ES2973764T3 - New austenitic alloy - Google Patents
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Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Nueva aleación austenítica New austenitic alloy
Campo técnicoTechnical field
La presente divulgación se refiere a una aleación austenítica que tiene un alto contenido de Ni, Mo y Cr la cual, después de la solidificación, tendrá un bajo contenido de fases intermetálicas (menos que 0,3%). La presente divulgación también se refiere al uso de la aleación austenítica en diferentes productos y a un método para fabricar dicha aleación. The present disclosure relates to an austenitic alloy having a high content of Ni, Mo and Cr which, after solidification, will have a low content of intermetallic phases (less than 0.3%). The present disclosure also relates to the use of the austenitic alloy in different products and to a method for manufacturing said alloy.
AntecedentesBackground
Las aleaciones basadas en níquel se utilizan en muchas aplicaciones corrosivas donde la resistencia a la corrosión y la estabilidad de la microestructura de los aceros inoxidables actuales son insuficientes. Sin embargo, existen problemas asociados con estas aleaciones, ya que son propensas a formar microsegregaciones durante el proceso de solidificación y, por tanto, a formar fases intermetálicas no deseadas. Estas, a su vez, provocarán una ductilidad deficiente y propiedades de corrosión deficientes. El contenido de fases intermetálicas se puede reducir mediante el uso de ciertos métodos de fabricación, tales como la refundición y el remojo, pero estos métodos son muy caros. A pesar de que los documentos US 4400211, US 4400210 y JP57-207150 describen aleaciones basadas en níquel y su uso en la fabricación de revestimientos de pozos profundos de alta resistencia que tengan resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión, existe la necesidad de una aleación basada en níquel que tenga un bajo contenido de fases intermetálicas y que pueda fabricarse mediante métodos metalúrgicos convencionales. Nickel-based alloys are used in many corrosive applications where the corrosion resistance and microstructure stability of current stainless steels are insufficient. However, there are problems associated with these alloys, as they are prone to form microsegregations during the solidification process and therefore form unwanted intermetallic phases. These, in turn, will lead to poor ductility and poor corrosion properties. The content of intermetallic phases can be reduced by using certain manufacturing methods, such as remelting and soaking, but these methods are very expensive. Although US 4400211, US 4400210 and JP57-207150 describe nickel-based alloys and their use in the manufacture of high strength deep well casings having resistance to stress corrosion cracking, there is a need for an alloy based on nickel that has a low content of intermetallic phases and that can be manufactured by conventional metallurgical methods.
SumarioSummary
Por lo tanto, un aspecto de la presente invención es resolver o al menos reducir los problemas mencionados anteriormente. Por tanto, la presente invención proporciona una aleación austenítica que, en % en peso, consiste en: C < 0,03; Therefore, one aspect of the present invention is to solve or at least reduce the problems mentioned above. Therefore, the present invention provides an austenitic alloy that, in % by weight, consists of: C < 0.03;
Si < 1,0; If < 1.0;
Mn < 1,5; Mn < 1.5;
S < 0,03; S < 0.03;
P < 0,03; P < 0.03;
Cr 25,5 a 32,0; Chr 25.5 to 32.0;
Ni 42,0 a 52,0; Nor 42.0 to 52.0;
Mo 6,0 a 9,0; Mo 6.0 to 9.0;
N 0,07-0,11; N 0.07-0.11;
Cu < 0,4; Cu < 0.4;
resto, Fe e impurezas inevitables; rest, Faith and inevitable impurities;
opcionalmente uno o más de Al, Mg, Ca, Ce y B < 1,0; optionally one or more of Al, Mg, Ca, Ce and B < 1.0;
caracterizada por que la aleación austenítica cumple la siguiente condición: characterized in that the austenitic alloy meets the following condition:
E<ní>> 1,864 * ECr - 19,92 E<ní>> 1.864 * ECr - 19.92
en donde where
ECr = [% en peso de Cr]+[% en peso de Mo]+1,5*[% en peso de Si], ECr = [wt% Cr]+[wt% Mo]+1.5*[wt% Si],
E<ní>= [% en peso de Ni]+30*[% en peso de C]+30*[% en peso de N]+0,5*[% en peso de Mn]+0,5*[% en peso de Cu], en donde la CPT es superior a 88 °C (norma ASTM G150 con MgCl23 M como electrolito). E<ní>= [% by weight of Ni]+30*[% by weight of C]+30*[% by weight of N]+0.5*[% by weight of Mn]+0.5*[ % by weight of Cu], where the CPT is greater than 88 °C (ASTM G150 standard with MgCl23 M as electrolyte).
