ES2869194T3

ES2869194T3 - Aleaciones austeníticas de alta resistencia y resistentes a la corrosión

Info

Publication number: ES2869194T3
Application number: ES12861042T
Authority: ES
Inventors: Jones Robin M Forbes; C Evans; Henry E Lippard; Adrian R Mills; John C Riley; John J Dunn
Original assignee: ATI Properties LLC
Current assignee: ATI Properties LLC
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2021-10-25
Anticipated expiration: 2032-11-28
Also published as: JP2015507697A; EP2794949A2; WO2013130139A2; RU2017110659A3; JP2020125543A; WO2013130139A3; US20130156628A1; CN104040012A; NZ625782A; RU2017110659A; RU2620834C2; MX370702B; TWI586817B; CN107254626A; CN104040012B; RU2014129822A; ZA201404400B; EP2794949B1; UA113194C2; CN107254626B

Abstract

Una aleación austenítica que comprende, en porcentajes en peso basados en el peso de aleación total: hasta un 0,05 de carbono; de un 2,0 a un 8,0 de manganeso; de un 0,1 a un 1,0 de silicio; de un 18,0 a un 26,0 de cromo; de un 19,0 a un 37,0 de níquel; de un 3,0 a un 7,0 de molibdeno; de un 0,5 a un 2,0 de cobre; de un 0,1 a un 0,55 de nitrógeno; de un 0,2 a un 3,0 de wolframio; de un 1,0 a un 3,5 de cobalto; hasta un 0,6 de titanio; un porcentaje en peso combinado de niobio y tantalio no superior a un 0,3; hasta un 0,2 de vanadio; hasta un 0,1 de aluminio; hasta un 0,05 de boro; hasta un 0,05 de fósforo; hasta un 0,05 de azufre; un porcentaje en peso combinado de cerio y lantano no superior a un 0,1; hasta aproximadamente un 0,5 por ciento en peso de rutenio; hasta aproximadamente un 0,6 por ciento en peso de circonio; y el resto hierro, oligoelementos e impurezas accidentales.

Description

DESCRIPCIÓN

Aleaciones austeníticas de alta resistencia y resistentes a la corrosión

Antecedentes de la tecnología

Campo de la tecnología

La presente divulgación se refiere a aleaciones de alta resistencia y resistentes a la corrosión. Las aleaciones de acuerdo con la presente divulgación pueden encontrar aplicación en, por ejemplo, y sin limitación, la industria química, la industria minera y las industrias del petróleo y el gas.

Descripción de los antecedentes de la tecnología

Las piezas de aleación metálica utilizadas en las instalaciones de procesamiento químico pueden estar en contacto con compuestos altamente corrosivos y/o erosivos en condiciones exigentes. Estas condiciones pueden someter a las piezas de aleación metálica a grandes tensiones y promover agresivamente la erosión y la corrosión, por ejemplo. Si es necesario sustituir piezas metálicas dañadas, desgastadas o corroídas, puede ser necesario suspender por completo las operaciones durante un tiempo en una instalación de procesamiento químico. La prolongación de la vida útil de las piezas de aleación metálica en las instalaciones utilizadas para procesar y transportar productos químicos puede lograrse mejorando las propiedades mecánicas y/o la resistencia a la corrosión de las aleaciones, lo que puede reducir los costes asociados al procesamiento químico.

De forma similar, en las operaciones de perforación de petróleo y gas, los componentes de la sarta de perforación pueden degradarse debido a condiciones mecánicas, químicas y/o ambientales. Los componentes de la sarta de perforación pueden estar sujetos a impactos, abrasión, fricción, calor, desgaste, erosión, corrosión y/o depósitos. Los materiales convencionales utilizados para los componentes de la sarta de perforación pueden sufrir una o más limitaciones. Por ejemplo, los materiales convencionales pueden carecer de suficientes propiedades mecánicas (por ejemplo, límite elástico, resistencia a la tracción y/o a la fatiga), resistencia a la corrosión (por ejemplo, resistencia a las picaduras y al agrietamiento por corrosión bajo tensión), y propiedades no magnéticas. Además, los materiales convencionales pueden limitar el tamaño y la forma de los componentes de la sarta de perforación. Estas limitaciones pueden reducir la vida útil de los componentes, complicando y aumentando el coste de las perforaciones de petróleo y gas.

El documento US 5310522 divulga aleaciones que consisten esencialmente en porcentajes en peso de aproximadamente un 30 % a aproximadamente un 35 % de Ni, de aproximadamente un 22 % a aproximadamente un 25% de Cr, de aproximadamente un 4% a aproximadamente un 6,5% de Mo, de aproximadamente un 0,2% a aproximadamente un 1,5% de W, de aproximadamente un 0,2% a aproximadamente un 0,6% de Nb, de aproximadamente un 0,1 % a aproximadamente un 0,6 % de Ti, de aproximadamente un 0,35 % a aproximadamente un 1,75 % de Co, de aproximadamente un 0,05 % a aproximadamente un 0,3 % de C, de aproximadamente un 0,2 % a aproximadamente un 1,3 % de Si, de aproximadamente un 0,2 % a aproximadamente un 1,5 % de Mn y el resto es esencialmente hierro y las impurezas habituales.

El documento EP1997921 divulga un anillo de sellado que tiene un material base basado en una aleación de hierro o níquel y que está tratado con boro. El material base a base de hierro es parcialmente austenítico o parcialmente ferrítico o parcialmente perlítico, bainítico o martensítico.

