MXPA04002017A - Aleacion de acero duplex. - Google Patents

Abstract

La presente invencion se refiere a una aleacion de acero inoxidable, mas precisamente se refiere a una aleacion de acero inoxidable duplex con una matriz ferritica-austenitica y con alta resistencia a la corrosion en combinacion con una buena estabilidad estructural y trabajado en caliente, en particular un acero inoxidable duplex con un contenido de ferrita de 40-65% y una composicion bien balanceada que imparte propiedades materiales a la corrosion, que la hace mas adecuada para uso en ambientes que contienen cloruro en comparacion con las primeras que han sido consideradas. El numero PRE- o PREW total excede 44 un numero PRE al menos entre 46 y 50 en ambas fases austenitica y ferritica, por lo que PRE=%Cr+3.3%Mo + 16N y PREW = %Cr + 3.3(%Mo+0.5%P)+16 N, en donde los % estan considerados como % en peso y la relacion entre el valor PRE(W) para la fase austenitica y el valor PW para la fase de ferrita estan entre 0.90 y 1.15. Estos propositos se cumplen de acuerdo con la presente invencion con las aleaciones de acero inoxidable duplex que contienen (en % en peso) hasta 0.03% de C, hasta 0.5% de si, 24.0-30.0% de Cr. 4.9-10.0% de Ni, 3.0-5.0% de Mo, 0.28-0.5% de N, 0-3.0% de Mn, 0-0.0030% de B, hasta 0.010%, 0-0.03% de Al, 0-0.010% de Ca, 0-3.0% de W, 0-2.0% de Cu, 0-3.5% de Co, 0-0.3% de Ru y el balance es Fe y las impurezas inevitables.

Description

ALEACIÓN DE ACERO DÚPLEX Campo Técnico de la Invención La presente invención se refiere a una aleación de acero inoxidable, más precisamente a una aleación de acero inoxidable dúplex con matriz ferrítica-austenítica y con alta resistencia a corrosión en combinación con buena estabilidad estructural y capacidad de trabajo en caliente, particularmente un acero inoxidable dúplex con un contenido de ferrita de 40-65 % en volumen y una composición bien balanceada, que . imparte al material propiedades de corrosión, que lo hace más adecuado para él uso en ambientes que contienen cloruro en comparación con las primeras que han sido consideradas .

^ Antecedentes de la Invención ¦ Durante los últimos años, los ambientes en los cuales se usaron materiales metálicos resistentes a la corrosión, llegaron a ser más agresivos, se incrementaron los requerimientos' de las propiedades de corrosión asi como sus propiedades mecánicas . Las aleaciones de acero dúplex, que se establecieron como una alternativa a los grados de acero usados hasta la fecha, como por ejemplo acero austeníticos de alta aleación, aleaciones basadas en níquel u otros aceros de .alta aleación, no se eximen de este desarrollo . Una medida establecida para la resistencia a la. corrosión en ambientes que contienen cloro es el llamado equivalente de resistencia a picadura (abreviado PRE) , que se define como PRE=%Cr+3.3%Mo+16%N donde los porcentajes para cada elemento aluden a por ciento en peso. Un valor numérico alto indica una mejor resistencia a la corrosión en particular contra corrosión por picadura. Los elementos de aleación esenciales, que afectan esta propiedad, están de acuerdo a la fórmula Cr, Mo, N. Un ejemplo para este grado de acero es evidente de EP0220141, que por lo cual esta referencia se incluye en esta descripción. Este grado de acero con la denotación SAF2507 (U S S32750) se alió principalmente con altos contenidos de Cr, Mo y N. Desarrollado consecuentemente contra esta propiedad con lo anterior toda buena resistencia a la corrosión en ambientes de cloruro. En los años recientes, también los elementos Cu y W, ha mostrado ser adiciones eficientes de aleación para la optimización adicional de las propiedades de corrosión del acero en ambientes de cloruro. El elemento W entonces se ha usado como sustituto para una porción de Mo, como por ejemplo, en la aleación comercial- DP3W (UNS S39274) o Zeron 100, que contiene 2.0 % respectivamente 0.7 % de W. Este último contiene aún 0.7 % de Cu con el propósito de incrementar la resistencia a la corrosión de la aleación en ambientes ácidos . La adición de aleación de tungsteno conduce a un desarrollo adicional de la medida para la resistencia a la corrosión y de este modo, la fórmula de PRE a la fórmula de PREW, .que también .hace más clara la relación entre la influencia de o y W en la resistencia a la corrosión de las aleaciones . PREW=%Cr+3.3 (% o+0.5%W) +16%N, tal como se describe por ejemplo en la EP 0,545,753. Esta publicación se refiere a una aleación de acero dúplex con propiedades de corrosión en general mejoradas. Los grados de acero descritos con anterioridad tienen u . número de PRE, a pesar del método de cálculo, que está por arriba de 40. De las aleaciones con buena resistencia a la corrosión en ambientes de cloruro también se debe mencionar SAF 2906, composición que "aparece de la EP 0,708,845. esta aleación, que se caracteriza por mayores contenidos de Cr y N en. comparación a por ejemplo SAF2507, ha mostrado ser especialmente adecuada para el uso en ambientes, donde es de importancia la resistencia a corrosión intergranular y corrosión en carbamato de amonio, pero también tiene una alta resistencia a la corrosión en ambientes que contienen cloruro . La US-A-4 , 985 , 091 describe una aleación propuesta para- el uso en ambientes de ácido clorhídrico y sulfúrico, donde surge principalmente corrosión intergranular. Se propone principalmente como alternativa a los aceros austeníticos recientemente usados. La US-A-6, 048 , 413 describe una aleación inoxidable dúplex como alternativa a aceros inoxidables austeníticos, propuestos para el uso en ambientes y contienen cloruro. La desventaja con las aleaciones descritas anteriormente, todas con altos números de P E, es la aparición de precipitaciones intermetálicas duras y quebradizas en el acero, como por ejemplo la fase sigma, especialmente después del tratamiento térmico, tal como por ejemplo por soldadura bajo procesamiento posterior. Esto da por resultado un material más duro con una pobre capacidad de trabajo y finalmente una resistencia deteriorada a la corrosión. A fin de mejorar adicionalmente entre otras cosas la resistencia a la corrosión por picadura de los aceros inoxidables dúplex, se requiere un incremento del número de PRE tanto en la fase de ferrita como en la fase de austenita, sin que por ello se ponga en peligro la estabilidad estructural o capacidad de trabajo del material. Si la composición en las dos fases no es equivalente con respecto a los componentes activos de aleación, una fase llega a ser más sensible para la corrosión por picadura y hendidura. En consecuencia, la fase que es más sensible a la corrosión disminuye la resistencia, en tanto que ' se disminuye la estabilidad estructural por la fase de más alta aleación.

