de Co de 2,0 % y es un límite superior más preferible del contenido de Co de 1,5 %. El efecto anterior se vuelve pronunciado con 0,5 % o más de Co.
V: 0,35 % o menos
No es necesario añadir V (vanadio), pero cuando se añade, el V es un elemento eficaz para mejorar la resistencia a altas temperaturas. Sin embargo, una adición excesiva de V provoca que su carbonitruro precipite en una gran cantidad, lo que conduce a un deterioro de la tenacidad. Por esta razón, el contenido de V se establece preferiblemente en 0,35 % o menos. El efecto anterior se vuelve pronunciado con 0,05 % o más de V.
W: 4,5 % o menos
No es necesario añadir W (tungsteno), pero cuando se añade, el W es un elemento eficaz para mejorar la resistencia a la corrosión en un entorno de ácido sulfúrico de alta concentración. Sin embargo, un contenido de W de más de 4,5 % da como resultado no solo la saturación del efecto de W sino también la formación de carburo y compuesto intermetálico en uso, provocando más bien degradación de la resistencia a la corrosión y la tenacidad. El contenido de W se establece en 4,5 % o menos. El efecto anterior se vuelve pronunciado con 1,0 % o más de W.
La composición química del metal de soldadura contiene los elementos anteriores dentro de los respectivos intervalos definidos, siendo el resto Fe e impurezas inevitables.
3. Composición química del material de soldadura
Como material de soldadura usado para soldar el material base que tiene la composición química anterior para obtener el metal de soldadura que tiene la composición química anterior, se usa preferiblemente uno que tenga la siguiente composición química.
Específicamente, como material de soldadura, es preferible usar un material de soldadura que tenga una composición química que contenga C: 0,08 % o menos,
Si: 2,0 % o menos,
Mn: 3,2 % o menos,
P: 0,02 % o menos,
S: 0,02 % o menos,
Ni: de 4,0 a 69,0 %,
Cr: de 15,0 a 30,0 %
Al: 0,5 % o menos,
uno o más elementos seleccionados de Nb, Ta y Ti: 4,90 % o menos en total,
Mo: de 6,0 a 17,0 %,
W: de 0 a 4,5 %,
Co: de 0 a 5,0%,
Cu: de 0 a 8,0%,
V: de 0 a 0,25%,
B: de 0 a 0,01%,
Ca: de 0 a 0,01%,
Mg: de 0 a 0,01 %; y
metal de tierras raras: de 0 a 0,01 % en total,
siendo el resto: Fe e impurezas inevitables.
Las razones para restringir los elementos son las siguientes.
C: 0,08 % o menos
El contenido de C (carbono) es preferiblemente de 0,08 % o menos para dar al metal de soldadura un rendimiento suficiente. El límite inferior del contenido de C puede ser de 0 %, pero es preferiblemente de 0,002 % para obtener el efecto anterior.
Si: 2,0 % o menos
El contenido de Si (silicio) es preferiblemente de 2,0 % o menos porque el contenido de Si de más de 2,0 % da como resultado una degradación significativa de la trabajabilidad en caliente durante la producción del material de soldadura y aumenta el contenido de Si en el metal de soldadura, aumentando la susceptibilidad al agrietamiento por recalentamiento. El límite inferior del contenido de Si puede ser de 0 %, pero es preferiblemente de 0,02 % para obtener el efecto anterior.
Mn: 3,2 % o menos
El contenido de Mn (manganeso) es preferiblemente de 3,2 % o menos porque el contenido de Mn de más de 3,2 % da como resultado la degradación de la trabajabilidad en caliente durante la producción del material de soldadura y conduce a la aparición de una gran cantidad de humos durante la soldadura. El límite inferior del contenido de Mn puede ser de 0 %, pero es preferiblemente de 0,01 % para obtener el efecto anterior.
P: 0,02 % o menos
El contenido de P (fósforo) es preferiblemente de 0,02 % o menos porque el P es una impureza inevitable, y mientras el metal de soldadura se solidifica durante la soldadura, el P se segrega en una porción solidificada final, bajando el punto de fusión de la fase líquida residual, lo que provoca agrietamiento por solidificación. El límite inferior del contenido de P puede ser de 0 %, pero una reducción excesiva del contenido de P conduce a un aumento de los costes de producción y, por lo tanto, es un límite inferior práctico del contenido de P de 0,003 %.
S: 0,02 % o menos
El contenido de S (azufre) es preferiblemente de 0,02 o menos porque el contenido de S de más de 0,02 % da como resultado el deterioro de la trabajabilidad en caliente durante la producción del material de soldadura y aumenta el contenido de S en el metal de soldadura aumentando la susceptibilidad al agrietamiento por solidificación y la susceptibilidad al agrietamiento por recalentamiento. El límite inferior del contenido de S puede ser de 0 %, pero una reducción excesiva del contenido de S conduce a un aumento de los costes de producción y, por lo tanto, es un límite inferior práctico del contenido de S 0,0001 %.
Ni: de 4,0 a 69,0 %
El Ni (níquel) es un elemento indispensable para estabilizar una fase austenítica que es una matriz y para asegurar la resistencia a la corrosión en un entorno que contiene ácido sulfúrico de alta concentración. Sin embargo, la adición excesiva de Ni da como resultado un aumento de la susceptibilidad al agrietamiento de soldadura, así como un aumento de los costes, ya que el Ni es un elemento caro. En consecuencia, el contenido de Ni se establece en 4,0 a 69,0 %. Se observa que la cantidad de Ni satisface preferiblemente Ni+Co+2Cu > 25.
Cr: de 15,0 a 30,0 %
El contenido de Cr (cromo) es preferiblemente de 15,0 a 30,0 % para dar al metal de soldadura una resistencia al agrietamiento por recalentamiento suficiente.
Al: un 0,5 % o menos
Se añade Al (aluminio) como desoxidante, pero cuando está contenido en una gran cantidad, el Al forma escoria durante la soldadura degradando la fluidez del metal de soldadura y la uniformidad de un cordón de soldadura, lo que da como resultado un deterioro significativo en la operatividad de la soldadura. Por esa razón, el contenido de Al es preferiblemente de 0,5 % o menos. El límite inferior del contenido de Al puede ser de 0 %, pero una reducción excesiva del contenido de Al conduce a un aumento de los costes de producción y, por tanto, es un límite inferior práctico del contenido de Al de 0,01 %.
uno o más elementos seleccionados de Nb, Ta y Ti: 4,90 % o menos en total de Ti, Nb y Ta inmovilizan el C en el metal de soldadura en forma de sus carburos, y forman sus óxidos con S para mejorar la fuerza de adherencia de un límite de grano cristalino. Además, el Ti, Nb y Ta cristalizan los carburos complicando la forma del límite del grano cristalino y dispersan la segregación del límite del grano cristalino de S y Cu para evitar el agrietamiento por recalentamiento durante la soldadura de múltiples pasadas. Sin embargo, cuando el contenido total de uno o más elementos seleccionados de Nb, Ta y Ti en el metal de soldadura es de más de 4,90 %, tal contenido total conduce al engrosamiento de sus carburos, lo que conduce a la degradación de la tenacidad y a la degradabilidad de la trabajabilidad. Por esa razón, es necesario limitar el contenido total de estos elementos en el material de soldadura y, específicamente, el contenido total de uno o más elementos seleccionados de Nb, Ta y Ti se establece preferiblemente en 4,90 % o menos. El límite inferior de este contenido total se establece preferiblemente en 2,0.
Mo: de 6,0 a 17,0 %
Se ha considerado que el Mo (molibdeno) es un elemento eficaz para mejorar, cuando se añade, la resistencia a la corrosión en un entorno de ácido sulfúrico de alta concentración, pero en el caso de una junta que incluye el material base que tiene la composición química descrita anteriormente, que contiene Mo en un intervalo de más de 0,10 % a menos de 6,0 % en el metal de soldadura, provoca una diferencia de potencial entre una película de pasivación formada sobre una superficie del metal de soldadura y una película de pasivación formada sobre una superficie del material base, lo que hace probable que se produzca corrosión bimetálica. Por, controlando el contenido de Mo en el metal de soldadura a 6,0 % o más, es posible formar una película de Mo en una cantidad suficiente, mejorando la resistencia a la corrosión. Por el contrario, un contenido excesivamente alto de Mo en el metal de soldadura conduce a la formación de carburo y compuesto intermetálico en uso, lo que provoca la degradación de la resistencia a la corrosión y la tenacidad. Por esa razón, el contenido de Mo se establece en 6,0 a 17,0 %.
