ES2220020T3 - Procedimiento para la fabricacion de recipientes de caldereria, que trabajan en presencia de sulfuro de hidrogeno. - Google Patents
Procedimiento para la fabricacion de recipientes de caldereria, que trabajan en presencia de sulfuro de hidrogeno.Info
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Abstract
Se presenta un procedimiento para la fabricación de una caldera para el tratamiento de gas con un alto contenido de ácido sulfúrico. Los componentes del acero de la caldera comprende (en porcentajes de peso): 0,03-0,15 de C, 0-0,5 de Si, 0,4-2,5 de Mn, 0,5-3 de Ni, 0-1de Cr, 0- 0,5 de Mo, 0-0,7 de Al, 0-04 Ti, 0-0,004 de B, 0-0,2 de V, 0-0,5 de Nb, menos de 1 de Cu, menos de 0,015 de S y menos de 0,03 de P. La fabricación de una caldera para trabajar bajo presión entre 40-200ºC con riesgos de fracturación bajo las tensiones generadas por el H2S según está definido por la especificación estándar NACE MR 0175-97 comprende la fabricación de componentes de acero de la caldera que comprenden (en porcentajes de peso): 0,03-0,15 de C, 0-0,5 de Si, 0,4- 2,5 de Mn, 0,5-3 de Ni, 0-1 de Cr, 0-0,5 de Mo, 0-0,07 de Al, 0-0,04 de Ti, 0-0,004 de B, 0-0,02 de V, 0-0,05 de Nb, menos de 1 de Cu, menos de 0,015 de S y menos de 0,03 de P. La composición química es CET = C+(Mn+Mo)/10 + (Cr+Cu)/20 +Ni/40 menos de 0,35 y el tiempo de enfriamiento crítico entre los 800 y los 500º C:cct 800/500 está por debajo de 10 s. Los componentes se templan y se revienen, antes o después de su formación, para obtener una estructura martensítica o martensítica- vainítica que comprende menos de un 10% de ferrita. Después de la formación de los componentes, se relajan a una temperatura superior a los 595º C, los componentes se sueldan con unas condiciones de energía y precalentamiento tales que el tiempo de enfriamiento Ct 800/500 entre los 800 y los 500º C de la zona caliente está por encima de 5 s. Se realiza un tratamiento térmico de post-soldadura a una temperatura Tpw por encima de los 595 º C y por debajo de los 680º C. El acero obtenido tiene una resistencia tensional superior a 550 Mpa, un límite de elasticidad por encima de los 450 Mpa, un alargamiento de alrededor del 17% y una resistencia a los impactos a 40º C superior a 40 Julios y una dureza en toda la superficie de la caldera inferior a 248 HV. También se incluyen reivindicaciones independientes para (1) una caldera fabricada como se ha mencionado y (2) un acero para la fabricación de la caldera.
Description
Procedimiento para la fabricación de recipientes
de calderería, que trabajan en presencia de sulfuro de
hidrógeno.
La presente invención se refiere a la fabricación
de recipientes de calderería destinados a trabajar a presión en
condiciones de riesgo de fisuración bajo tensión debida al
H_{2}S.
En la industria petroquímica se utilizan
recipientes de calderería para tratar gases que tienen elevados
contenidos de H_{2}S. Estos recipientes que trabajan a presión y
que contienen gases inflamables plantean importantes problemas de
seguridad que se resuelven aplicando reglas de construcción
codificadas por diferentes normas o códigos de construcción, en
especial la norma NACE MR 0175- 97 y los códigos del tipo del código
ASME. El H_{2}S, especialmente en presencia de humedad, origina
riesgos de rotura por corrosión bajo tensión, y la norma NACE
define las condiciones de presión parcial del H_{2}S para las que
deben respetarse reglas de construcción especiales con objeto de
garantizar la seguridad de las instalaciones. Estas reglas de
construcción también están definidas en la norma y se les imponen a
los constructores.
De manera general, la norma NACE MR
0175-97 impone que los materiales deben dar
resultados satisfactorios cuando se someten a ensayos de fisuración
en presencia de hidrógeno definidos por la norma NACE TM
0177-90, e indica de una forma muy general los
materiales y las condiciones satisfactorias de ejecución. Para los
recipientes de calderería, teóricamente es posible utilizar aceros
al carbono o muy poco aleados, tanto en estado normalizado como en
estado templado revenido, siempre que estos contengan menos de 1%
de níquel y que tengan una dureza inferior o igual a 22 HRC. Si los
recipientes o sus componentes han sido destensionamientos, el
destensionamiento debe haber sido realizado por encima de 595ºC.
Además, después del ensamblaje de los componentes por soldadura, los
recipientes deben someterse a un tratamiento térmico después de la
soldadura a una temperatura superior a 620ºC para obtener una
dureza inferior o igual a 22 HRC en todos los puntos.
En general, los recipientes a presión que
trabajan en condiciones de riesgo de figuración bajo tensión debida
al H_{2}S se fabrican empleando aceros al carbono y al manganeso
en estado normalizado cuya resistencia a la tracción Rm garantizada
no sea superior a 485 MPa. Resultan importantes espesores de pared y
por consiguiente elevados pesos de los equipos así construídos. El
peso elevado es un inconveniente, especialmente para los equipos
instalados en plataformas marinas.
Con el fin de aumentar las características
mecánicas garantizadas, se ha propuesto emplear aceros al carbono y
al manganeso en estado templado revenido. Pero estos aceros no
permiten garantizar una resistencia a la tracción superior a 500
MPa ni un límite de elasticidad superior a 400 MPa. Además, estas
características solo pueden garantizarse para espesores que no
sobrepasen aproximadamente 80 mm.
También se pueden emplear aceros de bajo
contenido en carbono microaleados con vanadio o con niobio,
obtenidos por laminación controlada. Estos aceros permiten alcanzar
un nivel garantizado de resistencia a la tracción de alrededor de
550 MPa y un nivel garantizado de límite de elasticidad de alrededor
de 450 MPa. Pero, por una parte estos aceros no son utilizables
para fabricar piezas conformadas en caliente y, por otra parte,
solo son aplicables a espesores inferiores a 40 mm.
Evidentemente, existen aceros débilmente aleados
que se utilizan en calderería en estado templado revenido que
permiten obtener características mecánicas de cálculo más elevadas,
pero, estos aceros no permiten satisfacer las condiciones impuestas
por la norma NACE. Además, precisan que se tomen precauciones de
soldadura que no siempre son fáciles de respetar con fiabilidad en
la propia obra, especialmente cuando se llevan a cabo operaciones
de reparación. Por ejemplo, la patente GB 1.542.503 describe un
acero destinado a la fabricación de equipos para el transporte de
petróleo o de gas que tiene una resistencia mecánica elevada, una
buena tenacidad a baja temperatura y una buena soldabilidad. Pero
los cordones de soldadura descritos en ese documento no satisfacen
las condiciones impuestas por la norma NACE. La patente JP
5-171343 también describe un acero para la
fabricación de aparatos a presión destinados a trabajar a alta
temperatura, pero no hace referencia a las exigencias de la norma
NACE y no describe ninguna condición particular de soldadura. La
utilización de estos aceros para el tipo de aplicación aquí
considerado, implicaría riesgos de defectos en las soldaduras, y,
consecuentemente, riesgos de accidentes graves.
Más precisamente, para fabricar recipientes de
calderería seguros, se deben elegir condiciones de soldadura
adaptadas, especialmente caracterizadas por una temperatura mínima
de calentamiento previo y una energía de soldadura mínima por unidad
de longitud. Estas condiciones de soldadura pueden sintetizarse en
forma de un tiempo de enfriamiento entre 800ºC y 500ºC del cordón
de soldadura o de la zona afectada por el calor de la soldadura
(como se define en la norma NF A 36-000). Para
satisfacer el criterio de dureza máxima de 22 HRC, los inventores
han constatado que este tiempo de enfriamiento debe ser superior a
un valor crítico que se ha denominado "trc 800/500" (que se
definirá más delante de manera más completa), y que es función del
acero utilizado y de las restricciones impuestas por los códigos de
construcción. Cuanto más elevado sea ese valor mayor tiene que ser
el cuidado con el que ha de realizarse la soldadura para que sea
fiable. Los aceros templados revenidos utilizados en calderería
tienen un trc 800/500 (tiempo de refrigeración crítica entre 800ºC y
500ºC) superior a 10 s, lo que es demasiado importante para permitir
emplear estos aceros en condiciones satisfactorias para fabricar
recipientes a presión que resistan el H_{2}S.
El objeto de la presente invención es solucionar
estos inconvenientes proponiendo un medio para fabricar recipientes
de calderería destinados a trabajar en un medio con H_{2}S, más
ligeros que los recipientes conocidos, que sean al mismo tiempo
igual de seguros.
Para ello, la invención tiene por objeto un
procedimiento de fabricación de un recipiente de calderería
destinado a trabajar a presión, entre -40ºC y 200ºC, en condiciones
de riesgo de fisuración bajo tensión debida al H_{2}S, tales como
las definida por la norma NACE MR 0175-97 según la
cual:
- Se fabrican componentes del recipiente de
calderería en acero cuya composición química consta, en peso,
de:
0,03% \leq C \leq 0,15%
0% \leq Si \leq 0,5%
0,4% \leq Mn \leq 2,5%
0,5% \leq Ni \leq 3%
0% \leq Cr \leq 1%
0% \leq Mo \leq 0,5%
0% \leq Al \leq 0,07%
0% \leq Ti \leq 0,04%
preferentemente, con
\hskip1cmAl+Ti \geq 0,01%
0% \leq B < 0,004%
0% \leq V \leq 0,02%
0% \leq Nb \leq 0,05%
Cu \leq 1%
S \leq 0,015%
P \leq 0,03%
siendo el resto hierro e impurezas
que resultan de la elaboración, siendo la composición química tal
que CET = C +
(Mn + Mo)/10 + (Cr + Cu)/20 + Ni/40 < 0,35, y tal que el trc 800/500 sea inferior a 10 s, con los componentes templados y revenidos después o antes de la conformación de forma que se obtenga una estructura martensítica o mantensitobainítica revenida que contenga menos del 10% de ferrita, y preferiblemente que no contenga ferrita en absoluto, efectuándose el revenido a una temperatura T_{R} preferiblemente inferior a 680ºC,
(Mn + Mo)/10 + (Cr + Cu)/20 + Ni/40 < 0,35, y tal que el trc 800/500 sea inferior a 10 s, con los componentes templados y revenidos después o antes de la conformación de forma que se obtenga una estructura martensítica o mantensitobainítica revenida que contenga menos del 10% de ferrita, y preferiblemente que no contenga ferrita en absoluto, efectuándose el revenido a una temperatura T_{R} preferiblemente inferior a 680ºC,
- después de la conformación de los componentes,
eventualmente se lleva a cabo un destensionamiento a una temperatura
superior o igual a 595ºC.
- se sueldan los componentes del recipiente de
calderería con una energía de soldadura y condiciones de
calentamiento previo tales que el tiempo de refrigeración tr
800/500 entre 800ºC y 500ºC de la zona afectada por el calor de la
soldadura sea superior o igual a 5 segundos,
- y se efectúa un tratamiento térmico de
post-soldadura a una temperatura T_{PS} superior
a 595ºC e inferior a 680ºC, y preferiblemente inferior a 650ºC, de
manera que el acero tenga entonces una resistencia a la tracción
superior o igual a 550 MPa, un límite de elasticidad superior o
igual a 450 MPa, un alargamiento A% superior a 17%, y una
resiliencia KCV a -40ºC superior a 40 Julios, y la dureza en todos
los puntos de la superficie del recipiente sea inferior a 248
HV.
Preferiblemente, la composición química del acero
es tal que Nb + V = 0,02%, también, preferiblemente es tal que:
0,04% \leq C \leq 0,09%
Cr \leq 0,6%
0,2% \leq Mo \leq 0,5%
La invención se refiere también a un recipiente
de calderería destinado a trabajar a presión entre -40ºC y 200ºC en
condiciones de riesgo de fisuración bajo tensión debida al H_{2}S
como las definidas por la norma NACE MR 0175-97.
Este recipiente de calderería está constituído por un acero cuya
composición química, en peso, consta de:
0,03% \leq C \leq 0,15%
0% \leq Si \leq 0,5%
0,4% \leq Mn \leq 2,5%
0,5% \leq Ni \leq 3%
0% \leq Cr \leq 1%
0% \leq Mo \leq 0,5%
0% \leq Al \leq 0,07%
0% \leq Ti \leq 0,04%
preferiblemente, con Al + Ti \geq
0,01%
0% \leq B < 0,004%
0% \leq V \leq 0,02%
0% \leq Nb \leq 0,05%
Cu \leq 1%
S \leq 0,015%
P \leq 0,03%
siendo el resto hierro e impurezas
resultantes de la elaboración, siendo la composición química tal
que CET = C + (Mn + Mo)/10 + (Cr + Cu)/20 + Ni/40 < 0,35 y tal
que trc 800/500 sea inferior a 10 s. El acero tiene una estructura
martensítica o martensito-bainítica revenida que
contiene menos de 10% de ferrita, y preferiblemente sin contener
ferrita en absoluto, una resistencia a la tracción Rm superior o
igual a 550 MPa, un límite de elasticidad superior o igual a
450MPa, un alargamiento A% superior a 17%, y una resiliencia KCV a
-40ºC superior o igual a 40 Julios. Además, la dureza en todos los
puntos de la superficie del recipiente es inferior a 248
HV.
Preferiblemente, la composición del acero es tal
que Nb + V = 0,02%. Del mismo modo, es preferible que:
0,04% \leq C \leq 0,09%
Cr \leq 0,6%
0,2% \leq Mo \leq 0,5%
El espesor de las paredes del recipiente de
calderería puede estar comprendido entre 50 mm y 300 mm.
A continuación se va a describir la invención más
en detalle y a ilustrarla por medio de ejemplos.
Para fabricar un recipiente de calderería
destinado a trabajar a presión entre -40ºC y 200ºC en condiciones
de riesgo de fisuración bajo tensión debida al H_{2}S, tales
como se definen en la norma NACE MR 0175-97, se
utiliza un acero cuya composición química, en peso, consta de:
- de 0,03% a 0,15%, y preferiblemente menos de
0,09% de carbono para obtener una resistencia a la tracción
suficiente y que permita obtener una dureza bajo cordón inferior a
248 HV tras un tratamiento térmico después de la soldadura,
- de 0% a 0,5% de silicio para desoxidar,
- de 0,4% a 2,5% de manganeso para obtener una
resistencia a la tracción suficiente y que permita la suavización
de las zonas afectadas por el calor de la soldadura y el
mejoramiento de la resiliencia a baja temperatura de las
estructuras bainíticas, cuando el metal las contiene,
- de 0,5% a 3% de níquel para mejorar la
templabilidad, lo cual es necesario para obtener las propiedades
mecánicas deseadas para grandes espesores, y que permita la
suavización de las zonas afectadas por el calor de la soldadura y la
mejora de la resiliencia a baja temperatura de las estructuras
bainíticas, cuando el metal las contiene,
- menos del 1%, y preferiblemente menos de 0,6%
de cromo, porque aunque este elemento favorece la obtención de
buenas características mecánicas después del revenido, por otro lado
hace difícil la consecución de una dureza bajo cordón inferior a
248 HV,
- menos de 0,5% de molibdeno, por las mismas
razones que el cromo, pero, preferiblemente más de 0,2% para
facilitar la obtención de las características mecánicas después de
un revenido importante,
- eventualmente, hasta 0,02% de vanadio y hasta
0,05% de niobio: preferiblemente, la suma de los contenidos de
vanadio y niobio no debe superar el 0,02%; estos elementos permiten
mejorar las características mecánicas pero hacen difícil la
consecución de una dureza bajo cordón después del tratamiento
térmico tras la soldadura inferior a 248 HV,
- menos de 1% de cobre; en general este elemento
es una impureza aportada por las materias primas; también puede ser
añadido para aumentar las características mecánicas de tracción
como consecuencia de un endurecimiento estructural en presencia de
níquel; pero en una cantidad demasiado grande, hace difícil la
conformación en caliente,
- de 0% a 0,07% de aluminio para desoxidar y
fijar el nitrógeno siempre presente, por lo menos como residuo de
la elaboración,
- eventualmente hasta 0,04% de titanio para fijar
el nitrógeno,
- preferiblemente, la suma de los contenidos de
aluminio y titanio debe ser superior a 0,01%, especialmente para
controlar el tamaño del grano,
- eventualmente hasta 0,004% de boro para
aumentar la templabilidad,
El resto es hierro e impurezas que provienen de
la elaboración. Estas impurezas son, especialmente, azufre y
fósforo cuyos contenidos deben permanecer, preferiblemente, en
valores inferiores, respectivamente, a 0,015% para mejorar la
resistencia al H_{2}S, y a 0,03% para limitar la sensibilidad del
acero a la fragilidad de revenido reversible.
Para obtener una buena soldabilidad, la
composición química es tal que:
CET = C + (Mn + Mo)/10 + (Cr + Cu)/20 + Ni/40
\geq 0,35
(en esta expresión, C, Mn, etc representan los
contenidos en % de los correspondientes elementos)
Además, el acero se elige para que el tiempo de
enfriamiento crítico trc 800/500 sea inferior a 10 s.
El tiempo de enfriamiento crítico trc 800/500 se
mide por medio de una serie de ensayos B.O.P. (Bead On Plate)
que consisten en medir la dureza bajo cordón sobre una probeta de
20 mm de espesor sobre la cual se ha realizado un cordón de
soldadura por el procedimiento de arco sumergido, seguido de un
tratamiento térmico post-soldadura que consiste en
mantenerla a 620ºC durante 4 horas, de manera que este
mantenimiento vaya precedido de un calentamiento y seguido de un
enfriamiento llevados a cabo, ambos, a una velocidad inferior a
50ºC/hora. Para determinar el trc 800/500, se hace variar la
energía de soldadura entre 1kJ/mm y 3 kJ/mm, lo que hace variar el
tiempo de enfriamiento tr 800/500 entre 4 s y 20 s, después se
traza la curva que da la dureza bajo cordón en función del tiempo
de enfriamiento tr 800/500, y se determina el tiempo de enfriamiento
tr 800/500 para el cual la dureza bajo cordón es 248 HV; este
tiempo es el tiempo de enfriamiento crítico trc 800/500. La dureza
bajo cordón se mide según la norma francesa NF A
81-460.
Hay que mencionar que la norma NACE hace
referencia a una dureza bajo cordón inferior a 22 HRC. Pero,
frecuentemente la medida de la dureza HRC es difícil de realizar,
además de por su propio principio, da una media local de la dureza.
Es preferible y más fácil de llevar a cabo una medida de dureza
Vickers, y debido a la relación entre dureza Vickers y dureza
Rockwell C, garantizando una dureza Vickers inferior o igual a 248
HV, se garantiza una dureza Rockwell C inferior a 22 HRC.
Con este acero fundido en forma de palanquillas o
lingotes, se fabrican los componentes de los recipientes de
calderería. Estos componentes pueden ser virolas obtenidas bien por
forjado o por envirolado de chapas; pueden ser también fondos en
forma de casquetes esféricos obtenidos por forjado o por estampado
de placas circulares. Estos componentes cuyas paredes pueden tener
un espesor comprendido entre 50 mm y 300 mm, se conforman en
caliente o en frío, se someten a un tratamiento térmico de templado
y revenido, y después se ensamblan por soldadura. El recipiente así
obtenido se somete finalmente a un tratamiento térmico
"post-soldadura". El conjunto del tratamiento
térmico se ajusta para que la estructura del acero sea martensítica
o martensito-bainítica revenida que contenga menos
de 10% de ferrita, y preferiblemente no contenga ferrita en
absoluto, y para que:
- la resistencia a la tracción Rm del acero sea
superior o igual a 550 MPa,
- el límite de elasticidad Re del acero sea
superior o igual a 450 MPa,
- el alargamiento A % del acero sea superior o
igual a 17%,
- la resiliencia KCV del acero, a -40ºC sea
superior o igual a 40 Julios (media de 3 ensayos),
- y la dureza en todos los puntos del recipiente
sea inferior a 248 HV.
El temple se lleva a cabo después de un
recalentamiento por encima del punto AC_{3} del acero por
refrigeración con agua, con aceite, con aire forzado o al aire,
según el espesor del componente.
El tratamiento térmico implica al menos un
revenido llevado a cabo después del templado y realizado a una
temperatura en general superior a 550ºC, y preferiblemente inferior
a 680ºC. Cuando el revenido se efectúa a una temperatura superior a
680ºC, corresponde a un tratamiento "intercrítico". En este
caso, puede ser necesario controlar el enfriamiento como se hace
después de un temple.
El tratamiento
"post-soldadura" es un revenido realizado a una
temperatura superior o igual a 595ºC, y preferiblemente superior a
620ºC, pero inferior a 680ºC.
Según la naturaleza de las piezas y el modo de
fabricación, el tratamiento de templado y de revenido puede hacerse
antes o después de la conformación, y el revenido puede tener por
objeto simplemente facilitar la conformación o por el contrario
conferir al acero sus propiedades definitivas. En el primer caso,
las propiedades definitivas del acero le son conferidas por el
tratamiento de post-soldadura, y la temperatura del
revenido previo es inferior a la temperatura del tratamiento de
post-soldadura. En el segundo caso, el tratamiento
de post-soldadura sirve esencialmente para
destensionar el recipiente y para suavizar las zonas afectadas por
el calor de la soldadura; el tratamiento de
post-soldadura debe, entonces, efectuarse a una
temperatura inferior a la temperatura de revenido.
Para obtener soldaduras satisfactorias, por
ejemplo con ayuda del procedimiento SAW (Submerged Arc Welding: arco
sumergido bajo flujo en polvo) empleando productos de aporte de
bajo contenido en hidrógeno (< 5 ml/100 gr), se lleva a cabo un
precalentamiento a una temperatura inferior a 125ºC y se elige una
energía de soldadura comprendida entre 1 kJ/mm y 5 kJ/mm, de manera
que en la fase de enfriamiento del cordón de soldadura, el tiempo
de refrigeración entre 800ºC y 500ºC, tr 800/500, sea superior o
igual a 5 s. Estos parámetros pueden determinarse en función del
espesor de la pared a soldar y de las condiciones particulares de
la soldadura, por ejemplo utilizando el método definido en la norma
NF A 36.000.
La temperatura T_{PS} del tratamiento de
post-soldadura que permite obtener una dureza bajo
cordón inferior a 248 HV (o 22 HRC) depende, en parte del parámetro
tr 800/500, resulta que es preferible determinar simultáneamente las
condiciones de soldadura y del tratamiento de
post-soldadura, lo que puede hacerse por medio de
algunos ensayos B.O.P. sobre probetas.
Como ejemplo, se pueden utilizar aceros que
tengan las composiciones químicas siguientes (en % en peso):
Estos aceros pueden ser templados y después
revenidos a 665ºC para obtener una estructura
martensito-bainítica revenida, exenta de ferrita con
una dureza comprendida entre 195 y 210 HV. Estos aceros tienen un
tiempo de enfriamiento crítico trc 800/500 inferior a 10 s como
muestran los resultados siguientes, obtenidos empleando el método
descrito anteriormente:
Estos resultados conducen a tiempos de
enfriamiento crítico trc 800/500 de 8 s para A, inferiores a 4 s
para B y C, de 6 s para D y de 5 s para E. Las durezas obtenidas
sobre el metal de base corresponden a una resistencia a la tracción
comprendida entre 580 y 640 MPa.
También como ejemplo, se puede utilizar un acero
que tenga la composición siguiente:
| C | Si | Mn | Ni | Cr | Mo | Cu | Al | S | P | Sn | As | Sb | CET |
| 0,04 | 0,14 | 1,20 | 0,85 | 0,18 | 0,29 | 0,72 | 0,02 | 0,002 | 0,006 | 0,015 | 0,014 | 0,001 | 0,26 |
Este acero tiene un tiempo de enfriamiento
crítico trc 800/500 inferior a 4 s.
Con este acero se ha fabricado un recipiente para
trabajar a presión constituído por chapas de 95 mm de espesor
templadas y revenidas a 550ºC, que tenían una estructura
martensito-bainítica revenida exenta de ferrita,
cuyas características mecánicas medidas a una cuarta parte del
espesor en sentido longitudinal fueron:
| - límite de elasticidad | Rp_{0},_{2} | = 495 MPa |
| - resistencia | Rm | = 555 MPa |
| - alargamiento | A% | = 29% |
| - constricción | Z% | = 79% |
| - resiliencia Charpy V (media de tres ensayos): | ||
| KCV a -20ºC > 286 J | ||
| KCV a -40ºC > 263 J |
Las chapas fueron soldadas con arco sumergido
con un hilo del tipo E 9018 G con bisel (chaflán) en X, en posición
3 G, con una energía de soldadura media de 2,6 J/mm, una
temperatura de precalentamiento de 75ºC y una temperatura entre
pasos de 100ºC. Después de la soldadura, el recipiente se sometió a
un tratamiento térmico de distensión que consistió en un
calentamiento a una velocidad de 50ºC/h hasta los 610ºC, después un
periodo de mantenimiento a esta temperatura durante 6 horas, y
después un enfriamiento a una velocidad máxima de 50ºC/h hasta la
temperatura ambiente.