Breve Descripción de la Invención Por lo tanto es un objeto de la presente invención proporcionar una aleación de acero inoxidable dúplex, que muestra alta resistencia a. la corrosión en combinación con propiedades mecánicas mejoradas y que es más apropiada para el uso en ambientes donde se requiere una alta resistencia a corrosión general h corrosión localizada, tal como por ejemplo en ambientes que contienen cloruro. Es otro objeto de la presente invención proporcionar una aleación de acero inqxidable dúplex con un contenido de ferrita en el intervalo de 40 a 65 % en volumen y un número de PRE de al menos entre 46 y 50 tanto en la fase de austerita como de ferrita y con una relación óptima entre austerita de PRE y ferrita de PRE en el intervalo de 0.90 a 1.15; de manera preferente entre 0.9 y 1.05. Es un objeto adicional de la presente invención proporcionar una aleación de acero inoxidable dúplex con un valor de Temperatura Crítica de Corrosión por Picadura (posteriormente en la presente abreviada CPT) mayor de 90°C, de manera preferente mayor de 95°C y un valor de Temperatura Crítica de Corrosión por Hendidura (posteriormente abreviada CCT) de menos de 50 °C en 6 % de FeCl3, de manera preferente al menos. 60°C en 6 % de FeCl3. Es un objeto adicional de la presente invención proporcionar una aleación con resistencia al impacto de al menos 100 J a temperatura ambiente y un alargamiento después de la prueba por tracción de al menos 25 % a temperatura ambiente. Por su alto contenido de aleación, al material de acuerdo con la presente invención muestra una capacidad de trabajo notablemente buena, en particular capacidad de trabajo en caliente y de este modo debe ser muy adecuado para ser usado por ejemplo para la producción de barras, tubos, tal como tubos soldados y sin costura, placas, tiras, alambres, alambres de soldadura, partes de construcción tal como por ejemplo bombas, válvulas, rebordes y acoplamientos. · Estos objetos se cumplen de acuerdo a la presente invención con aleaciones de acero inoxidable dúplex, que contiene (en % en peso) hasta 0.03% de- C, hasta 0.5% de Si, 24.0-30.0% de Cr. 4.9-10.0% de Ni, 3.0-5.0% de Mo, 0.28-0.5% de N, 0-3.0% de Mn, 0-0.0030% de B, hasta 0.010%' de S, 0-0.03% de Al, 0-0.010% de Ca, 0-3.0% de , 0-2.0% de Cu, 0-3.5% de Co, 0-0.3% de Ru y el resto es Fe e impurezas inevitables .

Breve Descripción de las Figuras La Figura 1 muestra valores de CPT de pruebas de caldos de prueba en la prueba ASTM G48C modificada en solución "de Muerte Verde" en " comparación a los aceros dúplex SAF2507, SAF 2906 así como aquel de acero austenítico 654SM0 de alta aleación. La Figura 2 muestra valores de CPT logrados con la ayuda de la prueba de ASTM G48C modificada en solución "de Muerte Verde" para los caldos de prueba en comparación con acero dúplex SAF2507 así, como el acero austenitico 654SM0. La Figura 3 muestra la cantidad promedio de avfrátningen en mm/año en HC1 al 2% a una temperatura de 75°C. , ' La Figura 4 muestra puntuaciones de la prueba de conductibilidad en caliente para la mayoría de los caldos.

Descripción Detallada de la Invención Un trabajo de desarrollo sistemático ha mostrado sorprendentemente que por medio de una combinación bien balanceada de los elementos Cr, Mo, Ni, N, Mn y Co se puede obtener una aplicación óptima de los elementos en ferrita y austenita, que permite un material con muy buena resistencia a la corrosión sólo con una cantidad insignificante de fase sigma en el material . El material obtiene aún ¥ buena capacidad de trabajo, que permite la extrusión en tubos sin costura. Se. muestra que con el propósito de obtener una combinación de alta resistencia a la corrosión con respecto a una buena estabilidad estructural como se requiere, se requiere una combinación mucho más estrecha de los elementos de la aleación en el material . La aleación de. acuerdo con la invención contiene (en % en peso) : Máxmo 0.03% Máximo 0.5% 0-3.0% 2 .0-30.0% 4.9-10.0% 3.0-5.0% 0.28-0.5% 0-0.0030% Máximo 0.010% 0-3.5% 0-3.0% 0-2.0% 0-0.3% 0-0.03% 0-0.010% el resto Fe e impurezas que se presentan normales y adiciones, por lo que el contenido de ferrita es 40-65 en volumen. El carbono (C) tiene solubilidad limitada tanto en ferrita como en austenita. La solubilidad limitada implica un riesgo de precipitación de carburos de cromo y el contenido por lo tanto no debe excede el 0.03% en peso, de manera preferente no debe exceder de 0.02% en peso. El silicio (Si) se utiliza como un agente de des-oxidación en la producción de ¦ acero así como para incrementar la capacidad de flujo durante la producción y soldadura. Sin embargo, contenidos demasiado altos de Si conducen a la precipitación de fase intermetálica indeseada, por lo que el contenido se limita a .un máximo de 0.5% en peso, pero de manera preferente un máximo de ?.3% en peso. El manganeso (Mn) se adiciona a fin de incrementar la solubilidad de N en el material. Sin embargo, se ha mostrado que Mn sólo tiene una influencia' limitada en la solubilidad de N en el tipo de aleación en cuestión. En cambio se encuentran otros elementos con mayor inf^encia en la solubilidad. Además, el Mn en combinación con altos contenidos de azufre puede ocasionar formación de sulfuros de manganeso, que actúan como puntos de inicio para la corrosión. El contenido de Mn por lo tanto se debe limitar a entre 0-3.0% en peso, dé manera preferente 0.5-1.2% en peso.