La aleación austenítica como se define anteriormente o en lo sucesivo tendrá una buena resistencia a la corrosión y una alta ductilidad ya que la aleación austenítica comprenderá menos que 0,3% de fases intermetálicas después de la solidificación, lo que significa que habrá menos fases intermetálicas presentes en la aleación austenítica. Las fases intermetálicas tienen un impacto negativo en cualquiera de los procesos realizados tras la solidificación. The austenitic alloy as defined above or hereinafter will have good corrosion resistance and high ductility since the austenitic alloy will comprise less than 0.3% intermetallic phases after solidification, which means that there will be less intermetallic phases present in the austenitic alloy. Intermetallic phases have a negative impact on any of the processes carried out after solidification.
La presente divulgación también se refiere a un objeto que comprende la aleación austenítica como se define anteriormente o en lo sucesivo. Ejemplos de un objeto, pero no limitados a los mismos, son un tubo, una tubería, una barra, una varilla, un tubo hueco de paredes gruesas, una palanquilla, un desbaste de sección cuadrada, una tira, un alambre, una placa y una lámina. The present disclosure also relates to an object comprising the austenitic alloy as defined above or hereinafter. Examples of an object, but not limited to them, are a tube, a pipe, a bar, a rod, a thick-walled hollow tube, a billet, a square section blank, a strip, a wire, a plate and a sheet.
Además, la presente divulgación también proporciona un método para fabricar una aleación austenítica que, en % en peso, consiste en: Furthermore, the present disclosure also provides a method of manufacturing an austenitic alloy that, in wt%, consists of:
C < 0,03; C < 0.03;
Si < 1,0; If < 1.0;
Mn < 1,5; Mn < 1.5;
S < 0,03; S < 0.03;
P < 0,03; P < 0.03;
Cr 25,5 a 32,0; Chr 25.5 to 32.0;
Ni 42,0 a 52,0; Nor 42.0 to 52.0;
Mo 6,0 a 9,0; Mo 6.0 to 9.0;
N 0,07-0,11; N 0.07-0.11;
Cu < 0,4; Cu < 0.4;
opcionalmente uno o más de Al, Mg, Ca, Ce y B < 1,0 optionally one or more of Al, Mg, Ca, Ce and B < 1.0
resto, Fe e impurezas inevitables; rest, Faith and inevitable impurities;
en donde la aleación austenítica tendrá un contenido de fases intermetálicas de menos que 0,3% después de la solidificación, en donde dicho método comprende las etapas de: wherein the austenitic alloy will have a content of intermetallic phases of less than 0.3% after solidification, wherein said method comprises the steps of:
• proporcionar una masa fundida; • provide a melt;
• analizar la masa fundida para obtener el % en peso de los elementos contenidos en ella; • analyze the melt to obtain the % by weight of the elements contained in it;
• insertar los valores obtenidos del análisis en la siguiente ecuación: • insert the values obtained from the analysis into the following equation:
E<ní>> 1,864 * Ecr - 19,92 E<ní>> 1.864 * Ecr - 19.92
en donde where
Ecr = [% en peso de Cr]+[% en peso de Mo]+1,5*[% en peso de Si], y Ecr = [wt% Cr]+[wt% Mo]+1.5*[wt% Si], and
E<ní>= [% en peso de Ni]+30*[% en peso de C]+30*[% en peso de N]+0,5*[% en peso de Mn]+0,5*[% en peso de Cu], E<ní>= [% by weight of Ni]+30*[% by weight of C]+30*[% by weight of N]+0.5*[% by weight of Mn]+0.5*[ % by weight of Cu],
• opcionalmente añadir uno o más elementos de aleación a la aleación austenítica hasta que se cumpla la ecuación; • optionally add one or more alloying elements to the austenitic alloy until the equation is satisfied;
• solidificar la aleación austenítica. • solidify the austenitic alloy.
Al integrar las etapas mencionados anteriormente en los procesos de fabricación metalúrgicos convencionales, el objeto final obtenido tendrá un bajo contenido de fases intermetálicas, tal como < 0,3%. By integrating the aforementioned stages into conventional metallurgical manufacturing processes, the final object obtained will have a low content of intermetallic phases, such as < 0.3%.
Breve descripción de las FigurasBrief description of the Figures
Figura 1 describe un diagrama de DeLong en donde los ejes X e Y muestran el equivalente de Cr (Ecr) y el equivalente de Ni (E<ní>). Los cuadrados sin llenar en la figura son las hornadas con menos que 0,3% de fases intermetálicas en áreas interdendríticas después de la solidificación, es decir, aleaciones que cumplen las condiciones de la presente invención; Figure 1 describes a DeLong diagram where the X and Y axes show the equivalent of Cr (Ecr) and the equivalent of Ni (E<ní>). The unfilled squares in the figure are the batches with less than 0.3% of intermetallic phases in interdendritic areas after solidification, that is, alloys that meet the conditions of the present invention;
Figura 2A muestra una fotografía de microscopio óptico de luz (LOM) de la estructura fundida y las fases intermetálicas de una aleación austenítica (muestra 3) fuera del alcance de la presente invención; Figura 2B muestra una fotografía LOM de la estructura fundida y las fases intermetálicas de una aleación austenítica (muestra 2) como se define anteriormente o en lo sucesivo; Figure 2A shows a light optical microscope (LOM) photograph of the cast structure and intermetallic phases of an austenitic alloy (sample 3) outside the scope of the present invention; Figure 2B shows an LOM photograph of the cast structure and intermetallic phases of an austenitic alloy (sample 2) as defined above or hereinafter;
Figura 3A muestra una fotografía LOM de la estructura fundida y las fases intermetálicas de una aleación austenítica (muestra 4) fuera del alcance de la presente invención; Figure 3A shows an LOM photograph of the cast structure and intermetallic phases of an austenitic alloy (sample 4) outside the scope of the present invention;
Figura 3B muestra una fotografía LOM de la estructura fundida y las fases intermetálicas de una aleación austenítica (muestra 7) como se define anteriormente o en lo sucesivo. Figure 3B shows an LOM photograph of the cast structure and intermetallic phases of an austenitic alloy (sample 7) as defined above or hereinafter.
Descripción detalladaDetailed description
La presente divulgación se refiere a una aleación austenítica que consiste en los siguientes elementos en % en peso: C < 0,03; The present disclosure relates to an austenitic alloy consisting of the following elements in weight %: C < 0.03;
Si < 1,0; If < 1.0;
Mn < 1,5; Mn < 1.5;
S < 0,03; S < 0.03;
P < 0,03; P < 0.03;
Cr 25,5 a 32,0; Chr 25.5 to 32.0;
Ni 42,0 a 52,0; Nor 42.0 to 52.0;
Mo 6,0 a 9,0; Mo 6.0 to 9.0;
N 0,07-0,11; N 0.07-0.11;
Cu < 0,4; Cu < 0.4;
opcionalmente uno o más de Al, Mg, Ca, Ce y B < 1,0 optionally one or more of Al, Mg, Ca, Ce and B < 1.0
resto, Fe e impurezas inevitables; rest, Faith and inevitable impurities;
y que cumple la siguiente ecuación: and that satisfies the following equation:
E<ní>> 1,864 * ECr - 19,92 E<ní>> 1.864 * ECr - 19.92
en donde where
ECr = [% en peso de Cr]+[% en peso de Mo]+1,5*[% en peso de Si], y ECr = [wt% Cr]+[wt% Mo]+1.5*[wt% Si], and
E<ní>= [% en peso de Ni]+30*[% en peso de C]+30*[% en peso de N]+0,5*[% en peso de Mn]+0,5*[% en peso de Cu], y en donde la CPT es superior a 88°C (norma ASTM G150 con MgCl23 M como electrolito). E<ní>= [% by weight of Ni]+30*[% by weight of C]+30*[% by weight of N]+0.5*[% by weight of Mn]+0.5*[ % by weight of Cu], and where the CPT is greater than 88°C (ASTM G150 standard with MgCl23 M as electrolyte).
La aleación austenítica de la presente divulgación tendrá una fracción (cantidad) baja de fases intermetálicas (menos que 0,3%) formadas en las áreas interdendríticas durante el proceso de solidificación. La fracción se calcula dividiendo el volumen de fases intermetálicas en las zonas interdendríticas entre el volumen total del material. Ejemplos de fases intermetálicas son la fase sigma, las fases de Laves y la fase chi. The austenitic alloy of the present disclosure will have a low fraction (amount) of intermetallic phases (less than 0.3%) formed in the interdendritic areas during the solidification process. The fraction is calculated by dividing the volume of intermetallic phases in the interdendritic zones by the total volume of the material. Examples of intermetallic phases are the sigma phase, the Laves phases, and the chi phase.
La solidificación es una transformación de fase en donde una aleación se transformará de una fase líquida a una fase de estructura cristalina sólida. El proceso de solidificación comienza con la formación de dendritas y durante el proceso de solidificación se producirá microsegregación. La microsegregación es una distribución desigual de los elementos de la aleación entre las dendritas solidificadas que promoverá la formación de fases intermetálicas no deseadas. El área entre las dendritas se llama área interdendrítica. Procesos de solidificación típicos son, pero no se limitan a, la fundición, tal como la fundición de lingotes, la colada continua y la refundición. Solidification is a phase transformation where an alloy will transform from a liquid phase to a solid crystalline structure phase. The solidification process begins with the formation of dendrites and during the solidification process microsegregation will occur. Microsegregation is an uneven distribution of alloy elements between solidified dendrites that will promote the formation of unwanted intermetallic phases. The area between the dendrites is called the interdendritic area. Typical solidification processes are, but are not limited to, casting, such as ingot casting, continuous casting and remelting.