El documento AT381267B divulga el uso de una aleación compuesta por un porcentaje en peso de: C al 0,05, Si del 0,1 al 1,1, Mn del 1,0 al 7,0, Cr del 18,0 al 22,5, Mo del 4,0 al 7,0, Ni del 23,0 al 27,0, Cu del 1,6 al 3,0, N del 0,05 al 0,3, opcionalmente, W del 0,1 al 2,0, opcionalmente, V del 0,01 al 1,5, Co del 0 al 3,8, Ti del 0 al 0,5, Nb del 0 al 1,0, opcionalmente Ce y/o La del 0,01 al 0,4, y el resto es hierro e impurezas causadas por la producción, como material de relleno de soldadura para unir aceros de alta temperatura o resistentes al calor con aceros no aleados o de baja aleación, con exposición a la corrosión, en particular por oxiácidos de azufre de diferente concentración y temperatura.

Por tanto, sería ventajoso proporcionar nuevas aleaciones que tengan propiedades de resistencia a la corrosión y/o mecánicas mejoradas.

Sumario

La invención proporciona una aleación austenítica de acuerdo con la reivindicación 1 de las reivindicaciones adjuntas.

Descripción detallada de determinadas realizaciones no limitantes

Debe entenderse que ciertas descripciones de las realizaciones descritas en el presente documento han sido simplificadas para ilustrar sólo aquellos elementos, características y aspectos que son relevantes para una clara comprensión de las realizaciones divulgadas, mientras que se eliminan, por razones de claridad, otros elementos, características y aspectos. Un experto habitual en la materia, al considerar la presente descripción de las realizaciones divulgadas, reconocerá que otros elementos y/o características pueden ser deseables en una implementación o aplicación particular de las realizaciones divulgadas. Sin embargo, dado que dichos otros elementos y/o características pueden averiguarse e implementarse fácilmente los expertos habituales en la materia al considerar la presente descripción de las realizaciones divulgadas, y por lo tanto no son necesarios para una comprensión completa de las realizaciones divulgadas, no se proporciona aquí una descripción de dichos elementos y/o características. Por tanto, debe entenderse que la descripción expuesta en el presente documento es meramente a modo de ejemplo e ilustrativa de las realizaciones divulgadas y no pretende limitar el alcance de la invención tal y como se define únicamente por las reivindicaciones.

Además, cualquier intervalo numérico citado en el presente documento pretende incluir todos los subintervalos subincluidos en el mismo. Por ejemplo, un intervalo de "1 a 10" pretende incluir todos los subintervalos entre (y que incluyen) el valor mínimo citado de 1 y el valor máximo citado de 10, esto es, que tiene un valor mínimo igual a o mayor que 1 y un valor máximo igual a o menor que 10. Se pretende que cualquier limitación numérica máxima enumerada en el presente documento incluya todas las limitaciones numéricas inferiores incluidas en la anterior y se pretende que cualquier limitación numérica mínima enumerada en el presente documento incluya limitaciones numéricas mayores incluidas en la anterior.

Los artículos gramaticales "un", "un", "uno/a" y "el/la", como se usan en el presente documento, pretenden incluir "al menos uno" o "uno o más", a menos que se indique lo contrario. Por lo tanto, los artículos se usan en el presente documento para hacer referencia a uno o más de uno (es decir, a al menos uno) de los objetos gramaticales del artículo. A modo de ejemplo, "un componente" significa uno o más componentes y, por tanto, posiblemente, se contempla más de un componente y se puede emplear o usar en una implementación de las realizaciones descritas.

Todos los porcentajes y proporciones se calculan basándose en el peso total de la composición de la aleación, a menos que se indique lo contrario.

La presente divulgación incluye descripciones de diversas realizaciones. Debe apreciarse que todas las realizaciones descritas en el presente documento son a modo de ejemplo, ilustrativas y no limitantes. Por lo tanto, la invención no está limitada por la descripción de las diversas realizaciones a modo de ejemplo, ilustrativas y no limitantes. Más bien, la invención está definida únicamente por las reivindicaciones.

Las aleaciones convencionales utilizadas en el procesamiento químico, la minería y/o las aplicaciones de petróleo y gas pueden carecer de un nivel óptimo de resistencia a la corrosión y/o un nivel óptimo de una o más propiedades mecánicas. Varias realizaciones de las aleaciones descritas en el presente documento pueden tener ciertas ventajas sobre las aleaciones convencionales, que incluyen, pero sin limitación, propiedades de resistencia a la corrosión y/o mecánicas mejoradas. Algunas realizaciones pueden presentar propiedades mecánicas mejoradas, sin que se reduzca la resistencia a la corrosión, por ejemplo. Algunas realizaciones pueden presentar mejores propiedades de impacto, soldabilidad, resistencia a la fatiga por corrosión, a la corrosión por frotamiento y/o a la fragilidad por hidrógeno en relación con las aleaciones convencionales.

En diversas realizaciones, las aleaciones descritas en el presente documento pueden tener una resistencia sustancial a la corrosión y/o propiedades mecánicas ventajosas adecuadas para su uso en aplicaciones exigentes. Sin desear quedar ligados a teoría particular alguna, se cree que las aleaciones descritas en el presente documento pueden presentar una mayor resistencia a la tracción debido a una mejor respuesta al endurecimiento por deformación, conservando al mismo tiempo una gran resistencia a la corrosión. El endurecimiento por deformación o el trabajo en frío pueden utilizarse para endurecer materiales que generalmente no responden bien al tratamiento térmico. Sin embargo, un experto en la materia apreciará que la naturaleza exacta de la estructura trabajada en frío puede depender del material, la tensión, la velocidad de deformación y/o la temperatura de deformación. Sin desear quedar ligados a teoría particular alguna, se cree que el endurecimiento por deformación de una aleación que tenga la composición descrita en el presente documento puede producir de manera más eficiente una aleación que presente una resistencia a la corrosión y/o propiedades mecánicas mejoradas que ciertas aleaciones convencionales.

