ES2876312T3

ES2876312T3 - Material de níquel

Info

Publication number: ES2876312T3
Application number: ES17858545T
Authority: ES
Inventors: Kiyoko Takeda; Masaaki Terunuma
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2016-10-07
Filing date: 2017-10-06
Publication date: 2021-11-12
Anticipated expiration: 2037-10-06
Also published as: CN109844148A; JP6806158B2; JPWO2018066709A1; US20200040431A1; EP3524702B1; KR20190067837A; WO2018066709A1; CN109844148B; EP3524702A4; KR102149992B1; EP3524702A1; US10767245B2

Abstract

Un material de níquel que comprende una composición química que consiste, en % en masa, en C: 0,001 a 0,20 %, Si: 0,15 % o menos, Mn: 0,50 % o menos, P: 0,030 % o menos, S: 0,010 % o menos, Cu: 0,10 % o menos, Mg: 0,15 % o menos, Ti: 0,005 a 1,0 %, Nb: 0,040 a 1,0 %, Fe: 0,40 % o menos, Al sol.: 0,01 a 0,10 %, N: 0,0010 a 0,080 %, siendo el resto Ni e impurezas, en las que las impurezas incluyen Co: 0,010 % o menos, Mo: 0,010 % o menos, O: 0,0020 % o menos, Sn: 0,030 % o menos, y que satisfacen la Fórmula (1) y la Fórmula (2): 0,030 <= (45/48) Ti + (5/93) Nb - (1/14) N < 0,25 (1) 0,030 < (3/48) Ti + (88/93) Nb - (1/12) C (2) donde un contenido de un elemento correspondiente en % en masa se sustituye por cada símbolo del elemento en la Fórmula (1) y la Fórmula (2).

Description

DESCRIPCIÓN

Material de níquel

Campo técnico

La presente invención se refiere a un material de níquel, y más en particular se refiere a un material de níquel para plantas químicas.

Antecedentes

El níquel tiene una excelente resistencia a la corrosión en condiciones alcalinas y también exhibe una excelente resistencia a la corrosión en un entorno de cloruro de alta concentración. Por consiguiente, un material de níquel se utiliza para formar un elemento (un tubo sin soldadura, un tubo soldado, un material de placa o similar) en una variedad de plantas químicas tales como instalaciones para fabricar sosa cáustica o cloruro de vinilo.

En estas instalaciones, los materiales de níquel se utilizan después de soldarse en muchas partes.

Un material de níquel incluye carbono (C) como elemento de impureza. Sin embargo, el límite de solubilidad del C en níquel es bajo. En consecuencia, si se usa un material de níquel durante mucho tiempo a alta temperatura, el C precipita en los límites de los granos. Además, cuando se suelda un material de níquel, el C puede precipitarse en los límites de los granos debido al efecto térmico de la soldadura. En estos casos, puede haber un caso en el que un material de níquel se vuelva quebradizo, reduciendo así la resistencia a la corrosión.

Las normas ASTM B161 "Standard Specification for Nickel Seamless Pipe and Tube" y ASTM B163 "Standard Specification for Seamless Nickel and Nickel Alloy Condenser and Heat-Exchanger Tubes" especifican que el contenido de C en un material de níquel normal es del 0,15 % o menos. El material de níquel normal se designa como N.° UNS: N02200 en la norma ASTM mencionada anteriormente, por ejemplo. Sin embargo, para la aplicación de un material de níquel utilizado durante mucho tiempo a alta temperatura, se ha puesto en uso un material de níquel en el que el contenido de C se reduce aún más. El material de níquel donde el contenido de C se reduce aún más se designa como N.° UNS: N02201 en términos de la norma ASTM mencionada anteriormente, por ejemplo. El contenido de C en N02201 es del 0,02 % o menos.

Sin embargo, también en un material de níquel que tiene un bajo contenido de C, como el N02201, puede haber un caso en el que, en el uso a largo plazo a alta temperatura, el C incluido en el material de níquel como una impureza precipite en los límites de los granos (precipitación en los límites de los granos), reduciendo así la resistencia a la corrosión.

La Publicación de solicitud internacional núm. WO 2008/047869 (Bibliografía de patentes 1) desvela una técnica para suprimir, en un material de níquel, la precipitación de C en los límites de los granos a alta temperatura.

Un material de níquel desvelado en la Bibliografía de patentes 1 incluye, en % en masa, C: 0,003 a 0,20 %, y uno, dos o más tipos de elementos seleccionados de un grupo que consiste en Ti, Nb, V y Ta con una cantidad total de menos del 1,0 %, en el que se satisface (12/48) Ti (12/93) Nb (12/51) V (12/181) Ta - C > 0 y el resto es Ni e impurezas. En la Bibliografía de patentes 1, el Ti, Nb, V, Ta y similares están incluidos en un material de níquel, y el C está estabilizado en granos como un carburo. La Bibliografía de patentes 1 describe que, con dicha configuración, se puede suprimir la precipitación del C en los límites de los granos a alta temperatura.

Lista de citas

Bibliografía de patentes

Bibliografía de patentes 1: Publicación de solicitud internacional N.° WO 2008/047869

Bibliografía no de patentes

Bibliografía no de patentes 1: ASM INTERNATIONAL, Diagramas de fase de aleación binaria, 2a edición, vol. 2 Bibliografía no de patentes 2: artículo de investigación escrito por Satoru Ohno et al. "Effects of Hydrogen and Nitrogen on Blowhole Formation in pure Nickel at Arc Welding", Journal of The Japan Welding Society, 1979, Volumen 48, Número 4, Páginas 223 a 229

umaro e a nvenc n

Problema técnico

Sin embargo, puede darse el caso de que un material descrito en la Bibliografía de patentes 1 no tenga la resistencia suficiente. En tal caso, es probable que se formen defectos en un material de níquel en el momento de fabricar o trabajar el material de níquel. Por consiguiente, se requiere que un material de níquel que se utilice en un entorno de alta temperatura como se describe anteriormente tenga una excelente resistencia a la corrosión y una alta resistencia.

Un objetivo de la presente invención es proporcionar un material de níquel que tenga una excelente resistencia a la corrosión y una alta resistencia.

Solución al problema

Un material de níquel de acuerdo con esta invención tiene una composición química que consiste, en % en masa, en C: 0,001 a 0,20 %, Si: 0,15 % o menos, Mn: 0,50 % o menos, P: 0,030 % o menos, S: 0,010 % o menos, Cu: 0,10 % o menos, Mg: 0,15 % o menos, Ti: 0,005 a 1,0 %, Nb: 0,040 a 1,0 %, Fe: 0,40 % o menos, Al sol.: 0,01 a 0,10 %, N: 0,0010 a 0,080 %, siendo el resto Ni e impurezas, en las que las impurezas incluyen Co: 0,010 % o menos, Mo: 0,010 % o menos, O: 0,0020 % o menos, Sn: 0,030 % o menos, y que satisfacen la Fórmula (1) y la Fórmula (2), 0,030 < (45/48) Ti (5/93) Nb -(1/14) N < 0,25 (1)

0,030 < (3/48) Ti (88/93) Nb -(1/12) C (2)

donde un contenido de un elemento correspondiente en % en masa se sustituye por cada símbolo del elemento en la Fórmula (1) y la Fórmula (2).

Efectos ventajosos de la invención

Un material de níquel de acuerdo con la presente invención tiene una excelente resistencia a la corrosión y una alta resistencia.

Breve descripción del dibujo

[FIG. 1] La FIG. 1 es un diagrama de fases que muestra un límite de solubilidad del N en Ni. La Figura 1 se describe en la página 1651 de la norma ASM INTERNATIONAL, Diagramas de fase de aleación binaria, 2a edición, vol. 2 (Bibliografía no de patentes 1).

Descripción de una realización

A continuación, se describe en detalle una realización de la presente invención. En lo sucesivo, "%" en relación con un elemento significa "% en masa".

Los inventores de la presente invención han realizado investigaciones sobre la resistencia a la corrosión y la resistencia de un material de níquel. Como resultado, los inventores de la presente invención han realizado los siguientes descubrimientos.

(A) El Ti tiene una fuerte afinidad por el N, de modo que el Ti precipita como un nitruro en el momento de la solidificación. Un nitruro de Ti también está presente de manera estable durante el trabajo en caliente, y hace que los granos de cristal de un material de níquel sean finos en el proceso de fabricación. Por consiguiente, aumenta la resistencia del material de níquel. Siempre que pueda garantizarse la formación de un carburo por Nb que se describe más adelante, la cantidad total de Ti puede contribuir a la formación del nitruro.

Es posible que el Nb no precipite independientemente como nitruro en el momento de la solidificación. Sin embargo, el Nb se incorpora al nitruro de Ti, precipitando así como un nitruro compuesto de Ti y Nb. De la misma manera que el nitruro de Ti, el nitruro compuesto de Ti y Nb también está presente de manera estable durante el trabajo en caliente, y hace que el cristal de un material de níquel sea fino en el proceso de fabricación. Por consiguiente, aumenta la resistencia del material de níquel. Por tanto, la cantidad de Nb que precipita como nitruro es aproximadamente 1/20 del contenido total de Nb, y el Nb precipita en forma de un nitruro compuesto de Ti y Nb. Basándose en los hallazgos anteriores, los inventores de la presente invención han obtenido la siguiente Fórmula (1).

0,030 < (45/48) Ti (5/93) Nb -(1/14) N < 0,25 (1)

Un contenido (% en masa) de un elemento correspondiente se sustituye por cada símbolo del elemento en la Fórmula (1).

La Fórmula (1) es una fórmula relacionada con las cantidades de formación de nitruros (nitruro de Ti y nitruro compuesto de Ti y Nb). Cuando el contenido de Ti, un contenido de Nb y un contenido de N en un material de níquel satisfacen la Fórmula (1), se forma una cantidad suficiente de nitruros para que los granos de cristal se hagan lo suficientemente finos. Como resultado, se puede aumentar la resistencia del material de níquel.

(B) El Ti y el Nb también son elementos que forman carburos termodinámicamente estables. Por consiguiente, se generan exceso de Ti y exceso de Nb debido a la formación anteriormente mencionada del precipitado de nitruro en forma de carburos. Estos carburos precipitan en granos de modo que se reduce la cantidad de C que se disuelve en un material de níquel (en adelante también denominado "C disuelto"). Como resultado, es posible reducir la cantidad de C que precipita en los límites de los granos debido al uso prolongado a alta temperatura, el efecto del calor generado en el momento de la soldadura o similares. La reducción de la cantidad de precipitación de C en los límites de los granos usando precipitación de carburo también se denomina en adelante inmovilización de C en los granos. Cuando el C se estabiliza en granos, aumenta la resistencia a la corrosión.

Como se ha descrito anteriormente, el Ti y el Nb se consumen parcialmente como nitruros. Por consiguiente, para inmovilizar el C en granos de una manera estable, se requieren un exceso de Ti y un exceso de Nb para precipitar carburos incluso después de la formación del nitruro.

Basándose en los hallazgos anteriores, los inventores de la presente invención han obtenido la siguiente Fórmula (2).

0,030 < (3/48) Ti (88/93) Nb -(1/12) C (2)

Un contenido (% en masa) de un elemento correspondiente se sustituye por cada símbolo del elemento en la Fórmula (2).

La Fórmula (2) es una fórmula relacionada con las cantidades de formación de carburos. Cuando el contenido de Ti, un contenido de Nb y un contenido de C satisfacen la Fórmula (2), los carburos precipitan de manera que se puede realizar una inmovilización suficiente del C en los granos. Como resultado, aumenta la resistencia a la corrosión del material de níquel.

(C) Un ejemplo del método anteriormente mencionado para fabricar un material de níquel es el siguiente. El Ti es un elemento que se oxida fácilmente. Por consiguiente, es preferible que, en una etapa de fabricación de material de níquel, los componentes que excluyen el Ti y el N se fundan de antemano, y la cantidad de oxígeno en un material de níquel se reduzca de antemano mediante la desoxidación de Al. A continuación, se añade Ti y se disuelve en el metal fundido donde se forma un sol. El contenido de Al es del 0,01 % o más y, posteriormente, se añade N al metal fundido. Con dichas etapas, el Ti y el N se unen entre sí y, por lo tanto, se forma fácilmente una mayor cantidad de nitruro de Ti. Por consiguiente, la fabricación de un material de níquel que tiene la composición química mencionada anteriormente usando este metal fundido permite que los granos de cristal se hagan más finos. Como resultado, la resistencia del material de níquel aumenta aún más.

