MXPA04006735A

MXPA04006735A - Aleacion moldeable portadora de alto contenido de cromo-nitrogeno.

Info

Publication number: MXPA04006735A
Application number: MXPA04006735A
Authority: MX
Inventors: Radon Roman
Original assignee: Radon Roman
Priority date: 2002-01-09
Filing date: 2003-01-08
Publication date: 2005-03-31
Also published as: BR0306818A; IL162943A0; PL370293A1; RU2004124061A; ZA200405460B; EP1472382A4; AU2003206368A1; CA2473253A1; TW200502409A; WO2003060174A1; EP1472382A1; KR20040075925A; US6761777B1; CN1636075A

Abstract

La presente invencion es concerniente con una aleacion portadora de nitrogeno de alto contenido de cromo, resistente a la corrosion y erosion, que comprende la siguiente composicion, en % en peso: 28% a 48% de cromo; 0.01% a 0.7% de nitrogeno; 0.5% a 30% de manganeso; 0.01-5% de boro; 0.3% a 2.5% de carbono; hasta 0.01% a 25 de cobalto + niquel;, hasta 0.01 - 5% de silicio, hasta 0.01-8% de cobre, hasta 0.01-6% de molibdeno, hasta 2% de cada uno seleccionado del grupo que consiste de zirconio, vanadio, cerio, titanio, tungsteno, niobio, aluminio, calcio y elementos de tierras raras, el resto consiste esencialmente de hierro y otros elementos en trazas o impurezas inevitables. La aleacion tiene una microestructura que comprende carburos, boruros y nitruros de cromo hipoeutecticos, eutecticos en la matriz austenitica, saturada con nitrogeno, virtualmente sin carburos o nitruros secundarios.

Description

ALEACION MOLDEABLE PORTADOR DE ALTO CONTENIDO DE CROMO-NITROGENO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención es concerniente en general con la técnica de aleaciones y más en particular con una aleación portadora de nitrógeno de alto contenido de cromo que tiene alta resistencia a la corrosión. La presente invención también es concerniente con una aleación moldeable portadora de alto contenido de cromo - nitrógeno, una aleación de alto contenido de cromo - nitrógeno y con un proceso para producir la aleación portadora de alto contenido de cromo - nitrógeno y artículos preparados a partir de los mismos. La presente invención es concerniente además con un aleación austenítica portadora de nitrógeno, de alto contenido de cromo, resistente a la corrosión que también es excelente en resistencia a altas temperaturas y apropiada para materiales de calderas, reactores de plantas químicas y otros aparatos que están expuestos a ambientes de temperatura severamente alta y corrosión en el trabajo. La presente invención también es concerniente con una aleación austenítica portadora de nitrógeno de alto contenido de cromo, resistente al calor, que tiene alta resistencia y excelente resistencia a la corrosión en ambientes corrosivos de alta temperatura. La presente invención también trata el problema de crear un Ref.: 157292 material de moldeo de metal, la resistencia al. desgaste del cual corresponderá aproximadamente a los tipos comerciales comunes de hierro blanco, pero que adicionalmente será caracterizado por alta resistencia a la corrosión en medios agresivos. Además de alta resistencia a la corrosión y el desgaste, el material de aleación de acuerdo con la invención tiene buenas características de moldeo. Consecuentemente, puede ser producido en fundidoras de acero de alto grado convencionales. Además, el material de moldeo tiene buenas características de trabajo. Además, las cualidades positivas mencionadas anteriormente es principalmente un contenido de cromo de 28 a 48% en peso, un contenido de carbono de 0.3 a 2.5% en peso y un contenido de nitrógeno de 0.01 a 0.7%, lo que da como resultado una proporción de volumen suficientemente alta de carburos y nitruros. El gran incremento del contenido de cromo disminuye el agotamiento de cromo de la matriz. Con respecto a la combinación de resistencia a la corrosión y resistencia al desgaste, el material de acuerdo con la invención es decididamente superior en comparación con los tipos conocidos de móldeos previamente utilizados en aplicaciones sometidas a desgaste hidroabrasivo . La presente invención también es concerniente con una aleación que se puede fundir por aire, que se puede moldear, que se puede trabajar, resistente a la corrosión y ácidos, tales como ácido sulfúrico y ácido fosfórico, en un amplio intervalo de fuerzas de ácido. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El equipo usado en ambientes altamente corrosivos es construido comúnmente de aleaciones de metal, tales como acero inoxidable u otras aleaciones superiores. Es necesario que estas aleaciones soporten los efectos extremadamente corrosivos de ambientes en los cuales el equipo encuentra compuestos químicos tales como ácido sulfúrico concentrado o ácido fosfórico concentrado. Un ambiente particularmente difícil es encontrado en la fabricación de fertilizante de fosfato. En la digestión de roca de fosfato con ácido sulfúrico concentrado caliente, el equipo debe resistir el ambiente a temperaturas de hasta aproximadamente 100°C. el ácido fosfórico impuro que es producido puede ser extremadamente corrosivo y contiene algo de ácido sulfúrico residual. El efecto corrosivo es frecuentemente incrementado por otras impurezas en el ácido fosfórico, particularmente por iones halógeno, tales como cloruro y fluoruro, que están normalmente presentes en la materia prima de alimentación de roca usada en el proceso. Un ambiente extremadamente corrosivo se encuentra en la concentración de ácido fosfórico crudo . Los depósitos de roca de fosfato en varios sitios en el mundo varían extensamente en composición química. Los ambientes de corrosión más severa se encuentran comúnmente en el procesamiento de depósitos de roca de . fosfato que contienen un alto contenido de halógenos, tales como cloruro o fluoruro. También es en general conocido que al incrementar el contenido de Cr es efectivo para mejorar la resistencia a la corrosión del acero. Aleaciones de alto contenido de cromo que contienen 23-40% de Cr, 0.8-2% de C, 2.5% de Si y hasta 5% de Mo se han conocido desde la década de los 1930. Véase por ejemplo, patente alemana No. 7,001,807. La patente norteamericana No. 5,252,149 representa una modernización de esta aleación, seguida por la patente alemana No. 8,612,044 o No. 4,417,261. Se notará que en ambas patentes las aleaciones exhiben una alta resistencia a la abrasión y buena resistencia a la corrosión. Sin embargo, ambas exhiben propiedades mecánicas deficientes, especialmente baja firmeza, fragilidad, sensibilidad al calor, sensibilidad a muesca, todas las cuales limitan su utilidad. Es evidente que su estructura contiene ferrita (Fe a) . La estructura ferrítica en estas aleaciones es inherentemente muy quebradiza y la fase de carburo embebida en tal fase quebradiza da como resultado una firmeza muy baja, alta sensibilidad a muesca, también como sensibilidad al calor. Además, la estructura ferrítica sobresaturada con Cromo provoca la creación de la fase sigma, que disminuye drásticamente la firmeza y la resistencia a la corrosión.

La patente norteamericana No. 5,320,801 es concerniente con aleaciones que tienen la siguiente composición: Cr - 27 a 34% en peso, Ni + Co - 13 a 31%, Si -3.2 a 4.5%, Cu - 2.5 a 4%, C - 0.7 a 1.6%, n - 0.5 a 1.5%, Mo - 1 a 4% y Fe - esencialmente el resto. La aleación de la patente ?801 posee buena firmeza, pero tiene dureza muy deficiente y resistencia al alambre muy deficiente y baja resistencia a la tracción. La dureza de 208 a 354 HB, es similar a aquella del acero inoxidable CD4MCU (260 - 350 HB) , que tiene excelente resistencia a la corrosión, pero resistencia al desgaste deficiente. La aleación revelada y reivindicada en la patente norteamericana No. 5,320,081 es similar a los aceros inoxidables de alto contenido de Ni en que tiene buena firmeza, pero resistencia a la tracción y dureza muy deficiente, también como resistencia al desgaste deficiente. El níquel presente en aleaciones resistentes a la corrosión sirve principalmente para estabilización estructural y agrega muy poco a su resistencia a la corrosión. Buenos ejemplos de este son los aceros austeníticos inoxidables que contienen 12 - 35% de Ni, que tienen resistencia a la corrosión que se aproxima a aquella de aceros inoxidables dúplex que tienen un bajo porcentaje de níquel (4-8%) o aceros inoxidables de alto contenido de cromo con Ni solamente hasta 4%. Los elementos principales de las aleaciones inoxidables son cromo, molibdeno y nitrógeno, como se ilustra en los modelos usados para mostrar como varios elementos de aleación influencian la resistencia a la corrosión del acero inoxidable. Por ejemplo: Número Equivalente de Resistencia a la Picadura, PREN = % de Cr + 3.3 * Mo + 16 * % N Ilustra que el nitrógeno es un elemento de aleación importante, muy poderoso, para las aleaciones resistentes a la corrosión. El defecto principal de las aleaciones de alto contenido de cromo de la técnica previa es su dificultad para disolver el cromo, molibdeno y nitrógeno en la matriz, sin un efecto negativo sobre las propiedades mecánicas de la aleación, tales como firmeza, resistencia a la tracción, fragilidad, sensibilidad al calor y capacidad de soldadura. Esto es el resultado de la precipitación de la fase sigma de aleaciones saturadas con cromo y molibdeno. El desgaste prematuro de partes de bombas fabricadas a partir de las aleaciones de alto contenido de cromo mencionadas anteriormente es una presencia común. Los factores contribuyentes principales son: firmeza muy baja, fragilidad y baja resistencia. Más frecuentemente una falla sucede con un moldeo desgastado delgado en un área aislada en donde, debido a las propiedades mecánicas deficientes de la aleación, se desarrolla una grieta que conduce a la desintegración inevitable del componente de otra manera todavía viable.

