MX2013004583A - Aleaciones de niquel-cromo-molibdeno-cobre resistentes a acidos y alcalis. - Google Patents
Aleaciones de niquel-cromo-molibdeno-cobre resistentes a acidos y alcalis.Info
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Abstract
Una aleación de níquel-cromo--molibdeno-cobre resistente a ácido sulfúrico al 70% a 93°C e hidróxido de sodio al 50% a 121°C, para la neutralización de ácidos álcalis en el campo del manejo de desechos; la aleación contiene, el porcentaje en peso, 27 hasta 33% de cromo, 4.9 hasta 7.8 de molibdeno; más de 3.1 pero no más de 6.0 de cobre hasta 3.0 de hierro, 0.3 hasta 1.0 de manganeso, 0.1 hasta 0.5 de aluminio, 0.1 hasta 0.8 de silicio, 0.01 hasta 0.11 de carbono; hasta 0.13 de nitrógeno, hasta 0.05 de magnesio, hasta 0.05 de elementos de tierras raras, con un resto de níquel e impurezas.
Description
ALEACIONES DE NÍQUEL-CROMO-MOLIBDENO-COBRE
RESISTENTES A ÁCIDOS Y ÁLCALIS
CAMPO DE LA INVENCIÓN
Esta invención se relaciona en general con composiciones de aleaciones no ferrosas y más específicamente con aleaciones de níquel-cromo-molibdeno-cobre que proporcionan una combinación útil de resistencia a ácido sulfúrico al 70% a 93°C y resistencia a hidróxido de sodio al 50% a 121 °C.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En el campo de manejo de desechos existe una necesidad por materiales metálicos que resistan el calor ácidos fuertes y calor álcalis cáusticos fuertes. Esto es debido a que los químicos se utilizan para neutralizarse entre sí, dando por resultado en compuestos más estables y menos peligrosos. De los ácidos utilizados en la industria, el sulfúrico es el más importante en los términos de las cantidades producidas. De los álcalis cáusticos, el hidróxido de sodio (sosa cáustica) es el que se utiliza de manera más común .
Ciertas aleaciones de níquel son muy resistentes al ácido sulfúrico caliente, fuerte. Otras son muy resistentes
al hidróxido de sodio fuerte, caliente. Sin embargo, ninguna posee resistencia adecuada a ambos productos químicos.
Típicamente, las aleaciones de níquel con altos contenidos de aleación se utilizan para resistir el ácido sulfúrico y otros ácidos fuertes, las más resistentes serán las aleaciones de níquel-molibdeno y níquel-cromo-molibdeno .
Por otro lado, el níquel puro (UNS N02200/aleación 200) o las aleaciones de níquel con bajo contenido de aleaciones son las más resistentes al hidróxido de sodio. Cuando se requiere mayor resistencia, se utilizan aleaciones de níquel-cobre y níquel-cromo. En particular, las aleaciones 400 (Ni-Cu, UNS N04400) y 600 (Ni-Cr, UNS N06600) poseen buena resistencia a la corrosión' en hidróxido de sodio.
Durante el descubrimiento de las aleaciones de esta invención, se utilizaron dos entornos clave, a saber ácido sulfúrico al 70% en peso a 93°C (200°F) e hidróxido de sodio al 50% en peso a 121°C (250°F). Es bien sabido que el ácido sulfúrico al 70% en peso será muy corrosivo para materiales metálicos, y es la concent ación a la cual falla la resistencia de muchos materiales (incluyendo las aleaciones de níquel-cobre), como resultado de cambios en la reacción catódica (a partir de la reducción a la oxidación) . El hidróxido de sodio al 50% en peso, es la concentración utilizada más ampliamente en la industria. Se utilizó una
mayor temperatura en el caso del hidróxido de sodio para aumentar el ataque interno (la forma principal de degradación de las aleaciones de níquel en este producto químico), aumentando con esto la precisión de las mediciones durante el seccionamiento cruzado posterior y el examen metalográ fico .
