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ES2962575T3 - Junta de soldadura de acero inoxidable austenítico - Google Patents

Junta de soldadura de acero inoxidable austenítico Download PDF

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ES2962575T3
ES2962575T3 ES19761173T ES19761173T ES2962575T3 ES 2962575 T3 ES2962575 T3 ES 2962575T3 ES 19761173 T ES19761173 T ES 19761173T ES 19761173 T ES19761173 T ES 19761173T ES 2962575 T3 ES2962575 T3 ES 2962575T3
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ES
Spain
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weld metal
resistance
less
Prior art date
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Active
Application number
ES19761173T
Other languages
English (en)
Inventor
Kana Jotoku
Kenta Yamada
Hirokazu Okada
Takahiro Osuki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

Se proporciona una junta soldada de acero inoxidable austenítico que tiene una excelente resistencia al ácido politiónico SCC y a la corrosión del ácido nafténico, así como una excelente ductilidad a la fluencia. Una unión soldada (1) de acero inoxidable austenítico está provista de un material base (10) y un metal de soldadura (20). La composición química del metal de soldadura (20) en una posición central de ancho y una posición central de espesor es, en términos de % en masa, 0,050 % o menos de C, 0,01-1,00 % Si, 0,01-3,00 % Mn, 0,030 %. o menos de P, 0,015% o menos de S, 15,0-25,0% Cr, 20,0-70,0% Ni, 1,30-10,00% Mo, 0,05-3,00% Nb, 0,150% o menos de N y 0,0050% o menos de B , comprendiendo el resto Fe e impurezas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Junta de soldadura de acero inoxidable austenítico
Campo técnico
La presente invención se refiere a una junta de soldadura, más específicamente, a una junta de soldadura de acero inoxidable austenítico.
Antecedentes de la técnica
Una junta de soldadura de acero inoxidable austenítico se produce soldando materiales de acero inoxidable austenítico e incluye un material de base hecho de acero inoxidable austenítico y un metal de soldadura. Las juntas de soldadura de acero inoxidable austenítico se usan en estructuras soldadas de instalaciones de plantas químicas como, por ejemplo, una caldera de energía térmica, una planta de refinado del petróleo y una planta petroquímica. Ejemplos de estructuras soldadas de instalaciones de planta química incluyen equipos periféricos como, por ejemplo, una columna de destilación, tubos de horno de recalentamiento, tubos de reacción, intercambiadores de calor, tuberías, y similares. Algunos componentes para las estructuras soldadas de las instalaciones de planta química se usan en un entorno cuya temperatura es tan alta como 600 a 700 °C y que incluye un fluido corrosivo que contiene sulfuro y/o cloruro. En la presente memoria, se hará referencia al entorno que es uno cuya temperatura es tan alta como 600 a 700 °C y que incluye el fluido corrosivo que contiene sulfuro y/o cloruro como un "entorno corrosivo de alta temperatura".
Se provoca que las estructuras soldadas usadas en el entorno corrosivo de alta temperatura dejen de funcionar en una inspección regular de su planta química. Mientras dejan de funcionar, las estructuras soldadas reducen sus temperaturas a una temperatura normal. En este momento, el aire, la humedad y la escala de sulfuro reaccionan para formar ácido politiónico sobre las superficies de los componentes de las estructuras soldadas. El ácido politiónico incluye agrietamiento por corrosión bajo tensión en un borde de grano (de aquí en adelante, se hace referencia a esto como SCC de ácido politiónico). Por consiguiente, se requiere que los componentes usados en el entorno corrosivo de alta temperatura descrito más arriba tengan una excelente resistencia a SSC de ácido politiónico.
Un acero con una resistencia a SCC de ácido politiónico aumentada se propone en la Publicación de Solicitud de Patente Japonesa No. 2003-166039 (Bibliografía de Patente 1) y en la Publicación de Solicitud Internacional No. WO2009/044802 (Bibliografía de Patente 2). El SCC de ácido politiónico ocurre debido a que Cr precipita en una forma de un carburo M<23>C<6>en un borde de grano y una zona Cr agotada resultante formada cerca del borde de grano. Por lo tanto, según la Bibliografía de Patente 1 y la Bibliografía de Patente 2, la resistencia a SC C de ácido politiónico aumenta y, de esta manera, se reduce una cantidad de C para inhibir la formación del carburo M<23>C<6>.
De manera específica, un acero austenítico resistente al calor descrito en la Bibliografía de Patente 1 contiene, en % de masa, C: 0,005 a menos de 0,03 %, Si: 0,05 a 0,4 %, Mn: 0,5 a 2 %, P: 0,01 a 0,04 %, S : 0,0005 a 0,005 %, Cr: 18 a 20 %, Ni: 7 a 11 %, Nb: 0,2 a 0,5 %, V: 0,2 a 0,5 %, Cu: 2 a 4 %, N: 0,10 a 0,30 %, y B: 0,0005 a 0,0080 %, siendo el balance Fe e impurezas inevitables. Un total de contenidos de Nb y V es 0,6 % o más, y una solubilidad de Nb en el acero es de 0,15 % o más. Además, N/14 > Nb/93 V/51 y Cr - 16C - 0,5Nb - V > 17,5 se satisfacen. En la Bibliografía de Patente 1, la resistencia a SCC de ácido politiónico aumenta mediante la reducción de la cantidad de C y la regulación de una relación entre Cr y C, Nb y V.
Un acero inoxidable austenítico descrito en la Bibliografía de Patente 2 contiene en % de masa, C: menos del 0,04 %, Si: 1,5 % o menos, Mn: 2 % o menos, Cr: 15 a 25 %, Ni: 6 a 30 %, N: 0,02 a 0,35 %, y Sol. Al: 0,03 % o menos, y además contiene uno o más elementos seleccionados del grupo que consiste en Nb: 0,5 % o menos, Ti: 0,4 % o menos, V: 0,4 % o menos, Ta: 0,2 % o menos, Hf: 0,2 % o menos, y Zr: 0,2 % o menos, siendo el balance Fe e impurezas. Las impurezas incluyen P: 0,04 % o menos, S : 0,03 % o menos, Sn: 0,1 % o menos, As: 0,01 % o menos, Zn: 0,01 % o menos, Pb: 0,01 % o menos, y Sb: 0,01 % o menos. Además, F1 = S {(P Sn) / 2} {(As Zn Pb Sb) / 5} < 0,075 y 0,05 < Nb Ta Zr Hf 2Ti (V/10) < 1,7 - 9 x F1 se satisfacen. En la Bibliografía de Patente 2, la resistencia a SC C de ácido politiónico aumenta mediante el establecimiento de la cantidad de C en menos de 0,05 %. Además, elementos fragilizantes de borde de grano en el acero como, por ejemplo, P, S, y Sn se reducen reduciendo elementos inmovilizantes C como, por ejemplo, Nb y Ti, y, por consiguiente, se mejora la resistencia al agrietamiento por fragilización en una zona afectada térmicamente (HAZ, por sus siglas en inglés) de soldadura.
La Bibliografía de Patente 3 describe que un acero inoxidable austenítico comprende un material de base y una película de recubrimiento que se forma sobre al menos una parte de la superficie del material de base, y en donde: la composición química del material de base contiene, en % de masa, 0,05 % o menos de C, 1,0 % o menos de Si, 2,0 % o menos de Mn, 0,040 % o menos de P, 0,010 % o menos de S, 0,020 % o menos de O, menos de 0,050 % de N, 12,0-27,0 % de Ni, 15,0 % o más pero menos de 20,0 % de Cr, más de 3,5 % pero 8,0 % o menos de Cu, más de 2,0 % pero 5,0 % o menos de Mo, 0,05 % o menos de Co, 0,05 % o menos de Sn, 0-0,5 % de V, 0-1,0 % de Nb, 0 0,5 % de Ti, 0-5,0 % de W, 0-1,0 % de Zr, 0-0,5 % de Al, 0-0,01 % de Ca, 0-0,01 % de B y 0-0,01 % de REM, siendo el balance Fe e impurezas; y la composición química de la película de recubrimiento en la profundidad Cr máxima satisface, en % (Cr Ni Cu Mo)/Fe = 1,0.
La Bibliografía de Patente 4 describe que un material de soldadura para acero resistente al calor austenítico contiene, en % de masa: 0,06 %-0,14 %, Si: 0,1 %-0,5 %, Mn: 0,1 %-0,8 %, P: 0,008 % o menos, S: 0,003 % o menos, Cu: 2 %-4 %, Ni: 12 %-16 %, Cr: 16,5 %-19,5 %, W: 2 %-4,5 %, Ti: 0,05 %-0,35 %, Nb: 0,05 %-0,35 %, N: 0,001 %-menos de 0,01 %, Al: 0,08 % o menos, y 0: 0,08 % o menos, siendo el balance Fe e impurezas.
Listado de citas
Bibliografía de patente
Bibliografía de Patente 1: Publicación de Solicitud de Patente Japonesa abierta No. 2003-166039
Bibliografía de Patente 2: Publicación de Solicitud Internacional No. WO2009/044802
Bibliografía de Patente 3: CA 3032 772 A1
Bibliografía de Patente 4: JP 2017 202493 A
Resumen de la invención
Problema técnico
Ahora, en un caso donde el aceite crudo de un grado inferior se usa en instalaciones de una planta química, puede ocurrir no solo la corrosión SCC de ácido politiónico sino también la corrosión del ácido nafténico. El ácido nafténico es un cicloalcano con uno o más grupos de carboxilo. A diferencia del ácido politiónico, el ácido nafténico provoca la corrosión general antes que SCC . Por lo tanto, una junta de soldadura usada para instalaciones de planta descritas más arriba es preferiblemente excelente no solo en resistencia a SCC de ácido politiónico sino también en resistencia a la corrosión del ácido nafténico.
Además, recientemente se ha solicitado que los componentes usados en el entorno corrosivo a alta temperatura a 600 a 700 °C tengan alta ductilidad de fluencia. Según se describe más arriba, las instalaciones de una planta química pueden experimentar una inspección regular con su equipo desactivado. La inspección regular implica la evaluación de qué componentes de estructuras soldadas de las instalaciones de la planta química necesitan reemplazo. Una alta ductilidad de fluencia permite verificar cuánto se deforma un componente, lo cual se usará como un criterio para reemplazar el componente en la inspección regular.
La Bibliografía de Patente 1 y la Bibliografía de Patente 2 tienen como objeto mejorar la resistencia a SCC de ácido politiónico pero no tienen estudio alguno sobre la resistencia a la corrosión del ácido nafténico ni sobre la mejora de la ductilidad de fluencia. Además, la Bibliografía de Patente 1 y la Bibliografía de Patente 2 no tienen estudio alguno sobre la resistencia a SC C del ácido politiónico y resistencia a la corrosión del ácido nafténico de una junta de soldadura que incluye no solo un material de base sino también un metal de soldadura.
Un objetivo de la presente descripción es proveer una junta de soldadura de acero inoxidable austenítico que sea excelente en la resistencia a SC C del ácido politiónico y en la resistencia a la corrosión del ácido nafténico, y que también sea excelente en la ductilidad de fluencia de su material de base.
Solución al problema
La presente invención es según se describe en las reivindicaciones anexas.
Efecto ventajoso de la invención
La junta de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente descripción es excelente en la resistencia a SCC del ácido politiónico y en la resistencia a la corrosión del ácido nafténico, y también es excelente en la ductilidad de fluencia de su material de base.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es una vista en planta que ilustra un ejemplo de una junta de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización.
La Figura 2 es una vista en sección transversal de la junta de soldadura de acero inoxidable austenítico ilustrada en la Figura 1 que está cortada en una dirección de ancho del metal de soldadura.
La Figura 3 es una vista en sección transversal de la junta de soldadura de acero inoxidable austenítico ilustrada en la Figura 1 que está cortada en una dirección L de extensión del metal de soldadura.
La Figura 4 es una vista en sección transversal de una junta de soldadura de acero inoxidable austenítico diferente de aquella ilustrada en la Figura 3 que está cortada en la dirección L de extensión del metal de soldadura.
La Figura 5 es una vista en sección transversal de la junta de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización que es perpendicular a la dirección L de extensión del metal de soldadura.
La Figura 6 es un diagrama esquemático usado para describir una forma biselada de un material de base en el ejemplo.
La Figura 7 es un diagrama esquemático de una junta de soldadura que usa materiales de base ilustrados, cada uno, en la Figura 6.
La Figura 8 es un diagrama esquemático que ilustra una posición de extracción para un espécimen de placa usado en el ejemplo.
La Figura 9 es un diagrama esquemático que ilustra una posición de extracción para un espécimen de muesca V usado en el ejemplo.
Descripción de las realizaciones
Los presentes inventores han llevado a cabo estudios sobre una junta de soldadura que es excelente no solo en la resistencia a SC C del ácido politiónico sino también en la resistencia a la corrosión del ácido nafténico, y también es excelente en la ductilidad de fluencia de su material de base.
Cuando el contenido de C en el material de base se reduce a 0,030 % o menos, la formación de carburo M<23>C<6>en uso en un entorno corrosivo de alta temperatura se inhibe, y la formación de una zona Cr agotada cerca de un borde de grano se inhibe. Además, en el material de base de la junta de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización, 0,20 a 1,00 % de Nb se contiene para inmovilizar C con Nb, para reducir más una cantidad de C disuelto, lo cual provoca la formación de carburo M<23>C<6>. Además, el material de base de la junta de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización contiene Mo a 0,10 a 5,00 %. Mo inhibe la formación del carburo M<23>C<6>. Por lo tanto, la formación de la zona Cr agotada se reduce. Con las medidas descritas más arriba, puede aumentarse la resistencia a SCC de ácido politiónico, una especie de agrietamiento por corrosión bajo tensión.
Además, contra la corrosión del ácido nafténico, la contención de Mo descrita más arriba es efectiva. Contra la corrosión general como, por ejemplo, corrosión de ácido sulfúrico, hacer que el material de base contenga Cu es efectivo. Sin embargo, según se describe más arriba, el ácido nafténico es un cicloalcano con un grupo de carboxilo y, por consiguiente, la resistencia a la corrosión del ácido nafténico no aumenta incluso cuando hay Cu. Por el contrario, Mo es muy efectivo contra la corrosión del ácido nafténico. Cuando una junta de soldadura de acero inoxidable austenítico se usa en un entorno corrosivo de alta temperatura, Mo se une a S en el entorno corrosivo de alta temperatura para formar una película de sulfuro sobre una superficie de la junta de soldadura de acero inoxidable austenítico. Esta película de sulfuro aumenta la resistencia a la corrosión del ácido nafténico. Por lo tanto, en la composición química del material de base, mediante el establecimiento de C en 0,030 % o menos, un contenido de Nb en 0,20 a 1,00 %, y un contenido de Mo en 0,10 a 5,00 %, aumenta no solo la resistencia a SCC del ácido politiónico sino también la resistencia a la corrosión del ácido nafténico.
Sin embargo, investigaciones llevadas a cabo por los presentes inventores han mostrado que la reducción del contenido de C en el material de base a 0,030 % o menos lleva a una reducción de la ductilidad de fluencia del material de base en un entorno corrosivo a alta temperatura a 600 a 700 °C. La razón se considera como se describe a continuación. Precipitados producidos en bordes de grano aumentan la resistencia del borde de grano. Con un aumento de la resistencia del borde de grano, la ductilidad de fluencia del material de base aumenta. Sin embargo, si el contenido de C se reduce a 0,030 % o menos, los precipitados (carburo, o similares) producidos en los bordes de grano también se reducen. Como resultado, es menos probable que una resistencia del borde de grano se obtenga, lo cual resulta en la reducción de la ductilidad de fluencia del material de base.
Por tanto, los presentes inventores han llevado a cabo estudios adicionales sobre una junta de soldadura de acero inoxidable austenítico que tiene una excelente resistencia a SCC de ácido politiónico, una excelente resistencia a la corrosión del ácido nafténico, y una excelente ductilidad de fluencia de su material de base al mismo tiempo. Los presentes inventores han prestado atención a B (boro) como un elemento que estará contenido en el material de base. Los presentes inventores han considerado que B (boro) puede aumentar la resistencia del borde de grano a través de la segregación en bordes de grano de cristal en el entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C descrito más arriba.