W: de 0 a 4,5 %
Al estar contenido en el metal de soldadura, el W (tungsteno) es un elemento eficaz para mejorar la resistencia a la corrosión en un entorno de ácido sulfúrico de alta concentración y, por tanto, el W puede estar contenido en el material de soldadura. Sin embargo, un contenido de W de más de 4,5 % da como resultado no solo la saturación del efecto de W sino también la formación de carburo y compuesto intermetálico en uso, provocando más bien degradación de la resistencia a la corrosión y la tenacidad. En consecuencia, el contenido de W se establece preferiblemente en 0 a 4,5 %. El efecto anterior se vuelve pronunciado con 1,0 % o más de W.
Co: de 0 a 5,0 %
No es necesario un contenido de Co (cobalto), pero cuando está contenido, el contenido de Co es preferiblemente de 5.0 % o menos para dar al metal de soldadura el rendimiento requerido como tal.
Cu: de 0 a 8,0 %
No es necesario un contenido de Cu (cobre), pero cuando está contenido, el contenido de Cu es preferiblemente de 8.0 % o menos porque el contenido de Cu de más de 8,0 % da como resultado un deterioro significativo de la trabajabilidad en caliente durante la producción del material de soldadura.
V: de 0 a 0,25 %
No es necesario un contenido de V (vanadio), pero cuando está contenido, el contenido de V es preferiblemente de 0,25 % o menos para dar al metal de soldadura el rendimiento requerido como tal.
B: de 0 a 0,01 %
No es necesario un contenido de B (boro), pero cuando está contenido, el contenido de B es preferiblemente de 0,01 % o menos para dar al metal de soldadura el rendimiento requerido como tal.
Ca: de 0 a 0,01 %
Mg: de 0 a 0,01 %
metal de tierras raras: de 0 a 0,01 % en total
No es necesario un contenido de Ca, Mg y el metal de tierras raras, pero cuando están contenidos, el contenido de cada elemento es preferiblemente de 0,01 % o menos para dar al metal de soldadura el rendimiento requerido como tal.
4. Método de producción para juntas de soldadura
La junta de soldadura anterior lograda por la presente invención se puede producir mediante técnicas de soldadura que incluyen, por ejemplo, la técnica de soldadura por arco con gas de protección representada por la técnica de gas inerte de tungsteno (TIG), la técnica MIG y similares, la técnica de soldadura por arco de metal protegido y la técnica de soldadura por arco sumergido. Sobre todo, se emplea preferiblemente la técnica TIG.
Ejemplo 1
Se produjeron lingotes que tenían diversas composiciones químicas mostradas en la Tabla 1 y que pesaban cada uno 50 kg, y cada uno de los lingotes se sometió a forjado en caliente y laminado en caliente para dar una hoja de acero con un espesor de 11 mm. Esta hoja de acero se sometió a un tratamiento térmico en solución (1100 °C x 30 min) para darle la forma de materiales laminados que medían cada uno 300 mm de largo x 50 mm de ancho x 10 mm de alto.
[Tabla 1]
Figure imgf000014_0001
Se sometió un extremo de cada uno de los dos materiales laminados a preparación de la ranura de soldadura, luego se realizó la soldadura TIG en los dos materiales laminados adyacentes entre sí, y de ese modo se obtuvo una junta de soldadura. Se usaron materiales de soldadura que tenían las composiciones químicas mostradas en la Tabla 2. La composición química de una porción de metal de soldadura se analizó mediante el análisis de fluorescencia de rayos X, cuyos resultados se muestran en la Tabla 3.
[Tabla 2]
TABLA 2
Figure imgf000015_0001
[Tabla 3]
Figure imgf000016_0001
De la junta de soldadura obtenida, se tomó una probeta de prueba de corrosión (10 mm de largo x 70 mm de ancho x 3 mm de altura) con una porción de metal de soldadura incluida en el centro de la misma, que se sometió a una prueba de corrosión.
En la prueba de corrosión, se sumergió la probeta de prueba de corrosión en una solución de H2SO4 al 50 % mantenida a 100 °C durante 336 h, y a partir de la reducción de masa de la probeta de prueba de corrosión, se calculó la tasa de corrosión (la tasa de corrosión de toda la probeta de prueba). Además, se midió el adelgazamiento por corrosión (el valor máximo) en una interfase entre un material base y la porción de metal de soldadura. Mientras tanto, del material base y la porción de metal de soldadura de la junta de soldadura anterior, se cortó una probeta de prueba (7 mm de alto x 7 mm de ancho x 2 de alto) y se midió su potencial de corrosión en una solución de H2SO4 al 50 % mantenida a 100 °C, y se calculó la diferencia de potencial (el potencial de corrosión de la porción de metal de soldadura-el potencial de corrosión del material base). Los resultados de ello se muestran en la Tabla 4.
[Tabla 4]
TABLA 4
Figure imgf000017_0001
Como se muestra en la Tabla 4, en cada uno de los ejemplos comparativos 1 a 3, la composición química del material base caía fuera de los intervalos definidos en la presente invención, y en cada uno de los ejemplos comparativos 4 a 8, la composición química del metal de soldadura (particularmente, el contenido de Mo) caía fuera de los intervalos definidos en la presente invención. Como resultado, todos los ejemplos comparativos mostraron grandes diferencias de potencial entre el material base y el metal de soldadura, y los ejemplos comparativos tenían resistencias a la corrosión degradadas. Por el contrario, los ejemplos 1 a 11 mostraban todos una pequeña diferencia de potencial entre el material base y el metal de soldadura, y los ejemplos 1 a 11 tenían buenas resistencias a la corrosión. En particular, los ejemplos 8 y 9 que incluyen material base que contiene Co o Sn tenían mejores resistencias a la corrosión.
Aplicabilidad industrial
Según la presente invención, es posible inhibir la corrosión bimetálica que se produce entre el material base y el metal de soldadura en una junta de acero inoxidable austenítico y, por tanto, el miembro de estructura de soldadura tiene una excelente resistencia a la corrosión en un entorno donde se condensa ácido sulfúrico de alta concentración (entorno donde el ácido sulfúrico en una concentración de 40 a 70 % se condensa a una temperatura de 50 a 100 °C). Por lo tanto, el miembro de estructura de soldadura es óptimo para usar en tal entorno.

Claims (2)

REIVINDICACIONES
1. Un miembro de estructura de soldadura que incluye una junta de acero inoxidable austenítico, y el miembro de estructura de soldadura tiene material base y metal de soldadura, en el que el material base tiene una composición química que contiene, en porcentaje de masa:
C: 0,05 % o menos;
Si: 1,0 % o menos;
Mn: 2,0 % o menos;
P: 0,04 % o menos;
S: 0,01 % o menos;
Ni: de 12,0 a 27,0 %;
Cr: 15,0 % o más a menos de 20,0 %;
Cu: más de 3,0 % a 8,0 % o menos;
Mo: más de 2,0 % a 5,0 % o menos;
Nb: de 0 a 1,0 %;
Ti: de 0 a 0,5 %;
Co: de 0 a 0,5 %;
Sn: de 0 a 0,1 %;
W: de 0 a 5,0 %;
Zr: de 0 a 1,0 %;
Al: de 0 a 0,5 %;
N: menos de 0,05 %;
Ca: de 0 a 0,01 %;
B: de 0 a 0,01 %; y
metal de tierras raras: de 0 a 0,01 % en total,
siendo el resto Fe e impurezas inevitables, y
el metal de soldadura tiene una composición química que contiene, en porcentaje de masa:
C: 0,10 % o menos;
Si: 0,50 % o menos;
Mn: 3,5 % o menos;
P: 0,03 % o menos;
S: 0,03 % o menos;
Cu: 0,50 % o menos;
Ni: 51,0 % o más a 69,0 % o menos;
Cr: de 14,5 a 23,0 %;
Mo: de 6,0 a 17,0 %;
Al: 0,40 % o menos;
uno o más elementos seleccionados de Nb, Ta y Ti: 4,90 % o menos en total;
Co: 2,5 % o menos;
V: 0,35 % o menos; y
W: 4,5 % o menos,
siendo el resto Fe e impurezas inevitables.
2. Elemento de estructura de soldadura según la reivindicación 1, en el que la composición química del material base contiene, en porcentaje en masa:
Co: de 0,01 a 0,5 %; y/o
Sn: de 0,001 a 0,1 %.
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