La aleación austenítica tal como se define anteriormente o en lo sucesivo tendrá, debido al bajo contenido de fases intermetálicas en las áreas intermetálicas, una buena resistencia a la corrosión y una muy buena ductilidad. Por lo tanto, la aleación austenítica será muy adecuada para su uso en aplicaciones en donde es necesaria una alta resistencia a la corrosión, tal como en la industria del petróleo y el gas, la industria petroquímica y la industria química. Además, la aleación austenítica tal como se define anteriormente o en lo sucesivo también cumple la condición de tener una temperatura crítica de corrosión por picadura (CPT) superior a 88 °C. The austenitic alloy as defined above or hereinafter will have, due to the low content of intermetallic phases in the intermetallic areas, good corrosion resistance and very good ductility. Therefore, the austenitic alloy will be very suitable for use in applications where high corrosion resistance is necessary, such as in the oil and gas industry, petrochemical industry and chemical industry. Furthermore, the austenitic alloy as defined above or hereinafter also meets the condition of having a critical pitting corrosion temperature (CPT) greater than 88 °C.
La presente divulgación también se refiere a un objeto que comprende la aleación austenítica como se define anteriormente o en lo sucesivo. Ejemplos de un objeto, pero sin limitarse a los mismos, son un tubo, una barra, una tubería, una varilla, un tubo hueco de paredes gruesas, una palanquilla, un desbaste de sección cuadrada, una tira, un alambre, una placa y una lámina. Otros ejemplos incluyen tuberías de producción y tuberías de intercambiadores de calor. The present disclosure also relates to an object comprising the austenitic alloy as defined above or hereinafter. Examples of an object, but not limited to them, are a tube, a bar, a pipe, a rod, a thick-walled hollow tube, a billet, a square section blank, a strip, a wire, a plate and a sheet. Other examples include production piping and heat exchanger piping.
De aquí en adelante, los elementos de aleación de la aleación austenítica tal como se definen anteriormente o en lo sucesivo se analizan con respecto a su contribución a las propiedades de la aleación. Cabe señalar que los elementos de aleación también podrían contribuir a otras propiedades de la aleación austenítica, incluso aunque no se mencionen en el presente documento. Las cifras proporcionadas en este documento se dan en % en peso: Hereinafter, the alloying elements of the austenitic alloy as defined above or hereinafter are discussed with respect to their contribution to the properties of the alloy. It should be noted that alloying elements could also contribute to other properties of the austenitic alloy, even if they are not mentioned here. The figures provided in this document are given in % by weight:
Carbono (C): < 0,03% en peso Carbon (C): < 0.03% by weight
El C es una impureza contenida en las aleaciones austeníticas. Cuando el contenido de C excede de 0,03% en peso, la resistencia a la corrosión se reduce debido a la precipitación de carburo de cromo en los límites de los granos. Por tanto, el contenido de C es < 0,03% en peso, tal como < 0,02% en peso. C is an impurity contained in austenitic alloys. When the C content exceeds 0.03 wt%, the corrosion resistance is reduced due to the precipitation of chromium carbide at the grain boundaries. Therefore, the C content is <0.03% by weight, such as <0.02% by weight.
Silicio (Si): < 1,0% en peso Silicon (Si): < 1.0% by weight
El Si es un elemento que puede añadirse para la desoxidación. Sin embargo, el Si promoverá la precipitación de las fases intermetálicas, tales como la fase sigma; por lo tanto, 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 Si is an element that can be added for deoxidation. However, Si will promote the precipitation of intermetallic phases, such as the sigma phase; therefore, the Si is contained in a content of <1.0% by weight, such as <0.5% by weight, such as <0.3% by weight. According to one embodiment, the lower limit of Si is 0.01% by weight. Manganese (Mn): < 1.5% by weight
El Mn se utiliza a menudo para unir azufre formando MnS y aumentar así 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 fija en < 1,5% en peso, tal como < 1,2% en peso. Según una realización, el límite inferior de Mn es inferior al 0,01% en peso. Mn is often used to bind sulfur forming MnS and thus increase the hot ductility of the austenitic alloy. Mn will also improve the strain hardening of the austenitic alloy during cold working. However, too high a Mn content will reduce the strength of the austenitic alloy. Accordingly, the Mn content is set to <1.5% by weight, such as <1.2% by weight. According to one embodiment, the lower limit of Mn is less than 0.01% by weight.
Fósforo (P): < 0,03% en peso Phosphorus (P): < 0.03% by weight
El P es una impureza contenida en la aleación austenítica y es bien sabido 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. P is an impurity contained in the austenitic alloy and is well known to have a negative effect on hot workability and hot crack resistance. Accordingly, the P content is <0.03% by weight, such as <0.02% by weight.
Azufre (S): < 0,03% en peso Sulfur (S): < 0.03% by weight
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. S is an impurity contained in the austenitic alloy and will deteriorate hot workability. Accordingly, the allowed content of S is <0.03% by weight, such as <0.02% by weight.
Cobre (Cu): < 0,4% en peso Copper (Cu): < 0.4% by weight
El Cu puede reducir la velocidad de corrosión en ácido sulfúrico. Sin embargo, el Cu reducirá la trabajabilidad en caliente, por lo tanto, 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. Cu can reduce the corrosion rate in sulfuric acid. However, Cu will reduce hot workability, therefore, the maximum Cu content is <0.4% by weight, such as <0.25% by weight. According to one embodiment, the lower limit of Cu is 0.01% by weight.
Níquel (Ni): 42,0 a 52,0% en peso Nickel (Ni): 42.0 to 52.0% by weight
El Ni es un elemento estabilizador de austenita. Además, el Ni también contribuirá a la resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión en entornos tanto de cloruros como de sulfuro de hidrógeno. Por tanto, se requiere un contenido de Ni del 42,0% en peso o más. Sin embargo, un mayor contenido de Ni disminuirá la solubilidad del 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 43,0 a 51,0% en peso, tal como de 44,0 a 51,0% en peso. Ni is a stabilizing element of austenite. Additionally, Ni will also contribute to resistance to stress corrosion cracking in both chloride and hydrogen sulfide environments. Therefore, a Ni content of 42.0% by weight or more is required. However, higher Ni content will decrease the solubility of N, therefore, the maximum Ni content is 52.0 wt%. According to one embodiment of the present austenitic alloy, the Ni content is 43.0 to 51.0% by weight, such as 44.0 to 51.0% by weight.
Cromo (Cr): 25,5 a 32,0% en peso Chromium (Cr): 25.5 to 32.0% by weight
El Cr es un elemento de aleación que mejorará la resistencia a la corrosión por picaduras. Además, la adición de Cr aumentará la solubilidad del N. Cuando el contenido de Cr es inferior al 25,5% en peso, el efecto del Cr no es suficiente para la resistencia a la corrosión, y cuando el contenido de Cr supera el 32,0% en peso se formarán fases secundarias, como nitruros y fases intermetálicas, lo que afectará negativamente a la resistencia a la corrosión. Por consiguiente, el contenido de Cr es de 25,5 a 32,0% en peso. Cr is an alloying element that will improve resistance to pitting corrosion. In addition, the addition of Cr will increase the solubility of N. When the Cr content is less than 25.5% by weight, the effect of Cr is not enough for corrosion resistance, and when the Cr content exceeds 32 .0% by weight secondary phases will form, such as nitrides and intermetallic phases, which will negatively affect corrosion resistance. Therefore, the Cr content is 25.5 to 32.0% by weight.
Molibdeno (Mo): 6,0 a 9,0% en peso Molybdenum (Mo): 6.0 to 9.0% by weight
El Mo es un elemento de aleación que es eficaz para estabilizar la película pasiva formada sobre la superficie de la aleación austenítica. Además, el Mo es eficaz para mejorar la corrosión por picaduras. Cuando el contenido de Mo es inferior al 6,0% en peso, la resistencia a la corrosión por picaduras en entornos hostiles no es lo suficientemente alta y, cuando el contenido de Mo es superior al 9,0% en peso, la trabajabilidad en caliente se deteriora. Por consiguiente, el contenido de Mo es de 6,0 a 9,0% en peso, tal como de 6,1 a 9,0% en peso, tal como de 6,4 a 9,0% en peso, tal como de 6,4 a 8,0% en peso. Mo is an alloying element that is effective in stabilizing the passive film formed on the surface of the austenitic alloy. Furthermore, Mo is effective in improving pitting corrosion. When the Mo content is less than 6.0 wt%, the resistance to pitting corrosion in harsh environments is not high enough, and when the Mo content is greater than 9.0 wt%, the workability in hot it deteriorates. Accordingly, the Mo content is 6.0 to 9.0% by weight, such as 6.1 to 9.0% by weight, such as 6.4 to 9.0% by weight, such as from 6.4 to 8.0% by weight.
Nitrógeno (N): 0,07 a 0,11% en peso Nitrogen (N): 0.07 to 0.11% by weight
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. Para tener estos efectos en la presente aleación, el contenido de N tiene que ser superior al 0,07% en peso. Sin embargo, cuando el contenido de N es superior al 0,11% en peso, entonces la tensión de flujo será demasiado alta para un trabajo en caliente eficiente y se reducirá la resistencia contra la corrosión por picaduras. Por tanto, el contenido de N es de 0,07 a 0,11% en peso. La aleación austenítica como se define anterior o posteriormente puede comprender opcionalmente uno o más de los siguientes elementos Al, Mg, Ca, Ce y B. Estos elementos se pueden agregar durante el proceso de fabricación para mejorar, p. ej., 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 su cantidad dependerá de qué elementos de aleación están presentes en la aleación y qué efectos se desean. Por tanto, si se añaden, el contenido total de estos elementos es < 1,0% en peso, tal como < 0,5% en peso. N is an effective alloying element for increasing the strength of austenitic alloy through solution hardening and is also beneficial for improving the stability of the structure. The addition of N will also improve strain hardening during cold working. To have these effects in the present alloy, the N content has to be greater than 0.07% by weight. However, when the N content is greater than 0.11 wt%, then the flow stress will be too high for efficient hot working and the resistance against pitting corrosion will be reduced. Therefore, the N content is 0.07 to 0.11% by weight. The austenitic alloy as defined above or below may optionally comprise one or more of the following elements Al, Mg, Ca, Ce and B. These elements may be added during the manufacturing process to improve e.g. e.g., deoxidation, corrosion resistance, hot ductility or machinability. However, as is known in the art, the addition of these elements and their amount will depend on what alloying elements are present in the alloy and what effects are desired. Therefore, if added, the total content of these elements is <1.0% by weight, such as <0.5% by weight.
La aleación austenítica consiste en todos los elementos de aleación mencionados anteriormente o en lo sucesivo en los rangos mencionados anteriormente o en lo sucesivo. The austenitic alloy consists of all the alloying elements mentioned above or hereinafter in the ranges mentioned above or hereinafter.
El término "impurezas", como se hace referencia en el presente documento, significa sustancias que contaminarán la aleación austenítica cuando se produzca industrialmente debido a las materias primas, tales como minerales y chatarras, y a otros diversos factores en el proceso de producción y se permite que contaminen dentro de los rangos que no afectan negativamente a las propiedades de la aleación austenítica como se definen anteriormente o en lo sucesivo. Ejemplos de elementos de aleación que se consideran impurezas son Co y Sn. En la presente divulgación, los elementos formadores de carburos, tales como Nb y W, se consideran impurezas y/o elementos traza y, si están presentes, solo están presentes en concentraciones muy bajas, lo que significa que no formarán carburos y, por lo tanto, no tendrán un impacto sobre las propiedades finales de la aleación austenítica. The term "impurities", as referred to herein, means substances that will contaminate the austenitic alloy when produced industrially due to raw materials, such as ores and scrap, and various other factors in the production process and is permitted that contaminate within ranges that do not adversely affect the properties of the austenitic alloy as defined above or hereinafter. Examples of alloying elements that are considered impurities are Co and Sn. In the present disclosure, carbide-forming elements, such as Nb and W, are considered impurities and/or trace elements and, if present, are only present in very low concentrations, meaning that they will not form carbides and therefore Therefore, they will not have an impact on the final properties of the austenitic alloy.
La presente divulgación también proporciona un método para fabricar una aleación austenítica que tiene una composición que consiste en los siguientes elementos en % en peso: The present disclosure also provides a method of manufacturing an austenitic alloy having a composition consisting of the following elements in weight %:
C < 0,03; C < 0.03;
Si < 1,0; If < 1.0;
Mn < 1,5; Mn < 1.5;
S < 0,03; S < 0.03;
P < 0,03; P < 0.03;
Cr 25,5 a 32,0; Chr 25.5 to 32.0;
Ni 42,0 a 52,0; Nor 42.0 to 52.0;
Mo 6,0 a 9,0; Mo 6.0 to 9.0;
N 0,07-0,11; N 0.07-0.11;
Cu < 0,4; Cu < 0.4;
opcionalmente uno o más de Al, Mg, Ca, Ce y B < 1,0; optionally one or more of Al, Mg, Ca, Ce and B < 1.0;
resto, Fe e impurezas inevitables; rest, Faith and inevitable impurities;
en donde la aleación austenítica tendrá un contenido de fases intermetálicas de menos que 0,3% después de la solidificación, en donde dicho método comprende las etapas de: wherein the austenitic alloy will have a content of intermetallic phases of less than 0.3% after solidification, wherein said method comprises the steps of:
• proporcionar una masa fundida; • provide a melt;
• analizar la masa fundida para obtener el % en peso de los elementos contenidos en ella; • analyze the melt to obtain the % by weight of the elements contained in it;
• insertar los valores obtenidos del análisis en la siguiente ecuación: • insert the values obtained from the analysis into the following equation:
E<ní>> 1,864 * ECr - 19,92 E<ní>> 1.864 * ECr - 19.92
en donde where
ECr = [% en peso de Cr]+[% en peso de Mo]+1,5*[% en peso de Si], y ECr = [wt% Cr]+[wt% Mo]+1.5*[wt% Si], and
E<ní>= [% en peso de Ni]+30*[% en peso de C]+30*[% en peso de N]+0,5*[% en peso de Mn]+0,5*[% en peso de Cu] E<ní>= [% by weight of Ni]+30*[% by weight of C]+30*[% by weight of N]+0.5*[% by weight of Mn]+0.5*[ % by weight of Cu]
• opcionalmente añadir uno o más elementos de aleación a la aleación austenítica hasta que se cumpla la ecuación; • optionally add one or more alloying elements to the austenitic alloy until the equation is satisfied;
• solidificar la masa fundida. • solidify the melt.
Los inventores, mediante investigaciones exhaustivas, han encontrado sorprendentemente que al integrar este método en procesos de fabricación metalúrgicos convencionales, el objeto obtenido del mismo tendrá un bajo contenido de fases intermetálicas después de la solidificación, lo que tendrá un impacto positivo en el resultado de otros procesos metalúrgicos utilizados. The inventors, through extensive research, have surprisingly found that by integrating this method into conventional metallurgical manufacturing processes, the object obtained from it will have a low content of intermetallic phases after solidification, which will have a positive impact on the result of other metallurgical processes used.
Según una realización del presente método como se define anteriormente en el presente documento o en lo sucesivo, la ecuación también se puede usar al diseñar la aleación austenítica, es decir, antes de que se funda la aleación austenítica. According to an embodiment of the present method as defined hereinbefore or hereinafter, the equation may also be used when designing the austenitic alloy, that is, before the austenitic alloy is cast.
El análisis de la masa fundida se puede realizar usando, por ejemplo, espectrometría de fluorescencia de rayos X, espectrometría de emisión óptica de descarga por chispa, análisis de combustión, análisis de extracción y espectrometría de emisión óptica de plasma acoplado inductivamente. El contenido del elemento obtenido del análisis se inserta luego en la ecuación. Si no se cumple la condición (ecuación), se añaden elementos de aleación hasta que se cumpla la ecuación. Cuando se hayan agregado los elementos de aleación adicionales, la masa fundida se puede analizar nuevamente y estas etapas se pueden repetir varias veces hasta que se cumpla la ecuación (condición). Melt analysis can be performed using, for example, X-ray fluorescence spectrometry, spark discharge optical emission spectrometry, combustion analysis, extraction analysis, and inductively coupled plasma optical emission spectrometry. The element content obtained from the analysis is then inserted into the equation. If the condition (equation) is not met, alloying elements are added until the equation is met. When the additional alloying elements have been added, the melt can be analyzed again and these steps can be repeated several times until the equation (condition) is met.
Según otra realización más del presente método, opcionalmente se pueden tomar muestras de la aleación austenítica después de solidificarse para medir y verificar las fases intermetálicas. According to yet another embodiment of the present method, samples of the austenitic alloy can optionally be taken after solidifying to measure and verify the intermetallic phases.
Según una realización del método definido anteriormente o en lo sucesivo, el método de solidificación es la fundición. According to an embodiment of the method defined above or hereinafter, the solidification method is casting.
Después de la etapa de solidificación, el método puede comprender etapas convencionales de fabricación de metales tales como trabajo en caliente y/o trabajo en frío. El método puede comprender opcionalmente etapas de tratamiento térmico y/o de envejecimiento. Ejemplos de procesos de trabajo en caliente son la laminación en caliente, la forja y la extrusión. Ejemplos de procesos de trabajo en frío son la laminación a paso de peregrino, el estirado y el laminado en frío. Ejemplos de procesos de tratamiento térmico son el remojo y el recocido, tal como el recocido por solución o el recocido por enfriamiento rápido. Ejemplos de objetos, pero sin limitarse a los mismos, que pueden obtenerse mediante el método definido anteriormente o en lo sucesivo son un tubo, una tubería, una barra, una varilla, un tubo hueco de paredes gruesas, una palanquilla, un desbaste de sección cuadrada, una tira, un alambre, una placa y una lámina. After the solidification step, the method may comprise conventional metal fabrication steps such as hot working and/or cold working. The method may optionally comprise heat treatment and/or aging steps. Examples of hot work processes are hot rolling, forging and extrusion. Examples of cold working processes are pilgrim rolling, drawing, and cold rolling. Examples of heat treatment processes are soaking and annealing, such as solution annealing or quench annealing. Examples of objects, but not limited to them, that can be obtained by the method defined above or hereinafter are a tube, a pipe, a bar, a rod, a thick-walled hollow tube, a billet, a section blank square, a strip, a wire, a plate and a sheet.
La presente divulgación se ilustra adicionalmente mediante los siguientes ejemplos no limitantes. The present disclosure is further illustrated by the following non-limiting examples.
EjemplosExamples
Ejemplo 1Example 1
Las aleaciones de la Tabla 1 se fabricaron fundiendo en un horno de inducción de HF (Alta Frecuencia) de 270 kg y posteriormente se convirtieron en lingotes mediante fundición en un molde de 22,86 cm (9 in). Después de la fundición y solidificación, se retiraron los moldes y se enfriaron los lingotes en agua. Las composiciones de las hornadas experimentales, los equivalentes de Cr y Ni y la fracción de fases intermetálicas en áreas interdendríticas se dan en las Tablas 1 y 2. The alloys in Table 1 were manufactured by casting in a 270 kg HF induction furnace and subsequently converted into ingots by casting in a 22.86 cm (9 in.) mold. After casting and solidification, the molds were removed and the ingots were cooled in water. The compositions of the experimental batches, the Cr and Ni equivalents and the fraction of intermetallic phases in interdendritic areas are given in Tables 1 and 2.