Como resultado de estudios adicionales, los presentes inventores han considerado que no solo la excelente resistencia a SCC de ácido politiónico y la excelente resistencia a la corrosión del ácido nafténico sino también una excelente ductilidad de fluencia pueden obtenerse cuando una composición química de un material de base de una junta de soldadura de acero inoxidable austenítico consiste en, en % de masa, C: 0,030 % o menos, Si: 0,10 a 1,00 %, Mn: 0,20 a 2,00 %, P: 0,040 % o menos, S : 0,010 % o menos, Cr: 16,0 a 25,0 %, Ni: 10,0 a 30,0 %, Mo: 0,10 a 5,00 %, Nb: 0,20 a 1,00 %, N: 0,050 a 0,300 %, sol. Al: 0,001 a 0,100 %, B: 0,0010 a 0,0080 %, Cu: 0 a 5,00 %, W: 0 a 5,0 %, Co: 0 a 1,0 %, V: 0 a 1,00 %, Ta: 0 a 0,20 %, Hf: 0 a 0,20 %, Ca: 0 a 0,010 %, Mg: 0 a 0,010 %, y metales de tierras raras: 0 a 0,100 %, siendo el balance Fe e impurezas inevitables.
Sin embargo, los resultados de las investigaciones sobre la resistencia a SC C del ácido politiónico y la resistencia a la corrosión del ácido nafténico, y la ductilidad de fluencia del material de base de la junta de soldadura de acero inoxidable austenítico cuyo material de base tiene la composición química descrita más arriba han mostrado que la excelente ductilidad de fluencia del material de base no siempre puede obtenerse, aunque puedan obtenerse la excelente resistencia a SC C del ácido politiónico y la resistencia a la corrosión del ácido nafténico. Los presentes inventores, por consiguiente, han llevado a cabo estudios adicionales. Como resultado, se ha descubierto que un posible mecanismo de ductilidad de fluencia del material de base es como se describe a continuación.
Como se describe más arriba, la presente realización implica tanto establecer el contenido de C en 0,030 % o menos para aumentar la resistencia a SC C del ácido politiónico y la resistencia a la corrosión del ácido nafténico, como hacer que 0,20 a 1,00 % de Nb contenido inmovilice C en Nb, para reducir el C disuelto. De manera específica, Nb se combina con C a través de un tratamiento de solución o envejecimiento de corta duración, y precipita en forma de MX carbo-nitruro. Sin embargo, la junta de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización se usa en un entorno corrosivo de alta temperatura (entorno corrosivo a 600 a 700 °C) durante un largo tiempo (al menos 3000 horas o más). Sin embargo, en dicho entorno, MX carbo-nitruro es de una fase metaestable. Por lo tanto, cuando el material de base que tiene la composición química descrita más arriba se usa en el entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C durante un largo tiempo, MX carbo-nitruro de Nb se transforma en una fase Z (CrNbN), una fase estable, y un carburo M<23>C<6>. B que se segrega en bordes de grano se reemplaza por C que es parte del carburo M<23>C<6>, para absorberse en el carburo M<23>C<6>. Por lo tanto, una cantidad de B que se segrega en bordes de grano se reduce, lo cual resulta en una reducción de la resistencia del borde de grano. En consecuencia, no se obtiene suficiente ductilidad de fluencia.
Por consiguiente, los presentes inventores han llevado a cabo estudios adicionales sobre un método para limitar la reducción de cantidad de B que se segrega en bordes de grano en un uso de una junta de soldadura de acero inoxidable austenítico en el entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C durante un largo tiempo. Como resultado, se ha descubierto que puede concebirse el siguiente mecanismo.
Como se describe más arriba, Mo limita la formación del propio carburo M<23>C<6>. Además, Mo puede reemplazarse por M que es parte del carburo M<23>C<6>, disolviéndose en el carburo M<23>C<6>. El carburo M<23>C<6>con Mo allí disuelto se define en la presente memoria como “carburo M<23>C<6>con Mo disuelto”. El carburo M<23>C<6>con Mo disuelto resiste y permite que B se disuelva allí. Por lo tanto, incluso cuando Mx carbo-nitruro que contiene Nb se transforma en la fase Z y el carburo M<23>C<6>y la junta de soldadura de acero inoxidable austenítico está en uso en el entorno corrosivo de alta temperatura, es posible limitar la disolución de B en el carburo M<23>C<6>y limitar la reducción de la cantidad de B que se segrega en bordes de grano, siempre que el carburo M<23>C<6>sea un carburo M<23>C<6>con Mo disuelto. Se considera que la excelente resistencia a SCC del ácido politiónico, la excelente resistencia a la corrosión del ácido nafténico y la excelente ductilidad de fluencia pueden obtenerse, en consecuencia.
Por tanto, para la junta de soldadura de acero inoxidable austenítico que incluye el material de base que tiene la composición química descrita más arriba, los presentes inventores han llevado a cabo estudios adicionales sobre una composición química del material de base que puede formar el carburo M<23>C<6>con Mo disuelto para limitar la reducción de la cantidad de B que se segrega en bordes de grano incluso cuando MX carbo-nitruro que contiene Nb se transforma en una fase Z y un carburo M<23>C<6>en su uso en un entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C. Como resultado, se ha descubierto que la restricción de la reducción de cantidad de B que se segrega por la formación del carburo M<23>C<6>con Mo disuelto tiene una cercana relación con B, C y Mo en la composición química descrita más arriba. Se ha descubierto entonces que la junta de soldadura de acero inoxidable austenítico puede tener una excelente resistencia a SC C del ácido politiónico, una excelente resistencia a la corrosión del ácido nafténico y una excelente ductilidad de fluencia del material de base al mismo tiempo cuando B, C y Mo en la composición química del material de base descrita más arriba satisfacen la fórmula (1) incluso en uso en el entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C:
B 0,004 - 0,9C 0,017Mo2 > 0 (1)
donde los símbolos de elementos en la fórmula (1) se reemplazarán por contenidos de elementos correspondientes (% de masa).
Los presentes inventores han llevado a cabo estudios adicionales, y se ha descubierto que, como resultado, en un caso donde el material de base de la junta de soldadura de acero inoxidable austenítico contiene Cu, un elemento opcional, que contiene Cu en 5,00 % o menos hace posible obtener una excelente resistencia a la fluencia así como mantener una ductilidad de fluencia, pero estableciendo un límite superior de un contenido de Cu en 1,70 % o menos hace posible mejorar más la resistencia a la fluencia del material de base así como mantener una ductilidad de fluencia más alta. La razón se considera como se describe a continuación. En un uso en un entorno corrosivo de alta temperatura, Cu precipita en granos y, por consiguiente, forma fases Cu. Las fases Cu mejoran la resistencia a la fluencia pero pueden degradar la ductilidad de fluencia. Por consiguiente, para el material de base de la junta de soldadura que incluye la composición química de más arriba y que satisface la fórmula (1), es más preferible que el contenido de Cu sea 1,70 % o menos. Cuando el contenido de Cu es 1,70 % o menos, es posible mantener una excelente ductilidad de fluencia de manera más efectiva.
Los presentes inventores han llevado a cabo estudios adicionales y se ha descubierto como resultado que la ductilidad de fluencia del material de base mejora más cuando el contenido de Mo en la composición química del material de base de la junta de soldadura de acero inoxidable austenítico se establece en 0,50 % o más. La razón de ello no está clara, pero la siguiente idea es concebible. En el material de base de la junta de soldadura de acero inoxidable austenítico que tiene la composición química de más arriba que satisface la fórmula (1), cuando el contenido de Mo se establece, además, en 0,50 % o más, Mo además se segrega en bordes de grano y forma sus compuestos intermetálicos en uso en un entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C. Esta segregación de borde de grano y compuestos intermetálicos mejoran más la resistencia del borde de grano. Como resultado, la ductilidad de fluencia mejora más. En particular, cuando el contenido de Mo en el material de base es de 1,00 % o más, se obtiene una muy excelente ductilidad de fluencia del material de base.
Los presentes inventores han descubierto además que la junta de soldadura de acero inoxidable austenítico tiene una excelente resistencia a SC C del ácido politiónico y una excelente resistencia a la corrosión del ácido nafténico y además está provista de una excelente soldabilidad cuando una composición química del metal de soldadura de la junta de soldadura en una posición en el centro del ancho y en una posición en el centro del grosor del metal de soldadura consiste en, en % de masa, C: 0,050 % o menos, Si: 0,01 a 1,00 %, Mn: 0,01 a 3,00 %, P: 0,030 % o menos, S : 0,015 % o menos, Cr: 15,0 a 25,0 %, Ni: 20,0 a 70,0 %, Mo: 1,30 a 10,00 %, Nb: 0,05 a 3,00 %, N: 0,150 % o menos, B: 0,0050 % o menos, sol. Al: 0 a 1,000 %, Cu: 0 a 2,50 %, W: 0 a 1,0 %, Co: 0 a 15,0 %, V: 0 a 0,10 %, Ti: 0 a 0,50 %, Ta: 0 a 0,20 %, Ca: 0 a 0,010 %, Mg: 0 a 0,010 %, y metales de tierras raras: 0 a 0,100 %, siendo el balance Fe e impurezas, en comparación con el material de base que tiene la composición química de más arriba.
Además, los presentes inventores han descubierto que, cuando la composición química de más arriba del metal de soldadura preferiblemente satisface la fórmula (2), la junta de soldadura de acero inoxidable austenítico es excelente en la resistencia a la corrosión del ácido politiónico y en la resistencia a la corrosión del ácido nafténico, y es excelente en la ductilidad de fluencia de su material de base, y la tenacidad de su metal de soldadura después del envejecimiento a alta temperatura mejora.
0,012Cr - 0,005Ni 0,013Mo 0,023Nb 0,02A1 - 0,004Co < 0,176 (2)
donde símbolos de elementos en la fórmula (2) se reemplazarán por contenidos de elementos correspondientes (% de masa).
La esencia de la junta de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización que se lleva a cabo según los hallazgos descritos más arriba es la siguiente.
Una junta de soldadura de acero inoxidable austenítico según [1 ] incluye un material de base y un metal de soldadura, en donde
una composición química del material de base consiste, en % de masa:
C: 0,030%o menos;
Si: 0,10 a 1,00 %;
Mn: 0,20 a 2,00 %;
P: 0,040 % o menos;
S : 0,010 % o menos;
Cr: 16,0 a 25,0 %;
Ni: 10,0 a 30,0 %;
Mo: 0,10 a 5,00 %;
Nb: 0,20 a 1,00 %;
N: 0,050 a 0,300 %;
sol. Al: 0,001 a 0,100 %;
B: 0,0010 a 0,0080 %;
Cu: 0 a 5,00 %;
W: 0 a 5,0 %;
Co: 0 a 1,0%;
V: 0 a 1,00 %;
Ta: 0 a 0,20 %;
Hf: 0 a 0,20 %;
Ca: 0 a 0,010 %;
Mg: 0 a 0,010 %; y
metales de tierras raras: 0 a 0,100 %,
siendo el balance Fe e impurezas, y
satisfaciendo la fórmula (1), y
en el metal de soldadura, en una posición en el centro del ancho y en una posición en el centro del grosor, una composición química del metal de soldadura consiste en, en % de masa:
C: 0,050 % o menos;
Si: 0,01 a 1,00 %;
Mn: 0,01 a 3,00 %;
P : 0,030 % o menos;
S : 0,015 % o menos;
Cr: 15,0 a 25,0 %;
Ni: 20,0 a 70,0 %;
Mo: 1,30 a 10,00 %;
Nb: 0;05 a 3,00 %;
N: 0,150 % o menos;
B : 0,0050 % o menos;
sol. Al: 0 a 1,000 %;
Cu: 0 a 2,50 %;
W: 0 a 1,0 %;
Co: 0 a 15,0 %;
V: 0 a 0,10 %;
Ti: 0 a 0,50 %;
Ta: 0 a 0,20 %;
Ca: 0 a 0,010 %;
Mg: 0 a 0,010 %; y
metales de tierras raras: 0 a 0,100 %;
siendo el balance siendo Fe e impurezas:
B 0,004 - 0,9C 0,017Mo2 > 0 (1)
donde símbolos de elementos en la fórmula (1) se reemplazarán por contenidos de elementos correspondientes (% de masa).
Aquí, la posición en el centro del ancho del metal de soldadura significa una posición central de una longitud (ancho) del metal de soldadura en una dirección de ancho, que es perpendicular a una dirección de extensión del metal de soldadura. La posición en el centro del grosor del metal de soldadura significa una posición a una profundidad t/2 desde una superficie del metal de soldadura en la posición en el centro del ancho del metal de soldadura en una sección transversal del metal de soldadura perpendicular a la dirección de extensión del metal de soldadura, y t mm se define como el grosor del metal de soldadura en la sección transversal perpendicular a la dirección de extensión del metal de soldadura.
En la junta de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización, los contenidos de elementos en la composición química del material de base caen dentro de los rangos descritos más arriba y satisfacen la fórmula (1), y los contenidos de los elementos de la composición química del metal de soldadura en la posición en el centro del ancho y en la posición en el centro del grosor caen dentro de los rangos descritos más arriba. Por lo tanto, la junta de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización es excelente en resistencia a SC C del ácido politiónico y excelente en resistencia a la corrosión del ácido nafténico. Además, el material de base tiene una excelente ductilidad de fluencia en un entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C.
Una junta de soldadura de acero inoxidable austenítico según [2] es la junta de soldadura de acero inoxidable austenítico según [1], en donde
la composición química del material de base contiene uno o más elementos seleccionados del grupo que consiste en: Cu: 0,10 a 5,00 %;
W: 0,1 a 5,0 %;
Co: 0,1 a 1,0 %;
V: 0,10 a 1,00 %;
Ta: 0,01 a 0,20 %;
Hf: 0,01 a 0,20 %;
Ca: 0,001 a 0,010 %;
Mg: 0,001 a 0,010 %; y
metales de tierras raras: 0,001 a 0,100 %.
Una junta de soldadura de acero inoxidable austenítico según [3] es la junta de soldadura de acero inoxidable austenítico según [1] o [2], en donde
la composición química del metal de soldadura contiene uno o más elementos seleccionados del grupo que consiste en: sol. Al: 0,001 a 1,000 %,
Cu: 0,01 a 2,50 %,
W: 0,1 a 1,0 %,
Co: 0,1 a 15,0 %,
V: 0,01 a 0,10 %,
Ti: 0,01 a 0,50 %,
Ta: 0,01 a 0,20 %,
Ca: 0,001 a 0,010 %,
Mg: 0.001 a 0,010 %, y
metales de tierras raras: 0,001 a 0,100 %.
Una junta de soldadura de acero inoxidable austenítico según [4] es la junta de soldadura de acero inoxidable austenítico según cualquiera de [1] a [3], en donde
la composición química del metal de soldadura satisface la fórmula (2):
0,012Cr - 0,005Ni 0,013Mo 0,023Nb 0,02Al- 0,004Co < 0,176 (2)
donde símbolos de elementos en la fórmula (2) se reemplazarán por contenidos de elementos correspondientes (% de masa).
En el presente caso, la junta de soldadura de acero inoxidable austenítico es excelente en la resistencia a SC C del ácido politiónico y en la resistencia a la corrosión del ácido nafténico, es excelente en la ductilidad de fluencia de su material de base, y es además excelente en tenacidad de su metal de soldadura después del envejecimiento a alta temperatura.
De aquí en adelante, la junta de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización se describirá en detalle. El signo ''%" que sigue a cada elemento en la presente memoria significa % en masa salvo que se observe lo contrario.
Configuración de junta de soldadura de acero inoxidable austenítico
La Figura 1 es una vista en planta que ilustra un ejemplo de una junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización. Con referencia a la Figura 1, la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización incluye un material 10 de base y un metal 20 de soldadura. El metal 20 de soldadura se forma soldando los materiales 10 de base emparejados cuyos bordes biselados lindan unos con otros. Ejemplos de soldadura incluyen soldadura por arco de gas tungsteno (GTAW, por sus siglas en inglés), soldadura por arco metálico protegido (SMAW, por sus siglas en inglés), soldadura por arco con núcleo fundente (FCAW, por sus siglas en inglés), soldadura por arco de metal y gas (GMAW, por sus siglas en inglés), y soldadura por arco sumergido (SAW, por sus siglas en inglés).