El mecanismo para la corrosión y erosión, en ambientes ácidos de las aleaciones de la técnica previa son la corrosión acelerada debido a la separación continua de la capa pasiva resistente a la corrosión por partículas en fluido corrosivo que contiene sólidos. Esto es especialmente evidente en aleaciones que contienen un volumen más alto de cromo y molibdeno, en donde una cantidad significativa de fase sigma es inevitable y la matriz de metal posee firmeza muy deficiente. Con el fin de restaurar la capa pasiva, es necesario tener la concentración de cromo y molibdeno a un nivel tan alto como sea posible. El incremento de la proporción de cromo/carbono o Cr + Mo/C incrementa la resistencia a la corrosión hasta el punto crítico, después de lo cual empieza la formación de la fase sigma, lo que reduce drásticamente la firmeza y disminuye la resistencia a la corrosión de la aleación al agotar el cromo en la vecindad de los precipitados de fase sigma. La presente invención está basada en el incremento de la proporción expresada por Cr + N/C-N o Cr + Mo + N/C y Cr + Mo + N + B/C-N al reducir el contenido de carbono en la matriz, en tanto que introduce el nitrógeno como un elemento de aleación adicional poderoso a las aleaciones de alto contenido de cromo, en donde está en una alta concentración en solución sólida. El nitrógeno, como el carbono, forma sólidos intersticiales con hierro de cuerpo centrado cúbico (bcc) -hierro a y hierro ? cúbico de cara centrada (fcc) . El tamaño del átomo de nitrógeno es más pequeño que aquel del átomo de carbono; en este caso en las fases a, también como en las fases , el nitrógeno ocupa los sitios intersticiales más fácil . La máxima solubilidad del nitrógeno en Fe - d y Fe-? es varias veces, a decenas de veces más alta que aquella del carbono a las mismas temperaturas, lo que conduce a expansión significativa y distorsión de los reticulados elementales. Tiene un efecto de endurecimiento y refuerzo de solución sólida mucho mayor que aquel del carbono, en tanto que mantiene un nivel mayor de firmeza. Los límites de solubilidad del nitrógeno en las aleaciones de alto contenido de cromo de la técnica previa son muy bajos 0.15% de N máximo. Este límite es determinado pro la solubilidad fisicoquímica inherentemente baja del nitrógeno y carbono (0.02 a 0.08 máximo C + N) en la estructura Fe-a, que constituye hasta un máximo de 40% de la aleación en las patentes alemanas Nos. 4,417,261 o 8,612,044, también como el contenido de manganeso < 1.5%. La adición de nitrógeno es el medio más efectivo para mejorar las propiedades mecánicas de las aleaciones austeníticas de alto contenido de cromo sin tener un efecto perjudicial sobre la ductilidad y resistencia a .la corrosión. Con el fin de que el nitrógeno sea plenamente efectivo como agente anticorrosivo y para traer su amplio intervalo de efectos positivos en las propiedades mecánicas del moldeo, tales como dureza, resistencia a la tracción y dureza incrementadas, sin pérdida de ductilidad, se ha descubierto que en aleaciones de alto contenido de cromo esto puede suceder con la presencia considerable de manganeso y molibdeno como aleaciones mejoradas. En estas condiciones, el nitrógeno se disuelve en estado sólido, dos a cuatro veces mejor que en cualquier aleación de alto contenido de cromo revelada en la técnica previa. Similarmente , en aceros inoxidables de alto contenido de manganeso, que disuelven hasta 0.8% de nitrógeno y aún 1% bajo presión parcial, la resistencia a la tracción y la dureza son dos a cuatro veces más altas, con buena ductilidad que en el mismo acero sin nitrógeno . La técnica previa no revela nada con respecto a las aleaciones de alto contenido de cromo de la presente invención. OBJETO DE LA INVENCIÓN Es un objeto de la presente invención producir un material de construcción apropiado para uso en el procesamiento, tales como roca de fosfato, que presenta un ambiente severamente corrosivo.

Es también un objeto de la presente invención producir una aleación resistente a la corrosión que es alta en contenido de cromo y que tiene resistencia a la corrosión mej orada . Es un objeto adicional de la presente invención producir una aleación altamente resistente a la corrosión, que contiene silicio en cantidad suficiente para volver a la aleación moldeable mediante métodos convencionales. Es otro objeto de la presente invención producir una aleación altamente resistente a la corrosión que contiene silicio . Todavía otro objeto de la presente invención es producir una aleación resistente a la corrosión que es alta en contenido de cromo y también contiene nitrógeno. Es un objeto adicional de la presente invención producir una aleación resistente a la corrosión que tiene alta resistencia y propiedades de dureza. Un objeto adicional de la presente invención es producir una elación portadora de nitrógeno, de alto contenido de cromo, con una mejora significativa en propiedades mecánicas. Todavía otro objeto de la invención es proporcionar una aleación portadora de nitrógeno, de alto contenido de cromo, que tiene resistencia mayor a la corrosión combinada con erosión, particularmente en ambientes ácidos, que contiene cloruros, medios de fluoruros u otras impurezas. Un objeto adicional de la presente invención es proporcionar una aleación portadora de nitrógeno de alto contenido de cromo que contiene una gran cantidad de nitrógeno . Es un objeto adicional de la presente invención proporcionar un método novedoso de endurecimiento de una aleación portadora de nitrógeno, de alto contenido de cromo, mediante tratamiento criogénico. Es un objeto adicional de la presente invención producir una aleación de contiene nitrógeno y boro, de alto contenido de cromo, la cual es resistente a la erosión y a la corrosión . SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención también es concerniente con una aleación moldeable y portadora de nitrógeno de alta resistencia a la corrosión y erosión, de alto contenido de cromo, que comprende la siguiente composición, en % en peso. 28% a 48% de cromo; 0.01% a 0.7% de nitrógeno; 0.5% a 30% de manganeso; 0.3% a 2.5% de carbono; 0.001 % a 5% de boro; opcionalmente 0.01% a 6% de molibdeno; opcionalmente 0.01% a 5% de silicio; opcionalmente- 0.01% a 8% de cobre; opcionalmente 0.01% a 25 de níquel y cobalto; la aleación contiene además hasta 2% de cada uno de los elementos de micro-aleación seleccionados del grupo que consiste de zirconio, vanadio, cerio, titanio, tantalio, tungsteno, aluminio, niobio, calcio y elementos de tierras raras, el resto consiste esencialmente de hierro y otros elementos en trazas o impurezas inevitables y que tienen una microestructura que comprende carburos de cromo, boruros ya nitruros en una matriz austenítica, la matriz es de estructura cristalina cúbica de cara centrada, sobresaturada por nitrógeno en forma de solución sólida y en donde la austenicidad de la aleación es definida por la proporción siguiente : ¼Ni + %Co + 0.5(%Mn + ¾Ci + 30(%N + %Q + 5x %) > 1.5. Y/íCr +% Mo + %Si + 1.5 GG? + T + V + Nb + Ce + ?? DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS La presente invención es concerniente con una aleación de alto contenido de cromo y específicamente con una aleación moldeable portadora de nitrógeno, de alto contenido de cromo, resistente a la corrosión y erosión. La aleación de la presente invención está diseñada para uso en la formación por moldeo de partes de bomba de suspensión, tales como cajas, propulsores, forros de succión, tubos, boquillas, agitadores, hojas de válvula, en donde las partes de moldeo estarán expuestas en fluidos altamente corrosivos y . suspensiones abrasivas. Una aplicación típica para tales partes es en el procesamiento en húmedo de ácido fosfórico. Las soluciones industriales de ácido fosfórico son químicamente complejas, contienen ácido sulfúrico, ácido fluorhídrico y cloruros, fluoruros y yeso, todas especies altamente despasivantes, muy perjudiciales a las partes expuestas. Otro lugar en donde estas partes son usadas es en lavadores de estaciones generadoras, esto es, procesos de desulfuración de gas de combustión, en donde las partes están expuestas a componentes sulfúrico y yeso. Un propósito de la presente invención es proporcionar un material con alta resistencia a ambientes de cloruro, al mismo tiempo el material tiene propiedades extraordinarias en ambientes ácido y básico combinados con buenas propiedades mecánicas y alta estabilidad estructural. Esta combinación puede ser muy útil en aplicaciones por ejemplo en la industria química, en donde se tienen problemas de corrosión provocados por ácidos y al mismo tiempo tienen una contaminación del ácido con cloruros, lo que amplifica adicionalmente el efecto corrosivo. Estas propiedades de la aleación, en combinación con una alta resistencia, conducen a soluciones de diseño ventajosas desde un punto de vista económico. Hay ciertamente materiales existentes con muy buenas propiedades en ambientes ácido, pero estos son frecuentemente aceros con alto contenido de Ni,, lo que hace al costo de tales materiales excesivamente altos. Otra desventaja con el acero austenítico es que la resistencia en el acero austenítico es de manera usual considerablemente baja . Se ha encontrado empíricamente que la solubilidad del nitrógeno en una solución sólida en las aleaciones de ferrocromo-manganeso de la invención es de 0.013 a 0.0155% de N máximo con 1% de cromo y mínimo 6% de manganeso y el mismo molibdeno (2% de Mo) como la mejor mejora. El nitrógeno tiene una afinidad mucho más baja al cromo que el carbono tiene al cromo. Las propiedades mencionadas anteriormente del nitrógeno en las aleaciones de alto contenido de cromo - manganeso provocan que el carbono en estas aleaciones sea transformado a la fase carburo, formando carburos de cromo eutécticos duros, con el exceso de carbono siendo disuelto conjuntamente con nitrógeno en la matriz . El nitrógeno introducido en una alta concentración en la solución sólida es mucho más fuerte que el carbono en el retardo de la fase sigma, permitiendo que cantidades más grandes de cromo y molibdeno sean disueltas en las aleaciones de ferro-cromo-manganeso para mejorar la pasivación. El nitrógeno en general mejora la resistencia a la corrosión, particularmente en medios que contienen cloruro.