Se midieron las características mecánicas
obtenidas en las soldaduras y se obtuvieron los siguientes
resultados:
- tracción longitudinal de la soldadura a la
temperatura ambiente: Rm 584 MPa con ruptura en el metal de
base,
- tracción en el metal depositado, sentido
transversal, a la temperatura ambiente: Rp_{0,2} = 591 MPa; Rm =
667 MPa; A = 24%;
- resiliencias Charpy V a -40ºC:
| en el metal depositado | = 66 J | |
| en ZAT | = 257 J |
- dureza HV10 medidas en sentido longitudinal de
la soldadura a una cuarta parte del espesor:
| metal de base | = 181 a 192 HV | |
| ZAT | = 216 a 221 HV | |
| metal depositado | = 228 a 242 HV |
Por otro lado se efectuaron sobre este metal
ensayos NACE según la norma NACE TM 0177 que dieron resultados
satisfactorios.
Con un acero según la técnica anterior, el
recipiente para trabajar a presión se hubiera construído con chapas
de 106 mm de espesor. De esta forma se ha tenido una ganancia de
peso de 12%.
Como ejemplo de lo contrario, se conoce un acero
templado revenido que permite obtener chapas con casi las mismas
características de tracción señaladas más arriba, y que tiene la
composición química siguiente
| C | Si | Mn | Ni | Cr | Mo | Cu | Al | V | S | P | Sn | CET |
| 0,075 | 0,245 | 1,32 | 0,509 | 0,147 | 0,212 | 0,17 | 0,018 | 0,047 | 0,0007 | 0,0088 | 0,009 | 0,26 |
Pero este acero presenta el inconveniente de
tener un tiempo de enfriamiento crítico trc 800/500 muy elevado, ya
que para un tiempo de enfriamiento de 10,4 s, la dureza bajo cordón
es de 262 HV tras un tratamiento de post-soldadura
de 4 h a 620ºC, lo cual no permite que se satisfagan las condiciones
impuestas por la norma NACE.
Claims (10)
1. Procedimiento de fabricación de un recipiente
de calderería destinado a trabajar a presión entre -40ºC y 200ºC en
condiciones de riesgo de fisuración bajo tensión debido al H_{2}S
tal como las definida por la norma NACE MR 0175-97
caracterizado porque:
- se fabrican componentes del recipiente de
calderería en acero cuya composición química, en peso, consta
de:
0,03% \leq C \leq 0,15%
0% \leq Si \leq 0,5%
0,4% \leq Mn \leq 2,5%
0,5% \leq Ni \leq 3%
0% \leq Cr \leq 1 %
0% \leq Mo \leq 0,5%
0% \leq Al \leq 0,07%
0% \leq Ti \leq 0,04%
0% \leq B \leq 0,004%
0% \leq V \leq 0,02%
0% \leq Nb \leq 0,05%
\hskip0.9cmCu \leq 1%
\hskip0.9cmS \leq 0,015%
\hskip0.9cmP \leq 0,03%
siendo el resto hierro e impurezas
que resultan de la elaboración, siendo la composición química tal
que CET = C +
(Mn + Mo)/10 + (Cr + Cu)/20 + Ni/40 < 0,35 y tal que trc 800/500 sea inferior a 10 s, estando los componentes templados y revenidos, después o antes de la conformación, de forma que se obtenga una estructura martensítica o martensito-bainítica que contenga menos de 10% de ferrita, trc 800/500 es el tiempo de enfriamiento entre 800ºC y 500ºC de un cordón de soldadura realizado según las modalidades de un ensayo B.O.P. (Bead On Plate) que conduce a obtener una dureza bajo cordón de 248 HV medida según la norma NF A 81-460,
(Mn + Mo)/10 + (Cr + Cu)/20 + Ni/40 < 0,35 y tal que trc 800/500 sea inferior a 10 s, estando los componentes templados y revenidos, después o antes de la conformación, de forma que se obtenga una estructura martensítica o martensito-bainítica que contenga menos de 10% de ferrita, trc 800/500 es el tiempo de enfriamiento entre 800ºC y 500ºC de un cordón de soldadura realizado según las modalidades de un ensayo B.O.P. (Bead On Plate) que conduce a obtener una dureza bajo cordón de 248 HV medida según la norma NF A 81-460,
- después de la conformación de los componentes,
se lleva a cabo eventualmente un destensionamiento a una temperatura
superior o igual a 595ºC,
- se sueldan los componentes del recipiente de
calderería con una energía de soldadura y unas condiciones de
precalentamiento tales que el tiempo de enfriamiento tr 800/500
entre 800ºC y 500ºC de la zona afectada por el calor sea superior o
igual a 5 s,
- y se efectúa un tratamiento térmico de
post-soldadura a una temperatura T_{PS} superior
a 595ºC e inferior a 680ºC, presentando el acero entonces una
resistencia a la tracción superior o igual a 550 MPa, un límite de
elasticidad superior o igual a 450 MPa, un alargamiento A% superior
a 17%, y una resiliencia KCV a -40ºC superior a 40 Julios, y la
dureza en todos los puntos de la superficie del recipiente es
inferior a 248 HV.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la composición química del acero es tal
que
Nb + V \leq 0,02%.
Nb + V \leq 0,02%.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o la
reivindicación 2, caracterizado porque la composición
química del acero es tal que:
0,04% \leq C \leq 0,09%
\hskip1cmCr \leq 0,6%
0,2% \leq Mo \leq 0,5%
4. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la composición
química del acero es tal que: Al + Ti \geq 0,01%.
5. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la temperatura
T_{R} de revenido es inferior a 680ºC.
6. Recipiente de calderería destinado a trabajar
a presión entre -40ºC y 200ºC en condiciones de riesgo de fisuración
bajo tensión debido al H_{2}S tal como las define la norma NACE
MR 0175-97, caracterizado porque:
- está constituído por un acero cuya composición
química, en peso, consta de:
0,03% \leq C \leq 0,15%
0% \leq Si \leq 0,5%
0,4% \leq Mn \leq 2,5%
0,5% \leq Ni \leq 3%
0% \leq Cr \leq 1%
0% \leq Mo \leq 0,5%
0% \leq Al \leq 0,07%
0% \leq Ti \leq 0,04%
0% \leq B \leq 0,004%
0% \leq V \leq 0,02%
0% \leq Nb \leq 0,05%
\hskip1cmCu \leq 1%
\hskip1cmS \leq 0,015%
\hskip1cmP \leq 0,03%
siendo el resto hierro e impurezas
resultantes de la elaboración, siendo la composición tal que CET =
C + (Mn + Mo)/10 + (Cr + Cu)/20 + Ni/40 < 0,35 y tal que tr
800/500 sea inferior a 10
s,
- el acero tiene una estructura martensítica o
martensito-bainítica que contiene menos de 10% de
ferrita,
- la resistencia a la tracción Rm del acero es
superior o igual a 550 MPa,
- el límite de elasticidad Re del acero es
superior o igual a 450 MPa,
- el alargamiento A% del acero es superior o
igual a 17%,
- la resiliencia KCV del acero, a -40ºC es
superior o igual a 40 Julios,
- y la dureza en todos los puntos de la
superficie del recipiente es inferior a 248 HV.
7. Recipiente de calderería según la
reivindicación 6, caracterizado porque la composición del
acero es tal que Nb + V = 0,02%.
8. Recipiente de calderería según la
reivindicación 6 o la reivindicación 7, caracterizado porque
la composición del acero es tal que:
0,04% \leq C \leq 0,09%
\hskip1cmCr \leq 0,6%
0,2% \leq Mo \leq 0,5%
9. Recipiente de calderería según una cualquiera
de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque la
composición química del acero es tal que:
Al + Ti \geq 0,01%.
10. Recipiente de calderería según una cualquiera
de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizado porque su
espesor de pared está comprendido entre 50 mm y 300 mm.
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