Se cortaron muestras de la parte superior de los lingotes y se prepararon metalográficamente y se grabaron con el grabador Beraha 9b. Este grabado mostró la estructura dendrítica y las fases intermetálicas. Se realizaron estudios de microestructura con un microscopio óptico de luz (LOM) (microscopio óptico de luz Nikon) para investigar las fases intermetálicas. El porcentaje (%) de fases intermetálicas en áreas interdendríticas se midió usando una cuadrícula insertada de 10x10 líneas con un aumento de 200 veces y contando a continuación el número de intersecciones en la cuadrícula que chocaban con las fases intermetálicas en el área interdendrítica y se dividió entre el número total de intersecciones. Se midieron un total de 10 campos colocados aleatoriamente sobre la muestra metalográfica para decidir la fracción de fases intermetálicas en el área interdendrítica. Samples were cut from the top of the ingots and metallographically prepared and etched with the Beraha 9b etchant. This engraving showed the dendritic structure and intermetallic phases. Microstructure studies were performed using a light optical microscope (LOM) (Nikon light optical microscope) to investigate the intermetallic phases. The percentage (%) of intermetallic phases in interdendritic areas was measured using an inset grid of 10x10 lines at a magnification of 200 times and then counting the number of intersections in the grid that collided with the intermetallic phases in the interdendritic area and divided between the total number of intersections. A total of 10 fields randomly placed on the metallographic sample were measured to decide the fraction of intermetallic phases in the interdendritic area.
Dos ejemplos típicos de la microestructura, uno con fases intermetálicas en áreas interdendríticas, véase la Figura 2A, y otro sin ellas, véase la Figura 2B. La composición de las fases intermetálicas se midió mediante EDS (espectroscopia por dispersión de energía de rayos X) en un FEG-SEM (Microscopio electrónico de barrido con cañón de emisión de campo), Zeiss ZIGMA VP. La Figura 2A (muestra 3), que está fuera de la presente invención, muestra, como se puede observar, que tiene fases intermetálicas en una cantidad superior al 0,3% después de la solidificación. La Figura 2B (muestra 2), que es según la presente invención, muestra, como puede verse, que no tiene fases intermetálicas después de la solidificación. En las Figuras 3A a 3B se muestran ejemplos adicionales, en donde la Figura 3A (muestra 4) está fuera del alcance de la presente invención mientras que la Figura 3B (muestra 7) está dentro del alcance de la presente invención y no tiene fases intermetálicas. Two typical examples of the microstructure, one with intermetallic phases in interdendritic areas, see Figure 2A, and one without them, see Figure 2B. The composition of the intermetallic phases was measured by EDS (energy dispersive x-ray spectroscopy) on a FEG-SEM (Field Emission Gun Scanning Electron Microscope), Zeiss ZIGMA VP. Figure 2A (sample 3), which is outside the present invention, shows, as can be seen, that it has intermetallic phases in an amount greater than 0.3% after solidification. Figure 2B (sample 2), which is according to the present invention, shows, as can be seen, that it has no intermetallic phases after solidification. Additional examples are shown in Figures 3A to 3B, where Figure 3A (sample 4) is outside the scope of the present invention while Figure 3B (sample 7) is within the scope of the present invention and has no intermetallic phases. .
Los equivalentes de Cr y Ni de las hornadas se representan en la Figura 1, que muestra un diagrama de DeLong en donde los ejes X e Y son los equivalentes de Cr (Ecr) y Ni (E<n>¡). Los cuadrados sin llenar en la figura son las hornadas con menos que 0,3% de fases intermetálicas en áreas interdendríticas después de la solidificación, es decir, aleaciones que cumplen la condición de la presente invención. The Cr and Ni equivalents of the batches are represented in Figure 1, which shows a DeLong diagram where the X and Y axes are the equivalents of Cr (Ecr) and Ni (E<n>¡). The unfilled squares in the figure are the batches with less than 0.3% intermetallic phases in interdendritic areas after solidification, that is, alloys that meet the condition of the present invention.
Tabla 2. Fracción de fases intermetálicas (IP) medidas para cada muestra. Las muestras marcadas con un están dentro de la presente invención. Table 2. Fraction of intermetallic phases (IP) measured for each sample. Samples marked with a are within the present invention.
Ejemplo 2 Example 2
Se obtuvieron tres muestras del material laminado en frío y recocido en solución y se ensayaron para detectar corrosión por picaduras según la norma ASTM G150 con MgCl<2>3 M como electrolito. Los valores promedio de la temperatura de corrosión por picaduras (CPT) para cada serie se muestran en la siguiente tabla. Three samples of the cold-rolled, solution-annealed material were obtained and tested for pitting corrosion according to ASTM G150 with MgCl<2>3 M as the electrolyte. The average pitting corrosion temperature (CPT) values for each series are shown in the following table.
Tabla 3. CPT de cada muestra. Las muestras marcadas con un "*" están dentro de la presente invención. Table 3. CPT of each sample. Samples marked with an "*" are within the present invention.
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