BR112019028257B1 - Liga resistente à corrosão - Google Patents

Abstract

A invenção refere-se à metalurgia, a ligas baseadas em níquel, concebidas para serem usadas em ambientes oxidantes agressivos. O resultado técnico da invenção é a obtenção de uma liga com um alto nível de propriedades plásticas durante a operação na faixa de temperatura de 550 °C a 625 °C e maior resistência à fissuração por corrosão em cloretos fundidos KCl, AlCl3 + (ZrCl4 HfCl4), a temperaturas de até 650 °C. O resultado técnico especificado é alcançado pela liga que contém carbono, silício, manganês, cromo, molibdénio, fósforo, enxofre, ferro, níquel e impurezas inevitáveis, segundo a invenção, contém adicionalmente titânio, alumínio, nióbio e magnésio na seguinte proporção de componentes, massa%: Carbono =0,006; Silício =0,1; Manganês =1,0; Cromo 22,8-24,0; Ferro =0, 75; Molibdeno 12,0-14,0; Nióbio 0,01-0,03; Titânio 0,01-0,06; Alumínio 0,1-0,2; Magnésio 0,005-0,01; Fósforo =0,015; Enxofre =0,012; Níquel e impurezas inevitáveis restante, enquanto que o conteúdo de cromo, molibdénio e ferro está relacionada à proporção: e o teor de nióbio e de carbono à proporção: 3 parágrafos principais da fórmula, 3 tabelas

Description

[001] A invenção refere-se à metalurgia, a ligas baseadas em níquel, concebidas para serem usadas em ambientes oxidantes agressivos.

[002] A liga corrosiva apresentada Nicrofer 6616 hMo liga C-4 (n.° 2.4610) contendo, massa%: 14,5-17,5 Cr, 14,017,0 Mo, <3,0 Fe, <0, 009 C, <1,0 Mn, <0,05 Si, <2,0 Co, <0,7 Ti, <0,020 P, <0,010 S, restos de níquel e impurezas inevitáveis (Referência “Aços e Ligas Resistentes à Corrosão Resistentes ao Calor e de Alta Resistência", Moscovo, Prometej-Splav, 2008, pp. 304 - 306).

[003] A liga é usada para a fabricação de equipamentos usados numa ampla gama de ambientes químicos, a temperaturas ambiente e a temperaturas elevadas. Em particular, para adsorventes na dessulfuração de gases de combustão; banhos de decapagem e instalações de regeneração de ácidos; instalações para a produção de ácido acético e agroquímicos.

[004] O análogo mais próximo da presente invenção é a liga KhN65MVU (EP760) contendo, massa%: <0,02 C, <0,1 Si, <1,0 Mn, 14,5-16,5 Cr, 15,0-17,0 Mo, 3,0-4,5 W, <0,5 Fe, <0,012 S, <0,015 P, restos de níquel e impurezas inevitáveis (GOST 5632-2014 - protótipo).

[005] A liga é usada para a fabricação de estruturas soldadas (colunas, permutadores de calor, reatores) que funcionam a temperaturas elevadas em ambientes agressivos de recuperação oxidativa, na indústria química, petroquímica (produção de ácido acético, resinas epóxi, acetato de vinila, melamina, compostos orgânicos complexos) e outras indústrias no intervalo de temperatura de -70 a 5000 °C.

[006] A liga da marca KhN65MVU e as suas juntas soldadas podem ser usadas em ambientes KCl-AlCl3-ZrCl4 apenas até 500 °C, porque a uma temperatura está acima do valor especificado na liga, além da corrosão entre cristais e da corrosão, ocorre um declínio acentuado da extensão relativa de 48% para 7,3-13% a 550 °C e até 2,5% a 625 °C e a distorção do metal é manifestada mediante a aplicação de deformação.

[007] O problema ao qual a invenção está direcionada engloba a criação de uma liga com altas propriedades corrosivas a temperaturas de até T= 650 °C em ambientes operacionais de instalações de cloreto (KCl-AlCl3-ZrCl4) .

[008] O resultado técnico da invenção é a obtenção de uma liga com um alto nível de propriedades plásticas durante a operação na faixa de temperatura de 550 °C a 625 °C e maior resistência à fissuração por corrosão em cloretos fundidos KCl, AlCl3 + (ZrCl4 HfCl4), a temperaturas de até 650 °C.