El cromo (Cr) es un elemento muy activo a fin de mejorar la resistencia a la mayoría de los tipos de corrosión. Adicionalmente, un alto contenido de cromo implica que se obtiene una' muy buena solubilidad de N en el material. De esta manera, es deseable mantener el contenido de Cr tan alto como sea posible' a fin de mejorar la resistencia a la corrosión. Para muy buenas cantidades de resistencia a la corrosión, el contenido de cromo debe ser al menos 24.0% en peso, de manera preferente 27.0-29.0% en peso.- Sin embargo, altos contenidos de Cr incrementan el riesgo de precipitaciones intermetálicas, razón por la cual el contenido de cromo se debe limitar a- su máximo de 30.0% en peso. , El níquel (Ni) se usa como elemento de estabilización de austenita y se adiciona en contenidos adecuados a fin de tener el contenido deseado de ferrita. A fin de obtener la relación deseada entre la fase austenítica y ferritica ¦ con entre 40-65 % en volumen, de ferrita, se requiere una adición de entre 4.9-10.0% en peso del níquel, de manera preferente 4.9-8.0 % en peso. El molibdeno (Mo) es un elemento activo, que mejora la resistencia a la corrosión en ambientes con cloruro así como de manera preferente en ácidos reductores. Un contenido de Mo demasiado alto en combinación con aquel de los contenidos de Cr, implica el riesgo de incremento en las precipitaciones intermetálicas. El contenido de Mo en la presente invención debe estar en el intervalo de 3.0-5.0 % en peso, de manera preferente 3.6-4.7 % en peso, en particular 4.0-4.3 % en peso. El nitrógeno (N) es un elemento muy activo, que incrementa la resistencia a la corrosión, la estabilidad estructural asi como la resistencia del material. Además, un alto contenido de N mejora la recuperación de la austenita después de la soldadura, lo que da buenas propiedades dentro del punto soldado. A fin de obtener un buen efecto de N, se deben adicionar al menos 0.28 % en peso de M. A altos contenidos de N, se incrementa el riesgo de precipitación de nitruros de cromo, especialmente cuando de manera simultánea el contenido de cromo es alto. Además, un alto contenido de N implica que el riesgo de porosidad se incrementa debido a la solubilidad excedida de N en la masa fundida. Por estas razones el contenido de N se debe limitar a un máximo de 0.5 % en peso, de manera preferente >0.35-0.45 % en peso de N se adiciona. El boro (B) se adiciona sin incrementar la capacidad de trabajo en caliente del material. A un contenido demasiado alto de boro,, la capacidad de soldadura así como la resistencia a la corrosión pueden deteriorarse. Por lo tanto, el contenido del boro se debe limitar a 0.0030 % en peso.

El azufre (S) tiene influencia en la resistencia a la corrosión de forma negativa al formar sulfuros solubles. Además, la capacidad de trabajo en caliente se deteriora, razón por la cual el contenido en azufre se limita a un máximo de 0.010 % en peso. El Cobalto (Co) se adiciona a fin de mejorar en primer lugar la estabilidad estructural así como la resistencia a la corrosión El Co . es un elemento de estabilización de austenita. A fin de obtener efecto debe ser al men'os 0.5 % en peso, de manera preferente al menos 1.5 % en peso se debe adicionar. Debido a que el cobalto es un elemento relativamente costoso, la adición de cobalto se limita de este modo a un máximo de 3.5 % en peso. El tungsteno incrementa la resistencia a la corrosión por picadura y hendiduras. Debido a que la adición de contenidos demasiado altos de tungsteno en combinación con los contenidos de Cr así como contenidos altos de Mo, significa que se incrementa el riesgo de precipitaciones intermetálicas. El contenido de W en la presente invención debe estar en el intervalo de, 0-3.0 % ¦ en peso, de manera preferente entre 0.5 y 1.8 % en peso.' El cobre se adiciona a fin de mejorar la resistencia en general a la corrosión en ambientes ácidos tal como ácido sulfúrico. Al mismo tiempo, Cu tiene influencia en la estabilidad estructural. Sin embargo, altos contenidos de Cu implica que se excederá la solubilidad de sólidos. Para esto, el contenido de Cu se debe limitar a un máximo de 2.0 % en peso, de manera preferente entre 0.5 y 1.5 % en peso . El rutenio ( u) se adiciona' a fin de incrementar la resistencia a la corrosión. Debido a que el rutenio es un elemento muy costoso, el contenido se debe limitar a un máximo de 0.3 % en peso, de manera más preferente más de 0 y hasta 0.1 % en peso . .Se usan aluminio (Al) y calcio (Ca) como agentes de desoxidación en la producción de acero. El contenido de Al se debe limitar a un máximo de 0.03 % en peso a fin de limitar la formación de nitruros. El Ca tiene un efecto favorable en la ductibilidad en caliente. Sin embargo, el contenido de Ca se debe limitar a 0.010 % en peso a fin de evitar una cantidad indeseada de escoria. El contenido de ferrita es importante a fin de obtener buenas propiedades mecánicas y propiedades de corrosión así como buena capacidad de soldadura. Desde un punto de vista de la corrosión y un punto de vista de la capacidad de soldadura, es deseable un contenido de ferrita entre 40-65% a fin de obtener buenas propiedades. Además, altos contenidos de ferrita implican que la resistencia al impacto a bajas temperaturas así como la resistencia a riesgos , de fragilidad inducidos por hidrógeno que deterioran. El contenido de ferrita por lo tanto es de 40-65% en volumen, de manera preferente 42-60% en volumen, en particular 45-55% en volumen. Descripción de las Modalidades Preferidas Los ejemplos que siguen, la composición de varios caldos de prueba se presenta, lo que ilustra el efecto de los diferentes elementos de la aleación en las propiedades. El caldo 605182 representa una composición de referencia ? en consecuencia no es parte del campo de esta invención. Ni se deben considerar los caldos restantes como que limitan a la invención, sino sólo los ejemplos específicos de los caldos, que ilustran la invención de acuerdo a las reivindicaciones. Los números o valores de PRE especificados consideran siempre cantidades calculadas de acuerdo a' la fórmula de PREW, aunque1 esto no se menciona de forma explícita.