En la Figura 1, una dirección en la cual el metal 20 de soldadura se extiende se define como una dirección L de extensión del metal de soldadura, una dirección que es perpendicular a la dirección L de extensión del metal de soldadura en vista en planta se define como una dirección W de ancho del metal de soldadura, y una dirección perpendicular a la dirección L de extensión del metal de soldadura y a la dirección W de ancho del metal de soldadura se define como una dirección T de grosor del metal de soldadura. La Figura 2 es una vista en sección transversal de la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico ilustrada en la Figura 1 que está cortada en la dirección W de ancho del metal de soldadura. Como se ilustra en la Figura 1 y en la Figura 2, el metal 20 de soldadura se dispone entre los materiales 10 de base emparejados.
La Figura 3 es una vista en sección transversal de la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico ilustrada en la Figura 1 que está cortada en la dirección L de extensión del metal de soldadura, y la Figura 4 es una vista en sección transversal de la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico 1 diferente de aquella ilustrada en la Figura 3 que está cortada en la dirección L de extensión del metal de soldadura. Como se ilustra en la Figura 3, los materiales 10 de base pueden, cada uno, ser un material de placa en su forma, o como se ilustra en la Figura 4, los materiales 10 de base pueden, cada uno, ser un tubo en su forma. Aunque no se ilustra, los materiales 10 de base pueden, cada uno, ser una barra de acero o un acero en perfil de sección en su forma. De aquí en adelante, se describirán el material 10 de base y el metal 20 de soldadura.
Material 10 de base
Composición química
El material 10 de base de la junta de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización tiene una composición química que contiene los siguientes elementos.
C: 0,030 % o menos
Carbono (C) está contenido de manera inevitable. Es decir, el contenido de C es de más de 0 %. Cuando la junta de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización está en uso en el entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C, C produce carburo M<23>C<6>en bordes de grano en el material de base y, por consiguiente, degrada la excelente resistencia a SC C del ácido politiónico del material 10 de base. Por consiguiente, el contenido de C es de 0,030 % o menos. Un límite superior del contenido de C es, preferiblemente, de 0,020 %, más preferiblemente de 0,018 %, incluso más preferiblemente de 0,016 %, incluso más preferiblemente de 0,015 %. El contenido de C es, preferiblemente, tan bajo como sea posible. Sin embargo, si el contenido de C disminuye excesivamente, el coste de producción aumenta. Por consiguiente, en la producción industrial, un límite inferior del contenido de C es, preferiblemente, de 0,001 %, más preferiblemente de 0,002 %.
Si: 0,10 a 1,00 %
El silicio (Si) desoxida el acero. Además, Si mejora la resistencia a la oxidación y la resistencia a la oxidación de vapor del material 10 de base. Un contenido excesivamente bajo de Si no provee los efectos descritos más arriba. Mientras tanto, un contenido excesivamente alto de Si hace que una fase de sigma (fase o) precipite en el material 10 de base y, por consiguiente, se degrade la tenacidad del acero. Por consiguiente, un contenido de Si es de 0,10 a 1,00 %. Un límite inferior del contenido de Si es, preferiblemente, de 0,15 %, más preferiblemente de 0,17 %, incluso más preferiblemente de 0,18 %, incluso más preferiblemente de 0,20 % e incluso más preferiblemente de 0,25 %. Un límite superior del contenido de Si es, preferiblemente, de 0,75 %, más preferiblemente, de 0,70 %, incluso más preferiblemente de 0,50 %, incluso más preferiblemente de 0,45 %.
Mn: 0,20 a 2,00 %
El manganeso (Mn) desoxida el acero. Además, Mn estabiliza la austenita y, por consiguiente, mejora la resistencia de fluencia del material 10 de base. Un contenido excesivamente bajo de Mn no provee los efectos descritos más arriba. Mientras tanto, un contenido excesivamente alto de Mn más bien degrada la resistencia de fluencia del material 10 de base. Por consiguiente, el contenido de Mn es de 0,20 a 2,00 %. Un límite inferior del contenido de Mn es, preferiblemente, de 0,30 %, más preferiblemente de 0,40 %, incluso más preferiblemente de 0,50 %, incluso más preferiblemente de 0,60 %, incluso más preferiblemente de 0,70 %, incluso más preferiblemente de 0,80 %. Un límite superior del contenido de Mn es preferiblemente de 1,80 %, más preferiblemente de 1,70 %, incluso más preferiblemente de 1,60 %, incluso más preferiblemente de 1,50 %.
P: 0,040 % o menos
Fósforo (P) es una impureza contenida de manera inevitable. Es decir, el contenido de P es de más de 0 %. P degrada la trabajabilidad en caliente y la tenacidad del acero. Por consiguiente, el contenido de P es de 0,040 % o menos. Un límite superior del contenido de P es preferiblemente de 0,035 %, más preferiblemente de 0,032 %, incluso más preferiblemente de 0,028 %, incluso más preferiblemente de 0,026 %. El contenido de P es, preferiblemente, tan bajo como sea posible. Sin embargo, si el contenido de P disminuye excesivamente, el coste de producción aumenta. Por lo tanto, en la producción industrial, un límite inferior del contenido de P es, preferiblemente, de 0,001 %, más preferiblemente de 0,002 %.
S: 0,010 % o menos
Azufre (S) es una impureza contenida de manera inevitable. Es decir, el contenido de S es de más de 0 %. S degrada la trabajabilidad en caliente y la ductilidad de fluencia del acero. Por consiguiente, el contenido de S es de 0,010 % o menos. Un límite superior del contenido de S es, preferiblemente, de 0,007 %, más preferiblemente de 0,006 %, incluso más preferiblemente de 0,05 %. El contenido de S es, preferiblemente, tan bajo como sea posible. Sin embargo, si el contenido de S disminuye excesivamente, el coste de producción aumenta. Por consiguiente, en la producción industrial, un límite inferior del contenido de S es, preferiblemente, de 0,001 %.
Cr: 16,0 a 25,0 %
El cromo (Cr) mejora la resistencia a SC C del ácido politiónico y la resistencia a la corrosión del ácido nafténico del material 10 de base. Un contenido excesivamente bajo de Cr no provee los efectos descritos más arriba. Por el contrario, un contenido excesivamente alto de Cr degrada la resistencia de fluencia del material 10 de base y la tenacidad del acero. Por consiguiente, un contenido de Cr es de 16,0 a 25,0 %. Un límite inferior del contenido de Cr es, preferiblemente, de 16,5 %, más preferiblemente de 17,0 %, incluso más preferiblemente de 17,2 %, incluso más preferiblemente de 17,4 %. Un límite superior del contenido de Cr es, preferiblemente, de 24,0 %, más preferiblemente de 23,0 %, más preferiblemente de 22,0 %.
Ni: 10,0 a 30,0 %
El níquel (Ni) estabiliza la austenita y, por consiguiente, mejora la resistencia de fluencia del material 10 de base. Ni mejora además la resistencia a SCC del ácido politiónico y la resistencia a la corrosión del ácido nafténico del material de base. Un contenido excesivamente bajo de Ni no provee el efecto descrito más arriba. Por el contrario, un contenido excesivamente alto de Ni resulta en la saturación del efecto descrito más arriba y, además, aumenta los costes de producción. Por consiguiente, un contenido de Ni es de 10,0 a 30,0 %. Un límite inferior del contenido de Ni es, preferiblemente, de 11,0 %, más preferiblemente de 12,0 %, incluso más preferiblemente de 13,0 %, incluso más preferiblemente de 13,5 %. Un límite superior del contenido de Ni es, preferiblemente, de 27,0 %, más preferiblemente de 25,0 %, incluso más preferiblemente de 22,0 %, incluso más preferiblemente de 20,0 %, incluso más preferiblemente de 18,0 %, incluso más preferiblemente de 17,0 %.
Mo: 0,10 a 5,00 %
El molibdeno (Mo) limita la formación de carburo M<23>C<6>en bordes de grano en uso en un entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C. Esto mejora la resistencia a SC C del ácido politiónico del material 10 de base. Además, cuando una junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico se usa en el entorno corrosivo de alta temperatura, Mo se disuelve en el material 10 de base y se une a S en el entorno corrosivo de alta temperatura para formar una película de sulfuro sobre superficies del material 10 de base. La formación de esta película de sulfuro aumenta la resistencia a la corrosión del ácido nafténico. Además, en el uso en el entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C, Mo limita la disolución de B en el carburo M<23>C<6>cuando MX carbo-nitruro de Nb se transforma en el carburo M<23>C<6>y, de esta manera, limita la reducción de una cantidad de B que se segrega en bordes de grano en el entorno corrosivo de alta temperatura. Ello permite obtener una suficiente ductilidad de fluencia en el entorno corrosivo de alta temperatura. Un contenido excesivamente bajo de Mo no provee estos efectos. Por el contrario, un contenido excesivamente alto de Mo degrada la estabilidad de la austenita. Por consiguiente, un contenido de Mo es de 0,10 a 5,00 %. Un límite inferior del contenido de Mo es, preferiblemente, de 0,20 %, más preferiblemente de 0,30 %.
Cuando el contenido de Mo es de 0,50 % o más, Mo se segrega en bordes de grano y forma compuestos intermetálicos y, de esta manera, mejora además la resistencia del borde grano. En el presente caso, puede obtenerse una excelente ductilidad de fluencia en el entorno corrosivo de alta temperatura. Por consiguiente, un límite inferior del contenido de Mo es, más preferiblemente, de 0,50 %, incluso más preferiblemente de 0,80 %, incluso más preferiblemente de 1,00 %, incluso más preferiblemente de 2,00 %. Cuando el contenido de Mo es de 1,00 % o más, se obtiene una particularmente excelente ductilidad de fluencia del material 10 de base. Un límite superior del contenido de Mo es, preferiblemente, de 4,50 %, más preferiblemente de 4,00 %.
Nb: 0,20 a 1,00 %
El niobio (Nb) se combina con C en el uso en un entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C para formar MX carbo-nitruro y, por consiguiente, reducir una cantidad de C disuelto en el material 10 de base. Ello mejora la resistencia a SC C del ácido politiónico y la resistencia a la corrosión del ácido nafténico del material 10 de base. El MX carbo-nitruro formado de Nb también mejora la resistencia de fluencia del material 10 de base. Un contenido excesivamente bajo de Nb no provee los efectos descritos más arriba. Por el contrario, un contenido excesivamente alto de Nb hace que se produzca 5 ferrita y, de esta manera, se degrada la resistencia de fluencia del material 10 de base, la tenacidad y la soldabilidad del acero. Por consiguiente, un contenido de Nb es de 0,20 a 1,00 %. Un límite inferior del contenido de Nb es, preferiblemente, de 0,25 %, más preferiblemente de 0,28 %, incluso más preferiblemente de 0,30 %, incluso más preferiblemente de 0,32 %. Un límite superior del contenido de Nb es preferiblemente de 0,90 %, más preferiblemente de 0,80 %, incluso más preferiblemente de 0,70 %, incluso más preferiblemente de 0,65 %.
N: 0,050 a 0,300 %
El nitrógeno (N) se disuelve en una matriz (fase principal) para estabilizar la austenita y, por consiguiente, mejora la resistencia de fluencia del material 10 de base. Además, N forma su carbo-nitruro fino en granos y, de esta manera, mejora la resistencia de fluencia del material 10 de base. Es decir, N contribuye a la resistencia de fluencia del material 10 de base a través del fortalecimiento de la solución sólida y del fortalecimiento de la precipitación. Un contenido excesivamente bajo de N no provee los efectos descritos más arriba. Por el contrario, un contenido excesivamente alto de N hace que Cr nitruro se forme en bordes de grano y, de esta manera, se degrada la resistencia a SC C del ácido politiónico y la resistencia a la corrosión del ácido nafténico en una zona de soldadura afectada térmicamente (HAZ) del material 10 de base. Además, un contenido excesivamente alto de N también degrada la trabajabilidad del acero. Por consiguiente, un contenido de N es de 0,050 a 0,300 %. Un límite inferior del contenido de N es, preferiblemente, de 0,060 %, más preferiblemente de 0,070 %, incluso más preferiblemente de 0,080 %. Un límite superior del contenido de N es, preferiblemente, de 0,250 %, más preferiblemente de 0,200 %, incluso más preferiblemente de 0,190 %.
sol. Al: 0,001 a 0,100 %
El aluminio (Al) desoxida el acero. Un contenido excesivamente bajo de Al no provee el efecto de más arriba. Por el contrario, un contenido excesivamente alto de Al degrada la limpieza del acero y, de esta manera, degrada la trabajabilidad y ductilidad del acero. Por consiguiente, un contenido de Al es de 0,001 a 0,100 %. Un límite inferior del contenido de Al es, preferiblemente, de 0,002 %, más preferiblemente de 0,003 %. Un límite superior del contenido de Al es, preferiblemente, de 0,050 %, más preferiblemente de 0,030 %, más preferiblemente de 0,025 %. En la presente realización, el contenido de Al significa un contenido de ácido soluble Al (sol. Al).
B: 0,0010 a 0,0080 %
El boro (B) se segrega en bordes de grano en uso en un entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C y, por consiguiente, mejora la resistencia del borde de grano. Como resultado, la ductilidad de fluencia del material 10 de base puede mejorarse en el entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C. Un contenido excesivamente bajo de B no provee los efectos descritos más arriba. Por el contrario, un contenido excesivamente alto de B degrada la soldabilidad y la trabajabilidad en caliente a temperatura alta. Además, un contenido de B en el metal de soldadura aumenta durante la soldadura, lo cual provoca un agrietamiento por solidificación en el metal 20 de soldadura. Por consiguiente, un contenido de B es de 0,0010 a 0,0080 %. Un límite inferior del contenido de B es, preferiblemente, de 0,0015 %, más preferiblemente de 0,0018 %, más preferiblemente de 0,0020 %, más preferiblemente de 0,0022 %. Un límite superior del contenido de B es, preferiblemente, de menos de 0,0060 %, más preferiblemente de 0,0050 %.
El balance de la composición química del material 10 de base de la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización es Fe e impurezas. Aquí, impurezas significa elementos que se mezclan a partir de menas y restos usados como materia prima, un entorno de producción o similar cuando el material 10 de base de más arriba se produce de manera industrial, y se permite que estos se mezclen dentro de rangos dentro de los cuales las impurezas no tienen efectos adversos en el material 10 de base de la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico de la presente realización.
Elementos opcionales
Elementos opcionales del primer grupo
La composición química del material 10 de base de la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización puede además contener, en lugar de una parte de Fe, uno o más elementos seleccionados del grupo que consiste en Cu, W y Co. Estos elementos mejoran, todos, la resistencia de fluencia del material 10 de base.
Cu: 0 a 5,00 %
El cobre (Cu) es un elemento opcional y no necesita estar contenido. Es decir, el contenido de Cu puede ser de 0 %. Cuando está contenido, Cu precipita en el uso en un entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C en la forma de fases Cu en granos y, de esta manera, ejerce fortalecimiento de precipitación para mejorar la resistencia de fluencia del material 10 de base. Sin embargo, un contenido excesivamente alto de Cu degrada la trabajabilidad en caliente y la soldabilidad del acero. Por consiguiente, el contenido de Cu es de 0 a 5,00 %. Con el fin de mejorar la resistencia de fluencia del material 10 de base de la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico de manera más efectiva, un límite inferior del contenido de Cu es, preferiblemente, de más de 0 %, más preferiblemente de 0,10 %, incluso más preferiblemente de 0,11 %, incluso más preferiblemente de 0,12 %, incluso más preferiblemente de 2,00 %, incluso más preferiblemente de 2,50 %. Un límite superior del contenido de Cu es, preferiblemente, de 4,50 %, más preferiblemente, de 4,00 %, incluso más preferiblemente de 3,80 %, incluso más preferiblemente de 3,70 %, incluso más preferiblemente de 3,60 %, incluso más preferiblemente de 3,50 %, incluso más preferiblemente de 1,90 %. En particular, con el fin de mantener una más excelente ductilidad de fluencia en el entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C, un contenido preferible de Cu es de 0 a 1,70 %, y un límite superior más preferible del contenido de Cu es de 1,60 %.
W: 0 a 5,0 %
El tungsteno (W) es un elemento opcional y no necesita estar contenido. Es decir, el contenido de W puede ser de 0 %. Cuando está contenido, W se disuelve en una matriz (fase principal) y, de esta manera, mejora la resistencia de fluencia del material 10 de base de la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico. Sin embargo, un contenido excesivamente alto de W degrada la estabilidad de la austenita y, por consiguiente, degrada la resistencia de fluencia y la tenacidad del material 10 de base. Por consiguiente, el contenido de W es de 0 a 5,0 %. Un límite inferior del contenido de W es, preferiblemente, de más de 0 %, más preferiblemente de 0,1 %, incluso más preferiblemente de 0,2 %, incluso más preferiblemente de 0,5 %. Un límite superior del contenido de W es, preferiblemente, de 4,5 %, más preferiblemente de 4,0 %, incluso más preferiblemente de 3,5 %.
Co: 0 a 1,0 %
El cobalto (Co) es un elemento opcional y no necesita estar contenido. Es decir, el contenido de Co puede ser de 0 %. Cuando está contenido, Co estabiliza la austenita y, de esta manera, mejora la resistencia de fluencia del material 10 de base de la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico. Sin embargo, un contenido excesivamente alto de Co aumenta el coste de la materia prima. Por consiguiente, el contenido de Co es de 0 a 1,0 %. Un límite inferior del contenido de Co es, preferiblemente, de más de 0 %, más preferiblemente de 0,1 %, incluso más preferiblemente de 0,2 %, incluso más preferiblemente de 0,3 %. Un límite superior del contenido de Co es, preferiblemente, de 0,9 %, más preferiblemente de 0,8 %.
Elementos opcionales del segundo grupo
La composición química del material 10 de base de la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización puede además contener, en lugar de una parte de Fe, uno o más elementos seleccionados del grupo que consiste en V, Ta y Hf. Estos elementos mejoran, todos, la resistencia a SC C del ácido politiónico y la resistencia de fluencia del material de base.
V: 0 a 1,00 %
El vanadio (V) es un elemento opcional y no necesita estar contenido. Es decir, el contenido de V puede ser de 0 %. Cuando está contenido, V se combina con C para formar su carbo-nitruro en uso en un entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C, para reducir el C disuelto y, de esta manera, mejorar la resistencia a SC C del ácido politiónico del material 10 de base. El carbo-nitruro V formado también mejora la resistencia de fluencia del material 10 de base. Sin embargo, un contenido excesivamente alto de V hace que se produzca 5 ferrita y, por consiguiente, se degrada la resistencia de fluencia, la tenacidad y la soldabilidad del material 10 de base. Por consiguiente, el contenido de V es de 0 a 1,00 %. Con el fin de mejorar la resistencia a SCC del ácido politiónico y la resistencia de fluencia de manera más efectiva, un límite inferior del contenido de V es, preferiblemente, de más de 0 %, más preferiblemente de 0,10 %. Un límite superior del contenido de V es, preferiblemente, de 0,90 %, más preferiblemente de 0,80 %.
Ta: 0 a 0,20 %
El tántalo (Ta) es un elemento opcional y no necesita estar contenido. Es decir, el contenido de Ta puede ser de 0 %. Cuando está contenido, Ta se combina con C para formar su carbo-nitruro en uso en un entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C, para reducir el C disuelto y, de esta manera, mejorar la resistencia a SC C del ácido politiónico del material 10 de base. El carbo-nitruro Ta formado también mejora la resistencia de fluencia. Sin embargo, un contenido excesivamente alto de Ta hace que se produzca 5 ferrita y, por consiguiente, se degrada la resistencia de fluencia, la tenacidad y la soldabilidad del material 10 de base. Por consiguiente, el contenido de Ta es de 0 a 0,20 %. Con el fin de mejorar la resistencia a SC C del ácido politiónico y la resistencia de fluencia de manera más efectiva, un límite inferior del contenido de Ta es, preferiblemente, de más de 0 %, más preferiblemente de 0,01 %, más preferiblemente de 0,02 %. Un límite superior del contenido de Ta es, preferiblemente, de 0,18 %, más preferiblemente de 0,16 %.
Hf: 0 a 0,20 %
El hafnio (Hf) es un elemento opcional y no necesita estar contenido. Es decir, el contenido de Hf puede ser de 0 %. Cuando está contenido, Hf se combina con C para formar su carbo-nitruro en uso en un entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C, para reducir el C disuelto y, de esta manera, mejorar la resistencia a SC C del ácido politiónico del material 10 de base. El carbo-nitruro Hf formado también mejora la resistencia de fluencia del material 10 de base. Sin embargo, un contenido excesivamente alto de Hf hace que se produzca 5 ferrita y, por consiguiente, se degrada la resistencia de fluencia, la tenacidad y la soldabilidad del material 10 de base. Por consiguiente, el contenido de Hf es de 0 a 0,20 %. Un límite inferior del contenido de Hf es, preferiblemente, de más de 0 %, más preferiblemente de 0,01 %, más preferiblemente de 0,02 %. Un límite superior del contenido de Hf es, preferiblemente, de 0,18 %, más preferiblemente de 0,16 %.
Elementos opcionales del tercer grupo
La composición química del material 10 de base de la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización puede además contener, en lugar de una parte de Fe, uno o más elementos seleccionados del grupo que consiste en Ca, Mg y metales de tierras raras (REM, por sus siglas en inglés). Estos elementos mejoran, todos, la trabajabilidad y la ductilidad de fluencia del material de base.
Ca: 0 a 0,010 %
El calcio (Ca) es un elemento opcional y no necesita estar contenido. Es decir, el contenido de Ca puede ser de 0 %. Cuando está contenido, Ca inmoviliza el O (oxígeno) y S (azufre) en formas de sus inclusiones y, de esta manera, mejora la trabajabilidad en caliente y la ductilidad de fluencia del material 10 de base. Sin embargo, un contenido excesivamente alto de Ca degrada la trabajabilidad en caliente y la ductilidad de fluencia del material 10 de base. Por consiguiente, el contenido de Ca es de 0 a 0,010 %. Un límite inferior del contenido de Ca es, preferiblemente, de más de 0 %, más preferiblemente de 0,001 %, más preferiblemente de 0,002 %. Un límite superior del contenido de Ca es, preferiblemente, de 0,008 %, más preferiblemente de 0,006 %.
Mg: 0 a 0,010 %
El magnesio (Mg) es un elemento opcional y no necesita estar contenido. Es decir, el contenido de Mg puede ser de 0 %. Cuando está contenido, Mg inmoviliza el O (oxígeno) y S (azufre) en formas de sus inclusiones y, de esta manera, mejora la trabajabilidad en caliente y la ductilidad de fluencia del material 10 de base. Sin embargo, un contenido excesivamente alto de Mg degrada la trabajabilidad en caliente y la ductilidad de fluencia del material 10 de base. Por consiguiente, el contenido de Mg es de 0 a 0,010 %. Un límite inferior del contenido de Mg es, preferiblemente, de más de 0 %, más preferiblemente de 0,001 %, más preferiblemente de 0,002 %. Un límite superior del contenido de Mg es, preferiblemente, de 0,008 %, más preferiblemente de 0,006 %.
Metal de tierras raras: 0 a 0,100 %
El metal de tierras raras (REM) es un elemento opcional y no necesita estar contenido. Es decir, el contenido de REM puede ser de 0 %. Cuando está contenido, REM inmoviliza el O (oxígeno) y S (azufre) en formas de sus inclusiones y, de esta manera, mejora la trabajabilidad en caliente y la ductilidad de fluencia del material de base. Sin embargo, un contenido excesivamente alto de REM degrada la trabajabilidad en caliente y la ductilidad de fluencia del material de base. Por consiguiente, el contenido de REM es de 0 a 0,10 %. Un límite inferior del contenido de REM es, preferiblemente, de más de 0 %, más preferiblemente de 0,001 %, más preferiblemente de 0,002 %. Un límite superior del contenido de REM es, preferiblemente, de 0,080 %, más preferiblemente de 0,060 %.
REM, en la presente memoria, contiene al menos un elemento de Sc, Y y lantanoide (La, con número atómico 57, a Lu, con número atómico 71), y el contenido de REM significa un contenido total de estos elementos.
Fórmula (1)
La composición química de más arriba del material 10 de base además satisface la fórmula (1).
B 0,004 - 0,9C 0,017Mo2 > 0 (1)
Símbolos de elementos en la fórmula (1) se reemplazarán por contenidos de elementos correspondientes (en % de masa).
Según se ha descrito más arriba, la presente realización implica tanto establecer el contenido de C en 0,030 % o menos para aumentar la resistencia a SC C del ácido politiónico y la resistencia a la corrosión del ácido nafténico, como realizar 0,20 a 1,00 % de Nb contenido. Esto permite que MX carbo-nitruro de Nb se produzca en el uso en un entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C y, de esta manera, se reduce una cantidad de C disuelto. Sin embargo, MX carbo-nitruro de Nb se transforma en una fase Z y un carburo M<23>C<6>en el uso durante un largo tiempo en el entorno corrosivo de alta temperatura de más arriba dado que MX carbo-nitruro de Nb es una fase metaestable. B que se segrega en bordes de grano se disuelve en el carburo M<23>C<6>, y se reduce una cantidad de B que se segrega en los bordes de grano. Como resultado, la ductilidad de fluencia del material 10 de base se deteriora.
Sin embargo, cuando Mo se disuelve en el carburo M<23>C<6>para formar un "carburo M<23>C<6>con Mo disuelto", B es duro de disolver en el carburo M<23>C<6>con Mo disuelto. Por lo tanto, la cantidad de B que se segrega en los bordes de grano se mantiene, lo cual permite obtener una excelente resistencia a SCC del ácido politiónico y una excelente resistencia a la corrosión del ácido nafténico, así como una excelente ductilidad de fluencia del material 10 de base.
Dejemos que F1 se defina como F1 = B 0,004 - 0,9C 0,017Mo2. F1 es un índice que indica una relación de un carburo M<23>C<6>con Mo disuelto con respecto a múltiples tipos de carburos M<23>C<6>formados en el material 10 de base en uso en un entorno corrosivo de alta temperatura. Si F1 es cero o más, la relación del carburo M<23>C<6>con Mo disuelto es alta incluso cuando los múltiples tipos de carburos M<23>C<6>se forman en el acero en uso en el entorno corrosivo de alta temperatura. Por lo tanto, B que se segrega en bordes de grano es duro de disolver en los carburos M<23>C<6>y, por lo tanto, una cantidad de B que se segrega en los bordes de grano se mantiene. Por lo tanto, el material 10 de base puede tener una excelente resistencia a SC C del ácido politiónico, una excelente resistencia a la corrosión del ácido nafténico y una excelente ductilidad de fluencia al mismo tiempo. Por consiguiente, F1 es cero (0,00000) o más. F1 es, preferiblemente, 0,00100 o más, más preferiblemente 0,00200 o más, más preferiblemente 0,00400 o más, más preferiblemente 0,00500 o más, más preferiblemente 0,00800 o más, más preferiblemente de 0,01000 o más, más preferiblemente 0,02000 o más.
Cuando la composición química de más arriba del material de base contiene Cu, es preferible que el límite superior del contenido de Cu sea de 1,70 % o menos según se describe más arriba. Teniendo en cuenta la mejora de una resistencia de fluencia, as í como la obtención de una excelente ductilidad de fluencia, el contenido de Cu es, preferiblemente, de más de 0 % a 1,70 %. Cuando el contenido de Cu es de 1,70 % o menos, una fase Cu se somete al fortalecimiento de precipitación, lo cual hace posible mantener la excelente ductilidad de fluencia del material de base con la excelente resistencia de fluencia obtenida.
En la composición química de más arriba del material de base, un límite inferior del contenido de Mo es, preferiblemente, de 0,50 %. En el caso, en uso en un entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C, Mo además se segrega en bordes de grano y forma compuestos intermetálicos. Esta segregación de borde de grano y compuestos intermetálicos además mejora la resistencia del borde de grano. Como resultado, la ductilidad de fluencia del material de base mejora aún más. Por consiguiente, el límite inferior del contenido de Mo es, preferiblemente, de 0,50 %. Cuando el límite inferior del contenido de Mo es 1,00 % o más, la ductilidad de fluencia del material de base mejora de manera notable. Es preciso observar que, cuando el contenido de Mo es de 0,50 % o más, el valor de F1 es preferiblemente de 0,00500 o más, más preferiblemente de 0,00800 o más, incluso más preferiblemente de 0,01000 o más, incluso más preferiblemente de 0,02000 o más.
Metal 20 de soldadura
Composición química
La Figura 5 es una vista en sección transversal de la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización que es perpendicular a la dirección L de extensión del metal de soldadura. Con referencia a la Figura 5, en la sección transversal del metal 20 de soldadura perpendicular a la dirección L de extensión del metal de soldadura, un ancho de una superficie más exterior del metal 20 de soldadura se define como W (mm). Además, un grosor del metal 20 de soldadura en una posición central del ancho W se define como t (mm). Una composición química de una región P en una posición en el centro del ancho y en una posición en el centro del grosor del metal 20 de soldadura (a saber, en una posición a una profundidad t/2 de la superficie más exterior del metal 20 de soldadura) contiene los siguientes elementos.
C: 0,050 % o menos
El carbono (C) se contiene de manera inevitable. Es decir, el contenido de C es de más de 0 %. Cuando la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización está en uso en el entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C, C produce carburo M<23>C<6>en bordes de grano en el metal 20 de soldadura y, por consiguiente, degrada la resistencia a SCC del ácido politiónico y la resistencia a la corrosión del ácido nafténico del metal 20 de soldadura. Por consiguiente, el contenido de C es de 0,050 % o menos. Un límite superior del contenido de C es, preferiblemente, de 0,040 %, más preferiblemente de 0,030 %, incluso más preferiblemente de 0,025 %, incluso más preferiblemente de 0,020 %. El contenido de C es, preferiblemente, tan bajo como sea posible. Sin embargo, si el contenido de C disminuye excesivamente, el coste de producción aumenta. Por consiguiente, en la producción industrial, un límite inferior del contenido de C es, preferiblemente, de 0,001 %, más preferiblemente de 0,005 %.
Si: 0,01 a 1,00 %
El silicio (Si) desoxida el metal 20 de soldadura durante la soldadura. Un contenido excesivamente bajo de Si no provee este efecto. Mientras tanto, un contenido excesivamente alto de Si degrada la tenacidad del metal 20 de soldadura. Por consiguiente, un contenido de Si es de 0,01 a 1,00 %. Un límite inferior del contenido de Si es, preferiblemente, de 0,02 %, más preferiblemente de 0,03 %, incluso más preferiblemente de 0,10 %. Un límite superior del contenido de Si es, preferiblemente, de 0,80 %, más preferiblemente de 0,65 %, incluso más preferiblemente de 0,40 %, incluso más preferiblemente de 0,35 %.
Mn: 0,01 a 3,00 %
El manganeso (Mn) desoxida el metal 20 de soldadura durante la soldadura. Un contenido excesivamente bajo de Mn no provee este efecto. Mientras tanto, un contenido excesivamente alto de Mn degrada la resistencia de fluencia del metal 20 de soldadura. Por consiguiente, el contenido de Mn es de 0,01 a 3,00 %. Un límite inferior del contenido de Mn es, preferiblemente, de 0,05 %, más preferiblemente, de 0,08 %, incluso más preferiblemente de 0,10 %, incluso más preferiblemente de 0,14 %, incluso más preferiblemente de 0,16 %. Un límite superior del contenido de Mn es, preferiblemente, de 2,70 %, más preferiblemente de 2,50 %, incluso más preferiblemente de 2,30 %.
P: 0,030 % o menos
El fósforo (P) es una impureza contenida de manera inevitable. Es decir, el contenido de P es de más de 0 %. P degrada la tenacidad del metal de soldadura. Además, P aumenta la susceptibilidad de agrietamiento en caliente del metal 20 de soldadura. Por consiguiente, el contenido de P será de 0,030 % o menos. Un límite superior del contenido de P es, preferiblemente, de 0,025 %, más preferiblemente de 0,020 %. El contenido de P es, preferiblemente, tan bajo como sea posible. Sin embargo, si el contenido de P disminuye excesivamente, el coste de producción aumenta. Por lo tanto, en la producción industrial, un límite inferior del contenido de P es, preferiblemente, de 0,001 %, más preferiblemente de 0,002 %.
S : 0,015 % o menos
El azufre (S) es una impureza contenida de manera inevitable. Es decir, el contenido de S es de más de 0 %. S degrada la ductilidad del metal de soldadura y, de esta manera, mejora la susceptibilidad de agrietamiento en caliente del metal 20 de soldadura. Por consiguiente, el contenido de S es de 0,015 % o menos. Un límite superior del contenido de S es, preferiblemente, de 0,010 %, más preferiblemente de 0,007 %. El contenido de S es, preferiblemente, tan bajo como sea posible. Sin embargo, si el contenido de S disminuye excesivamente, el coste de producción aumenta. Por consiguiente, en la producción industrial, un límite inferior del contenido de S es, preferiblemente, de 0,001 %, más preferiblemente de 0,002 %.