La invención proporciona una aleación austenítica de acuerdo con la reivindicación 1 de las reivindicaciones adjuntas. Una aleación austenítica de acuerdo con la presente divulgación puede comprender, consistir esencialmente en o consistir en, en porcentajes en peso basados en el peso de aleación total, hasta un 0,05 de carbono, de un 2,0 a un 8.0 de manganeso, de un 0,1 a un 1,0 de silicio, de un 18,0 a un 26,0 de cromo, de un 19,0 a un 37,0 de níquel, de un 3.0 a un 7,0 de molibdeno, de un 0,5 a un 2,0 de cobre, de un 0,1 a un 0,55 de nitrógeno, de un 0,2 a un 3,0 de wolframio, de un 1,0 a un 3,5 de cobalto, hasta un 0,6 de titanio, un porcentaje en peso combinado de niobio y tantalio no superior a un 0,3, hasta un 0,2 de vanadio, hasta un 0,1 de aluminio, hasta un 0,05 de boro, hasta un 0,05 de fósforo, hasta un 0,05 de azufre, y en resto son hierro, oligoelementos e impurezas accidentales.

Además, de acuerdo con diversas realizaciones no limitantes, una aleación austenítica de acuerdo con la presente divulgación puede consistir en, en porcentajes en peso basados en el peso de aleación total, hasta un 0,05 de carbono, de un 2,0 a un 8,0 de manganeso, de un 0,1 a un 0,5 de silicio, de un 19,0 a un 25,0 de cromo, de un 20,0 a un 35,0 de níquel, de un 3,0 a un 6,5 de molibdeno, de un 0,5 a un 2,0 de cobre, de un 0,2 a un 0,5 de nitrógeno, de un 0,3 a un 2,5 de wolframio, de un 1,0 a un 3,5 de cobalto, hasta un 0,6 de titanio, un porcentaje en peso combinado de niobio y tantalio no superior a un 0,3, hasta un 0,2 de vanadio, hasta un 0,1 de aluminio, hasta un 0,05 de boro, hasta un 0,05 de fósforo, hasta un 0,05 de azufre, hierro e impurezas accidentales.

En diversas realizaciones no limitantes, una aleación de acuerdo con la presente divulgación puede comprender carbono en cualquiera de los siguientes intervalos de porcentaje en peso: hasta un 0,05; hasta un 0,03; de un 0,01 a un 0,05; y de un 0,005 a un 0,01.

En diversas realizaciones no limitantes, una aleación de acuerdo con la presente divulgación puede comprender manganeso en cualquiera de los siguientes intervalos de porcentaje en peso: de un 2,0 a un 8,0; de un 2,0 a un 7,0; de un 2,0 a un 6,0; de un 3,5 a un 6,5; y de un 4,0 a un 6,0.

En diversas realizaciones no limitantes, una aleación de acuerdo con la presente divulgación puede comprender silicio en cualquiera de los siguientes intervalos de porcentaje en peso: de un 0,1 a un 1,0; de un 0,5 a un 1,0; y de un 0,1 a un 0,5.

En diversas realizaciones no limitantes, una aleación de acuerdo con la presente divulgación puede comprender cromo en cualquiera de los siguientes intervalos de porcentaje en peso: de un 18,0 a un 26; de un 19,0 a un 25,0; de un 20,0 a un 24,0; de un 20,0 a un 22,0; de un 21,0 a un 23,0.

En diversas realizaciones no limitantes, una aleación de acuerdo con la presente divulgación puede comprender níquel en cualquiera de los siguientes intervalos de porcentaje en peso: de un 19,0 a un 37,0; de un 20,0 a un 35,0; y de un 21,0 a un 32,0.

En diversas realizaciones no limitantes, una aleación de acuerdo con la presente divulgación puede comprender molibdeno en cualquiera de los siguientes intervalos de porcentaje en peso: de un 3,0 a un 7,0; de un 3,0 a un 6,5; de un 5,5 a un 6,5; y de un 6,0 a un 6,5.

En diversas realizaciones no limitantes, una aleación de acuerdo con la presente divulgación puede comprender cobre en cualquiera de los siguientes intervalos de porcentaje en peso: de un 0,5 a un 2,0; y de un 1,0 a un 1,5.

En diversas realizaciones no limitantes, una aleación de acuerdo con la presente divulgación puede comprender nitrógeno en cualquiera de los siguientes intervalos de porcentaje en peso: de un 0,1 a un 0,55; de un 0,2 a un 0,5; y de un 0,2 a un 0,3. En determinadas realizaciones, el nitrógeno puede limitarse a un 0,35 por ciento en peso o a un 0,3 por ciento en peso para tener en cuenta su limitada solubilidad en la aleación.

En diversas realizaciones no limitantes, una aleación de acuerdo con la presente divulgación puede comprender wolframio en cualquiera de los siguientes intervalos de porcentaje en peso: de un 0,2 a un 3,0; de un 0,2 a un 0,8; y de un 0,3 a un 2,5.