Ejemplo 1 Los caldos de prueba de acuerdo con este ejemplo se produjeron al fundir lingotes de 170 kg en laboratorio, que se forjaron en caliente a barras redondas. Éstas se extrujeron en caliente a barras (barras redondas, así como barras planas) donde el material de prueba se extrajo de las barras redondas . Además las barras redondas se recocieron antes de que tome lugar la laminación en frío, después de lo cual se toma material de prueba adicional. Desde un punto de vista de ingeniería de material, el proceso se puede considerar que es representativo de la preparación a mayor escala, por ejemplo, para la producción de tubos sin costura por el método de extrusión, seguido por laminación en frío. La Tabla 1 muestra la composición del primer lote de caldos de prueba. Tabla 1 Composiciones de caldos de prueba, %¦ en peso Con el propósito de investigar la estabilidad estructural, se recocieron muestras de cada caldo a 900 t 1150°C con pasos de 50°C conforme se enfriaron con aire, y luego agua. A las' menores temperaturas se formó la fase intermetálica. La menor temperatura, donde la cantidad de fase intermetálica llegó a ser insignificante, se determinó con ayuda de estudios de microscopía óptica. Se recocieron nuevas muestras del caldo respectivo después de la temperatura bajo cinco minutos, después de lo cual las muestras se enfriaron con una velocidad constante de enfriamiento de -140° c/min hasta temperatura ambiente. De manera subsiguiente, la fracción de área de la fase sigma en los materiales se determinó con exploración digital de las imágenes con electrones de retro-dispersión . en un microscopio de exploración electrónica. Los resultados aparecen en la Tabla 2. Se calculó Tmax sigma con Termo-Cale (base de datos termodinámica N versión TC para acero TCFE99) en base a cantidades características para todos los elementos especificados en las diferentes variaciones. Tmax sigma es la temperatura de disolución para la fase sigma, donde altas temperaturas de disolución indican menor estabilidad estructural. · - - Tabla 2 El propósito de esta investigación . es ser capaces de clasificar el material con respecto a la estabilidad estructural, es decir, esto no es el ..contenido real de la fase sigma en las muestras, que se trataron con. caldo y se enfriaron rápidamente antes de por ejemplo la prueba de corrosión. Se puede ver que Tmax sigma, que se calculó con Termo-Cale no coincide directamente con las cantidades medidas de la fase sigma, sin embargo, se distingue que los caldos de prueba con. los Tmax sigma calculados menores contienen la menor cantidad de fase sigma durante esta investigación.

Las propiedades de corrosión por picadura de todos los caldos se probaron para la clasificación en la llamada solución de "Muerte Verde" que consiste de 1% de FeCl3f 1% de CuCl2, 11% de H2S04, 1.2% de HCl . El procedimiento de prueba es equivalente a la prueba de corrosión por picadura de acuerdo a ASTM G48C sin embargo, .se llevará a cabo en la solución de "Muerte Verde" más agresiva. Además, algunos de los caldos se probaron de acuerdo a ASTM G48C (2 pruebas por caldo) . También la prueba electroquímica en 3% de NaCl (6 pruebas por caldo) se llevó a cabo. Los resultados en forma de Temperatura Crítica de Picadura (CPT) de todas las pruebas aparecen, de la Tabla 3 , tal como el número de PREW (Cr+3.3 (Mo+0.5 ) +16N) para la composición total en la aleación así como para austenita y ferrita. La indexación alfa se refiere a ferrita y gamma se refiere a austenita.

Tabla 3 Se establece que existe una relación lineal, entre el número de PRE más bajo en la austenita o ferrita y el valor de CPT en el acero dúplex, pero los resultados en la Tabla 3 muestran que el número de PRE no sólo explica los valores de CPT. En la Figura 1, los valores de CPT de la prueba en la prueba de ASTM G48C modificada se muestran esquemáticamente. Los aceros dúplex SAF2507, SAF2906 así como el acero austenítico de alta aleación 654SMO se incluyen como referencia. Se distingue de estos resultados que todos los materiales de prueba muestran mejor CPT en la ASTM G48C que el SAF2507 así como SAF2906. Además, algunos de los materiales de prueba muestran, resultados de CPT en la ASTM G48C modificada al mismo nivel como o en exceso de 654SMO. El caldo de prueba 605183, con aleación con cobalto muestra buena estabilidad estructural a una velocidad controlada de enfriamiento de (-140°C/min) a pesar de que contiene altos contenidos de cromo así como de molibdeno, • muestra mejores resultados que SAF2507 y SAF2906. Parece de esta investigación que un alto PRE no solo explica los . valores de CPT, sino la relación de austenita de PRE/ferrita de PRE es de peso extremo para las propiedades de los aceros dúplex de alta aleación y una nivelación muy estrecha y exacta entre los elementos de aleación. se requiere a fin de obtener esta relación óptima, que está entre 0.9-1.15; de manera preferente 0.9-1.05 y de manera simultánea obtiene valores de PRE de por arriba de 46. La relación de austenita de PRE/ferrita de PRE contra CPT en la prueba de ASTM G48C modificada para los caldos de prueba se da en la Tabla 3. La resistencia a temperatura ambiente (RT) , 100 °C y 200°C y la resistencia al impacto a temperatura ambiente (RT) se han determinado para todos los caldos y se muestra como cantidad promedio para tres pruebas . El espécimen de prueba a la tracción (DR-5C50) se fabricó de barras extruidas, con diámetro de 20 mm, que se trataron térmicamente a temperaturas de acuerdo a la Tabla 2 en 20 minutos seguido por enfriamiento ya sea en aire o en agua (605195, 605197, 605184) . ' Los resultados de estas pruebas se presentan en las Tablas 4 y 5. Los resultados de la prueba de tracción muestran que los contenidos de cromo, nitrógeno y tungsteno tienen influencia fuertemente en la resistencia al impacto del material. Además de 605153, todos los caldos cumplen con el requisito de un alargamiento de 25% en la prueba de resistencia a la tracción a temperatura ambiente (RT) .

Tabla 4 Tabla 5 Resistencia al im acto Esta investigación muestra muy distinto que el enfriamiento con agua es ciertamente necesario a fin de obtener la mejor estructura y en consecuencia buenos valores para la resistencia al impacto. El requisito es 100 J en la prueba a temperatura ambiente y todos los caldos pasan esto, excepto el caldo 605184 y 605187, donde ciertamente este último está muy cerca del requisito. La Tabla 6 muestra los resultados de la prueba de re-fusión de Tungsteno-Gas Inerte (abreviada posteriormente TIG) , donde los caldos 605193, 605183, 605184 así como 605253 muestran una buena estructura en la zona afectada por el caldo (zona afectada por el caldo, abreviada posteriormente HAZ) . Los caldos que contienen Ti muestran Tin en HAZ. Un contenido de cromo y nitrógeno demasiado alto da por resultado precipitación de Cr2N, que se debe evitar debido a que deteriora las propiedades del material.

Tabla 6 Caldo Precipitaciones Gas protector Ar (99.99%) 605193 HAZ: CORRECTO 605195 HAZ: Grandes cantidades de TIN y fase s 605197 HAZ: Pequeñas cantidades de Cr2N en gramos d, pero no mucho 605178 HAZ: Cr2N en gramos d, otro es CORRECTO 605183 HAZ: CORRECTO 605184 HA : CORRECTO 605187 HAZ: Cr2N completamente cerca de la unión de fusión, no precipitaciones 605153 HAZ: CORRRECTO 605182 HAZ: TIN y límites de granos decorados d/d Ejemplo 2 En el ejemplo mencionado anteriormente, se da la composición de un número adicional de caldos de prueba producidos con el propósito de encontrar la composición óptima. Estos caldos modifican iniciando de las propiedades de los caldos con buena estabilidad estructural asi como alta resistencia a la corrosión, ' de los resultados, que se muestran en el Ejemplo 1. Todos los caldos en la Tabla 7 se incluyen en la composición de acuerdo a la presente invención, donde los caldos 1-8 se incluyen en un modelo de prueba estadística, en tanto que los caldos e a n son aleaciones de prueba adicionales dentro del alcance de esta invención. Varios caldos de prueba se produjeron al fundir-lingotes de 270kg, que _,se forjaron en caliente a barras redondas. Éstas se extruyeron a barras, de donde se toman las muestras de prueba. Posteriormente la barra se recoció antes de que ejecutara la laminación en frío a barras planas, después de eso se tomó material de prueba adicional. La Tabla 7 muestra la composición para estos caldos de prueba .

Tafc>: a 7 Caldo n Cr Ni o W Co Cu u B N 1 605258 1.1 29.0 6.5 4.23 1.5 0.0018 0.46 2 605249 1.0 28.8 7.0 4.23 1.5 0.0026 0.38 3 605259 1.1 29.0 6.8 4.23 0.6 0.0019 0.45 4 605260 1.1 27.5 5.9 4.22 1.5 0.0020 0.44 5 605250 1.1 28.8 7.6 4.24 0.6 0.0019 0.40 6 605251 1.0 28.1 6.5 4.24 1.5 0.0021 0.38 7 605261 1.0 27.8 6.1 4.22 0.6 0.0021 0.43 8 605252 1.1 28.4 6.9 4.23 0.5 0.0018 0.37 e 605254 1.1 26.9 6.5 4.8 1.0 0.0021 0.38 f 605255 1.0 28.6 6.5 4.0 3.0 0.0020 0.31 g 605262 2.7 27.6 6.9 3.9 1.0 1.0 0.0019 0.36 h 605263 1.0 28.7 6.6 4.0 1.0 1.0 0.0020 0.40 in 605253 1.0 28.8 7.0 4.16 1.5 0.0019 0.37 j 605266 1.1 30.0 7.1 4.02 0.0018 0.38 k 605269 1.0 28.5 7.0 3.97 1.0 1.0 0.0020 0.45 1 605268 1.1 28.2 6.6 4.0 1.0 1.0 1.0 0.0021 0.43 ra 605270 1.0 28.8 7.0 4.2 1.5 0.1 0.0021 0.41 n 605267 1.1 29.3 6.5 4.23 1.5 0.0019 0.38 Tabla 8 Termo-Cale Los valores de Termo-Cale de acuerdo a la Tabla 8 (base de datos termodinámica versión N de para TCFE99) se basan en las cantidades características para todos los elementos especificados en las diferentes variaciones. El número de PRE para la ferrita y austenita se basa en su composición de equilibrio a 1100 °C. Tmax sigma es la temperatura de disolución para la fase sigma, donde altas temperaturas de disolución indican menor estabilidad estructural . La distribución de los elementos de aleación en la fase de ferrita y austenita se examinó con análisis por microsonda, los resultados aparecen de la Tabla 9.

Tabla 9 Caldo Fase Cr Mn Ni Mo Co Cu N 605258 Ferrita 29.8 1.3 4.8 5.0 1.4 0.11 Austenita 28.3 1.4 7.3 3.4 1.5 0.60 605249 Ferrita 29.8 1.1 5.4 5.1 1.3 0.10 Austenita 27.3 1.2 7.9 3.3 1.6 0.53 605259 Ferrita 29.7 1.3 5.3 5.3 0.5 0.10 Austenita 28.1 1.4 7.8 3.3 0.58 0.59 605260 Ferrita 28.4 1.3 4.4 5.0 1.4 0.08 Austenita 26.5 1.4 6.3 3.6 1.5 0.54 605250 Ferrita 30.1 1.3 5.6 5.1 0.46 0.07 Austenita 27.3 1.4 8.8 3.4 0.53 0.52 605251 Ferrita 29.6 1.2 5.0 5.2 1.3 0.08 Austenita 26.9 1.3 7.6 3.5 1.5 0.53 60-5261 Ferrita 28.0 1.2 4.5 4.9 0.45 0.07 Austenita 26.5 1.4 6.9 3.3 0.56 0.56 605252 Ferrita 29.6 1.3 5.3 5.2 0.42 0.09 Caldo Fase Cr Mn Ni Mo W Co Cu N Austenita 27.1 1.4 8.2 3.3 0.51 0.48 605254 Ferrita 28.1 1.3 4.9 5.8 0.89 0.08 Aus enit 26.0 1.4 7.6 3.8 1.0 0.48 605255 Ferrita 30.1. 1.3 5.0 4.7 2.7 0.08 Austenita 27.0 1.3 7.7 3.0 3.3 0.45 605262 Ferrita 28.8 3.0 5..3 4.8 1.4 0.9 0.08 Austenita 26.3 3.2 8.1 3.0 0.85 1.1 0.46 605263 Ferrita 29.7 1.3 5.1 5.1 1.3 0.91 0.07 Austenita 27.8 1.4 7.7 3.2 0.79 1.1 0.51 605253 Ferrita 30.2 1.3. 5.4 5.0 1.3 0.09 Austenita 27.5 1.4 8.4 3.1 1.5 0.48 605266 Ferrita 31.0 1.4 5.7 4.8 0.09 Austenita 29.0 1.5 8.4 3.1 0.52 605269 Ferrita 28.7 1.3 5.2 5.1 1.4 0.9 0.11 Austenita 26.6 1.4 7.8 3.2 0.87 1.1 0.52 605268 Ferrita 29.1 1.3 5.0 4.7 1.3 0.91 0.84 0.12 Austenita 26.7 1.4 7.5 3.2 0.97 1.0 1.2 0.51 605270 Ferrita 30.2 1.2 5.3 5.0 1.3 0.11 Austenita 27.7 1.3 8.0 3.2 1.4 0.47 605267 Ferrita 30.1 1.3 5.1 4.9 1.3 0.08 Austenita 27.8 1.4 7.6 3.1 1.8 0.46 Las propiedades' de corrosión por picadura de todos los caldos se han probado en la solución de "Muerte Verde" (1% de FeCl3, 1% de CuCl2, 11% de H2S04, 1.2% de HCl) para la clasificación. Los procedimientos de prueba son los mismos como la prueba de corrosión por- picadura de acuerdo a ASTM G48C, pero la prueba se ejecutará en una solución más agresiva que 6% de FeCl3, la llamada solución "de Muerte Verde" . También, la prueba de corrosión general en 2% de HCl (2 pruebas por caldo) se ejecutó para la clasificación antes de la prueba del punto de rocío. Los resultados de estas pruebas aparecen de la Tabla 10, Figura 2 y Figura 3. Todos los caldos probados se desempeñaron mejor que SAF2507 en la solución de "Muerte Verde" . Todos los caldos están dentro del intervalo identificado de 0.9-1.15, de manera preferente 0.9-1.05 es aplicable para la relación a austenita de PRE/ferrita de PRE al mismo tiempo como PRE tanto en la austenita como en ferrita está en exceso de 44 y para la mayoría de los caldos aún considerable en exceso de 44. Algunos de los caldos lograron aún el límite de PRE 50 total. Es muy interesante señalar que el caldo 605251, con aleación de 1.5 % en peso de cobalto, se desempeña casi equivalente con el caldo 605250, que tiene con aleación con 0.0S % en peso de cobalto, en la solución de "Muerte Verde" a pesar del menor contenido de cromo en el caldo 605251. Es particularmente sorprendente e interesante debido a que el caldo S05251 tiene un número de PRE de aproximadamente 48, que está en exceso de algunas superaleacxones dúplex comerciales de la actualidad, simultáneamente como el valor de Tma sigma por abajo de 1010°C que indica una buena estabilidad estructural en base a los valores en la Tabla 2 en el Ej emplo 1. En la Tabla 10 se indica aún ' el número de PREW (%Cr+3.3% ( o+0.5%W) +16%N) para la composición total de la aleación y PRE en austenita así como en ferrita (redondeado) en base a la composición de las fases como se mide con micro- sonda. Se midió el contenido de ferrita después del tratamiento térmico a 1100 °C seguido por enfriamiento con agua .

Tabla 10 Caldo a-alto PREW PRE a PRE ? PRE ?/ CPT°C total PREa Muerte verde 605258 48.2 50.3 48.1 49.1 1.021 605249 59.8 48.9 48.3 46.6 0.967 75/80 605259 49.2 50.2 48.8 48.4 0.991 605260 53.4 48.5 46.1 47.0 1.019 605250 53.6 4S .2 48.1 46.8 0.974 95/80 605251 54.2 48.2 48.1 46.9 0.976 90/80 605261 50.8 48.6 45.2 46.3 1.024 605252 56.6 48.2 48.2 45.6 0.946 80/75 605254 53.2 48.8 48.5 46.2 0.953 90/75 605255 57.4 46.9 46.9 44.1 0.940 90/80 605262 57.2 47.9 48.3 45.0 0.931 605263 53.6 49.7 49.8 47.8 0.959 605253 52.6 48.4 48.2 45.4 0.942 85/75 605266 62.6 49.4 48.3 47.6 0.986 605269 52.8 50.5 49.6 46.9 0.945 605268 52.0 49.9 48.7 47.0 0.965 605270 57.0 49.2 48.5 45.7 0.944 605267 59.·8 49.3 47.6 45.4 0.953 A fin de examinar más cercanamente la estabilidad estructural en detalle, las muestras se recocieron durante 20 minutos a 1080°C, 1100°C y 1150°C, después de lo cual se enfriaron rápidamente con agua. La temperatura, donde la cantidad de fase intermetálica llega a ser insignificante, se determinó con la ayuda de investigaciones en un microscopio óptico. Una comparación de la estructura de los caldos después del recocido a 1080 °C seguido por enfriamiento con agua indica que cualquiera de los caldos es más sospechoso de contener una fase sigma indeseada. Los resultados se muestran en la Tabla 11. El control de la estructura muestra que los caldos 605249, 605251, 605252, 605253,· 605254, 605255, 605259, 605260, 605266 así como 605267 están libres de fase sigma indeseada. Además, el caldo 605249, con aleación de 1.5 % en peso de cobalto, está libre de la fase sigma, en tanto que el caldo 605250, con aleación de 0.6 % en peso de cobalto, contiene una cantidad muy pequeña de fase sigma. Ambos caldos se alearon con altos contenidos de cromo, aproximadamente 29.0 % en peso y el contenido de molibdeno de aproximadamente 4.25 % en peso. Si se comparan las composiciones de los caldos 605249, 605250, 605251 y 605252 con el contenido de la fase sigma, es muy distintivo que el intervalo de composición para ese material óptimo es muy estrecho, en este caso con respecto a la estabilidad estructural. Además muestra que el caldo 605268 contiene solo fase sigma en comparación al caldo 605263, que contiene mucha fase sigma. En tanto que se distingue principalmente que los caldos entre sí es la adición de cobre al caldo 605268. El caldo 605266 y también 605267 están libres de la fase sigma; a pesar de un alto contenido de cromo, este último caldo tiene aleación con cobre. Además, los caldos 605262 y 605263 con adición de 1.0 % en peso de tungsteno muestran una estructura con una mucho mayor fase sigma, en tanto que es interesante señalar que el caldo 605269, junto con 1.0 % en peso de tungsteno pero con alto contenido de nitrógeno que 605262 y 605263 muestran una cantidad considerablemente más pequeña de fase sigma. En consecuencia, un equilibrio muy bien nivelado entre los diferentes elementos de aleación en estos altos contenidos de aleación se requiere por ejemplo de cromo y molibdeno a fin de obtener buenas propiedades estructurales. La Tabla 11 muestra los resultados del examen óptico después del recocido a 1080°C, 20 minutos seguido por enfriamiento con agua. La cantidad de fase sigma se especifica con valores de 1 a 5, donde 1 representa que no se detectó fase sigma en el examen, en tanto que 5 representa que se detectó un contenido muy alto de fase sigma en el examen.

Tabla 11 En la Tabla 12, se muestran los resultados de la prueba de resistencia al impacto de algunos de los caldos.

Los resultados son muy buenos, lo que indica una buena estructura después del recocido a 1100°C seguido por enfriamiento rápido con agua y el requerimiento de 100J se manejará con mayor margen de todos los caldos probados.

Tabla 12 La Figura 4 muestra los resultados de la prueba de ductibilidad en caliente para la mayoría de los caldos. Una buena capacidad de trabajo es por supuesto de vital importancia a fin de ser capaces de producir el material para producir formas. tal como barras, tubos tal como. tubos soldados y sin costuras, placas, tiras, alambres, alambres de soldadura, elementos de construcción, tal como por ejemplo rebordes y acoplamientos. Los caldos 605249, 605250, 605251, 605252, 605255, 605266 asi como 605267 muestran valores de ductibilidad en caliente algo mejorados.

Resumen de los resultados de la prueba A fin de obtener buenas propiedades de corrosión, de manera simultánea como el material muestra buena estabilidad estructural, capacidad de trabajo en caliente y capacidad de soldadura, el material debe ser optimizado de acuerdo a lo siguiente: - Número de PRE en ferrita debe exceder 45, pero de manera preferente ser al menos 47. - Número de PRE en austénita debe exceder 45, pero de manera preferente al menos 47. - Número de PRE para la aleación completa debe ser al menos preferentemente 46. - La relación austénita de PRE/ferrita de PRE debe estar en el intervalo de 0.9-1.15; de manera preferente en el intervalo de 0.9-1.05. - El contenido de ferrita debe estar en el intervalo de manera preferente de 45-55% en volumen. - Traax sigma no debe exceder 1010°C - El contenido de nitrógeno debe estar en el intervalo de 0.28-0.5 % en peso, de manera preferente en el intervalo de 0.35-0.48 % en peso, pero de manera preferente 0.38-0.40 % en peso. - El contenido de cobalto debe estar en el intervalo de 0-3.5% en peso, de manera preferente 1.0-2.0 % en peso, pero de manera preferente 1.3-1.7 % en peso. - A fin de asegurar la alta solubilidad de nitrógeno, es decir, si el contenido de nitrógeno está en el intervalo de 0.38-0.40 % en peso, se debe adicionar al menos 29 % en peso de Cr así como al menos 3.0% en peso de Mo, de esta manera el contenido total de los elementos Cr, Mo y N cumplen con los requisitos en el número de P E.

Ejemplo 3 El proceso de refinación de petróleo es muy complejo y consiste de varios pasos, donde los no hidrocarburos tal como ''por ejemplo cloruros inorgánicos pueden provocar problemas extensos de corrosión. El petróleo crudo contiene diferentes clases de sales, entre otras cloruro de Na, Mg y Ca. El MgCl2 y CaCl2 inorgánicos son los más críticos, debido a que la hidrólisis durante el calentamiento genera ácido clorhídrico (HCl) . El ácido clorhídrico puede condensarse en los materiales usados en los condensadores elevados en la parte de refinación de la planta de refinación. La formación de HCl puede provocar serios problemas de corrosión, especialmente en combinación con la ocurrencia de sales sólidas en la superficie de los materiales, que también aparece frecuentemente. Los problemas de corrosión en los condensadores elevados en la planta de refinación se extienden sobre la corrosión en general, corrosión por picadura a corrosión por hendidura. En ciertas unidades de producción, es más bien el agua de enfriamiento que el fluido del proceso lo que provoca los problemas de corrosión. El contenido de cloruro del agua de enfriamiento puede variar de cero en el agua desionizada hasta aproximadamente 1.5 % en agua de mar.

Ejemplo 4 Durante la producción de hidrocarburo clorado, por ejemplo, bicloruro de etileno (abreviado EDC) y monómero de cloruro de vinilo (abreviado VMC) se pueden presentar problemas, donde el condensado de ácido clorhídrico, la formación de sales y el agua de enfriamiento que contiene cloruro ocasionan serios ataques al material usado en la construcción. También en .estas plantas, los problemas de corrosión principalmente en tubos, tal como tubos de intercambiador de caldo en condensadores elevados son especialmente críticos.

Ejemplo 5 La producción promedio hidrometalúrgico de metales a partir de solución acuosa por la lixiviación, procesos de corrección por solución, precipitación de metales y refinación. También en estos procesos una alta resistencia a la corrosión local de cloruros en combinación con iones de metales oxidantes, que se incluyen en la suspensión espesa (mezcla de óxido triturado y agua de procesamiento) y también la resistencia a corrosión general de ácidos, representan a los procesos de lixiviación y corrosión por erosión. Los ejemplos para estos procesos son lixiviación de níquel y cobalto de mineral de laterita a alta temperatura a cierta presión, especialmente bajo el paso de pre-calentamiento antes de la autoclave donde toma lugar la lixiviación del ácido.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES 1. Aleación de acero inoxidable dúplex ferrítica-austenítica, caracterizada porque muestra la siguiente composición, en % en peso; C máximo 0.03 Si máximo 0.5 % Mn 0-3.0% Cr 24.0-30.0% Ni 4.9-10.0% Mo 3.0-5.0% N 0.28-0.5% B .0-0.0030% S máximo 0.010: Co 0-3.5% W 0-3.0% Cu 0-2.0% Ru 0-0.3% Al 0-0.03% Ca 0-0.010% el resto de Fe e impurezas y adiciones normales que se presentan, por lo que el contenido de ferrita es de 40-65 % en volumen. 2. La aleación según la reivindicación 1, caracterizada en que el contenido de manganeso está entre 0.5 y 1.2 I en peso. 3. La aleación según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada en que el contenido de cromo está entre 27.0 y 29.0 % en peso . 4. La aleación según las reivindicaciones 1-3, caracterizada en que el contenido de níquel está entre 5.0 y 8.0 %en peso . 5. La aleación según la reivindicación 1-4, caracterizada en que el contenido de molibdeno está entre 3.6 y 4.7 % en peso. 6. La aleación según la reivindicación 1-5, caracterizada en que el contenido de nitrógeno está entre 0.35 y 0.45 % en peso. 7. La aleación según las reivindicaciones 1-5, caracterizada porque el contenido de rutenio está entre 0 y 0.3 % en peso, de manera preferente mayor de 0 y hasta 0.1 % en peso. 8. La aleación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada en que el contenido de cobalto está entre 0.5 y 3.5 % en peso, de manera preferente entre 1.5 y 3.5 % en peso. 9. La aleación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada en que el contenido de cobre está entre 0.5 y 2.0 % en peso, de manera preferente entre 1.0 y 1.5 % en peso. 10. La aleación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada en que el contenido de ferrita está entre 42 y 60 % en volumen, de manera preferente entre 45 y 55 % en volumen. 11. La aleación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada en que el valor de PRE ó PREW total de la aleación excede 44, por lo que PRE=%Cr+3.3%Mo+16%N y PRE =%Cr+3.3 (%Mo+0.5%W) +16%N, en donde el % considera % en peso. 12. La aleación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada en que el valor de PRE ó PREW tanto para la fase de ferrita como de austenita es mayor de 45 y el valor de PRE ó PREW para la composición total en aléacion es mayor de 46. 13. La aleación según la reivindicación 11 ó 12, caracterizada en que el valor de PRE ó PREW tanto para la fase de ferrita como de austenita está entre 47 y 49. 14. La aleación según las reivindicaciones 11, 12 ó 13, caracterizada en que la relación entre el valor de PRE (W) para la fase de austenita y el valor de PRE (-W) para la fase de ferritas está entre 0.90 y 1.15; de manera preferente entre 0.9 y 1.05. 15. La aleación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, para el uso en ambientes que contienen cloruro. 16. La aleación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, para el uso en ambientes que contienen cloruro en formas de producto tal como barras, tubos, tal como tubos soldados y sin costura, placas, tiras, alambres, alambres de soldadura, partes de construcción tal como por ejemplo bombas, válvulas, rebordes y acoplamientos. R E S U M E N La presente invención se refiere a una aleación de acero inoxidable, más precisamente se refiere a una aleación de acero inoxidable d plex con una matriz ferritica-austenítica y con alta resistencia a la corrosión en combinación con una buena estabilidad estructural y trabajado en caliente, en particular un acero inoxidable dúplex con un contenido de ferrita de 40-65% y una composición bien balanceada que imparte propiedades materiales a la corrosión, que la hace más adecuada para uso en ambientes que contienen cloruro en comparación con las primeras que han sido consideradas. El número PRE- o PREW total excede 44 un número PRE al menos entre 46 y 50 en ambas fases austenítica y ferrática, por lo que PRE=%Cr+3.3%Mo + 16N y PREW = %Cr + 3.3 (%Mo+0.5%P) +16 N, en donde los % están considerados como % en peso y la relación entre el valor PRE (W) para la fase austenítica y el valor P para la fase de ferrita están entre 0.90 y 1.15. Estos propósitos se cumplen de acuerdo con la presente invención con las aleaciones de acero inoxidable dúplex que contienen (en % en peso) hasta 0.03% de C, hasta 0.5% de Si, 24.0-30.0% de Cr. 4.9-10.0% de Ni, 3.0-5.0% de Mo, 0.28-0.5% de N, 0-3.0% de Mn, 0-0.0030% de B, hasta 0.010%, 0-0.03% de Al, 0-0.010% de Ca, 0-3.0% de W, 0-2.0% de Cu, 0-3.5% de Co, 0-0.3% de Ru y el balance es Fe y las impurezas inevitables.