Cr: 15,0 a 25,0 %
El cromo (Cr) mejora la resistencia a SC C del ácido politiónico y la resistencia a la corrosión del ácido nafténico del metal 20 de soldadura. Además, Cr mejora la resistencia a la oxidación, la resistencia a la oxidación de vapor, la resistencia a la corrosión a alta temperatura y similares. Un contenido excesivamente bajo de Cr no provee los efectos descritos más arriba. Por el contrario, un contenido excesivamente alto de Cr degrada la resistencia de fluencia y la tenacidad del metal 20 de soldadura. Por consiguiente, un contenido de Cr es de 15,0 a 25,0 %. Un límite inferior del contenido de Cr es, preferiblemente, de 16,5 %, más preferiblemente de 17,0 %. Un límite superior del contenido de Cr es, preferiblemente, de 24,0 % , más preferiblemente de 23,0 %.
Ni: 20,0 a 70,0 %
El níquel (Ni) estabiliza la austenita y, por consiguiente, mejora la resistencia de fluencia del metal 20 de soldadura. Además, Ni mejora la resistencia a SC C del ácido politiónico y la resistencia a la corrosión del ácido nafténico del metal 20 de soldadura. Un contenido excesivamente bajo de Ni no provee el efecto descrito más arriba. Por el contrario, un contenido excesivamente alto de Ni resulta en la saturación del efecto descrito más arriba y además, aumenta los costes de producción. Por consiguiente, el contenido de Ni es de 20,0 a 70,0 %. Un límite inferior del contenido de Ni es, preferiblemente, de 21,0 %, más preferiblemente de 23,0 %, incluso más preferiblemente de 25,0 %, incluso más preferiblemente de 27,0 %. Un límite superior del contenido de Ni es, preferiblemente, de 60,0 %, más preferiblemente de 55,0 %, incluso más preferiblemente de 50,0 %.
Mo: 1,30 a 10,00 %
El molibdeno (Mo) limita la formación de carburo M<23>C<6>en bordes de grano el metal 20 de soldadura en uso en un entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C. Esto mejora la resistencia a SC C del ácido politiónico del metal 20 de soldadura. Además, cuando la junta de soldadura se usa en el entorno corrosivo de alta temperatura, Mo disuelto en el metal 20 de soldadura se une a S en el entorno corrosivo de alta temperatura para formar una película de sulfuro sobre una superficie del metal 20 de soldadura. La formación de esta película de sulfuro aumenta la resistencia a la corrosión del ácido nafténico del metal 20 de soldadura. Además, en el uso en el entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C, Mo limita la disolución de B en carburo M<23>C<6>cuando MX carbo-nitruro de Nb se transforma en el carburo M<23>C<6>y, de esta manera, limita la reducción de una cantidad de B que se segrega en bordes de grano en el entorno corrosivo de alta temperatura. Ello permite obtener una suficiente ductilidad de fluencia en el entorno corrosivo de alta temperatura. Un contenido excesivamente bajo de Mo no provee estos efectos. Por el contrario, un contenido excesivamente alto de Mo degrada la estabilidad de la austenita. Por consiguiente, el contenido de Mo es de 1,30 a 10.00 %. Un límite inferior del contenido de Mo es, preferiblemente, de 1,40 %, más preferiblemente, de 1,50 %, incluso más preferiblemente de 2,00 %, incluso más preferiblemente de 3,00 %, incluso más preferiblemente de 4.00 %, incluso más preferiblemente de más de 5,00 %. Un límite superior del contenido de Mo es, preferiblemente, de 9,00 %, más preferiblemente de 8,50 %.
Nb: 0,05 a 3,00 %,
El niobio (Nb) se combina con C en el uso en un entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C para formar MX carbo-nitruro y, por consiguiente, reducir una cantidad de C disuelto en el metal 20 de soldadura. Esto mejora la resistencia a SC C del ácido politiónico del metal 20 de soldadura. El MX carbo-nitruro formado de Nb también mejora la resistencia de fluencia. Sin embargo, un contenido excesivamente alto de Nb hace que se produzca 5 ferrita y, por consiguiente, se degrada la resistencia de fluencia a largo plazo, la tenacidad y la soldabilidad del metal 20 de soldadura. Por consiguiente, un contenido de Nb es de 0,05 a 3,00 %. Un límite inferior del contenido de Nb es, preferiblemente, de 0,06 %, más preferiblemente, de 0,07 %, incluso más preferiblemente de 0,10 %, incluso más preferiblemente de 0,15 %, incluso más preferiblemente de 0,18 %, incluso más preferiblemente de 0,20 %. Un límite superior del contenido de Nb es, preferiblemente, de 2,90 %, más preferiblemente de 2,50 %, incluso más preferiblemente de 2,00 %.
N: 0,150 % o menos
El nitrógeno (N) está contenido de manera inevitable. Es decir, el contenido de N es de más de 0 %. N se disuelve en una matriz (fase principal) para estabilizar la austenita y, por consiguiente, mejorar la resistencia de fluencia del metal 20 de soldadura. Además, N forma su carbo-nitruro fino en granos y, de esta manera, mejora la resistencia de fluencia del metal 20 de soldadura. Es decir, N contribuye a la resistencia de fluencia del metal de soldadura a través del fortalecimiento de la solución sólida y del fortalecimiento de la precipitación. Sin embargo, un contenido excesivamente alto de N hace que Cr nitruro se forme en bordes de grano y, de esta manera, se degrada la resistencia a SC C del ácido politiónico y la resistencia a la corrosión del ácido nafténico en el metal 20 de soldadura. Además, el contenido excesivamente alto de N degrada la ductilidad del metal 20 de soldadura. Por consiguiente, el contenido de N es de 0,150 % o menos. Un límite inferior del contenido de N es, preferiblemente, de 0,010 %, más preferiblemente de 0,050 %, incluso más preferiblemente de 0,080 %, incluso más preferiblemente de 0,100 %. Un límite superior del contenido de N es, preferiblemente, de 0,140 %, más preferiblemente de 0,130 %.
B: 0,0050 % o menos
El boro(B) está contenido de manera inevitable. Es decir, el contenido de B es de más de 0 %. B se segrega en bordes de grano en uso en un entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C y, por consiguiente, se mejora la resistencia del borde de grano. Como resultado, la ductilidad de fluencia del metal 20 de soldadura puede mejorarse en el entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C. Además, B mejora la resistencia de fluencia del metal 20 de soldadura en el entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C. Sin embargo, un contenido excesivamente alto de B provoca agrietamiento por solidificación en el metal 20 de soldadura durante la soldadura. Por consiguiente, en la composición química del metal 20 de soldadura, el contenido de B es de 0,0050 % o menos. Un límite inferior del contenido de B es, preferiblemente, de 0,0001 %, más preferiblemente de 0,0005 %, incluso más preferiblemente de 0,0010 %, incluso más preferiblemente de 0,0015 %, incluso más preferiblemente de 0,0020 %, incluso más preferiblemente de 0,0030 %. En particular, cuando el contenido de B en el metal 20 de soldadura es de 0,0030 % o más, se obtiene una excelente resistencia de fluencia de la junta 1 de soldadura. Un límite superior del contenido de B es, preferiblemente, de 0,0045 %, más preferiblemente de 0,0040 %.
El balance de la composición química del metal 20 de soldadura de la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización es Fe e impurezas. Aquí, impurezas significa elementos que se mezclan a partir del material de soldadura que es materia prima y un entorno de soldadura cuando el metal 20 de soldadura se forma, y se permite que estos se mezclen dentro de rangos dentro de los cuales las impurezas no tienen efectos adversos en el metal 20 de soldadura.
Elementos opcionales
Elementos opcionales del primer grupo
La composición química del metal 20 de soldadura de la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización puede además contener Al, en lugar de una parte de Fe.
sol. Al: 0 a 1,000 %
El aluminio (Al) es un elemento opcional y no necesita estar contenido. Es decir, el contenido de Al puede ser de 0 %. Cuando está contenido, Al desoxida el metal 20 de soldadura durante la soldadura. Sin embargo, un contenido excesivamente alto de Al degrada la ductilidad del metal 20 de soldadura. Por consiguiente, el contenido de Al es de 0 a 1,000 %. Un límite inferior del contenido de Al es, preferiblemente, de más de 0 %, más preferiblemente de 0,001 %, incluso más preferiblemente de 0,002 %, incluso más preferiblemente de 0,010 %, incluso más preferiblemente de 0,050 %. Un límite superior del contenido de Al es, preferiblemente, de 0,850 %, más preferiblemente de 0,800 %. En la presente realización, el contenido de Al significa un contenido de ácido soluble Al (sol. Al).
Elementos opcionales del segundo grupo
La composición química del metal 20 de soldadura según la presente realización puede además contener, en lugar de una parte de Fe, uno o más elementos seleccionados del grupo que consiste en Cu, W y Co. Estos elementos mejoran, todos, la resistencia de fluencia del metal 20 de soldadura.
Cu: 0 a 2,50 %
El cobre (Cu) es un elemento opcional y no necesita estar contenido. Es decir, el contenido de Cu puede ser de 0 %. Cuando está contenido, Cu precipita en el uso en un entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C en la forma de fases Cu en granos y, de esta manera, ejerce fortalecimiento de precipitación para mejorar la resistencia de fluencia del metal 20 de soldadura. Sin embargo, un contenido excesivamente alto de Cu degrada la soldabilidad del metal 20 de soldadura, lo cual puede provocar agrietamiento durante la soldadura. Por consiguiente, el contenido de Cu es de 0 a 2,50 %. Con el fin de mejorar la resistencia de fluencia del metal 20 de soldadura de manera más efectiva, un límite inferior del contenido de Cu es, preferiblemente, de más de 0 %, más preferiblemente de 0,01 %, más preferiblemente de 0,05 %, incluso más preferiblemente de 0,10 %, incluso más preferiblemente de 0,50 %, incluso más preferiblemente de 1,00 %, incluso más preferiblemente de 1,20 %. Un límite superior del contenido de Cu es, preferiblemente, de 2,30 %, más preferiblemente de 2,10 %, incluso más preferiblemente de 1,90 %, incluso más preferiblemente de 1,80 %, incluso más preferiblemente de 1,70 %.
W: 0 a 1,0 %
El tungsteno (W) es un elemento opcional y no necesita estar contenido. Es decir, el contenido de W puede ser de 0 %. Cuando está contenido, W se disuelve en el metal 20 de soldadura para mejorar la resistencia de fluencia del metal 20 de soldadura en uso en el entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C. Sin embargo, un contenido excesivamente alto de W degrada la estabilidad de la austenita y, por consiguiente, degrada la resistencia de fluencia y la tenacidad del metal 20 de soldadura. Por consiguiente, el contenido de W es de 0 a 1,0 %. Un límite inferior del contenido de W es, preferiblemente, de más de 0 %, más preferiblemente de 0,1 %, más preferiblemente de 0,2 %. Un límite superior del contenido de W es, preferiblemente, de 0,9 %, más preferiblemente de 0,7 %, incluso más preferiblemente de 0,5 %.
Co: 0 a 15,0 %
El cobalto (Co) es un elemento opcional y no necesita estar contenido. Es decir, el contenido de Co puede ser de 0 %. Cuando está contenido, Co estabiliza la austenita y, por consiguiente, mejora la resistencia de fluencia del metal 20 de soldadura. Sin embargo, un contenido excesivamente alto de Co aumenta el coste de la materia prima. Por consiguiente, el contenido de Co es de 0 a 15,0 %. Un límite inferior del contenido de Co es, preferiblemente, de más de 0 %, más preferiblemente, de 0,1 %, incluso más preferiblemente de 1,0 %, incluso más preferiblemente de 2,0 %, incluso más preferiblemente de 2,5 %. Un límite superior del contenido de Co es, preferiblemente, de 12,0 %, más preferiblemente de 11,0 %.
Elementos opcionales del tercer grupo
La composición química del metal 20 de soldadura de la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización puede además contener, en lugar de una parte de Fe, uno o más elementos seleccionados del grupo que consiste en V, Ti y Ta. Estos elementos mejoran, todos, la resistencia a SCC del ácido politiónico y la resistencia de fluencia del acero.
V: 0 a 0,10 %
El vanadio (V) es un elemento opcional y no necesita estar contenido. Es decir, el contenido de V puede ser de 0 %. Cuando está contenido, V se combina con C para formar su carbo-nitruro en uso en un entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C, para reducir el C disuelto y, de esta manera, mejorar la resistencia a SC C del ácido politiónico del metal 20 de soldadura. El carbo-nitruro V formado también mejora la resistencia de fluencia del metal 20 de soldadura. Sin embargo, un contenido excesivamente alto de V degrada la tenacidad y soldabilidad del metal 20 de soldadura. Por consiguiente, el contenido de V es de 0 a 0,10 %. Un límite inferior del contenido de V es, preferiblemente, de más de 0 %, más preferiblemente de 0,01 %, incluso más preferiblemente de 0,02 %. Un límite superior del contenido de V es, preferiblemente, de 0,09 %, más preferiblemente de 0,08 %.
Ti: 0 a 0,50 %
El titanio (Ti) es un elemento opcional y no necesita estar contenido. Es decir, el contenido de Ti puede ser de 0 %. Cuando está contenido, Ti se combina con C para formar su carburo en uso en un entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C, para reducir el C disuelto y, de esta manera, mejorar la resistencia a SC C del ácido politiónico del metal 20 de soldadura. El carburo TI formado también mejora la resistencia de fluencia del metal 20 de soldadura. Sin embargo, un contenido excesivamente alto de Ti degrada la tenacidad y soldabilidad del metal 20 de soldadura. Por consiguiente, el contenido de Ti es de 0 a 0,50 %. Un límite inferior del contenido de Ti es, preferiblemente, de más de 0 %, más preferiblemente de 0,01 %, incluso más preferiblemente de 0,02 %, incluso más preferiblemente de 0,10 %, incluso más preferiblemente de 0,15 %. Un límite superior del contenido de Ti es, preferiblemente, de 0,45 %, más preferiblemente de 0,40 %.
Ta: 0 a 0,20 %
El tántalo (Ta) es un elemento opcional y no necesita estar contenido. Es decir, el contenido de Ta puede ser de 0 %. Cuando está contenido, Ta se combina con C para formar su carbo-nitruro en uso en un entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C, para reducir el C disuelto y, de esta manera, mejorar la resistencia a SC C del ácido politiónico del metal 20 de soldadura. El carbo-nitruro Ta formado también mejora la resistencia de fluencia. Sin embargo, un contenido excesivamente alto de Ta degrada la resistencia de fluencia, la tenacidad y la soldabilidad del metal 20 de soldadura. Por consiguiente, el contenido de Ta es de 0 a 0,20 %. Con el fin de mejorar la resistencia a SC C del ácido politiónico y la resistencia de fluencia de manera más efectiva, un límite inferior del contenido de Ta es, preferiblemente, de más de 0 %, más preferiblemente de 0,01 %, incluso más preferiblemente de 0,02 %. Un límite superior del contenido de Ta es, preferiblemente, de 0,18 %, más preferiblemente de 0,16 %.
Elementos opcionales del cuarto grupo
La composición química del metal 20 de soldadura de la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización puede además contener, en lugar de una parte de Fe, uno o más elementos seleccionados del grupo que consiste en Ca, Mg y metales de tierras raras (REM). Estos elementos mejoran, todos, la deformabilidad del metal 20 de soldadura a alta temperatura.
Ca: 0 a 0,010 %
El calcio (Ca) es un elemento opcional y no necesita estar contenido. Es decir, el contenido de Ca puede ser de 0 %. Cuando está contenido, Ca inmoviliza el O (oxígeno) y S (azufre) en formas de sus inclusiones y, de esta manera, mejora la resistencia al agrietamiento por recalentamiento del metal 20 de soldadura. Sin embargo, un contenido excesivamente alto de Ca más bien degrada la resistencia al agrietamiento por solidificación del metal 20 de soldadura. Por consiguiente, el contenido de Ca es de 0 a 0,010 %. Un límite inferior del contenido de Ca es, preferiblemente, de más de 0 %, más preferiblemente de 0,001 %, incluso más preferiblemente de 0,002 %. Un límite superior del contenido de Ca es, preferiblemente, de 0,008 %, más preferiblemente de 0,006 %.