[009] O resultado técnico especificado é alcançado pela liga que contém carbono, silício, manganês, cromo, molibdénio, fósforo, enxofre, ferro, níquel e impurezas inevitáveis, segundo a invenção, contém adicionalmente titânio, alumínio, nióbio componentes, massa%: Carbono Silício Manganês Cromo Ferro Molibdeno Nióbio Titânio Alumínio Magnésio Fósforo Enxofre e magnésio na seguinte proporção de <0,006 < 0, 1 < 1,0 22,8-24,0 < 0, 75 12,0-14,0 0,01-0,03 0,01-0,06 0,1-0,2 0,005-0,01 < 0,015 < 0,012 Níquel e inevitáveis impurezas restante

[010] Para obter uma estrutura estável e propriedades plásticas, é preferível que o teor de cromo, molibdénio e ferro esteja relacionado à proporção: (1) (a relação entre a percentagem em massa total de crómio e molibdénio e a percentagem de ferro não inferior a 46,4)

[011] Para obter uma estrutura estável e altas propriedades corrosivas, é preferível que o teor de nióbio e carbono seja relacionado à proporção: (2) (a relação entre a percentagem em massa de nióbio e a percentagem em massa de carbono não inferior a 1,66).

[012] É ideal que o conteúdo de cromo, molibdénio, ferro, nióbio e carbono seja relacionado às proporções:

[013] Uma análise comparativa com o protótipo permite concluir que a liga reivindicada é diferente da conhecida por baixo teor de carbono (^0, 006% em vez de ^0,02), molibdénio (12,0-14,0% em vez de 15,0-17,0%), maior teor de cromo (23,0- 24,0% em vez de 14,5-16,5%), ferro (^0,75% em vez de ^0,5%) não contém tungsténio e também pela introdução adicional de elementos como o nióbio numa quantidade de 0,01-0,03%, titânio numa quantidade de 0,01-0,06%, alumínio numa quantidade de 0,1-0,2% e magnésio numa quantidade de 0,005-0,01%.

[014] Além disso, em casos particulares da invenção, as razões reivindicadas dos elementos são cumpridas:

[015] Os limites do conteúdo dos elementos na liga declarada foram estabelecidos como resultado de um estudo das propriedades das ligas com diferentes opções de composição.

[001] O excesso do teor de carbono de mais de 0, 006% reduz a resistência à corrosão nas soluções de zircónio e háfnio, aumentando o processo de formação de carboneto a altas temperaturas (aparecimento de fases indesejáveis de carboneto).

[016] O teor de cromo é de 22,8 - 24,0% para garantir a resistência necessária ao calor em ambientes de óxido de háfnio e zircónio. Quando o cromo é introduzido na liga com menos de 22,8%, não é fornecida a resistência ao calor necessária, e o excesso do teor acima de 24,0% prejudica a resistência térmica da liga.

[017] A introdução de molibdénio nas ligas de níquel aumenta a temperatura de recristalização de soluções sólidas, inibe o seu amolecimento, aumenta a resistência térmica e leva a um aumento da ductilidade em testes de curto e longo prazo.

[018] A faixa de conteúdo de molibdénio de 12,0-14,0% é escolhida para fornecer as propriedades mecânicas necessárias, tanto para as cargas de curto prazo quanto para as altas temperaturas. Com a introdução de menos de 12,0% de molibdénio, as propriedades mecânicas não são asseguradas. Quando o conteúdo está acima de 14,0%, há uma diminuição na ductilidade e, consequentemente, a deterioração de fabricação da liga durante o processamento metalúrgico.

[019] O nióbio, na quantidade de 0,01 a 0,03%, liga carbono e nitrogénio residuais a carbonetos, nitretos e carbonitretos, impede a formação de carbonetos e carbonitretos de cromo ao longo dos limites dos grãos. A adição de nióbio numa quantidade 6 a 10 vezes superior ao teor de carbono na liga elimina a corrosão intergranular das ligas e protege as soldas contra a destruição. Quando o teor de nióbio é inferior a 0,01%, a sua interação com o carbono residual é ineficaz, e o teor de nióbio acima de 0,03% não é racional para a formação de carboneto.

[020] O excesso de silício acima de 0,1% tem um impacto negativo na tecnologia da liga, além de levar à fragilização da liga devido ao maior teor de silicatos.

[021] O aumento do teor de manganês em mais de 1,0% produz uma eutética ligeira, que leva à destruição do lingote durante o processamento da pressão e reduz a resistência térmica da liga, além de reduzir a resistência à corrosão local.

[022] O níquel é resistente em HCl, mesmo no ponto de ebulição. No entanto, na presença de cloretos, iões Fe(III) e outros agentes oxidantes, a corrosão do níquel e do níquel- cromo das ligas de molibdénio aumenta, relacionado com o teor de ferro é limitado no máximo de 0,75%.

[023] A introdução de titânio em quantidades de 0,010,06% aumenta a resistência à corrosão em fusões dos sais de zircónio e háfnio, liga o carbono residual aos carbonetos e leva à formação de uma quantidade suficiente de composto intermetálico do tipo Ni3Ti, que, a uma temperatura operacional de 500-7000C afeta positivamente a resistência térmica da liga. Quando o teor de titânio é inferior a 0,01%, os requisitos de resistência à corrosão não são garantidos e o excesso de teor de titânio acima de 0,06% leva a uma diminuição da capacidade de fabricação da liga e formação de fases indesejáveis devido à reatividade do titânio.