En diversas realizaciones no limitantes, una aleación de acuerdo con la presente divulgación puede comprender cobalto en cualquiera de los siguientes intervalos de porcentaje en peso: de un 1,0 a un 3,5; y de un 1,0 a un 3,0. En determinadas realizaciones, el cobalto mejoró inesperadamente las propiedades mecánicas de la aleación. Por ejemplo, en ciertas realizaciones de la aleación, la adición de cobalto puede proporcionar hasta un 20 % de aumento de la tenacidad, hasta un 20 % de aumento del alargamiento y/o una mayor resistencia a la corrosión. Sin desear quedar ligados a teoría particular alguna, se cree que el cobalto puede aumentar la resistencia a la precipitación perjudicial de la fase sigma en la aleación en relación con las variantes que no llevan cobalto, que mostraron niveles más altos de fase sigma en los límites de grano después del trabajo en caliente.

En diversas realizaciones no limitantes, una aleación de acuerdo con la presente divulgación puede comprender una relación de porcentaje en peso de cobalto/wolframio de 2:1 a 5:1 o de 2:1 a 4:1. En determinadas realizaciones, por ejemplo, la relación de porcentaje en peso de cobalto/wolframio puede ser de aproximadamente 4:1. El uso de cobalto y wolframio puede aportar a la aleación un mayor fortalecimiento de la solución sólida.

En diversas realizaciones no limitantes, una aleación de acuerdo con la presente divulgación puede comprender titanio en cualquiera de los siguientes intervalos de porcentaje en peso: hasta un 0,6; hasta un 0,1; hasta un 0,01; y de un 0,1 a un 0,6.

En diversas realizaciones no limitantes, una aleación de acuerdo con la presente divulgación puede comprender circonio en cualquiera de los siguientes intervalos de porcentaje en peso: hasta un 0,6; hasta un 0,1; hasta un 0,01; y de un 0,1 a un 0,6.

En diversas realizaciones no limitantes, una aleación de acuerdo con la presente divulgación puede comprender un porcentaje en peso combinado de niobio y tántalo en cualquiera de los siguientes intervalos: hasta un 0,3; de un 0,01 a un 0,1.

En diversas realizaciones no limitantes, una aleación de acuerdo con la presente divulgación puede comprender vanadio en cualquiera de los siguientes intervalos de porcentaje en peso: hasta un 0,2; de un 0,05 a un 0,2.

En diversas realizaciones no limitantes, una aleación de acuerdo con la presente divulgación puede comprender aluminio en cualquiera de los siguientes intervalos de porcentaje en peso: hasta un 0,1; hasta un 0,01; y de un 0,05 a un 0,1.

En diversas realizaciones no limitantes, una aleación de acuerdo con la presente divulgación puede comprender boro en cualquiera de los siguientes intervalos de porcentaje en peso: hasta un 0,05; hasta un 0,01; hasta un 0,008; hasta un 0,001; hasta un 0,0005.

En diversas realizaciones no limitantes, una aleación de acuerdo con la presente divulgación puede comprender fósforo en cualquiera de los siguientes intervalos de porcentaje en peso: hasta un 0,05; hasta un 0,025; hasta un 0,01; y hasta un 0,005.

En diversas realizaciones no limitantes, una aleación de acuerdo con la presente divulgación puede comprender azufre en cualquiera de los siguientes intervalos de porcentaje en peso: hasta un 0,05; hasta un 0,025; hasta un 0,01; y hasta un 0,005.

En diversas realizaciones no limitantes, el resto de una aleación de acuerdo con la presente divulgación puede comprender hierro e impurezas accidentales. En diversas realizaciones, la aleación puede comprender hierro en cualquiera de los siguientes intervalos de porcentaje en peso: hasta un 60; hasta un 50; de un 20 a un 60; de un 20 a un 50; de un 20 a un 45; de un 35 a un 45; de un 30 a un 50; de un 40 a un 60; de un 40 a un 50; de un 40 a un 45; y de un 50 a un 60.

En diversas realizaciones no limitantes, una aleación de acuerdo con la presente divulgación puede comprender impurezas accidentales. Tal como se usa generalmente en el presente documento, la expresión "impurezas accidentales" se refiere a uno o más de bismuto, calcio, cerio, lantano, plomo, oxígeno, fósforo, rutenio, plata, selenio, azufre, telurio, estaño y circonio, que pueden estar presentes en la aleación a concentraciones menores. En diversas realizaciones no limitantes, el porcentaje en peso combinado de cualquiera de cerio y/o lantano presente en la aleación puede ser de hasta un 0,1. Otros elementos que pueden estar presentes como impurezas accidentales en las aleaciones descritas en el presente documento serán evidentes para los expertos habituales en la materia.

En diversas realizaciones no limitantes, una aleación austenítica de acuerdo con la presente divulgación puede ser no magnética. Esta característica puede facilitar el uso de la aleación en el que son importantes las propiedades no magnéticas, lo que incluye, por ejemplo, su uso en ciertas aplicaciones de componentes de sartas de perforación de petróleo y gas. Ciertas realizaciones no limitantes de la aleación austenítica descrita en el presente documento pueden caracterizarse por un valor de permeabilidad magnética (|jr) dentro de un intervalo concreto. En diversas realizaciones, el valor de la permeabilidad magnética de una aleación de acuerdo con la presente divulgación puede ser menor que 1,01, menor que 1,005 y/o menor que 1,001. En diversas realizaciones, la aleación puede estar sustancialmente exenta de ferrita.

En diversas realizaciones no limitantes, una aleación austenítica de acuerdo con la presente divulgación puede caracterizarse por un número de equivalencia de resistencia a las picaduras (PREN) dentro de un intervalo particular. Como se entiende, el PREN asigna un valor relativo a la resistencia esperada a la corrosión por picaduras de una aleación en un ambiente que contiene cloruro. Generalmente, se espera que las aleaciones con un PREN más elevado tengan una mejor resistencia a la corrosión que las aleaciones con un PREN más bajo. Un cálculo particular de PREN proporciona un valor de PREN¹⁶utilizando la siguiente fórmula, en donde los porcentajes son porcentajes en peso basados en el peso de la aleación:

PREN¹⁶= %Cr 3,3(%Mo) 16(%N) 1,65(%)

En diversas realizaciones no limitantes, una aleación de acuerdo con la presente divulgación puede tener un valor de PREN¹⁶en cualquiera de los siguientes intervalos: hasta 60 o hasta 58; mayor que 30; mayor que 40; mayor que 45; mayor que 48; de 30 a 60; de 30 a 58; de 30 a 50; de 40 a 60; de 40 a 58; de 40 a 50; y de 48 a 51. Sin desear quedar ligados a teoría particular alguna, se cree que un valor de PREN¹⁶más elevado puede indicar una mayor probabilidad de que la aleación presente una resistencia a la corrosión suficiente en entornos como, por ejemplo, ambientes altamente corrosivos, ambientes de alta temperatura y ambientes de baja temperatura. Pueden existir entornos agresivamente corrosivos en, por ejemplo, los equipos de procesamiento químico y el entorno de fondo de pozo al que se somete una sarta de perforación en las aplicaciones de perforación de petróleo y gas. Los entornos agresivamente corrosivos pueden someter a una aleación a, por ejemplo, compuestos alcalinos, soluciones de cloruro acidificadas, soluciones de sulfuro acidificadas, peróxidos y/o CO², junto con las temperaturas extremas.

En diversas realizaciones no limitantes, una aleación austenítica de acuerdo con la presente divulgación puede caracterizarse por un valor de coeficiente de sensibilidad para evitar un valor de precipitaciones (CP) dentro de un intervalo concreto. El valor del CP se describe en, por ejemplo, la Patente de los Estados Unidos n.° 5.494.636, titulada "Austenitic Stainless Steel Having High Properties". El valor del CP es una indicación relativa de la cinética de precipitación de las fases intermetálicas en una aleación. Puede calcularse el valor del CP utilizando la siguiente fórmula, en donde los porcentajes son porcentajes en peso basados en el peso de la aleación:

CP = 20(% de Cr) 0,3(% de Ni) 30(% de Mo) 5(% de W) 10(% de Mn) 50(% de C) - 200(% de N)

Sin desear quedar ligados a teoría particular alguna, se cree que las aleaciones que tienen un valor del CP inferior a 710 presentarán una estabilidad ventajosa de la austenita que ayuda a minimizar la sensibilización de la ZAC (zona afectada por el calor) por las fases intermetálicas durante la soldadura. En diversas realizaciones no limitantes, una aleación descrita en el presente documento puede tener un valor del CP dentro de cualquiera de los siguientes intervalos: hasta 800; hasta 750; menos de 750; hasta 710; menos de 710; hasta 680; y 660-750.

En diversas realizaciones no limitantes, una aleación austenítica de acuerdo con la presente divulgación puede caracterizarse por una Temperatura Crítica de Picadura (CPT) y/o una Temperatura Crítica de Corrosión por Hendidura (CCCT) dentro de intervalos particulares. En determinadas aplicaciones, los valores de CPT y CCCT pueden indicar con mayor precisión la resistencia a la corrosión de una aleación que el valor de PREN de la misma. La CPT y la CCCT pueden medirse según la norma ASTM G48-11, titulada "Standard Test Methods for Pitting and Crevice Corrosion Resistance of Stainless Steels and Related Alloys by Use of Ferric Chloride Solution". En diversas realizaciones no limitantes, la CPT de una aleación de acuerdo con la presente divulgación puede ser de al menos 45 °C, o más preferentemente es de al menos 50 °C y la CCCT puede ser de al menos 25 °C o más preferentemente es de al menos 30 °C.

En diversas realizaciones no limitantes, una aleación austenítica de acuerdo con la presente divulgación puede caracterizarse por un valor de resistencia al agrietamiento por tensión de cloruro (SCC) dentro de un intervalo particular. El valor del SCC se describe en, por ejemplo, A. J. Sedricks, "Corrosion of Stainless Steels" (J. Wiley and Sons 1979). En diversas realizaciones no limitantes, el valor de SCC de una aleación de acuerdo con la presente divulgación puede medirse para aplicaciones particulares de acuerdo con una o más de las normas ASTM G30-97 (2009), titulada "Standard Practice for Making and Using U-Bend Stress-Corrosion Test Specimens"; ASTM G36-94 (2006), titulada "Standard Practice for Evaluating Stress-Corrosion-Cracking Resistance of Metals and Alloys in a Boiling Magnesium Chloride Solution"; ASTM G39-99 (2011), "Standard Practice for Preparation and Use of Bent-Beam Stress-Corrosion Test Specimens"; ASTM G49-85 (2011), "Standard Practice for Preparation and Use of Direct Tension Stress-Corrosion Test Specimens"; y ASTM G123-00 (2011), "Standard Test Method for Evaluating Stress-Corrosion Cracking of Stainless Alloys with Different Nickel Content in Boiling Acidified Sodium Chloride Solution". En diversas realizaciones no limitantes, el valor de SCC de una aleación de acuerdo con la presente divulgación es lo suficientemente alto como para indicar que la aleación puede soportar adecuadamente la ebullición de una solución de cloruro sódico acidificada durante 1000 horas sin experimentar un agrietamiento inaceptable por corrosión bajo tensión, de acuerdo con la evaluación según la norma ASTM G123-00 (2011).

Las aleaciones descritas en el presente documento pueden fabricarse o incluirse en diversos artículos de fabricación. Dichos artículos de fabricación pueden comprender, por ejemplo, y sin limitación, una aleación austenítica de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas.

Los artículos de fabricación que pueden incluir una aleación de acuerdo con la presente divulgación pueden seleccionarse entre, por ejemplo, piezas y componentes para su uso en la industria química, la industria petroquímica, la industria minera, la industria petrolera, la industria del gas, la industria del papel, la industria del procesado de alimentos, la industria farmacéutica y/o la industria de servicios hídricos. Los ejemplos no limitantes de artículos específicos de fabricación que pueden incluir una aleación de acuerdo con la presente divulgación incluyen: una tubería; una lámina; una placa; una barra; una varilla; un forjado; un tanque; un componente de una red de tuberías; tuberías, condensadores e intercambiadores de calor destinados a ser utilizados con productos químicos, gas, petróleo, agua marina, agua de servicio y/o fluidos corrosivos (por ejemplo, compuestos alcalinos, soluciones de cloruro acidificadas, soluciones de sulfuro acidificadas y/o peróxidos); arandelas de filtro, cubas y rodillos de prensado en las plantas de blanqueado de pulpa; sistemas de tuberías de agua de servicio para centrales nucleares y entornos de lavadores de gases de combustión de centrales eléctricas; componentes para sistemas de proceso para plataformas petrolíferas y de gas en alta mar; componentes de pozos de gas, incluidos tubos, válvulas, colgadores, niples de asiento, juntas de herramientas y empaquetadoras; componentes de motores de turbina; componentes y bombas de desalinización; columnas de destilación y envasado de talloil; artículos para entornos marinos, tales como, por ejemplo, cajas de transformadores; válvulas; ejes; bridas; reactores; colectores; separadores; intercambiadores; bombas; compresores; remaches; conectores flexibles; fuelles; revestimientos de chimeneas; revestimientos de conductos; y ciertos componentes de la sarta de perforación como, por ejemplo, estabilizadores, componentes de perforación orientables, collares de perforación, estabilizadores integrales de las palas, mandriles estabilizadores, tubulares de perforación y medición, carcasas de medición durante la perforación, carcasas de registro durante la perforación, collares de perforación no magnéticos, tubo de perforación no magnético, estabilizadores no magnéticos de cuchillas integrales, collares flexibles no magnéticos y tubos de perforación de servicio de compresión.

Las aleaciones de acuerdo con la presente divulgación pueden producirse de acuerdo con técnicas conocidas por los expertos habituales en la materia tras revisar la composición de la aleación descrita en la presente divulgación. Por ejemplo, un método para producir una aleación austenítica de acuerdo con la presente divulgación puede comprender generalmente: proporcionar una aleación austenítica que tenga cualquiera de las composiciones descritas en la presente divulgación; y endurecimiento por deformación en frío de la aleación.

En diversas realizaciones no limitantes de dicho método, el endurecimiento por deformación en frío de la aleación puede llevarse a cabo de manera convencional mediante la deformación de la aleación utilizando uno o más de laminados, forjado, perforación, extrusión, granallado, chorreo con granalla y/o doblado de la aleación. En diversas realizaciones no limitantes, el endurecimiento por deformación en frío puede comprender el trabajo en frío de la aleación.

El paso de proporcionar una aleación austenítica que tenga cualquiera de las composiciones descritas en la presente divulgación puede comprender cualquier técnica convencional adecuada conocida en la técnica de producir aleaciones metálicas, tal como, por ejemplo, prácticas de fundición y prácticas de pulvimetalurgia. Los ejemplos no limitantes de prácticas de fundición convencionales incluyen, sin limitación, prácticas que utilizan técnicas de fusión consumibles (por ejemplo, la refundición por arco de vacío (VAR) y la refundición por electroescoria (ESR)), técnicas de fusión no consumibles (por ejemplo, fusión en frío por plasma y fusión en frío por haz de electrones) y una combinación de dos o más de estas técnicas. Tal como se conoce en la técnica, ciertas prácticas de la pulvimetalurgia para preparar una aleación implican generalmente la producción de una aleación en polvo mediante los siguientes pasos: AOD, VOD o ingredientes de fusión por inducción al vacío para proporcionar una masa fundida con la composición deseada; atomizar la masa fundida mediante técnicas de atomización convencionales para obtener una aleación en polvo; y el prensado y la sinterización de toda o una parte de la aleación en polvo. En una técnica de atomización convencional, una corriente de la masa fundida se pone en contacto con la hoja giratoria de un atomizador, que rompe el chorro en pequeñas gotas. Las gotas pueden solidificarse rápidamente en una atmósfera de vacío o de gas inerte, obteniéndose pequeñas partículas sólidas de aleación.

Tanto si se prepara una aleación mediante prácticas de fundición como de pulvimetalurgia, los ingredientes utilizados para producir la aleación (que pueden incluir, por ejemplo, materiales elementales puros de partida, aleaciones maestras, materiales semirrefinados y/o chatarra) pueden combinarse de manera convencional en las cantidades y proporciones deseadas e introducirse en el aparato de fusión seleccionado. Mediante la selección adecuada de las materias primas, los oligoelementos y/o las impurezas incidentales pueden mantenerse en niveles aceptables para obtener las propiedades mecánicas u otras deseadas en la aleación final. La selección y el modo de adición de cada una de las materias primas para formar la masa fundida pueden controlarse cuidadosamente debido al efecto que estas adiciones tienen sobre las propiedades de la aleación en la forma acabada. Además, pueden aplicarse técnicas de refinado conocidas en la técnica para reducir o eliminar la presencia de elementos y/o inclusiones indeseables en la aleación. Cuando se funden, los materiales pueden consolidarse en una forma generalmente homogénea mediante técnicas convencionales de fusión y procesamiento.

Varias realizaciones de la aleación de acero austenítico descrita en el presente documento pueden tener una resistencia a la corrosión y/o propiedades mecánicas mejoradas en relación con las aleaciones convencionales. Algunas de las realizaciones de aleación pueden tener una resistencia a la tracción máxima, límite elástico, porcentaje de alargamiento y/o dureza mayores comparables o mejores que la aleación DATALLOY 2® y/o la aleación AL-6XN®. Además, algunas de las realizaciones de la aleación pueden tener un PREN, CP, CPT, c Cc T y/o valores de SCC comparables o superiores a la aleación DATALLOY 2® y/o a la aleación AL-6XN®. Además, algunas de las aleaciones pueden tener una resistencia a la fatiga, estabilidad microestructural, tenacidad, resistencia al agrietamiento térmico, a la corrosión por picadura, a la corrosión galvánica, SCC, maquinabilidad y/o resistencia a la corrosión por frotamiento mejoradas en relación con la aleación DATALLOY 2® y/o la aleación AL-6XN®. Como saben los expertos habituales en la materia, la aleación DATALLOY 2® es un acero inoxidable Cr-Mn-N con la siguiente composición nominal, en porcentajes en peso: 0,03 de carbono; 0,30 de silicio; 15,1 de manganeso; 15,3 de cromo; 2,1 de molibdeno; 2,3 de níquel; 0,4 de nitrógeno; y el resto hierro e impurezas. Como también saben los expertos habituales en la materia, la aleación AL- 6XN® (UNS N08367) es un acero inoxidable superaustenítico que tiene la siguiente composición típica, en porcentajes en peso: 0,02 de carbono; 0,40 de manganeso; 0,020 de fósforo; 0,001 de azufre; 20,5 de cromo; 24,0 de níquel; 6,2 de molibdeno; 0,22 de nitrógeno; 0,2 de cobre; y el resto hierro. La aleación DATALLOY 2® y la aleación AL-6XN® están disponibles en Allegheny Technologies Incorporated, Pittsburgh, Pa. EE. UU.

En ciertas realizaciones no limitantes, una aleación de acuerdo con la presente divulgación muestra, a temperatura ambiente, una resistencia a la tracción final de al menos 758,5 MPa (110 ksi), un límite elástico de al menos 344,6 MPa (50 ksi) y/o un porcentaje de alargamiento de al menos el 15 %. En diversas realizaciones no limitantes diferentes, una aleación de acuerdo con la presente divulgación, en estado recocido, muestra, a temperatura ambiente, resistencia a la tracción final en el intervalo de 620,6 MPa (90 ksi) a 1034,3 MPa (150 ksi), resistencia a la fluencia en el intervalo de 344,6 MPa (50 ksi) a 827,4 MPa (120 ksi) y/o un porcentaje de alargamiento en el intervalo de 20 % a 65 %. En diversas realizaciones no limitantes, tras el endurecimiento por deformación en frío de la aleación, la aleación presenta una resistencia a la tracción final de al menos 1068,7 MPa (155 ksi), un límite elástico de al menos 689,5 MPa (100 ksi) y/o un porcentaje de alargamiento de al menos el 15 %. En diversas realizaciones no limitantes diferentes, tras el endurecimiento por deformación en frío de la aleación, la aleación presenta una resistencia a la tracción en el intervalo de 689,5 MPa (100 ksi) a 1654,8 MPa (240 ksi), un límite elástico en el intervalo de 758,5 MPa (110 ksi) a 1516,9 MPa (220 ksi) y/o un porcentaje de alargamiento en el intervalo del 15 % al 30 %. En otras realizaciones no limitantes, tras el endurecimiento por deformación en frío de una aleación de acuerdo con la presente divulgación, la aleación presenta un límite elástico de hasta 1723,8 MPa (250 ksi) y/o una resistencia a la tracción final de hasta 2068,5 MPa (300 ksi).

Ejemplos

Las diversas realizaciones descritas en el presente documento se pueden comprender mejor cuando se leen junto con uno o más de los siguientes ejemplos representativos. Los siguientes ejemplos se incluyen con fines ilustrativos y no como limitación.

Se prepararon varias hornadas de 136,4 kg (300 libras) mediante VIM que tienen las composiciones listadas en la tabla 1, en donde los espacios en blanco indican que no se determinó un valor para el elemento. Los números de hornada WT-76 a WT-79 representan ejemplos comparativos y los números de hornada WT-80 a WT-81 representan realizaciones no limitantes de aleaciones de acuerdo con la presente divulgación. Los números de hornada WT-82, 90FE-T1 y 90FE-B1 representan las formas de la aleación dAt ALLOY 2®. El número de hornada WT-83 representa una realización de la aleación AL-6XN®. Las hornadas se fundieron en lingotes y se utilizaron muestras de los lingotes para determinar un intervalo de trabajo adecuado para la descomposición de los lingotes. Los lingotes se forjaron a 1177 °C (2150 °F) con recalentamientos adecuados para obtener barras rectangulares de 7 cm (2,75 pulgadas) por 4,4 cm (1,75 pulgadas) de cada hornada.