Mg: 0 a 0,010 %
El magnesio (Mg) es un elemento opcional y no necesita estar contenido. Es decir, el contenido de Mg puede ser de 0 %. Cuando está contenido, Mg inmoviliza el O (oxígeno) y S (azufre) en formas de sus inclusiones y, de esta manera, mejora la resistencia al agrietamiento por recalentamiento del metal 20 de soldadura. Sin embargo, un contenido excesivamente alto de Mg más bien degrada la resistencia al agrietamiento por solidificación del metal 20 de soldadura durante la trabajabilidad en caliente. Por consiguiente, el contenido de Mg es de 0 a 0,010 %. Un límite inferior del contenido de Mg es, preferiblemente, de más de 0 %, más preferiblemente de 0,001 %. Un límite superior del contenido de Mg es, preferiblemente, de 0,008 %, más preferiblemente de 0,006 %.
Metal de tierras raras: 0 a 0,100 %
El metal de tierras raras (REM) es un elemento opcional y no necesita estar contenido. Es decir, el contenido de REM puede ser de 0 %. Cuando está contenido, REM inmoviliza el O (oxígeno) y S (azufre) en formas de sus inclusiones y, de esta manera, mejora la resistencia al agrietamiento por recalentamiento del metal 20 de soldadura. Sin embargo, un contenido excesivamente alto de REM más bien degrada la resistencia al agrietamiento por solidificación del metal 20 de soldadura. Por consiguiente, el contenido de REM es de 0 a 0,100 %. Un límite inferior del contenido de REM es, preferiblemente, de más de 0 %, más preferiblemente de 0,001 %, incluso más preferiblemente de 0,002 %. Un límite superior del contenido de REM es, preferiblemente, de 0,080 %, más preferiblemente de 0,060 %.
La junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización incluye el material 10 de base que tiene la composición química descrita más arriba y el metal 20 de soldadura que tiene la composición química descrita más arriba. Por lo tanto, la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico es excelente en resistencia a SC C del ácido politiónico y excelente en resistencia a la corrosión del ácido nafténico. Además, el material 10 de base tiene una excelente ductilidad de fluencia en un entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C.
Fórmula (2)
Es preferible que la composición química de la región P, que se encuentra en la posición en el centro del ancho y en la posición en el centro del grosor del metal 20 de soldadura, además satisfaga la siguiente fórmula (2):
0,012Cr - 0,005Ni 0,013Mo 0,023Nb 0,02Al - 0,004Co < 0,176 (2)
donde símbolos de elementos en la fórmula (2) se reemplazarán por contenidos de elementos correspondientes (% de masa).
Dejemos que F2 se defina como 0,012Cr - 0,005Ni 0,013Mo 0,023Nb 0,02Al -0,004Co. Según se describe más arriba, cuando la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización se usa como un miembro de una estructura soldada de unas instalaciones de planta química, la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico se usa en el entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C cuando la planta química está en funcionamiento, como se describe más arriba. Por lo tanto, el metal 20 de soldadura de la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico experimenta un envejecimiento a alta temperatura. Por el contrario, cuando las instalaciones se detienen, una temperatura de la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico disminuye hasta la temperatura normal. El metal 20 de soldadura es susceptible al envejecimiento a alta temperatura a 600 a 700 °C de manera más notable que el material 10 de base debido al recalentamiento y segregación por solidificación durante la soldadura. Por lo tanto, la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico que se usa en aplicaciones cuya resistencia a la corrosión del ácido politiónico y resistencia a la corrosión del ácido nafténico se requieren preferiblemente tiene una tenacidad excelente incluso después de que el metal 20 de soldadura experimente el envejecimiento a alta temperatura.
F2 es un índice de tenacidad del metal 20 de soldadura después de que el metal 20 de soldadura experimenta el envejecimiento a alta temperatura. Ni y Co en F2 mejoran la tenacidad del metal 20 de soldadura cuando los elementos en la composición química del metal 20 de soldadura caen dentro de sus rangos según la presente realización. Es decir, Ni y Co son elementos para mejorar la tenacidad del metal de soldadura en un entorno de uso de la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización. Por el contrario, Cr, Mo, Nb y Al forman, todos, sus precipitados a través del envejecimiento a alta temperatura a 600 a 700 °C. La formación de los precipitados aumenta la dureza del metal 20 de soldadura y, por consiguiente, degrada la tenacidad. Es decir, Cr, Mo, Nb y Al son elementos para degradar la tenacidad del metal de soldadura en un entorno de uso de la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización.
En F2, signos de Ni y Co, que son los elementos para mejorar la tenacidad del metal de soldadura, se establecen para que sean menos, y signos de Cr, Mo, Nb y Al, que son los elementos para degradar la tenacidad del metal de soldadura, se establecen para que sean más. Cuando F2 es más de 0,176, los elementos para degradar la tenacidad del metal de soldadura tienen una proporción mayor que la de los elementos para mejorar la tenacidad del metal de soldadura. En el presente caso, la tenacidad de su metal 20 de soldadura después del envejecimiento a alta temperatura disminuye mientras que la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico es excelente en la resistencia a la corrosión del ácido politiónico y en la resistencia a la corrosión del ácido nafténico, y es excelente en la ductilidad de fluencia de su material 10 de base. De manera específica, después de que la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización se somete al tratamiento de envejecimiento a 700 °C durante 3000 horas, un valor de impacto Charpy del metal 20 de soldadura a temperatura normal (25 °C ± 15 °C) es de menos de 20 J/cm2.
Cuando F2 es 0,176 o menos, la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico es excelente en la resistencia a la corrosión del ácido politiónico y en la resistencia a la corrosión del ácido nafténico, y es excelente en la ductilidad de fluencia de su material 10 de base, y la tenacidad de su metal 20 de soldadura después del envejecimiento a alta temperatura mejora, con la precondición de que los contenidos de los elementos en la composición química del material 10 de base de la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico caigan dentro de los rangos según la presente realización y satisfagan la fórmula (1), y que los contenidos de elementos de la composición química del metal 20 de soldadura en la posición en el centro del ancho y en la posición en el centro del grosor caigan dentro de los rangos según la presente realización. De manera específica, después de que la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización se somete al tratamiento de envejecimiento a 700 °C durante 3000 horas, un valor de impacto Charpy del metal 20 de soldadura a temperatura normal (25 °C ± 15 °C) es de 20 J/cm2 o más.
Un límite superior del valor de F2 es preferiblemente de 0.174, más preferiblemente de 0.172, incluso más preferiblemente de 0.170, incluso más preferiblemente de 0.165.
Según se describe más arriba, en la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización, los contenidos de elementos en la composición química del material 10 de base caen dentro de los rangos descritos más arriba y satisfacen la fórmula (1), y los contenidos de los elementos de la composición química del metal 20 de soldadura en la posición en el centro del ancho y en la posición en el centro del grosor caen dentro de los rangos descritos más arriba. Por lo tanto, en la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización, el material 10 de base y el metal 20 de soldadura son, ambos, excelentes en resistencia a SC C del ácido politiónico y excelentes en resistencia a la corrosión del ácido nafténico. Además, el material 10 de base tiene una excelente ductilidad de fluencia en el entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C. Es preferible que la composición química del metal 20 de soldadura en la posición en el centro del ancho y en la posición en el centro del grosor además satisfaga la fórmula (2). En el presente caso, la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico es excelente en la excelente resistencia a la corrosión del ácido politiónico y en la resistencia a la corrosión del ácido nafténico, es excelente en la ductilidad de fluencia de su material 10 de base, y es además excelente en tenacidad de su metal 20 de soldadura después del envejecimiento a alta temperatura.
Método de producción
Se describirá un ejemplo de un método de producción de la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización. El ejemplo del método de producción incluye un proceso para preparar el material 10 de base (proceso de preparación de material de base) y un proceso de soldadura del material 10 de base para formar la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico (proceso de soldadura). Los procesos se describirán más abajo en detalle.
Proceso de preparación de material de base
En el proceso de preparación del material de base, se prepara el material 10 de base que tiene la composición química descrita más arriba que satisface la fórmula (1). El material 10 de base puede ser una placa de acero o un tubo de acero, según se describe más arriba. El material 10 de base puede ser uno adquirido como producto de una persona que lleva a cabo el proceso de soldadura descrito más abajo o puede ser uno que se produce por una persona que lleva a cabo el proceso de soldadura.
En la producción del material 10 de base, el proceso de preparación del material de base incluye un proceso de preparación para preparar materiales iniciales, un proceso de trabajo en caliente para llevar a cabo el trabajo en caliente en los materiales iniciales para producir el material 10 de base, un proceso de trabajo en frío para, según sea necesario, llevar a cabo el trabajo en frío en el material 10 de base sometido al proceso de trabajo en caliente, y un proceso de tratamiento de solución para, según sea necesario, llevar a cabo el tratamiento de solución en el material 10 de base. El proceso de preparación del material de base en la producción del material 10 de base se describirá más abajo.
Proceso de preparación
Se produce un acero fundido que tiene la composición química de más arriba y que satisface la fórmula (1). El acero fundido se produce usando, por ejemplo, un horno eléctrico, un horno AOD (descarburación de argón y oxígeno, AOD, por sus siglas en inglés), o un horno VOD (descarbonización del oxígeno del vacío, VOD, por sus siglas en inglés). Según sea necesario, el acero fundido producido se somete a un tratamiento de desgasificación conocido. A partir del acero fundido sometido al tratamiento de desgasificación, se produce un material inicial. Ejemplos del método de producción para el material inicial incluyen un proceso de colada continua. Mediante el proceso de colada continua se produce un material de colada continua (el material inicial). El material de colada continua es, por ejemplo, una losa, un desbaste, una palanquilla, y similares. El acero fundido puede someterse a un proceso de realización de lingotes para convertirlo en un lingote.
Proceso de trabajo en caliente
El material inicial preparado (el material de colada continua o el lingote) se somete al trabajo en caliente para producirse en el material de base. Por ejemplo, el material inicial se somete a la laminación en caliente que se producirá en la placa de acero que será el material 10 de base. De manera alternativa, el material inicial se somete a la extrusión en caliente, laminación con perforación en caliente o similares que se producirán en los tubos de acero que serán el material 10 de base. Un método específico del trabajo en caliente no se encuentra especialmente limitado, y llevar a cabo el trabajo en caliente según una forma de un producto acabado será suficiente. Una temperatura de trabajo de acabado del trabajo en caliente es, por ejemplo, de 1000 °C o más, preferiblemente de 1050 °C o más. La temperatura del trabajo de acabado usada en la presente memoria significa una temperatura del material 10 de base inmediatamente después de completar el trabajo en caliente final.
Proceso de trabajo en frío
El trabajo en frío puede llevarse a cabo, según sea necesario, en el material de base sometido al proceso de trabajo en caliente. Cuando el material 10 de base es un tubo de acero, el trabajo en frío es, por ejemplo, estirado en frío o laminación en frío. Cuando el material 10 de base es una placa de acero, el trabajo en frío es, por ejemplo, laminación en frío o similares.
Proceso de tratamiento de soluciones
Después del proceso de trabajo en caliente o del proceso de trabajo en frío, el tratamiento de solución puede llevarse a cabo en el material 10 de base, según sea necesario. Una etapa de tratamiento de soluciones implica uniformizar una estructura y disolver un carbo-nitruro. Una temperatura de tratamiento de soluciones preferible es como se describe a continuación.
Temperatura de tratamiento de soluciones preferible: 1000 a 1250 °C
Cuando la temperatura de tratamiento de soluciones es de 1000 °C o más, un carbo-nitruro de Nb se disuelve de manera suficiente, y además aumenta la resistencia de fluencia en el uso en un entorno corrosivo de alta temperatura. Cuando la temperatura del tratamiento en caliente es de 1250 °C o menos, la disolución excesiva de C puede limitarse y, de esta manera, además aumentar la resistencia a SC del ácido politiónico.
Una duración de retención en el tratamiento de solución a la temperatura de tratamiento de solución de más arriba es, por ejemplo, pero no está especialmente limitada a, 2 minutos a 60 minutos.
En lugar del tratamiento de solución, puede llevarse a cabo un enfriamiento rápido inmediatamente después del trabajo en caliente en el material 10 de base producido a través de la etapa de trabajo en caliente. En el presente caso, una temperatura de trabajo de acabado del trabajo en caliente se establece, preferiblemente, en 1000 °C o más. Cuando la temperatura de trabajo en caliente de acabado es de 1000 °C o más, el carbo-nitruro de Nb se disuelve de manera suficiente, lo cual hace posible obtener una excelente resistencia a SCC del ácido politiónico y una excelente ductilidad de fluencia en uso en un entorno corrosivo de alta temperatura a 600 a 700 °C. Además, Nb carbo-nitruro se forma en uso en el entorno corrosivo de alta temperatura, que permite obtener una resistencia de fluencia suficiente.
Proceso de soldadura
Los materiales 10 de base preparados se sueldan para producirse en una junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico. Un bisel se forma en un borde de cada material 10 de base. Se preparan dos de los materiales 10 de base con los biseles formados. Los biseles de los materiales 10 de base preparados colindan. La soldadura se lleva a cabo entonces en la porción biselada emparejada que colinda usando material de soldadura para formar un metal 20 de soldadura que tiene la composición química descrita más arriba. No hay limitación específica sobre la composición química del material de soldadura usado para la soldadura siempre que la composición química del metal 20 de soldadura formado caiga dentro de los rangos descritos más arriba. Ejemplos de un método para la soldadura incluyen soldadura por arco de gas tungsteno (GTAW), soldadura por arco metálico protegido (SMAW), soldadura por arco con núcleo fundente (FCAW), soldadura por arco de metal y gas (GMAW), y soldadura por arco sumergido (SAW).
El material de soldadura puede, por ejemplo, fundirse como con los materiales 10 de base descritos más arriba. En el presente caso, el material de soldadura fundido se funde para ser un lingote. El lingote se somete a trabajo en caliente para convertirse en el material de soldadura. El trabajo en frío puede llevarse a cabo, según sea necesario, en el material de soldadura sometido al trabajo en caliente. Además, el tratamiento de calor conocido puede llevarse a cabo en el material de soldadura. Ejemplos del tratamiento de calor incluyen tratamiento de solución como con los materiales 10 de base. El tratamiento de calor no necesita llevarse a cabo. El material de soldadura puede tener forma de barra o forma de bloque pequeño.
En el proceso de soldadura, cuando los materiales 10 de base son placas de acero, se forman biseles, por ejemplo, en caras de extremo o caras laterales de las placas de acero. Cuando los materiales 10 de base son tubos de acero, los biseles se forman en extremos delanteros de los tubos en una dirección axial de los tubos de acero. Cuando los materiales 10 de base son tubos de acero, por ejemplo, la soldadura periférica se lleva a cabo para formar la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico. Es preciso observar que, en el proceso de soldadura, mediante el ajuste de la composición química del material de soldadura y una cantidad de dilución de los materiales 10 de base, el metal 20 de soldadura que tiene la composición química descrita más arriba y preferiblemente satisface la fórmula (2) puede ajustarse.
A través del proceso de producción de más arriba, puede producirse la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización. El método de producción de la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico según la presente realización no se encuentra limitado al método de producción descrito más arriba. La junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico puede producirse por otro método siempre que la junta 1 de soldadura de acero inoxidable austenítico que incluye el metal 20 de soldadura que tiene la composición química descrita más arriba pueda producirse llevando a cabo la soldadura mediante el uso de los materiales 10 de base que tienen la composición química descrita más arriba y que satisfacen la fórmula (1).
Ejemplos
Producción de junta de soldadura de acero inoxidable austenítico
Producción de material de base
Se han producido aceros fundidos para materiales de base que tienen las composiciones químicas que se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1
En una columna “F1” de la Tabla 1, se escribe un valor de F1 de cada acero. Un símbolo de un elemento en una columna "OTRO" de una columna "COMPOSICIÓN QUÍMICA" y un valor numérico que precede al símbolo del elemento significa un elemento opcional y su contenido (en % de masa). Por ejemplo, para un acero A, la columna “Otro” indica que V estaba contenida a 0,10 % como otro elemento. Para un acero K, la columna “Otro” indica que V estaba contenido a 0,15 % y, además, Ca estaba contenido en 0,002 %, como otros elementos. De la composición química de cada acero, el balance, todos menos los elementos que se muestran en la Tabla 1, estaba conformado por Fe e impurezas. Es preciso observar que los signos “-” vistos en la Tabla 1 significan, cada uno, que un elemento correspondiente a él no estaba contenido (era menos que un límite de detección del elemento).
Los aceros fundidos se han usado para producir lingotes que tienen, cada uno, un diámetro exterior de 120 mm y que pesan 30 kg. Los lingotes se han sometido a forja en caliente para convertirse en placas de acero que tienen, cada una, un grosor de 40 mm. Las placas de acero se han sometido además a la laminación en caliente en placas de acero que tienen, cada una, un grosor de 15 mm. Las temperaturas de trabajo finales de la laminación en caliente han sido de 1050 °C o más para todos los números de pruebas. Las placas de acero sometidas a la laminación en caliente se han sometido, cada una, al tratamiento de solución. Para todas las placas de acero, la temperatura de tratamiento de la solución ha sido de 1150 °C, y una duración de tratamiento de solución ha sido de 10 minutos. Los materiales de base sometidos al tratamiento de solución se han sometido al enfriamiento con agua. A través de los procesos de producción de más arriba, se han producido las placas de acero (materiales de base) que tienen, cada una, un grosor de 15 mm, un ancho de 50 mm, y una longitud de 100 mm.
Producción de material de soldadura
Se han producido aceros fundidos que tienen composiciones químicas de aceros V a Z que se muestran en la Tabla 2. De la composición química de cada acero, el balance, todos menos los elementos que se muestran en la Tabla 2, estaba conformado por Fe e impurezas. Es preciso observar que los signos “-” vistos en la Tabla 2 significan, cada uno, que un elemento correspondiente a él no estaba contenido (era menos que un límite de detección del elemento).
Tabla 2
Los aceros fundidos se han usado para producir lingotes que tienen, cada uno, un diámetro exterior de 120 mm y que pesan 30 kg. Los lingotes se han sometido a forja en caliente y laminación en caliente, laminación en frío, y tratamiento con calor mediante métodos conocidos para convertirse en un alambre de soldadura (material de soldadura) con un diámetro exterior de 1,2 mm.
Producción de junta de soldadura de acero inoxidable austenítico
A partir del material de base hecho de cada uno de los aceros que se muestran en la Tabla 1, se han fabricado dos materiales de placa ilustrados en la Figura 6, mediante mecanizado. En la Figura 6, valores numéricos con “mm” indican dimensiones (en unidades de mm) de cada placa de acero que es el material de base. Las placas de acero tienen caras biseladas en sus caras laterales que se extienden en su dirección longitudinal. Cada una de las caras biseladas era una superficie de garganta tipo V con un ángulo de garganta de 30° y un grosor de raíz de 1 mm.
Según se ilustra en la Figura 7, se ha preparado una placa 30 de sujeción. La placa 30 de sujeción tenía un grosor de 25 mm, un ancho de 200 mm, y una longitud de 200 mm, y tenía una composición química equivalente a la de “SM400C” descrita en J IS G 3106(2008).
En la placa 30 de sujeción, se han dispuesto los dos materiales 10 de base (materiales de placa). En este momento, las caras biseladas de los dos materiales 10 de base colindan. Después de que los dos materiales 10 de base se hayan dispuesto, cuatro lados de cada material 10 de base se han sometido a soldadura de limitación mediante el uso de un electrodo cubierto. El electrodo cubierto tenía una composición química equivalente a la de “ENiCrMo-3” especificada en J IS Z 3224(2010).
Después de la soldadura de sujeción de los cuatro lados de los materiales 10 de base, se ha llevado a cabo la soldadura multicapa usando alambres de soldadura que tienen composiciones químicas que se muestran en la Tabla 2. De manera específica, se ha llevado a cabo la soldadura por arco de gas tungsteno (GTAW). En cada momento de la soldadura, su entrada de calor se ha ajustado a 6 a 18 kJ/cm. Al llevar a cabo la soldadura por arco de gas tungsteno (GTAW), 100 %-gas Ar se ha usado como gas de protección.
Mediante la soldadura descrita más arriba, se han producido juntas de soldaduras de acero inoxidable austenítico que incluyen, cada una, los materiales 10 de base y el metal 20 de soldadura. Se han analizado composiciones químicas de los metales 20 de soldadura de las juntas de soldadura en la posición en el centro del ancho y en la posición en el centro del grosor. Las composiciones químicas de los metales 20 de soldadura en la posición en el centro del ancho y en la posición en el centro del grosor se muestran en la Tabla 3.
En una columna “F2” de la Tabla 3, se escribe un valor de F2 de un metal de soldadura de cada número de prueba. Un símbolo de un elemento en una columna "Otro" de una columna "Composición química" y un valor numérico que precede al símbolo del elemento significa un elemento opcional y su contenido (en % de masa). Por ejemplo, para un número de prueba 1, la columna “Otro” indica que V estaba contenida a 0,04 % como otro elemento. Para un número de prueba 15, la columna “Otro” indica que W estaba contenido a 0,6 % y, además, Ta estaba contenido a 0,06 %, como otros elementos. De la composición química de cada acero, el balance, todos menos los elementos que se muestran en la Tabla 3, estaba conformado por Fe e impurezas. Es preciso observar que los signos “-” vistos en la Tabla 3 significan, cada uno, que un elemento correspondiente a él no estaba contenido (era menos que un límite de detección del elemento).
Prueba de evaluación
Las juntas de soldaduras de acero inoxidable austenítico de los respectivos números de prueba se han sometido a la siguiente prueba de evaluación.
Prueba de evaluación de soldabilidad
A partir de una porción del metal de soldadura de la junta de soldadura de cada número de prueba que se muestra en la Tabla 3, se han tomado diez especímenes de prueba para observar su microestructura en sección transversal, que es perpendicular a su línea de soldadura. Superficies de los especímenes de prueba tomados se han sometido para reflejar pulido y grabado. Las superficies grabadas de los especímenes de prueba se han observado en un microscopio óptico con aumento 200x. En las secciones transversales, se ha determinado visualmente si un agrietamiento en caliente ha ocurrido en los metales de soldadura. Una columna “Soldabilidad” en la Tabla 4 muestra los resultados de la prueba. En la columna “Soldabilidad” en la Tabla 4, las marcas “O” indican, cada una, que no ha ocurrido agrietamiento alguno en el metal de soldadura en los diez especímenes de prueba. Las marcas “x” indican, cada una, que el agrietamiento ha ocurrido en el metal de soldadura en uno o más de los diez especímenes de prueba.
Tabla 4
Prueba de evaluación para resistencia a SC C del ácido politiónico del metal de soldadura
Las juntas de soldadura en las cuales no ha ocurrido agrietamiento alguno en la prueba de evaluación de soldabilidad descrita más arriba se han sometido a un tratamiento de envejecimiento de 5000 horas a 600 °C suponiendo que se han usado en el entorno de alta temperatura. A partir de las juntas de soldaduras sometidas al tratamiento de envejecimiento, se han fabricado especímenes 40 de placa que incluyen, cada uno, la región P y que tienen un grosor de 2 mm, un ancho de 10 mm, y una longitud de 75 mm, como se ilustra en la Figura 8. El grosor de 2 mm de los especímenes 40 era equivalente a la longitud en la dirección T de grosor del metal de soldadura, la longitud de 75 mm de los especímenes 40 de prueba era equivalente a la longitud en la dirección W de ancho del metal de soldadura, y el ancho de 10 mm de los especímenes 40 de prueba era equivalente a la longitud en la dirección L de extensión del metal de soldadura. Cada uno de los especímenes de placa se ha fabricado de modo tal que la región P de su metal 20 de soldadura se ha posicionado en la posición central de la longitud de 75 mm. Una prueba de evaluación para la resistencia a SC C del ácido politiónico se ha llevado a cabo según “Prueba de agrietamiento por corrosión bajo tensión en la solución de cloruro para aceros inoxidables” en J IS G 0576(2001). De manera específica, cada espécimen de prueba se ha doblado alrededor de un disco que tiene un radio interior de 5 mm para tener una forma de curva en U (su porción curvada correspondía al metal de soldadura). El espécimen de prueba con la forma de curva en U se ha sumergido en una solución Wackenroder (solución hecha soplando una gran cantidad de gas H<2>S en una solución acuosa saturada de H<2>SO<3>que se realiza soplando gas SO<2>in agua destilada) a una temperatura normal durante 100 horas. El espécimen de prueba sumergido se ha sometido a observación microscópica con un aumento 500x para verificar el agrietamiento en la porción de metal de soldadura del espécimen de prueba.
Cuando no se ha encontrado agrietamiento alguno en un espécimen de prueba, se ha determinado que el espécimen de prueba es excelente en la resistencia a SCC del ácido politiónico del metal de soldadura (marcado como "O" en una columna "Resistencia a SCC del ácido politiónico" de una columna "Metal de soldadura" en la Tabla 4). Cuando se ha encontrado un agrietamiento en el metal de soldadura, se ha determinado que el espécimen de prueba es bajo en resistencia a SC C del ácido politiónico del metal de soldadura (marcado como “x ” en la columna “Resistencia a SCC del ácido politiónico” de la columna “Metal de soldadura” en la Tabla 4).
Prueba de evaluación para resistencia a la corrosión del ácido nafténico del metal de soldadura
De las juntas de soldadura de acero inoxidable austenítico en las cuales no ha ocurrido agrietamiento alguno en la prueba de evaluación de soldabilidad descrita más arriba, se han tomado muestras de metal de soldadura que incluyen, cada una, la región P Las muestras de metal de soldadura no incluían material de base.
En un autoclave, se han sumergido muestras del metal de soldadura en aceite crudo de grado inferior a 135 MPa y 350 °C en una atmósfera de nitrógeno durante 48 horas. El aceite crudo de grado inferior era equivalente al número ácido total 6 especificado en ASTM D664-11a. Después del transcurso de 48 horas, se han retirado las muestras del metal de soldadura. Es preciso observar que, dado que la prueba de corrosión procede, el ácido contenido en el aceite crudo de grado inferior se consume para reducir un valor del TAN (valor del número ácido total, TAN, por sus siglas en inglés); por lo tanto, después de 24 de inmersión de los especímenes de prueba de corrosión, el aceite crudo de grado inferior se ha reemplazado totalmente con uno nuevo usando una salida y una entrada del autoclave y, por consiguiente, la inmersión se ha llevado a cabo durante 48 horas en total.
Después del transcurso de 48 horas, el hollín se adhirió firmemente a las muestras de metal de soldadura tomadas del autoclave. Por lo tanto, las muestras de metal de soldadura se han sometido a tratamiento de voladura usando alúmina durante 5 segundos, y luego los especímenes de placa se han decapado en una solución de citrato de amonio en condiciones de 100 °C y 60 minutos. De allí en adelante, las muestras de metal de soldadura se han sometido a limpieza ultrasónica usando acetona durante 3 minutos.
Diferencias entre masas de las muestras de metal de soldadura antes de la prueba y masas de las muestras de metal de soldadura después de la limpieza ultrasónica se han calculado como pérdidas de corrosión. Además, a partir de las áreas de superficie y gravedades específicas de los especímenes de placa, y una hora de la prueba, se han determinado tasas de corrosión (mm/y).
Cuando una tasa de corrosión de un espécimen de prueba ha sido de 1,50 mm/y o menos, se ha determinado que el espécimen de prueba es excelente en la resistencia a la corrosión del ácido nafténico del metal de soldadura (marcado como "O" en una columna "Resistencia a la corrosión del ácido nafténico" de la columna "Metal de soldadura" en la Tabla 4). Por el contrario, cuando una tasa de corrosión de un espécimen de prueba ha sido de más de 1,50 mm/y, se ha determinado que el espécimen de prueba es bajo en resistencia a la corrosión del ácido nafténico del metal de soldadura (marcado como “x ” en la columna “Resistencia a la corrosión del ácido nafténico” de la columna “Metal de soldadura” en la Tabla 4).
Prueba para resistencia de fluencia de junta de soldadura
A partir de las juntas de soldadura en las cuales no ha ocurrido agrietamiento alguno en la prueba de evaluación de soldabilidad descrita más arriba, se han fabricado especímenes de prueba de ruptura por fluencia según JIS Z2271(2010). Una sección transversal de cada uno de los especímenes de prueba de ruptura por fluencia perpendicular a su dirección axial ha sido en una forma redonda, y el espécimen de prueba de ruptura de fluencia tenía un diámetro exterior de 6 mm y una porción paralela que medía 30 mm. En cada espécimen de prueba de ruptura de fluencia, una dirección axial de su porción paralela ha sido la dirección W de ancho del metal de soldadura del metal 20 de soldadura ilustrado en la Figura 8, y el metal 20 de soldadura que incluye la región P se ha posicionado en una posición central de la porción paralela.
El espécimen de prueba de ruptura de fluencia fabricado se ha usado para llevar a cabo una prueba de ruptura de fluencia según J IS Z2271(2010). De manera específica, el espécimen de prueba de ruptura de fluencia se ha calentado a 750 °C y luego se ha sometido a la prueba de ruptura de fluencia. Una tensión de prueba se ha establecido en 45 MPa, y se ha determinado un tiempo (hora) de ruptura de fluencia.
Con respecto a la resistencia de fluencia, cuando un tiempo de ruptura de fluencia de un espécimen de prueba ha sido de 10000 horas o más, se ha determinado que el espécimen de prueba era, de manera notable, excelente en resistencia de fluencia de la junta de soldadura (marcado como "®" en una columna "Resistencia de fluencia" de una columna "Junta de soldadura" en la Tabla 4). Cuando un tiempo de ruptura de fluencia de un espécimen de prueba ha sido de 3000 horas o más a menos de 10000 horas, se ha determinado que el espécimen de prueba es excelente en resistencia de fluencia de la junta de soldadura (marcado como "O" en la columna "Resistencia de fluencia" de la columna "Junta de soldadura" en la Tabla 4). Cuando un tiempo de ruptura de fluencia de un espécimen de prueba ha sido de menos de 3000 horas, se ha determinado que el espécimen de prueba era bajo en resistencia de fluencia de la junta de soldadura (marcado como “x ” en la columna “Resistencia de fluencia” de la columna “Junta de soldadura” en la Tabla 4). Cuando un espécimen de prueba se ha marcado como “O” o “®” en resistencia de fluencia, se ha determinado que se ha obtenido suficiente resistencia de fluencia con la junta de soldadura.
Prueba de evaluación para resistencia a SC C del ácido politiónico del material de base
Los materiales de base (placas de acero) de los respectivos números de prueba se han sometido a un tratamiento de envejecimiento de 5000 horas a 600 °C suponiendo que se han usado en el entorno de alta temperatura. A partir de dichos materiales tratados por envejecimiento, se han tomado especímenes de prueba en forma de placa, los especímenes de prueba teniendo, cada uno, un grosor de 2 mm, un ancho de 10 mm, y una longitud de 75 mm. Una prueba de evaluación para la resistencia a SCC del ácido politiónico se ha llevado a cabo según "Prueba de agrietamiento por corrosión bajo tensión en una solución de cloruro para aceros inoxidables" en J IS G 0576(2001). De manera específica, cada espécimen de prueba se ha doblado alrededor de un disco que tiene un radio interior de 5 mm para tener una forma de curva en U. El espécimen de prueba con la forma de curva en U se ha sumergido en una solución Wackenroder (solución hecha soplando una gran cantidad de gas H<2>S en una solución acuosa saturada de H<2>SO<3>que se hace soplando gas SO<2>en agua destilada) a una temperatura normal durante 100 horas. El espécimen de prueba sumergido se ha sometido a observación microscópica con un aumento 500x para verificar el agrietamiento.
Cuando no se ha encontrado agrietamiento alguno en un espécimen de prueba, se ha determinado que el espécimen de prueba es excelente en resistencia a SC C del ácido politiónico de los materiales de base (marcado como "O" en una columna "Resistencia a SCC del ácido politiónico" de una columna "Material de base" en la Tabla 4). Cuando se ha encontrado una grieta en un espécimen de prueba, se ha determinado que el espécimen de prueba es bajo en resistencia a SC C del ácido politiónico de los materiales de base (marcado como "x" en la columna "Resistencia a SC C del ácido politiónico" de la columna "Material de base" en la Tabla 4).
Prueba de evaluación para resistencia a la corrosión del ácido nafténico del material de base
De los materiales de base (placas de acero) de los respectivos números de prueba, se han tomado muestras de material de base de 3 mm x 25 mm x 25 mm. Las muestras de material de base no incluían metal de soldadura.
Mediante el uso de un autoclave, se han sumergido muestras del material de base en aceite crudo de grado inferior a 135 MPa y 350 °C en una atmósfera de nitrógeno durante 48 horas. El aceite crudo de grado inferior era equivalente al número ácido total 6 especificado en ASTM D664-11a. Después del transcurso de 48 horas, se han retirado las muestras de material de base. Es preciso observar que, dado que la prueba de corrosión procede, el ácido contenido en el aceite crudo de grado inferior se consume para reducir un valor del TAN (valor del número ácido total, TAN); por lo tanto, después de 24 de inmersión de los especímenes de prueba de corrosión, el aceite crudo de grado inferior se ha reemplazado totalmente por uno nuevo usando una salida y una entrada del autoclave y, por consiguiente, la inmersión se ha llevado a cabo durante 48 horas en total.
Después del transcurso de 48 horas, el hollín se adhirió firmemente a las muestras de material de base tomadas del autoclave. Por lo tanto, las muestras de material de base se han sometido a tratamiento de voladura usando alúmina durante 5 segundos, y luego las muestras de material de base se han decapado en una solución de citrato de amonio en condiciones de 100 °C y 60 minutos. De allí en adelante, las muestras de metal de soldadura se han sometido a limpieza ultrasónica usando acetona durante 3 minutos.
Diferencias entre masas de las muestras de material de base antes de la prueba y masas de las muestras de material de base después de la limpieza ultrasónica se han calculado como pérdidas de corrosión. Además, a partir de las áreas de superficie y gravedades específicas de las muestras de material de base, y una hora de la prueba, se han determinado tasas de corrosión (mm/y).
Cuando una tasa de corrosión de un espécimen de prueba ha sido de 1,50 mm/y o menos, se ha determinado que el espécimen de prueba es excelente en resistencia a la corrosión del ácido nafténico del material de base (marcado como "O" en una columna "Resistencia a la corrosión del ácido nafténico" de la columna "Material de base" en la Tabla 4). Por el contrario, cuando una tasa de corrosión de un espécimen de prueba ha sido de más de 1,50 mm/y, se ha determinado que el espécimen de prueba es bajo en resistencia a la corrosión del ácido nafténico del material de base (marcado como “x” en la columna “Resistencia a la corrosión del ácido nafténico” de la columna “Material de base” en la Tabla 4).
Prueba para ductilidad de fluencia del material de base
A partir de un material de base de una junta de soldadura de cada número de prueba (aceros A a U5 que se muestran en la Tabla 1), se ha fabricado un espécimen de prueba de ruptura de fluencia según J IS Z2271 (2010). Una sección transversal del espécimen de prueba de ruptura de fluencia perpendicular a su dirección axial ha sido en una forma redonda, y el espécimen de prueba de ruptura de fluencia tenía un diámetro exterior de 6 mm y una porción paralela que medía 30 mm.
El espécimen de prueba de ruptura de fluencia fabricado se ha usado para llevar a cabo una prueba de ruptura de fluencia según J IS Z2271 (2010). De manera específica, el espécimen de prueba de ruptura de fluencia se ha calentado a 750 °C y luego se ha sometido a la prueba de ruptura de fluencia. Una tensión de prueba se ha establecido en 45 MPa, y se ha determinado una reducción de porcentaje de área después de la ruptura de fluencia (%).
Cuando una reducción de porcentaje de área después de una ruptura de fluencia de un espécimen de prueba ha sido de 20,0%o más a 30,0%o menos, se ha determinado que el espécimen de prueba es bueno en ductilidad de fluencia en el material de base (marcado como "P" en una columna "Ductilidad de fluencia" de la columna "Material de base" en la Tabla 4). Cuando una reducción de porcentaje de área después de la ruptura de fluencia de un espécimen de prueba ha sido de más de 30,0 % a 50,0 % o menos, se ha determinado que el espécimen de prueba es excelente en ductilidad de fluencia del material de base (marcado como "O" en la columna "ductilidad de fluencia" de la columna "Material de base" en la Tabla 4). Cuando una reducción de porcentaje de área después de la ruptura de fluencia de un espécimen de prueba ha sido de más de 50,0 %, se ha determinado que el espécimen de prueba ha sido, de manera notable, excelente en ductilidad de fluencia del material de base (marcado como “®” (excelente) en la columna “Ductilidad de fluencia” de la columna “Material de base” en la Tabla 4). Cuando una reducción de porcentaje de área después de la ruptura de fluencia de un espécimen de prueba ha sido de menos de 20,0 %, se ha determinado que el espécimen de prueba es bajo en ductilidad de fluencia del material de base (marcado como "x" en la columna "Ductilidad de fluencia" de la columna "Material de base" en la Tabla 4). Cuando un espécimen de prueba se ha marcado como “P”, “O” o “®” en reducción de porcentaje de área después de la ruptura de fluencia, se ha determinado que se ha obtenido suficiente ductilidad de fluencia con el material de base.
Prueba de evaluación para la tenacidad después del envejecimiento a alta temperatura
A partir de la posición ilustrada en la Figura 9, se ha fabricado un espécimen 50 de muesca V que incluye la región P El espécimen 50 se ha fabricado para tener un ancho de 10 mm, un grosor de 10 mm y una longitud de 55 mm. Cada uno de los especímenes 50 se ha fabricado de modo tal que la región P de su metal 20 de soldadura se ha posicionado en su posición en el centro de la longitud. Una muesca V se ha formado en la posición en el centro de la longitud del espécimen 50. Un ángulo de muesca V ha sido de 45°, una profundidad de muesca ha sido de 2 mm, y un radio de raíz de muesca ha sido de 0,25 mm. Para cada número de prueba, se han fabricado tres especímenes 50 de muesca V. Los especímenes 50 se han sometido al tratamiento de envejecimiento en el cual los especímenes 50 se mantuvieron a 700 °C durante 3000 horas. Después de haberse mantenido durante 3000 horas, los especímenes se han sometido a enfriamiento. Los especímenes sometidos al tratamiento de envejecimiento se han sometido a la prueba de impacto Charpy según J IS Z 2242(2005) a temperatura normal en la atmósfera. Un valor medio aritmético de tres valores de impacto (J/cm2) obtenidos a partir de la prueba se han definido como un valor de impacto de postenvejecimiento a alta temperatura (J/cm2) del número de prueba.
Cuando un valor de impacto obtenido de un espécimen de prueba ha sido de 20 J/cm2 o más, se ha determinado que el espécimen de prueba es alto en tenacidad del metal de soldadura incluso después del envejecimiento a alta temperatura (marcado como "O" en una columna "Tenacidad postenvejecimiento a alta temperatura" de la columna "Metal de soldadura" en la Tabla 4). Por el contrario, cuando un valor de impacto obtenido de un espécimen de prueba ha sido de menos de 20 J/cm2, se ha determinado que el espécimen de prueba es bajo en tenacidad del metal de soldadura después del envejecimiento a alta temperatura (marcado como "x" en la columna "tenacidad postenvejecimiento a alta temperatura" de la columna "Metal de soldadura" en la Tabla 4).
Resultados de las pruebas
La Tabla 4 muestra los resultados de las pruebas. Es preciso observar que los signos “-” vistos en la Tabla 4 indican, cada uno, que la prueba no se ha llevado a cabo. Con respecto a números de prueba 1 a 24, las composiciones químicas de sus materiales de base han sido apropiadas y han satisfecho la fórmula (1). Además, las composiciones químicas de sus metales de soldadura han sido apropiadas. Por lo tanto, ningún agrietamiento se ha verificado en sus metales de soldadura en la prueba de evaluación de soldabilidad, y estos han mostrado excelentes soldabilidades. Además, los metales de soldadura han sido excelentes en resistencia a SC C del ácido politiónico y en resistencia a la corrosión del ácido nafténico. Además, las resistencias de fluencia de sus juntas de soldadura también han sido altas. Además, los materiales de base de dichos números de prueba han sido excelentes en resistencia a SCC del ácido politiónico y en resistencia a la corrosión del ácido nafténico. Además, las ductilidades de fluencia de los materiales de base han sido todas buenas.
En particular, con respecto a los números de prueba 1, 6, 9 a 19, y 22, contenidos de B en sus metales de soldadura han sido de 0,0030 % o más. Por lo tanto, resistencias de fluencia en particular excelentes se han obtenido con sus juntas de soldadura (marcado como “®” en una columna “Resistencia de fluencia” de una columna “Junta de soldadura” en la Tabla 4).
Con respecto a los números de prueba 4, 5, 11, 12, 15, 17 y 19 a 24, en composiciones químicas de sus materiales de base, contenidos de Mo han sido de 1,00 % o más, y contenidos de Cu han sido de 1,7 % o menos. Por lo tanto, ductilidades de fluencia en particular excelentes se han obtenido con sus materiales de base (marcado como “®” en una columna “Ductilidad de fluencia” de la columna “Material de base” en la Tabla 4).
Además, con respecto a los números de prueba 1 a 21, las composiciones químicas de sus metales de soldadura han logrado que F2 satisficiera la fórmula (2). Por lo tanto, los números de prueba 1 a 21 han sido, además, excelentes en tenacidad después del envejecimiento a alta temperatura en comparación con los números de prueba 22 a 24, cuyas composiciones químicas de los metales de soldadura no han logrado que F2 satisficiera la fórmula (2).
Por el contrario, con respecto a los números de prueba 25, 28 y 30, un material Z de soldadura que se muestra en la Tabla 2 ha sido bajo en su contenido de Ni y no contenía Nb y, por consiguiente, contenidos de Ni y contenidos de Nb de sus metales de soldadura han sido excesivamente bajos. Como resultado, las resistencias a la SC C del ácido politiónico de sus metales de soldadura han sido bajas.
Con respecto al número de prueba 26, un contenido de B en una composición química de su metal de soldadura ha sido excesivamente alto. Por lo tanto, se ha verificado el agrietamiento en sus metales de soldadura en la prueba de evaluación de soldabilidad, y estos han mostrado bajas soldabilidades de sus metales de soldadura.
Con respecto a los números de prueba 27 y 29, un contenido de Mo en una composición química de su metal de soldadura ha sido excesivamente bajo. Como resultado, las resistencias a la corrosión del ácido nafténico de sus metales de soldadura han sido bajas.
Con respecto a los números de prueba 31 y 32, las composiciones químicas de sus materiales de base no han logrado que F1 satisficiera la fórmula (1). Como resultado, ductilidades de fluencia de sus materiales de base fueron bajas. Con respecto al número de prueba 33, un contenido de C en su metal de soldadura ha sido excesivamente alto. Como resultado, las resistencias a la SCC del ácido politiónico de sus metales de soldadura han sido bajas. Además, un contenido de C de su material de base ha sido alto y, por consiguiente, la resistencia a SCC del ácido politiónico de su material de base ha sido baja. Además, F1 de su material de base no ha satisfecho la fórmula (1). Como resultado, la ductilidad de fluencia de su material de base ha sido baja.
Con respecto al número de prueba 34, un contenido de Mo de su metal de soldadura ha sido excesivamente bajo. Como resultado, las resistencias a la corrosión del ácido nafténico de sus metales de soldadura han sido bajas. Además, una composición química de su material de base no ha logrado que F1 satisficiera la fórmula (1). Como resultado, ductilidades de fluencia de sus materiales de base fueron bajas.
Con respecto al número de prueba 35, un contenido de B de su material de base ha sido excesivamente bajo. Como resultado, la ductilidad de fluencia de su material de base ha sido excesivamente baja.
Con respecto al número de prueba 36, un contenido de B de su material de base ha sido excesivamente alto y, como resultado, un contenido de B de su metal de soldadura ha sido excesivamente alto. Por lo tanto, se ha verificado el agrietamiento en sus metales de soldadura en la prueba de evaluación de soldabilidad, y estos han mostrado bajas soldabilidades de sus metales de soldadura.
Con respecto al número de prueba 37, un contenido de Nb de su material de base ha sido excesivamente bajo. Como resultado, la resistencia a la SC C del ácido politiónico del material de base ha sido baja.
Con respecto al número de prueba 38, un contenido de Mo de su material de base ha sido excesivamente bajo. Como resultado, la resistencia a la corrosión del ácido nafténico del material de base ha sido baja.
La realización según la presente invención se ha descrito más arriba. Sin embargo, la realización descrita más arriba es meramente un ejemplo para poner en práctica la presente invención. Por lo tanto, la presente invención no se encuentra limitada a la realización descrita más arriba, y la realización descrita más arriba puede modificarse e implementarse según corresponda sin apartarse del alcance de la presente invención.
Lista de signos de referencia
1 junta de soldadura de acero inoxidable austenítico
10 material de base
20 metal de soldadura
30 placa de sujeción

Claims (4)

REIVINDICACIONES
1. Una junta de soldadura de acero inoxidable austenítico que comprende un material de base y un metal de soldadura, en donde
una composición química del material de base consiste en, en % de masa:
C: 0,030%o menos;
Si: 0,10 a 1,00 %;
Mn: 0,20 a 2,00 %;
P: 0,040 % o menos;
S : 0,010 % o menos;
Cr: 16,0 a 25,0 %;
Ni: 10,0 a 30,0 %;
Mo: 0,10 a 5,00 %;
Nb: 0,20 a 1,00 %;
N: 0,050 a 0,300 %;
sol. Al: 0,001 a 0,100 %;
B: 0,0010 a 0,0080 %;
Cu: 0 a 5,00 %;
W: 0 a 5,0 %;
Co: 0 a 1,0 %;
V: 0 a 1,00 %;
Ta: 0 a 0,20 %;
Hf: 0 a 0,20 %;
Ca: 0 a 0,010 %;
Mg: 0 a 0,010 %; y
metales de tierras raras: 0 a 0,100 %,
siendo el balance Fe e impurezas, y
satisfaciendo la fórmula (1), y
en el metal de soldadura, en una posición en el centro del ancho y en una posición en el centro del grosor, una composición química del metal de soldadura consiste en, en % de masa:
C: 0,050 % o menos;
Si: 0,01 a 1,00 %;
Mn: 0,01 a 3,00 %;
P: 0,030 % o menos;
S: 0,015 % o menos;
Cr: 15,0 a 25,0 %;
Ni: 20,0 a 70,0 %;
Mo: 1,30 a 10,00 %;
Nb: 0,05 a 3,00 %;
N: 0,150 % o menos;
B: 0,0050 % o menos;
sol. Al: 0 a 1,000 %;
Cu: 0 a 2,50 %;
W: 0 a 1,0 %;
Co: 0 a 15,0 %;
V: 0 a 0,10 %;
Ti: 0 a 0,50 %;
Ta: 0 a 0,20 %;
Ca: 0 a 0,010 %;
Mg: 0 a 0,010 %; y
metales de tierras raras: 0 a 0,100%,
siendo el balance Fe e impurezas:
B 0,004 - 0,9C 0,017Mo2 > 0 (1)
donde símbolos de elementos en la fórmula (1) se reemplazarán por contenidos de elementos correspondientes, en % de masa.
2. La junta de soldadura de acero inoxidable austenítico según la reivindicación 1, en donde
la composición química del material de base contiene uno o más elementos seleccionados del grupo que consiste en: Cu: 0,10 a 5,00 %;
W: 0,1 a 5,0 %;
Co: 0,1 a 1,0 %;
V: 0,10 a 1,00 %;
Ta: 0,01 a 0,20%;
Hf: 0,01 a 0,20 %;
Ca: 0,001 a 0,010 %;
Mg: 0,001 a 0,010 %; y
metales de tierras raras: 0,001 a 0,100 %.
3. La junta de soldadura de acero inoxidable austenítico según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde la composición química del metal de soldadura contiene uno o más elementos seleccionados del grupo que consiste en: sol. Al: 0,001 a 1,000 %;
Cu: 0,01 a 2,50 %;
W: 0,1 a 1,0 %;
Co: 0,1 a 15,0 %;
V: 0,01 a 0,10 %;
Ti: 0,01 a 0,50 %;
Ta: 0,01 a 0,20 %;
Ca: 0,001 a 0,010 %;
Mg: 0,001 a 0,010 %; y
metales de tierras raras: 0,001 a 0,100 %.
4. La junta de soldadura de acero inoxidable austenítico según cualquiera de la reivindicación 1 a la reivindicación 3, en donde
la composición química del metal de soldadura satisface la fórmula (2):
0,012Cr - 0,005Ni 0,013Mo 0,023Nb 0,02Al - 0,004Co < 0,176 (2)
donde símbolos de elementos en la fórmula (2) se reemplazarán por contenidos de elementos correspondientes, en % de masa.
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