[024] O alumínio e o magnésio, em quantidades de 0,10,2% e 0,005-0,01%, são introduzidos na liga para extrair oxigénio residual e, no caso do alumínio, para formar um composto intermetálico do tipo Ni3Al, que afeta positivamente a resistência térmica da liga. Quando esses elementos são introduzidos em quantidades inferiores às especificadas, não é alcançada a remoção necessária de oxigénio residual. Se o teor desses elementos for excedido, são formadas inclusões não metálicas graves.

[025] Quando o teor de enxofre excede os 0,012% e o fósforo excede os 0,015%, formam-se inclusões graves não metálicas que afetam adversamente a ductilidade da liga.

[026] Quando a relação é reduzida abaixo de 46,4, a estrutura da liga torna-se menos estável (a fase sigma é liberada), o que afeta negativamente as características plásticas e a resistência à corrosão.

[027] Na condição com uma relação menos 1,66 ocorre uma diminuição da resistência à corrosão da liga.

[028] As proporções de elementos proposta na liga foram encontradas de forma experimental e são ótimas porque permitem um resultado técnico abrangente reivindicado. Quando as relações entre os elementos são violadas, as propriedades da liga são deterioradas, a instabilidade ocorre e não são alcançados efeitos complexos. Exemplos de implementação de uma invenção.

[029] Lingotes de liga foram fundidos em fornos de indução a vácuo. O controlo da variação das propriedades plásticas das ligas estudadas sob a influência de temperaturas de 550 °C e 625 °C, após longa exposição no forno por mais de 1000 horas foi feita com o método de flexão das amostras até um ângulo de 90 graus ou mais, segundo GOST 14019-2003. Testes industriais de ligas para resistência à fissuração por corrosão foram realizados em cloretos fundidos KCl, AlCl3 + (ZrCl4 HfCl4)

[030] A Tabela 1 apresenta a composição química dos lingotes de liga com diferentes opções de composição, bem como o protótipo da liga. A tabela 2 apresenta os resultados da determinação de propriedades plásticas por flexão em ângulo de 90 graus, de acordo com GOST 14019-2003. A tabela 3 apresenta os resultados dos testes industriais de ligas indicados na tabela 1 quanto à resistência contra o fissuração por corrosão em cloretos fundidos KCl, AlCl3 + (ZrCl4 HfCl4) , 100 100 horas, a T = 650°C.

[031] Como se pode ver nas tabelas 1, 2, as propriedades plásticas a 550 e 6250 °C da liga satisfazem a composição reivindicada (ligas 1, 2), acima das propriedades da liga do protótipo, liga 3, que não satisfazem a composição reivindicada, apresenta características plásticas inferiores às ligas 1, 2, o que leva à formação de fissuras resultantes dos testes de curvatura de acordo com GOST 14019-2003.

[032] Como mostra a tabela 3, a velocidade de corrosão das ligas (ligas 1, 2), que satisfazem a composição reivindicada, está abaixo da velocidade de corrosão da liga- protótipo, o exame visual não revelou fissuras, ao contrário do protótipo de liga. A velocidade de corrosão da liga 3, que não satisfaz a composição reivindicada, excede a velocidade da corrosão das ligas 1, 2 (no entanto, abaixo da velocidade da corrosão da liga-protótipo), e o exame visual revela uma fissura na amostra. Tabela 1 - Composição química das ligas estudadas Tabela 2 - Resultados da determinação de propriedades plásticas por flexão em ângulo de 90 graus, de acordo com GOST 14019-2003 Tabela 3 - Resultados de testes industriais de ligas para a resistência contra a fissuração por corrosão em fusão de cloretos KCl, AlCl3 + (ZrCl4 HfCl4) , 100 horas, e T = 650 °C

Claims (4)

1. Liga corrosiva à base de níquel CARACTERIZADA por conter carbono, silício, manganês, cromo, molibdénio, fósforo, enxofre, ferro, níquel e impurezas inevitáveis, que contém também titânio, alumínio, nióbio, magnésio na próxima proporção de componentes, massa%: Carbono <0,006 Silício <0,1 Manganês <1,0 Cromo 22,8-24,0 Ferro <0, 75 Molibdênio 12,0-14,0 Nióbio 0,01-0,03 Titânio0,01-0,06 Alumínio 0,1-0,2 Magnésio 0,005-0,01 Fósforo <0,015 Enxofre <0,012 Níquel e impurezas inevitáveis restante.

2. Liga, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA por o teor de cromo, molibdênio e ferro e está relacionada à proporção:

3. Liga, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA por o teor de nióbio e carbono estar relacionado à proporção:

4. Liga, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA por teor de cromo, molibdênio e ferro estar relacionado à proporção e o teor de nióbio e de carbono pela proporção: