ES2909528T3 - Aleación austenítica a base de níquel - Google Patents

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Abstract

Una aleación austenítica a base de níquel que comprende los siguientes elementos de aleación en % en peso: C <= 0,03; Si <= 1,0; Mn <= 1,5; S <= 0,03; P <= 0,03; Cr de 25,0 a 29,0; Ni de 42,0 a 52,0; Mo de 6,0 a 9,0; N 0,07 - 0,11; Cu <= 0,4; opcionalmente, uno o más de los siguientes elementos Al, Mg, Ca, Ce y B en un contenido total de estos elementos es <= 1,0 resto Fe e impurezas inevitables; con una longitud total de grieta inferior a 2,5 mm con una deformación, ε, del 2,9% medida mediante el ensayo Varestraint, según la norma ISO/TR 17641-3.

Description

DESCRIPCIÓN
Aleación austenítica a base de níquel
Campo técnico
La presente descripción se refiere a una aleación austenítica a base de níquel que tiene un alto contenido de Ni, Mo y Cr que es adecuada para su uso como metal de soldadura. Un metal de soldadura que contenga la presente aleación austenítica a base de níquel tendrá una alta resistencia contra la formación de grietas en caliente. La presente descripción también se refiere a un objeto que comprende la aleación austenítica a base de níquel y a un metal de soldadura que comprende la aleación austenítica a base de níquel.
Además, la presente descripción también se refiere al uso de la presente aleación austenítica a base de níquel. Antecedentes
Muchas de las aleaciones a base de níquel utilizadas como metales de soldadura para aplicaciones corrosivas tienen una resistencia insuficiente al agrietamiento en caliente. La presencia de grietas en caliente provocará una resistencia y ductilidad deficientes de las piezas soldadas. Si las grietas se rompen en la superficie, la resistencia a la corrosión se verá afectada sustancialmente.
La solicitud de patente JPS63212090 A describe un método para soldar acero austenítico utilizando un alambre de soldadura, el acero austenítico de alta aleación incluye Ni ^ 20%, Cr ^ 16%, C ^ 0,05%, P ^ 0,015% y S ^ 0,010. %, el resto consiste en Fe e impurezas, y el alambre de soldadura tiene Ni ^ 25%, Cr: 20 a 30%, Mo: 2 a 10%, C ^ 0,05%, Si ^ 0,9%, P ^ 0,015%, S ^ 0,010%, siendo el resto Fe e impurezas.
Por lo tanto, existe la necesidad de una aleación a base de níquel que pueda usarse como metal de soldadura y que tenga una alta resistencia contra la formación de grietas en caliente y que además tenga una buena resistencia a la corrosión.
Compendio
Uno de los aspectos de la presente descripción es resolver o al menos reducir los problemas mencionados anteriormente. Por tanto, la presente invención proporciona una aleación austenítica a base de níquel como se define en la presente reivindicación 1.
De esta manera, la presente aleación austenítica basada en níquel proporcionará resistencia contra la formación de grietas en caliente y también tendrá buena resistencia a la corrosión. Además, un metal de soldadura que comprenda esta aleación tendrá una buena ductilidad.
Breve descripción de las figuras
La Figura 1 describe un ejemplo de un aparato de ensayo Varestraint (figura de ISO/TR 17641-3), las dimensiones están en milímetros;
La Figura 2 describe la longitud total de la grieta (TCL) representada frente al contenido de cromo.
Descripción detallada
La presente invención se refiere a una aleación austenítica a base de níquel que tiene los siguientes elementos en % en peso:
C < 0,03;
Si < 1,0;
Mn < 1,5;
S < 0,03;
P < 0,03;
Cr de 25,0 a 29,0
Ni de 42,0 a 52,0
Mo de 6,0 a 9,0;
N 0,07 - 0,11;
Cu < 0,4;
opcionalmente, uno o más de los siguientes elementos Al, Mg, Ca, Ce y B en un contenido total de estos elementos es < 1,0, el resto Fe e impurezas inevitables y con una longitud total de grieta inferior a 2,5 mm a una deformación (e) de 2,9% medido mediante el ensayo Varestraint (ISO/TR 17641-3).
Una propiedad importante para la soldabilidad de una aleación es la facilidad con la que se forman grietas en caliente en y sobre la superficie de la aleación durante la soldadura. El agrietamiento en caliente es un fenómeno que ocurre en las aleaciones de acero inoxidable que tienen solidificación austenítica y puede ser muy problemático debido a las grandes tensiones internas que se forman durante el proceso de soldadura. La susceptibilidad a la formación de grietas en caliente puede medirse utilizando el ensayo Varestraint descrito, por ejemplo, en la norma ISO/TR 17641-3. Con los ensayos Varestraint, se provoca que la aleación forme grietas en caliente durante la soldadura de forma controlada doblando una muestra de la aleación durante la soldadura. La flexión se realiza para obtener la deformación especificada en el área superficial de la muestra, véase la Figura 1. Después de la formación de grietas en caliente, se mide la longitud total de la grieta (TCL). La TCL es una medida de la susceptibilidad de la aleación al agrietamiento en caliente.
La presente invención también se refiere a un metal de soldadura que comprende la aleación austenítica a base de níquel como se ha definido anteriormente o se define a continuación. El metal de soldadura puede ser un material de relleno de soldadura fundido o un material base fundido o una combinación de los mismos. El material base se puede seleccionar de un tubo, una tubería, una tira, una placa o una lámina. El material de relleno de soldadura se puede seleccionar de un alambre, una varilla, una tira o un electrodo cubierto.
La presente invención también se refiere a un objeto que comprende la aleación austenítica a base de níquel como se ha definido anteriormente o se define a continuación. El objeto se puede seleccionar de, por ejemplo, pero sin que ello pretenda ser limitante, un tubo, una tubería, una barra, un hueco, una palanquilla, un tocho, una tira, un alambre, una placa o una lámina.
Además, la presente invención también se refiere al uso de la aleación austenítica a base de níquel como se ha definido anteriormente o se define a continuación en aplicaciones de soldadura. Por aplicaciones de soldadura se entiende, por ejemplo, dos o más objetos que se sueldan entre sí o un objeto sujeto a soldadura por superposición, por ejemplo, uno o más componentes, por ejemplo, tubos que se van a soldar entre sí. La aleación austenítica a base de níquel como se ha definido anteriormente o se define a continuación en la presente memoria puede utilizarse en estas aplicaciones en el objeto mismo y/o en el material de relleno de soldadura.
A continuación, se discuten los elementos de aleación del austenítico a base de níquel como se ha definido anteriormente o se define a continuación:
Carbono (C): < 0,03% en peso
El C es una impureza contenida en las aleaciones austeníticas. Cuando el contenido de C supera el 0,03% en peso, la resistencia a la corrosión se reduce debido a la precipitación de carburo de cromo en los límites de grano. Por lo tanto, el contenido de C es < 0,03% en peso, tal como < 0,02% en peso.
Silicio (Si): < 1,0% en peso
El Si es un elemento que se puede añadir para la desoxidación. Sin embargo, el Si promoverá la precipitación de las fases intermetálicas, tales como la fase sigma, por lo que el Si está contenido en un contenido de < 1,0% en peso, tal como < 0,5% en peso, tal como < 0,3% en peso. Según una realización, el límite inferior de Si es 0,01% en peso.
Manganeso (Mn): < 1,5% en peso
El Mn se usa a menudo para unir azufre formando MnS y, por lo tanto, aumentando la ductilidad en caliente de la aleación austenítica. El Mn también mejorará el endurecimiento por deformación de la aleación austenítica durante el trabajo en frío. Sin embargo, un contenido demasiado alto de Mn reducirá la resistencia de la aleación austenítica. En consecuencia, el contenido de Mn se establece en < 1,5% en peso, por ejemplo < 1,2% en peso. Según una realización, el límite inferior de Mn es 0,01% en peso.
Fósforo (P): < 0,03% en peso
El P es una impureza contenida en la aleación austenítica y se sabe que tiene un efecto negativo sobre la trabajabilidad en caliente y la resistencia al agrietamiento en caliente. En consecuencia, el contenido de P es < 0,03% en peso, tal como < 0,02% en peso.
Azufre (S): 1< 0,03% en peso
El S es una impureza contenida en la aleación austenítica y deteriorará la trabajabilidad en caliente. En consecuencia, el contenido permitido de S es < 0,03% en peso, tal como < 0,02% en peso.
Cobre (Cu): < 0,4% en peso
El Cu puede reducir la tasa de corrosión en ácido sulfúrico. Sin embargo, el Cu junto con el Mn reducirán la trabajabilidad en caliente, por lo que el contenido máximo de Cu es < 0,4% en peso, tal como < 0,25% en peso. Según una realización, el límite inferior de Cu es 0,01% en peso.
Níquel (Ni): de 42,0 a 52,0% en peso
El Ni es un elemento estabilizador de la austenita, ya que estabilizará la microestructura austenítica en combinación con Cr y Mo. Además, el Ni también contribuirá a la resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión tanto en entornos de cloruros como de sulfuro de hidrógeno. Por lo tanto, se requiere un contenido de Ni de 42,0% en peso o más. Sin embargo, un mayor contenido de Ni disminuirá la solubilidad de N, por lo tanto, el contenido máximo de Ni es 52,0% en peso. Según una realización de la presente aleación austenítica, el contenido de Ni es de 42,0 a 51,0% en peso.
Cromo (Cr): de 25,0 a 29,0% en peso
El Cr es un elemento de aleación que mejorará la resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión. Además, la adición de Cr aumentará la solubilidad del N. Cuando el contenido de Cr es inferior al 25,0% en peso, el efecto del Cr no es suficiente para la resistencia a la corrosión. Los inventores han encontrado sorprendentemente que el contenido de cromo de una aleación es importante para la resistencia contra el agrietamiento en caliente. Como puede verse en la figura 2, el contenido de Cr debe ser inferior al 29,0% en peso para tener una longitud total de grieta de 2,5 mm. Una longitud total de grieta inferior a 2,5 mm significa que la aleación tendrá una alta resistencia al agrietamiento en caliente. En consecuencia, el contenido de Cr es de 25,0 a 29,0% en peso, tal como de 25,0 a 28,0% en peso, tal como de 25,0 a 27,0% en peso, tal como de 25,0 a 26,0% en peso.
Molibdeno (Mo): de 6,0 a 9,0% en peso
El Mo es un elemento de aleación que es efectivo para estabilizar la película pasiva formada sobre la superficie de la aleación austenítica. Además, el Mo es eficaz para mejorar la resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión, especialmente en entornos de H2S. Cuando el contenido de Mo es inferior al 6,0% en peso, la resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión en entornos de H2S no es suficiente, y cuando el contenido de Mo es superior al 9,0% en peso, la trabajabilidad en caliente se deteriora. En consecuencia, el contenido de Mo es de 6,0 a 9,0% en peso, tal como de 6,1 a 9,0% en peso.
Nitrógeno (N): de 0,07 a 0,11% en peso
El N es un elemento de aleación eficaz para aumentar la resistencia de la aleación austenítica mediante el endurecimiento por solución y también es beneficioso para mejorar la estabilidad de la estructura. La adición de N también mejorará el endurecimiento por deformación durante el trabajo en frío. Sin embargo, cuando el contenido de N es superior al 0,11% en peso, la tensión de flujo será demasiado alta para un trabajo en caliente eficiente y la resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión también se reducirá. Así, el contenido de N es de 0,07 a 0,11% en peso, tal como de 0,07 a 0,10% en peso.
La aleación austenítica a base de níquel como se ha definido anteriormente o se define a continuación puede comprender, opcionalmente, uno o más de los siguientes elementos Al, Mg, Ca, Ce y B. Estos elementos se pueden añadir durante el proceso de fabricación para mejorar, por ejemplo, la desoxidación, la resistencia a la corrosión, la ductilidad en caliente o la maquinabilidad. Sin embargo, como se sabe en la técnica, la adición de estos elementos y la cantidad de los mismos dependerá de qué elementos de aleación estén presentes en la aleación y qué efectos se deseen. Si se añade, el contenido total de estos elementos es < 1,0% en peso, tal como < 0,5% en peso.
Según la invención, la aleación austenítica a base de níquel consiste en todos los elementos de aleación mencionados anteriormente o a continuación en los intervalos mencionados anteriormente o a continuación.
El término "impurezas" como se hace referencia en la presente memoria significa sustancias que contaminarán la aleación austenítica cuando se produzca industrialmente, debido a las materias primas, tales como minerales y desechos, y debido a otros diversos factores en el proceso de producción y se permite que contaminen dentro de los intervalos que no afecten negativamente a las propiedades de la aleación austenítica tal como se ha definido anteriormente o se define a continuación.
La aleación tal como se ha definido anteriormente o se define a continuación puede fabricarse utilizando métodos de fabricación metalúrgicos convencionales, por ejemplo, métodos que comprenden etapas tales como trabajo en caliente y/o trabajo en frío. El método de fabricación puede comprender opcionalmente etapas de tratamiento térmico y/o etapas de envejecimiento. Ejemplos de procesos de trabajo en caliente son el laminado en caliente, la forja y la extrusión. Ejemplos de procesos de trabajo en frío son el laminado en frío (con un equipo Pilger), estirado y laminado en frío. Ejemplos de procesos de tratamiento térmico son el remojo y el recocido, tal como el recocido en solución o el recocido templado.
La presente invención también se refiere a objetos que comprenden la aleación austenítica a base de níquel como se ha definido anteriormente o se define a continuación, tales como un tubo, una tubería, una barra, un hueco, una palanquilla, un tocho, una tira, un alambre, una placa y una lámina.
La presente invención se ilustra adicionalmente mediante los siguientes ejemplos no limitantes.
Ejemplos
Ejemplo 1
Las aleaciones de la Tabla 1 se fabricaron fundiéndolas en un horno de inducción de HF (alta frecuencia) de 270 kg y posteriormente se convirtieron en lingotes mediante la colada en un molde de 22,9 cm (9"). Después de la colada, se retiraron los moldes y los lingotes se templaron en agua. Los lingotes se forjaron en barras planas y se laminaron en caliente en placas de 10 mm de espesor. Después del recocido por enfriamiento rápido a 1200°C durante 15 minutos, seguido de enfriamiento rápido con agua, las placas se mecanizaron para obtener probetas de ensayo de 8 x 40 x 250 mm. Las composiciones de los calores experimentales se dan en la Tabla 1.
Tabla 1. Análisis químico de los calores experimentales, en % en peso. El resto es Fe e impurezas inevitables. Las aleaciones marcadas con un está dentro de la presente descripción
Figure imgf000005_0001
El ensayo Varestrain se realizó sobre las probetas de ensayo. A una deformación (e) del 2,9%, se formaron grietas en caliente en las muestras y la longitud total de la grieta se midió según la norma ISO/TR 17641-3 y se representó gráficamente frente al contenido de cromo como se muestra en la Figura 2. Como se puede ver en esta figura, la TCL estaba por debajo de 2,5 mm con un contenido de cromo por debajo del 29% en peso.
Tabla 2 Resultado del ensayo Varestraint
Figure imgf000005_0002

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Una aleación austenítica a base de níquel que comprende los siguientes elementos de aleación en % en peso:
C < 0,03;
Si < 1,0;
Mn < 1,5;
S < 0,03;
P < 0,03;
Cr de 25,0 a 29,0
Ni de 42,0 a 52,0
Mo de 6,0 a 9,0;
N 0,07 - 0,11;
Cu < 0,4;
opcionalmente, uno o más de los siguientes elementos Al, Mg, Ca, Ce y B en un contenido total de estos elementos es < 1,0
resto Fe e impurezas inevitables;
con una longitud total de grieta inferior a 2,5 mm con una deformación, £, del 2,9% medida mediante el ensayo Varestraint, según la norma ISO/TR 17641-3.
2. La aleación austenítica a base de níquel según la reivindicación 1, en donde el contenido de Cr es de 25,0 a 28,0% en peso.
3. El material austenítico a base de níquel según la reivindicación 1, en donde el contenido de Cr es de 25,0 a 27,0% en peso.
4. El austenítico a base de níquel según la reivindicación 1, en donde el contenido de Cr es de 25,0 a 26,0% en peso.
5. La aleación austenítica a base de níquel según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el contenido de Mn es < 1,2% en peso.
6. La aleación austenítica a base de níquel según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el contenido de Si es < 0,5% en peso, tal como < 0,3% en peso.
7. La aleación austenítica a base de níquel según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el contenido de Mo está entre 6,1 y 9,0% en peso.
8. La aleación austenítica a base de níquel según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el contenido de Ni está entre 42,0 y 51,0% en peso.
9. La aleación austenítica a base de níquel que comprende el metal de soldadura según la reivindicación 1 a 8, en donde el contenido de N es de 0,07 a 0,10% en peso.
10. Un metal de soldadura que comprende la aleación austenítica a base de níquel según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.
11. El metal de soldadura según la reivindicación 10, en donde el metal de soldadura es un material de relleno de soldadura fundido o un material base fundido o una combinación de los mismos.
12. El metal de soldadura según la reivindicación 10, en donde el material base se puede seleccionar de un tubo, una tubería, una tira, una placa o una lámina y el material de relleno de soldadura se puede seleccionar de un alambre, una varilla, una tira o un electrodo cubierto.
13. Un objeto que comprende la aleación austenítica a base de níquel según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el objeto es un tubo, una tubería, una barra, un hueco, una palanquilla, un tocho, una tira, un alambre, una varilla, una placa o una lámina.
14. Un uso de la aleación austenítica a base de níquel según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 en aplicaciones de soldadura.
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