Se tomaron secciones de unos 15,2 cm (6 pulgadas) de longitud de las barras rectangulares producidas a partir de varios de las hornadas y se forjaron con una reducción de entre el 20 % y el 35 % para endurecer las secciones. Las secciones endurecidas por deformación en frío se sometieron a ensayos de tracción para determinar las propiedades mecánicas, que se enumeran en la tabla 2. Las pruebas de tracción y de permeabilidad magnética se llevaron a cabo mediante procedimientos de prueba de tracción estándar. La resistencia a la corrosión de cada sección se evaluó utilizando el procedimiento de la práctica C de la norma ASTM G48-11, "Standard Test Methods for Pitting and Crevice Corrosion Resistance of Stainless Steels and Related Alloys by Use of Ferric Chloride Solution". La resistencia a la corrosión también se estimó utilizando la fórmula de PREN¹⁶indicada anteriormente. La tabla 2 indica la temperatura a la que se forjaron las secciones. Como se indica en la tabla 2, se realizaron pruebas por duplicado en cada una de las muestras. En la tabla 2 también se indica el porcentaje de reducción del grosor ("% de deformación") de las secciones alcanzado en la etapa de forjado para cada sección. Cada una de las secciones analizadas se evaluó inicialmente en cuanto a sus propiedades mecánicas a temperatura ambiente ("TA") antes del forjado (0 % de deformación).

Como se muestra en la tabla 1, los números de hornada WT-80 a WT-81 tenían valores de PREN¹⁶y de CP más elevados en relación con el número de hornada WT-82 y valores de CP mejorados en relación con los números de hornada 90FE-T1 y 90FE-B1. Con referencia a la tabla 2, la ductilidad de las aleaciones que contienen cobalto producidas en los números de hornada WT-80 y WT-81 fue inesperadamente mejor que la ductilidad medida de las aleaciones producidas en los números de hornada WT-76 y WT-77, que generalmente son aleaciones correspondientes que carecen de cobalto. Esta observación sugiere que hay una ventaja en incluir cobalto en las aleaciones de la presente divulgación. Como se ha analizado anteriormente, sin desear quedar ligados a teoría particular alguna, se cree que el cobalto puede aumentar la resistencia a la precipitación perjudicial de la fase sigma en la aleación, mejorando así la ductilidad. Los datos de la tabla 2 también indican que la adición de manganeso al número de hornada WT-83 aumentó la resistencia tras la deformación. Todas las aleaciones experimentales fueron no magnéticas (con una permeabilidad magnética de aproximadamente 1,001) cuando se evaluaron utilizando el procedimiento de prueba utilizado convencionalmente para medir la permeabilidad magnética de la aleación DATALLOY 2®.

La presente memoria descriptiva se ha redactado con referencia a diversas realizaciones no limitantes ni exhaustivas. Sin embargo, los expertos habituales en la materia reconocerán que pueden efectuarse diversas sustituciones, modificaciones o combinaciones de cualquiera de las realizaciones divulgadas (o partes de las mismas) dentro del alcance de la presente memoria descriptiva. Por lo tanto, se contempla y entiende que la presente memoria descriptiva respalda realizaciones adicionales que no se indican expresamente en el presente documento. Dichas realizaciones pueden obtenerse, por ejemplo, combinando, modificando o reorganizando cualquiera de los pasos, componentes, elementos, rasgos, aspectos, características, limitaciones y similares divulgados, de las diversas realizaciones no limitantes descritas en la presente memoria descriptiva.

Tabla 2

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una aleación austenítica que comprende, en porcentajes en peso basados en el peso de aleación total: hasta un 0,05 de carbono; de un 2,0 a un 8,0 de manganeso; de un 0,1 a un 1,0 de silicio; de un 18,0 a un 26,0 de cromo; de un 19,0 a un 37,0 de níquel; de un 3,0 a un 7,0 de molibdeno; de un 0,5 a un 2,0 de cobre; de un 0,1 a un 0,55 de nitrógeno; de un 0,2 a un 3,0 de wolframio; de un 1,0 a un 3,5 de cobalto; hasta un 0,6 de titanio; un porcentaje en peso combinado de niobio y tantalio no superior a un 0,3; hasta un 0,2 de vanadio; hasta un 0,1 de aluminio; hasta un 0,05 de boro; hasta un 0,05 de fósforo; hasta un 0,05 de azufre; un porcentaje en peso combinado de cerio y lantano no superior a un 0,1; hasta aproximadamente un 0,5 por ciento en peso de rutenio; hasta aproximadamente un 0,6 por ciento en peso de circonio; y el resto hierro, oligoelementos e impurezas accidentales.

2. La aleación de la reivindicación 1, que comprende de un 19,0 a un 25,0 por ciento en peso de cromo.

3. La aleación de la reivindicación 1, que comprende de un 20,0 a un 35,0 por ciento en peso de níquel.

4. La aleación de la reivindicación 1, que comprende de un 3,0 a un 6,5 por ciento en peso de molibdeno.

5. La aleación de la reivindicación 1, que comprende de un 0,3 a un 2,5 por ciento en peso de wolframio.

6. La aleación de la reivindicación 1, que comprende de un 0,2 a un 0,5 por ciento en peso de nitrógeno.

7. La aleación de la reivindicación 1, que comprende, en porcentajes en peso basados en el peso de aleación total: de un 0,1 a un 0,5 de silicio; de un 19,0 a un 25,0 de cromo; de un 20,0 a un 35,0 de níquel; de un 3,0 a un 6,5 de molibdeno; de un 0,2 a un 0,5 de nitrógeno; de un 0,3 a un 2,5 de wolframio.

8. La aleación de la reivindicación 7, en donde el manganeso es de un 2,0 a un 6,0 por ciento en peso.

9. La aleación de la reivindicación 7, en donde el cromo es de un 20,0 a un 22,0 por ciento en peso.

10. La aleación de la reivindicación 7, en donde el molibdeno es de un 6,0 a un 6,5 por ciento en peso.