En aceros inoxidables su efectividad ha sido probada y expresada con el factor PREN (Número Equivalente de Resistencia al Picado) - Cr% - 3.3 Mo% + 16 N% . Mientras más alto es el nivel de los elementos de pasivacion (Cr, Mo, N) , mayor es la resistencia a la corrosión/erosión. Adicionalmente, el boro reacciona con muchos elementos en la tabla periódica para formar una amplia variedad de compuestos. El fuerte enlace covalente de la mayoría de los boruros es responsable de sus altos puntos de fusión, resistencia a la corrosión y valores de dureza. La resistencia química de los boruros es superior a la mayoría de sus contrapartes ya sea de nitruro o carburo. Debido al tamaño atómico más grande de B * 0.91 A, en comparación con C * 0.77 A o N ~ 0.71 A, la sustitución intersticial del boro en el sitio octaedral sin distorsionar es raro, dando como resultado principalmente enlace de boro - boro, para boruros - MnBm. (NiB, CoB, nB, FeB, CrB) . Además, el níquel, manganeso y hierro reaccionan fuertemente con el boro y forman compuestos muy duros; mucho más duros que sus nitruros o carburos. Para aplicaciones extremadamente abrasivas y corrosivas el boro debe ser agregado hasta 5% de B, el contenido de carbono debe ser de 0.3% de C a 1.2% de C y nitrógeno 0.4 a 0.6 % de N. Se realizan resultados superiores globales por medio de la presente invención mediante la novedosa es.tructura, con la matriz altamente resistente a la corrosión, preferiblemente austenitica, esto es de estructura cristalina cúbica de cara centrada, sobresaturada por nitrógeno en forma de solución sólida. La matriz es muy dura, firme, no quebradiza y embebida con boruros, carburos y nitruros, soportando la matriz altamente resistente a la corrosión con resistencia al desgaste alta. Al llevar a la práctica la presente invención, se desea que la matriz contenga un alto nivel de cromo, molibdeno y nitrógeno en una solución sólida, sin cromo o molibdeno combinados por los precipitados de fase sigma. También es deseable que las aleaciones de la invención tengan equilibrados sus elementos de acuerdo con las siguientes desigualdades, que es una medida de la austeniticidad de la aleación de la invención: ¾N¾ + V«Co + O.Sf%Mn » ¾Ca) + 30f %? + %C) + 5x %B\ > 1.5. T4Cr + % Mo + %Si + 1.5 <Ti + Ta + V + Nb + Ce + ?? De acuerdo con la presente invención, se proporciona una aleación moldeable portadora de cromo - nitrógeno, resistente a la corrosión y erosión, que comprende la siguiente composición en porcentaje en peso (% en peso) . Cromo - 28 a 48%; Nitrógeno - 0.01 a 0.7%; Manganeso - 0.5% a 30%; Carbono - 0.3% a 2.5%; Boro - 0.01 a 5%; Molibdeno - 0.01% a 6%; Cobre - 0.01% a 8%; Níquel + cobalto - 0.01% a 25%; Silicio - 0.01% a 5%. La aleación de la presente invención también puede contener hasta 2% de un elemento adicional . seleccionado del grupo que consiste de: zirconio, vanadio, cerio, titanio, tantalio, aluminio, tungsteno, niobio, calcio y elementos de tierras raras, el resto es esencialmente hierro y otros elementos en trazas o impurezas inevitables. Una aleación preferida particular contiene un intervalo en % en peso de los elementos principales (cromo, nitrógeno, manganeso, carbono, boro, molibdeno, cobre, níquel, cobalto y silicio) como sigue: Cromo - 36 a 42%; Nitrógeno - 0.45 a 55%; Manganeso - 4% a 15%; Carbono - 0.5% a 1.6%; Boro - 0.01 a 4%; Molibdeno - 2% a 5%; Cobre - 1% a 6%; Níquel + cobalto - 4% a 10%; Silicio - 0.5% a 1.5%.

Con la composición preferida, es deseable .que la matriz austenítica contenga 0.4% en peso de la solución sólida de nitrógeno y 35 a 38% de cromo + molibdeno + nitrógeno. También, debido a la adición apuntada del níquel y cobalto formador de austenita en el intervalo de concentración de 0.01 a 25% en peso, es posible controlar la proporción de las fases de ferrita y austenita en la matriz de una manera definida. La fragilidad, de manera normal extremadamente grande de los tipos de moldeo enfriados con alto contenido de carbono y un reticulado de carburo en una matriz ferrítica es evitado por la deposición predominante de los carburos de cromo en la fase austenítica solamente. Puesto que la fase austenítica, a diferencia de la fase de ferrita, no se vuelve quebradiza por la segregación de fases intermetalicas o mediante procesos de segregación, el peligro de fracturas debido a esfuerzos entre los carburos y la matriz no es tan grande como en el caso de una matriz puramente ferrítica o matriz ferrítica - austenítica. El contenido de molibdeno dentro de los límites de 0.01% a 6% en peso, preferiblemente 2 a 4% en peso y especialmente 2 a 3% en peso, es importante para la resistencia a la corrosión, especialmente en medios ácidos que contienen cloruro. También, al hacer variar los componentes de la aleación de carbono y cromo dentro de los límites de 0.3% a 2.5% en peso para el carbono y 28% a 48% en .peso para el cromo, la resistencia a la corrosión y resistencia al desgaste del material de la invención puede ser ajustada para corresponder con un perfil prescrito de especificaciones. La composición de aleación portadora de cromo, de alto contenido de cromo, de la presente invención es también altamente responsable de un proceso de endurecimiento criogénico, volviéndose mediante esto superduro. Cuando es endurecido por el tratamiento criogénico, la composición posee resistencia a la abrasión más alta, mayor dureza y una matriz durable sin la precipitación usual de carburos secundarios. Las aleaciones de la invención son preparadas mediante métodos convencionales de fusión y sin ningunas condiciones especiales, tales como atmósfera controlada, forros de horno especiales, escorias protectoras o materiales de moldeo especiales son requeridos. En el proceso de tratamiento de la presente invención, la aleación moldeable portadora de nitrógeno, de alto contenido de cromo tiene muchos de los elementos de aleación completamente distribuidos en la fase austenítica o sus productos de transformación, cuando es sometida a tratamiento subcero, de por lo menos -73°C (-100°F), preferiblemente -73°C (-100°F) a 184°C (-300°F), obtiene un endurecimiento mucho mayor que aquel obtenido por medio de tratamientos a alta temperatura convencionales.

En general, las aleaciones portadoras de nitrógeno, de alto contenido de cromo de la presente invención son elaboradas al preparar una masa de metal fundido de todos los elementos requeridos en presencia de aire o nitrógeno adicional, verter móldeos de las mismas, enfriamiento de los móldeos y someter a los móldeos a un tratamiento de enfriamiento criogénico para producir la dureza deseada. La superficie del moldeo puede ser limpiada y terminada, ya sea antes o después del enfriamiento criogénico. En más detalle, el proceso preferido involucra las siguientes etapas: (1) mezcla de los componentes necesarios a ser alimentados al horno; (2) fusión de la mezcla en el horno a una condición de vertido; (3) vertido de la composición de metal fundido a un molde apropiado; (4) dejar que el molde y el moldeo en el mismo se enfríen lentamente a temperatura ambiente bajo condiciones ambientales ; (5) limpieza y terminado de la superficie del moldeo, tal como mediante rectificación o los semejantes para alisar la superficie e (6) inmersión del moldeo terminado en un medio de enfriamiento criogénico a una temperatura de -73 °C (-100°F) a 184°C (-300°F) por un tiempo suficiente para alcanzar la dureza deseada. Para apreciar la presente invención, se efectuaron varias pruebas mecánicas como se resume además posteriormente en la presente, que incluyen las siguientes mediciones: Resistencia a la tracción - (Ksi) Desviación - (mm) , barra fundida 30.5 mm de diámetro, extensión 300 mm. Energía de impacto - (J), prueba Izod, sin muesca, barra de 30.5 mm de diámetro, pegada a 76 mm por encima del soporte.

Dureza - (BHN) : prueba Brinell, 3000KG. Carga sobre bolo de carburo de tungsteno de 10 mm. Para la prueba, la composición preferida de las aleaciones son escogidas de aleaciones de la técnica previa, la presente invención y acero inoxidable por referencia. Las composiciones específicas probadas son como sigue: Aleaciones de composición preferida (en % en peso) de patente norteamericana No. 5,252,149 Aleaciones de composición préferida patente norteamericana No. 5,320,801 Aleaciones de la presente invención, en % en oe Composiciones de aleación, en % en peso de patente alemana No. 8612044,4417261 Composiciones de aleación de ' acero inoxidable en % en peso para pruebas mecánicas Tabla 1 Las aleaciones 1, 2, 3, 10, 11 y 12 de la técnica previa tienen microestructura eutéctica en donde las matrices son esencialmente ferríticas (Fe-a) . Las aleaciones de las patentes alemanas 4,417,261 o 8,612,044 identificadas como 10, 11 y 12 reivindican un máximo de hasta 40% de Fe-a en la matriz. La fase de Fe-a en las aleaciones de alto contenido de cromo posee inherentemente muy baja firmeza debido a la solubilidad muy limitada de carbono y nitrógeno en el Fe-a. Aún una adición limitada pequeña de nitrógeno tiene un efecto perjudicial sobre la firmeza, desviación y sensibilidad térmica, haciendo la aleación más quebradiza. Las aleaciones 4, 5 y 6 de la patente norteamericana No. 5,320,801 son aleaciones de cromo con alto contenido de níquel con una microestructura austenítica. Aquellas aleaciones de alto contenido de níquel poseen inherentemente la resistencia a la tracción más baja, la dureza más baja, tal como son moldeadas mayor de 200 HB y después del endurecimiento del intervalo de 300 HB, pierden su firmeza y resistencia a la corrosión. Como se puede predecir de la tabla 1 anterior, las aleaciones de la presente invención 7, 8 y 9 poseen las siguientes propiedades superiores a las aleaciones de la técnica previa: - 2 a 3 veces mayor firmeza; - resistencia a la tracción 1.6 a 2.3 veces más alta; - dureza tal como son moldeadas muy alta después de endurecimiento criogénico; - alargamiento mensurable o maleabilidad; - excelente desviación; - prueba de recipiente a presión hidráulico 1.5 a 2.5 veces más alta; - baja sensibilidad térmica; - buena maquinabilidad, especialmente capacidad de roscado, que en las aleaciones de la técnica previa fue muy deficiente ; - mejor capacidad de moldeo con temperatura de fusión y punto de fluidez 83°C (150°F) más baja. Las aleaciones de la técnica previa, también como las aleaciones de la presente invención son sometidas a pruebas de corrosión para mostrar la superioridad de las aleaciones de la presente invención. Las pruebas de corrosión se llevan a cabo en ácido P205 sintético a 80°C, con un contenido de cloro de 1000 a 3000 ppm. Agitado, prueba de 96 horas (mmy) . Los resultados de las pruebas de corrosión son resumidas en la tabla 2.

Tabla 2 Se pueden extraer las siguientes conclusiones de la tabla 2: La aleación de alto contenido de cromo No. 5 de la patente norteamericana 5,320,801 que contiene - 26% de níquel tiene una resistencia a la corrosión más baja que la aleación No. 2 de la patente norteamericana 5,252,149 de la técnica previa, en donde el contenido de níquel es de solamente 1%. La misma conclusión se aplica a la aleación de acero inoxidable 20Cb3, en la cual el contenido de níquel es de 37%. La aleación de CD4MCuN contiene solamente 5% de Ni. La función principal del níquel en la aleación resistente a la corrosión es un componente estructural.

La _ aleación portadora de nitrógeno de alto contenido de cromo, No. 8 de la presente invención contiene solamente 3.6% de níquel, pero 0.48% de nitrógeno que es un inhibidor de corrosión muy poderoso. El nitrógeno interactúa con los cloruros y amortigua un tanto su efecto perjudicial sobre la aleación. La aleación No. 8 de la presente invención, con el PREN = 53 más alto, tiene 2 a 3 veces mejor resistencia a la corrosión que las aleaciones patentadas Nos. 5 y 2. La aleación No. 8 de la presente invención contiene altos niveles de cromo, molibdeno, con una alta concentración de nitrógeno, posee la mejor resistencia a la corrosión en ambientes ácidos que contienen altos niveles de cloruros. Los aleaciones de la técnica previa y las aleaciones de la presente invención son sometidas a pruebas de erosión corrosión como se muestra a continuación. Prueba de Erosión Corrosión Las pruebas de erosión corrosión se hacen usando 30% en peso de alumina de 80 mieras suspendida en ácido P205 sintético al 28%, H2S04 al 1.5%, ácido fluorhídrico al 0.05% más 1000 ppm de Cl, temperatura 800°C, rotación 650 rpm, duración 12 horas. Pérdida de masa (mg) . Los resultados de las pruebas de erosión corrosión son tabulados en la tabla 3 a continuación.

Tabla 3 Las pruebas de erosión corrosión de la suspensión indican que la mayoría de la masa se pierde de la aleación 20Cb3, que tiene la dureza más baja. La aleación No. 5 de la técnica previa tiene una dureza baja, comparable a la dureza del acero inoxidable de referencia CD-4MCuN. La pérdida de masa en la muestra de aleación No. 5 de la patente norteamericana No. 5,320,801 es 50% menos que en la muestra de la aleación de acero inoxidable Cd4MCuN. En la muestra de aleación No. 8 de la presente invención, la pérdida de masa es de 24% menos que en la aleación de referencia Cd4MCuN. La aleación No. 8 de la presente invención con el factor PREN más alto = 53 posee la resistencia a la corrosión-erosión más alta, ~ 3.5 veces mejor que la aleación de referencia Cd4MCuN y 2.3 veces mejor que la aleación No. 5 de la patente norteamericana 5,320,801.

La aleación de la presente invención con boro No. 8B con la dureza más alta y PREN = 53 posee la resistencia a la corrosión - erosión más alta ~ 4.4 veces mejor que la aleación de referencia CD4 CuN y 2.9 veces mejor que la aleación No. 5 de la patente norteamericana 5,320,801. Se puede usar cualquier tecnología de moldeo por presión parcial convencional o bajo nitrógeno para producir las aleaciones de la presente invención. Es preferido que las aleaciones sean formadas mediante cualquier tecnología de moldeo convencional y luego tratadas térmicamente a una temperatura en el intervalo de 1800 a 2000°F seguido por enfriamiento por aire. El método de endurecimiento más preferido para la aleación de la presente invención es mediante tratamiento criogénico: enfriamiento a menos de -100°F a -300°F y mantener a aquellas temperaturas por un tiempo de una hora por pulgada de espesor de pared de moldeo . El proceso de templado criogénico se efectúa con equipo y maquinaria que es convencional en el campo de tratamiento por ciclos térmicos. En primer lugar, los artículos bajo tratamiento son colocados en una cámara de tratamiento que es conectada a un suministro de fluido criogénico, tal como nitrógeno líquido o un fluido a baja temperatura similar. La exposición de la cámara a la influencia del fluido criogénico disminuye la temperatura hasta que se alcanza el nivel deseado. En el caso de nitrógeno líquido esta es de aproximadamente -300°F (esto es, 300°F debajo del cero) . Varios cambios y modificaciones se pueden efectuar en el alcance de la presente invención, como será fácilmente evidente para aquellos de habilidad ordinaria en la técnica. Tales cambios y modificaciones están dentro del alcance y enseñanzas de esta invención como se define en las reivindicaciones adjuntas a la presente. La invención no está limitada a los ejemplos dados en la presente por propósitos de ilustración, sino solamente por el alcance de las reivindicaciones adjuntas y sus equivalentes. Se hace constar que, con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad, lo contenido en las siguientes reivindicaciones: 1. Una aleación portadora de nitrógeno y moldeable, de alto contenido de cromo, resistente a la corrosión y erosión, caracterizada porque comprende la siguiente composición, en por ciento en peso: Cromo - 28 a 48%; Nitrógeno - 0.01 a 0.7%; Manganeso - 0.5% a 30%; Carbono - 0.3% a 2.5%; Boro - 0.01 a 5%; Molibdeno - 0.01% a 6%; Cobre - 0.01% a 8%; Níquel + cobalto - 0.01% a 25%; Silicio - 0.01% a 5%. la aleación contiene además hasta 2% de cada uno de los elementos de micro-aleación seleccionados del grupo que consiste de zirconio, vanadio, cerio, titanio, tantalio, tungsteno, aluminio, niobio, calcio y elementos de tierras raras, el resto consiste esencialmente de hierro e impurezas inevitables y que tienen una microestructura que comprende carburos de cromo, boruros y nitruros en una matriz austenítica, la matriz es de estructura cristalina cúbica de cara centrada, sobresaturada por nitrógeno en forma de solución sólida y en donde la austenicidad de la aleación es definida por la proporción siguiente: ¾Ni + VoCo -» O.S(%Mn +¦ ¼Ciri + 3(K%N + KC¾ + Sx ¾g) > 1.5. f4Cr + % o + %Si + 1.5 (Ti + 7 a + V + Nb + Ce + M\ 2. La aleación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende, en por ciento en peso: 28% a 31% de cromo; 0.25% a 0.35% de nitrógeno; 4% a 6% de manganeso; 0.8% a 2.5% de carbono; 0.001 % a 5% de boro; opcionalmente 2% a 6% de molibdeno; opcionalmente 0.5% a 3% de silicio; opcionalmente 1% a 3% de cobre; opcionalmente 1% a 25 de cobalto más níquel, el resto consiste de hierro e impurezas inevitables. 3. La aleación de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque la matriz contiene una solución al 0.25% en peso de sólidos de nitrógeno. 4. La aleación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende, en % en peso: 32% a 34% de cromo; 0.35% a 0.45% de nitrógeno; 6% a 9% de manganeso; 0.5% a 2.5% de carbono; 0.001 % a 4.5% de boro; opcionalmente 2% a 5% de molibdeno; opcionalmente 0.5% a 3% de silicio; opcionalmente 1% a 4% de cobre; opcionalmente 2% a 4 de cobalto más níquel, el resto consiste de hierro e impurezas inevitables. 5. La aleación de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque la matriz contiene 0.35% en peso en forma de solución sólida de nitrógeno. 6. La aleación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende, en % en peso: 35% a 40% de cromo; 0.4% a 0.6% de nitrógeno; 6% a 15% de manganeso; 0.8% a 1.5% de carbono; 0.001 % a 4% de boro; opcionalmente 2% a 5% de molibdeno; opcionalmente 0.5% a 3% de silicio; opcionalmente 1% a 6% de cobre; opcionalmente 4% a 12% de cobalto más níquel, el resto consiste de hierro e impurezas inevitables. 7. La aleación de conformidad con la reivindicación 6, caracterizada porque la matriz contiene 0.4% en peso en forma de solución sólida de nitrógeno y el PREN es de 58 a 66. 8. La aleación de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende, en % en peso: 41% a 48% de cromo; 0.45% a 0.7% de nitrógeno; 6% a 30% de manganeso; 0.9% a 1.5% de carbono; 0.001 % a 3.5% de boro; opcionalmente 1% a 4% de molibdeno; opcionalmente 0.5% a 3% de silicio; opcionalmente 1% a 8% de cobre; opcionalmente 10% a 25% de cobalto más níquel, el resto consiste de hierro e impurezas inevitables. 9. La aleación de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque la matriz contiene 0.45% en peso en forma de solución sólida de nitrógeno y el PREN es de 51 a 72.