En la patente de los Estados Unidos No. 6,764,646 de Crook et al., se describen aleaciones de níquel-cromo-molibdeno-cobre resistentes a ácido sulfúrico y ácido fosfórico de proceso en húmedo. Estas aleaciones requieren cobre en la variación de 1.6 hasta 2.9% en peso, lo cual está por debajo de los niveles de requeridos para resistencia al ácido sulfúrico al 70% a 93°C e hidróxido de sodio al 50% a 121 °C.
La patente de los Estados Unidos No. 6,280,540 de Crook, describe aleaciones de níquel-cromo-molibdeno que contienen cobre que se han comercializado como la aleación C-2000® y corresponden a UNS 06200. Estas contienen mayores niveles de molibdeno y menores niveles de cromo que las aleaciones de esta invención y carecen de las características de corrosión mencionadas anteriormente.
La patente de los Estados Unidos No. 6,623,869 de ishiyama et al., describe aleaciones de niquel -cromo-cobre para el servicio de espolvoreo de metales a altas temperaturas, el contenido máximo de cobre de las mismas es
del 3% en peso. Esta es inferior a la variación requerida para resistencia a ácido sulfúrico al 70% a 93°C e hidróxido de sodio al 50% a 121°C. Las publicaciones de solicitudes de patente de los Estados Unidos más recientes (US 2008/0279716 y US 2010/0034690) de Nishiyama et al., describen aleaciones adicionales para resistencia al espolvoreo de metales y ca rbu i zación . Las aleaciones de la US 2008/0279716 difieren de las aleaciones de esta invención ya que tienen una restricción de molibdeno no mayor al 3%. Las aleaciones de la US 2010/0034690 son de una clase diferente, están basadas en hierro, en lugar de basarse en níquel, con un contenido de molibdeno de 2.5% o menos.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
El objetivo principal de esta invención es proporcionar aleaciones, capaces de ser procesadas en productos forjados (hojas, placas, barras, etc.) que exhiben una combinación útil y evasiva de resistencia al ácido sulfúrico al 70% a 93°C (200°F) y resistencia al hidróxido de sodio al 50% a 121°C (250°F). Estas propiedades bastante convenientes se han alcanzado inesperadamente utilizando una base de níquel, cromo entre 27 y 33% en peso, molibdeno entre 4.9 y 7.8% en peso y cobre mayor al 3.1% en peso y hasta 6.0% en peso.
Para permitir la eliminación de oxigeno y azufre durante el proceso de fundido, estas aleaciones contienen típicamente pequeñas cantidades de aluminio y manganeso (hasta aproximadamente 0.5 y 1.0% en peso, respectivamente en las aleaciones de níquel-cromo-molibdeno ) , y posiblemente trazas de magnesio y elementos de tierras raras (hasta a roximadamente 0.05% en peso). En nuestros experimentos, se encontró que el contenido de aluminio entre 0.1 y 0.5% en peso, y el contenido de manganeso entre 0.3 y 1.01 en peso, darán por resultado en aleaciones satisfactorias.
El hierro probablemente es la principal impureza en estas aleaciones, debido a la contaminación proveniente de otras aleaciones de níquel fundidas en los mismos hornos, y un máximo de 2.0 ó 3.0% en peso son típicos de esas aleaciones níquel-cromo-molibdeno que no requieren una adición de hierro. En otros experimentos, se encontró que será aceptable un contenido de hierro de hasta el 3.0% en peso .
En estas aleaciones son posibles otras impurezas metálicas, debido a la contaminación del horno y las impurezas en los materiales de carga. Las aleaciones de esta invención deben ser capaces de tolerar estas impurezas a los niveles encontrados comúnmente en las aleaciones de níquel-cromo-molibdeno. También, las aleaciones de este alto
contenido de cromo no se pueden fundir al aire sin captar algo de nitrógeno. Por lo tanto, es usual en las aleaciones de alto contenido de cromo-niquel permitir hasta un máximo del 0.13% en peso de este elemento.
Con respecto al contenido de carbono, las aleaciones satisfactorias en estos experimentos contuvieron entre 0.01 y 0.11% en peso. Sorprendentemente, la aleación G con un contenido de carbono del 0.002% en peso no se podría procesar en productos forjados. De esta forma, se prefiere una variación de carbono de 0.01 hasta 0.11% en peso.
Con respecto al silicio, se prefiere una variación de 0.1 hasta 0.8% en peso, con base en el hecho de que los niveles en cada extremo de esta variación proporcionan propiedades satisfactorias.
Las estabilidades microstructurales de estas aleaciones a temperaturas elevadas se pueden mejorar al favorecer la formación de MC carburos que son muy estables.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
El descubrimiento de la variación composiciona 1 definida anteriormente implica el estudio de una amplia gama de composiciones a base de níquel, de contenido variable de cromo, molibdeno y cobre. Estas composiciones se presentan en la Tabla 1. Para comparación, las composiciones de las
aleaciones comerciales utilizadas para resistir ya sea el ácido sulfúrico al 70% o el hidróxido de sodio al 50% se incluyen en la Tabla 1.
Tabla i : composiciones cié las aleaciones experimentales v comerciales
10
15
* denota una aleación de esta invención ** denota una composición nominal
Las aleaciones experimentales se prepararon mediante fundido por inducción al vacio (VIM) , luego refundido con el electro-escoria (ESR), a un tamaño de colada de 13.6 kg . Se agregaron trazas de níquel-magnesio y/o tierras raras a las cargas en el horno para VIM, para ayudar a reducir al mínimo el contenido de azufre y oxígeno de las aleaciones experimentales. Los lingotes de ESR se homogeneizaron, se forjaron en caliente, y se enrollaron en caliente en ho-jas con un espesor de 3.2 mm para prueba. Sorprendentemente, tres de las aleaciones (G, y L) se fracturaron tan gravemente durante el for ado que no se pudieron enrollar en caliente en hojas para prueba. Estas aleaciones que se enrollaron satisfactoriamente al espesor requerido de prueba se sometieron a ensayos de templado, para determinar (por medios metalográ fieos ) , los tratamientos de templado más adecuados. En todos los casos se determinó que serán adecuados 15 minutos a temperaturas entre 1121°C y 1149°C, seguido por una activación con agua. Todas las aleaciones comerciales se probaron en la condición vendida por el fabricante, la condición denominada "recocido en fábrica" .
Las pruebas de corrosión se realizaron en muestras que midieron 25.4 x 25.4 x 3.2 mm. Antes de la prueba de corrosión, las superficies de todas las muestras se
sometieron a abrasión manualmente utilizando lija de granulación 120, para anular cualesquiera capas superficiales y defectos que pudieran afectar la resistencia a la corrosión. Las pruebas en ácido sulfúrico se llevaron a cabo en sistemas de matraz de vidrio/condensador. Las pruebas en hidróxido de sodio se llevaron a cabo en sistemas de TEFLON, debido a que el vidrio es atacado por el hidróxido de sodio. Se utilizó un tiempo de 96 horas para las pruebas con ácido sulfúrico, con interrupciones cada 24 horas para permitir el pesado de las muestras, mientras que se utilizó un periodo de 720 horas para las pruebas de hidróxido de sodio. En cada entorno se probaron dos muestras de cada aleación, y los resultados se promediaron.
En ácido sulfúrico, el modo primario de degradación es un ataque uniforme, de esta forma se calcularon las velocidades promedio de corrosión a partir de las mediciones de pérdida de peso. En hidróxido de sodio, el modo primario de degradación es un ataque interno, que es ya sea un ataque uniforme o una forma más agresiva de ataque de "desaleación" interna. La desaleación en general se refiere a la lixiviación de ciertos elementos (por ejemplo, molibdeno) de la aleación, que con frecuencia también degrada las propiedades mecánicas. El ataque interno máximo sólo se puede medir al seccionar las muestras y estudiarlas
metalográficamente . Los valores presentados en la Tabla 2 representan la penetración interna máxima medida en la sección transversal de la aleación.
Se aplicó un criterio de pase/defecto de 0.5 mm/y 5 (el limite generalmente reconocido para el servicio .industrial para los resultados de prueba en ambos entornos).
La Tabla 2 revela que las aleaciones de la presente invención se corroyeron a velocidades muy bajas en ácido sulfúrico al 70% que serán industrialmente útiles a 93°C y
? 0 exhibieron velocidades de penetración interna que corresponden significativamente a menos de 0.5 mm/y en hidróxido de sodio al 50% a 121 °C. De manera interesante, a diferencia de las aleaciones de niquel-cromo-mol ibdeno con alto contenido de molibdeno (C-4, C-22, C-276, y C-2000), ib ninguna de las aleaciones de esta invención exhibió una forma de desaleación del ataque de corrosión. La aleación C se considera limite en ácido sulfúrico al 70% a 93°C, sugiriendo que un nivel de cobre de 3.1% en peso es demasiado bajo (incluso aunque la aleación N, con un contenido de cobre 0 similar pero mayor al contenido de cromo, se corroyó a una velocidad menor). La variación preferida de cobre de más del 3.1% en peso pero no más del 6.0% en peso se basa en los resultados para las Aleaciones C y A, respectivamente. Las Aleaciones K y L, con mayor contenido de cobre no se podrían
forj a .
La variación de cromo se basa en los resultados para las Aleaciones A y 0 (con contenidos de 27 y 33% en peso respectivamente). La variación de molibdeno se basa en los resultados para las Aleaciones H y A (con contenidos de 4.9 y 7.8% en peso respectivamente), y la sugerencia de la patente de los Estados Unidos No. 6, 764 , 646, que indica que el contenido de molibdeno por debajo del 4.9% en peso no proporciona suficiente resistencia a la corrosión general de las aleaciones de niquel-cromo-molibdeno-cobre . Esto es importante para los sistemas de neutralización que contienen otros productos químicos.
De manera sorprendente, cuando se omitieron hierro, manganeso, aluminio, silicio, y carbono (aleación G), la aleación no se podría forjar. Para determinar adicionalmente la influencia del hierro, se fundió la aleación P, sin considerar la adición de hierro. El hecho de que la aleación I? se forjó en caliente satisfactoriamente y se enrolló en caliente indica que es la presencia de manganeso, aluminio, silicio y carbono que es decisiva para el procesamiento de forjado satisfactorio de estas aleaciones. Además, la ausencia de hierro en la aleación P no fue perjudicial desde un punto de vista de la corrosión ya que la aleación indicó un excelente desempeño en ambos medios corrosivos.
bla 2: Resultados de la prueba de coirrosión pa ra aleaciones experimentales y comercial
Aleaci .ón Velocidad de corrosión Modo de ataque en Penetración interna Comentarios
en H2S04 al 70% a 93°C NaOH al 50% a máxima en NaOH al 50% a
en 96 h (rnm/y) 121°C en 720 h 121 °C en 720 h (mieras)
A* 0.44 GC 10 [equiv . a 0. 12 rnm/y]
B* 0.32 GC 15 [equiv . a 0. 18 mm/'y]
C 0.48 GC 15 [equiv . a 0. 18 mm/y] Limite en H2SO4
D 0.64 GC 10 [equiv . a 0. 12 mm/y]
E* 0.35 GC 11 [equiv . a 0. 13 mm/y]
{?* 0.30 GC 12 [equiv . a 0. 15 mm/y]
G - - - Incapaz de procesar
10
H* 0.34 GC 20 [equiv . a 0. 24 mm/y]
I* 0.42 GC 8 [equiv . a 0. 10 mm/y]
J 1.09 GC 10 [equiv . a 0. 12 mm/y]
K - - - Incapaz de procesar
L - - - Incapaz de procesar
M 0.53 GC 17 [equiv . a 0. 21 mm/y}
15
N 0.42 GC 15 [equiv . a 0. 18 mm/y]
0* 0.40 GC 8 [equiv . a 0. 10 mm/y]
0.40 GC 13 [equiv . a 0.16 mm/y]
Q* 0. 39 GC 10 [equiv . a 0. 12 rom/y]
R* 0. 41 GC 10 [equi . a 0. 12 rnm/y]
200 2. 60 GC 13 [equiv . a 0. 16 mm/y]
400 2. 03 GC 14 [equiv . a 0. 17 mm/y
600 7. 20 GC 13 [equi . a 0. 16 mm/y]
C-4 0. 94 Desaleación 69 [equiv . a 0. 84 mm/y]
C-22 0. 94 Desaleación 64 [equiv . a 0. 78 mm/y]
C-276 0. 50 Desaleación 58 [equiv . a 0. 71 mm/y]
C-2000 0. 37 Desaleación 38 [equiv . a 0. 46 mm/y] Limite en NaOH
G-30 0. 98 GC 8 [equiv . a 0. 10 mm/y]
G-35 9. 13 GC 8 [equiv. a 0. 10 mm/y]
* Denota una aleación de esta invención
GC - Corrosión general
Las observaciones que se relacionan con los efectos de los elementos de aleación son como sigue:
Cromo (Cr) es un elemento de aleación primario, que se sabe mejora el desempeño de las aleaciones de níquel en ácidos oxidantes. Se ha mostrado que proporcionan una resistencia deseada a la corrosión tanto a ácido sulfúrico al 70% como al hidróxido de sodio al 50% en la variación de 27 hasta 33% en peso.
Molibdeno (Mo) también es un elemento de aleación primario, que se sabe mejora la resistencia a la corrosión de .'Las aleaciones de níquel en ácidos reductores. En la variación de 4.9 hasta 7.8% en peso, contribuye al desempeño excepcional de las aleaciones de esta invención en ácido sulfúrico al 70% e hidróxido de sodio al 50%.
Cobre (Cu) a niveles mayores al 3.1% en peso pero no mayores al 6.0% en peso, y en combinación con los niveles mencionados anteriormente de cromo y molibdeno, produce aleaciones con resistencia inusual e inesperada a ácidos y álcalis en la forma de ácido sulfúrico al 70% a 93°C e hidróxido de sodio al 50% a 121 °C.
Hierro (Fe) es una impureza común en las aleaciones de níquel, en las aleaciones de esta invención se ha encontrado que será aceptable un contenido de hierro de hasta el 3.0% en peso .
Manganeso (Mn) se utiliza para reducir al mínimo el azufre en estas aleaciones, y se encontró que contenidos entre 0.3 y 1.0% en peso darán por resultado en aleaciones satisfactorias (desde los puntos de vista de procesamiento y desempeño ) .
Aluminio (Al) se utiliza para reducir al mínimo el oxígeno en estas aleaciones, y se encontró que contenidos entre 0.1 y 0.5% en peso darán por resultado en aleaciones satisfactorias .
Silicio (Si) no se requiere normalmente en las aleaciones de níquel resistentes a la corrosión, aunque se introduce durante la descarburi zación de argón-oxígeno (para aquellas aleaciones fundidas en aire). Se encontró que una pequeña cantidad de silicio (en la variación de 0.1 hasta 0.8% en peso) será esencial en las aleaciones de esta invención, para asegurar la for abilidad .
Asimismo, normalmente no se requiere carbono (C) en las aleaciones de níquel resistentes a la corrosión, aunque se introduce durante la fundición con arco de carbono (para aquellas aleaciones fundidas en aire). Se encontró que una pequeña cantidad de carbono (en la variación de 0.01 hasta 0.11% en peso) será esencial en las aleaciones de esta invención, para asegurar la for abilidad .
En estas aleaciones con frecuencia se incluyen
trazas del magnesio (Mg) y/o elementos de tierra raras para el control de los elementos no deseados, por e emplo azufre y oxígeno. De esta forma, se prefiere la variación usual de hasta 0.05% en peso para cada uno de estos elementos en las aleaciones de esta invención.
Nitrógeno (N) se absorbe fácilmente por las aleaciones con alto contenido de cromo, níquel en el estado fundido, y es usual para permitir un máximo de 0.13% en peso de este elemento en las aleaciones de este tipo.
Otras impurezas que se podrían presentar en estas aleaciones, debido a la contaminación proveniente a partir de los revestimientos para horno utilizados anteriormente o dentro de las materias primas de carga, incluyen cobalto, tungsteno, niobio (columbio), titanio, vanadio, tantalio, azufre, fósforo, oxígeno y calcio.
Si se desea una estabilidad microstructura 1 mejorada a temperaturas elevadas (tal como se podría experimentar durante el soldado o durante el servicio a temperatura elevada), se pueden utilizar adiciones pequeñas deliberadas de elementos que estimulen la formación de los MC carburos. Estos elementos incluyen titanio, niobio (columbio), hafnio, y tantalio. Existen otros formadores de MC carburos menos convenientes tales como vanadio, que se podrían utilizar. Los MC carburos son mucho más estables que
los M7C3, M6C, y M23C6 carburos normalmente encontrados en las aleaciones de níquel que contienen cromo y molibdeno. En efecto, debe ser posible controlar los niveles de estos elementos formadores de MC para que se relacionen con cuánto carbono se considera necesario controlar el nivel de la precipitación de carburos en los límites de grano. De hecho, el nivel formador de MC se podría a ustar durante el proceso de fundido, dependiendo de la medición en tiempo real del contenido de carbono.
Si la aleación se utilizará para resistir la corrosión acuosa a temperaturas mucho menores, se podría hacer que coincida el nivel formador de MC con el nivel de carbono para evitar una precipitación de carburo con límite de grano apreciable (una estructura denominada
"estabilizada" ) .
Sin embargo, existen dos problemas potenciales. En primer lugar, probablemente el nitrógeno compita con el carbono, dando por resultado en nitruros o carbonit uros del mismo formador activo (por ejemplo, titanio) que por lo tanto podría estar presente a un mayor nivel (esto se puede calcular con base en la medición en tiempo real del contenido de nitrógeno). En segundo lugar se encuentra la formación no buscada de las fases gamma-prima (con titanio) o gamma-doble prima (con niobio); esto debe ser posible para ajusfar el
enfriamiento y las posteriores secuencias de procesamiento para asegurar que estos elementos se unan en la forma de carburos, nitruros o carbonitruros .
Ignorar el efecto del nitrógeno y utilizar titanio como un ejemplo, para unir el carbono en la forma de MC carburos podría requerir paridad atómica. Debido a' que el peso atómico del titanio es aproximadamente cuatro veces el del carbono (47.9 contra 12.0), esto se podría reflejar en los porcentajes en peso de los dos elementos. De esta forma, las versiones estabilizadas de estas aleaciones para un servicio de corrosión acuosa podrían contener 0.05% en peso de carbono y 0.20% en peso de titanio. Aquellos para un servicio de temperatura elevada podrían contener 0.05% en peso de carbono y 0.15% en peso de titanio, para permitir un nivel controlado de precipitación secundaria, de límite de granos. Con nitrógeno a un nivel de impureza de 0.035% en peso, por ejemplo, podría ser necesario un 0.12% en peso adicional de titanio para unir este elemento (debido a que el peso atómico del nitrógeno es 14.0). De esta forma, con un carbono de 0.05% en peso, el 0.32% en peso de titanio se podría requerir para un servicio de corrosión acuosa, y 0.27% en peso de titanio se podría requerir para un servicio a temperatura elevada. Por consiguiente, con un nivel de carbono del 0.11% en peso, y un nivel de impureza de
nitrógeno del 0.035% en peso, para el servicio de corrosión acuosa se podría requerir un 0.56% en peso de titanio.
Los pesos atómicos del niobio, hafnio, y tantalio son 92.9, 178.5, y 181.0 respectivamente. De esta forma, el contenido de niobio requerido para cosechar los mismos beneficios es de aproximadamente el doble de aquellos para Litanio . El contenido de hafnio o tantalio requerido para cosechar los mismos beneficios es de aproximadamente el cuádruple de aquellos para el titanio.
Por consiguiente, -las versiones estabilizadas del niobio de estas aleaciones para el servicio de corrosión acuosa podrían contener 0.05% en peso de carbono y 0.40% en peso de niobio (si la aleación no contiene nada de nitrógeno), y 0.64% en peso de niobio, si el nivel de impureza de nitrógeno es 0.035% en peso. Con un nivel de carbono del 0.11% en peso, y un nivel de impureza de nitrógeno del 0.035% en peso, para el servicio de corrosión acuosa se podría requerir un 1.12% en peso de niobio. Las aleaciones para un servicio a temperatura elevada, en ausencia de impurezas de nitrógeno, podría contener 0.05% en peso de carbono y 0.30% en peso de niobio.
Asimismo, las versiones estabilizadas con hafnio de estas aleaciones para el servicio de corrosión acuosa podrían contener 0.05% en peso de carbono y 0.80% en peso de hafnio
(si la aleación no contiene nada de nitrógeno), y 1.28% en peso de hafnio, si el nivel de impureza del nitrógeno es del 0.035% en peso. Con un nivel de carbono del 0.11% en peso, y un nivel de impureza de nitrógeno del 0.035% en peso, para el servicio de corrosión acuosa se podría requerir un 2.24% en peso de hafnio. Las aleaciones para el servicio de temperatura elevada, en ausencia de impurezas de nitrógeno, podrían contener 0.05% en peso de carbono y 0.60% en peso de ha fnio .
Asimismo, las versiones estabilizadas con tantalio de estas aleaciones para el servicio de corrosión acuosa podrían contener 0.05% en peso de carbono y 0.80% en peso de tantalio (si la aleación no contiene nada de nitrógeno), y 1.28% en peso de tantalio, si el nivel de impureza de nitrógeno es del 0.035% en peso. Con un nivel del carbono del 0.11% en peso, y un nivel de impureza de nitrógeno de 0.035% en peso, para el servicio de corrosión acuosa se podría requerir un 2.24% en peso de tantalio. Las aleaciones para el servicio a temperatura elevada, en ausencia de impurezas de nitrógeno, podrían contener 0.05% en peso de carbono y 0.60% en peso de tantalio.
La técnica anterior que se relaciona con otras aleaciones con alto contenido de cromo-níquel (patente de los Estados Unidos No. 6,740,291, Crook) indica que los niveles
de impureza de cobalto y tungsteno en las aleaciones de este tipo se pueden tolerar a niveles de hasta 5% en peso y 0.65% en peso respectivamente. Los niveles aceptables de impureza para azufre (hasta 0.015% en peso), fósforo (hasta 0.03% en peso) oxigeno (hasta 0.05% en peso), y calcio (hasta 0.05% en peso) se definen en la patente de los Estados Unidos No. 6,740,291. Estos limites de impureza se consideran adecuados para las aleaciones de esta invención.
Incluso aunque las muestras probadas estuvieron en la forma de hojas forjadas, las aleaciones deben exhibir propiedades comparables en otras formas forjadas tales como placas, barras, tubos y cables y en formas metalúrgicas de fundición y material pulverizado. También, las aleaciones de esta invención no se limitan a aplicaciones que implican la neutralización de ácidos y álcalis. De hecho, las mismas podrían tener aplicaciones mucho más amplias en las industrias para procesos químicos y, dado su alto contenido de cromo y la presencia de cobre, deberán ser útiles para resistir el espolvoreo de metales.
Dado un deseo de aumentar al máximo la resistencia a la corrosión de estas aleaciones, mientras que se optimice su estabilidad microestructural (facilitar así el procesamiento del forjado), se anticipa que la aleación ideal podría comprender 31% en peso de cromo, 5.6% en peso de
molibdeno, 3.8% en peso de cobre, 1.0% en peso de hierro, 0.5% en peso de manganeso, 0.3% en peso de aluminio, 0.4% en peso de silicio, y 0.03 hasta 0.07% en peso de carbono, con un resto de níquel, nitrógeno, impurezas y trazas de magnesio y elementos de tierra raras (si se utiliza para el control de azufre y oxígeno). De hecho, dos aleaciones, Q y R, con esta composición nominal preferida se han fundido exitosamente, forjado en caliente y enrollado en hojas. Como se observa a partir de la Tabla 2, ambas aleaciones Q y R exhibieron excelente resistencia a la corrosión en los medios corrosivos seleccionados. Además, con esta composición nominal objetivo, una producción a escala térmica (13,608 kg) de la aleación S se ha fundido y enrollado satisfactoriamente, confirmando con esto que la aleación tuvo excelente formabi 1 idad . Una variación correspondiente (típica de la práctica de las tiendas de fundido) podría ser 30 hasta 33% en peso de cromo, 5.0 hasta 6.2% en peso de molibdeno, 3.5 hasta 4.0% en peso de cobre, hasta 1.5% en peso de hierro, 0.3 hasta 0.7% en peso de manganeso, 0.1 hasta 0.4% en peso de aluminio, 0.1 hasta 0.6% en peso de silicio y 0.02 hasta 0.10% en peso de carbono, con un resto de níquel, nitrógeno, impurezas y trazas de magnesio y las tierras raras (si se utilizan para el control de azufre y oxígeno).
Claims (14)
1. Una aleación de niquel-cromo-molibdeno-cobre resistente a ácido sulfúrico al 70% a 93°C e hidróxido de sodio al 50% a 121 °C, caracterizado porque consiste esencialmente de: 27 hasta 33% en peso de cromo; 4.9 hasta 7.8% en peso de molibdeno; más del 3.1% en peso pero no más de 6.0% en peso de cobre ; hasta 3.0% en peso de hierro; 0.3 hasta 1.0% en peso de manganeso; 0.1 hasta 0.5% en peso de aluminio; 0.1 hasta 0.8% en peso de silicio; 0.01 hasta 0.11% en peso de carbono; hasta 0.13% en peso de nitrógeno; hasta 0.05% en peso de magnesio; hasta 0.05% en peso de elementos de tierra rara; hasta 0.56% en peso de titanio; hasta 1.12% en peso de niobio; hasta 2.24% en peso de tantalio; hasta 2.24% en peso de hafnio; con un resto de níquel e impurezas.
2. La aleación de niquel-cromo-molibdeno-cobre de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque las impurezas comprenden niveles de al menos uno de cobalto, tungsteno, azufre, fósforo, oxigeno y calcio.
3. La aleación de niquel-cromo-molibdeno-cobre de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque las aleaciones están en formas forjadas seleccionadas del grupo que consiste de hojas, placas, barras, cables, tubos, tuberías y forjados.
4. La aleación de níquel-cromo-molibdeno-cobre de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la aleación está en forma fundida.
5. La aleación de níquel-cromo-molibdeno-cobre de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la aleación está en forma metalúrgica de material pulverizado.
6. La aleación de níquel-cromo-molibdeno-cobre de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque consiste esencialmente de: 30 hasta 33% en peso de cromo; 5.0 hasta 6.2% en peso de molibdeno; 3.5 hasta 4.0% en peso de cobre; hasta 1.5% en peso de hierro; 0.3 hasta 0.7% en peso de manganeso; 0.1 hasta 0.4% en peso de aluminio; 0.1 hasta 0.6% en peso de silicio; 0.02 hasta 0.10% en peso de carbono.
7. La aleación de niquel-cromo-molibdeno-cobre de conformidad con la reivindicación' 1, caracterizada porque consiste esencialmente de: 31% en peso de cromo; 5.6% en peso de molibdeno;. 3.8% en peso de cobre; 1.0% en peso de hierro; 0.5% en peso de manganeso; 0.4% en peso de silicio; 0.3% en peso de aluminio; 0.03 hasta 0.07% en peso de carbono; con un resto de níquel, nitrógeno, impurezas y cantidades traza de magnesio.
8. La aleación de niquel-cromo-molibdeno-cobre de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque consiste esencialmente de: 31% en peso de cromo; 5.6% en peso de molibdeno; 3.8% en peso de cobre; 1.0% en peso de hierro; 0.5% en peso de manganeso; 0.4% en peso de silicio; 0.3% en peso de aluminio; 0.03 hasta 0.07% en peso de carbono; con un resto de níquel, nitrógeno, impurezas, cantidades traza de magnesio y cantidades traza de los elementos de tierras raras.
9. La aleación de niquel -cromo-mol ibdeno-cobre de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la aleación contiene al menos un formador de MC carburo.
10. La aleación de níquel-cromo-molibdeno-cobre de conformidad con la reivindicación 9, caracterizada porque el formador de MC carburo se selecciona del grupo que consiste de titanio, niobio, tantalio y hafnio.
11. La aleación del níquel-cromo-molibdeno-cobre de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la aleación contiene de 0.20 hasta 0.56% en peso de titanio.
12. La aleación del níquel-cromo-molibdeno-cobre de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque La aleación contiene de 0.30 hasta 1.12% en peso de niobio.
13. La aleación del níquel-cromo-molibdeno-cobre de conformidad con la reivindicación 1, caracteri ada porque la aleación contiene de 0.60 hasta 2.24% en peso de tantalio.
14. La aleación del níquel-cromo-molibdeno-cobre de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porqu¡ la aleación contiene de 0.60 hasta 2.24% en peso de hafnio.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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