(D) Como se ha descrito anteriormente, el N se une a Ti y Nb, formando nitruros y, por lo tanto, el N aumenta la resistencia de un material de níquel al hacer que los granos de cristal sean finos. Cuando el contenido de N es del 0,0010 % en masa o más, se puede obtener un efecto tan ventajoso. Sin embargo, el N es difícil de disolver en un material de níquel, que incluye el 99,0 % en masa o más de Ni. El nitruro se nuclea y precipita en el momento de la solidificación. Sin embargo, cuando el N no se disuelve antes de la solidificación, el N no se nuclea, por lo que se evita que precipite fácilmente un nitruro.

La FIG. 1 es un diagrama de fases que muestra un límite de solubilidad del N en Ni. La FIG. 1 se describe en la página 1651 de la norma ASM INTERNATIONAL, Diagramas de fase de aleación binaria, 2a edición, vol. 2 (Bibliografía no de patentes 1). En referencia a la FIG. 1, el límite de solubilidad del N en Ni puro es inferior al 0,01 % en masa entre 0 y 700 °C.

Además, existe una descripción de que el contenido de N en Ni puro es del 0,0005 % en la Tabla 1 en la página 224 de un artículo de investigación escrito por Satoru Ohno et al. "Effects of Hydrogen and Nitrogen on Blowhole Formation in pure Nickel at Arc Welding", Journal of The Japan Welding Society, 1979, Volumen 48, Número 4 (Bibliografía no de patentes 2).

Como se ha descrito anteriormente, el contenido de N en un material de níquel convencional es inferior al 0,0010 % en masa. En este caso, no se puede obtener el efecto ventajoso del N mencionado anteriormente.

En vista de lo anterior, los inventores de la presente invención han realizado varios estudios sobre un método para aumentar el contenido de N en un material de níquel. Como resultado, los inventores de la presente invención han descubierto que la inclusión de Al y Ti en un material de níquel permite aumentar el contenido de N en el material de níquel. La razón es la siguiente. La inclusión de Al en un material de níquel reduce la cantidad de oxígeno en el material de níquel mediante la desoxidación del Al. El Ti es un elemento fácilmente oxidable. Sin embargo, en un material de níquel en el que se reduce la cantidad de oxígeno, el Ti y el N se unen entre sí de modo que se forma una mayor cantidad de nitruro de Ti en comparación con un caso en el que un material de níquel no incluye Al. Por consiguiente, incluir N en un material de níquel como nitruro de Ti permite aumentar el contenido de N en el material de níquel.

Es preferible que, en una etapa de fabricación de material de níquel, los componentes que excluyen el Ti y el N se fundan de antemano, y la cantidad de oxígeno en el metal fundido se reduzca de antemano mediante la desoxidación del Al. A continuación, se añade Ti y se disuelve en el metal fundido donde se encuentra el sol. El contenido de Al es del 0,01 % o más y, posteriormente, se añade N al metal fundido. Con dichas etapas, se forma fácilmente una mayor cantidad de nitruro de Ti. Por consiguiente, se incrementa aún más el contenido de N en el material de níquel. Por lo tanto, la fabricación de un material de níquel que tenga la composición química mencionada anteriormente usando este metal fundido permite que los granos de cristal se hagan más finos. Como resultado, la resistencia del material de níquel aumenta aún más.

El material de níquel de esta invención que se completa en base a los hallazgos mencionados anteriormente tiene una composición química que consiste, en % en masa, en C: 0,001 a 0,20 %, Si: 0,15 % o menos, Mn: 0,50 % o menos, P: 0,030 % o menos, S: 0,010 % o menos, Cu: 0,10 % o menos, Mg: 0,15 % o menos, Ti: 0,005 a 1,0 %, Nb: 0,040 a 1,0 %, Fe: 0,40 % o menos, Al sol.: 0,01 a 0,10 %, N: 0,0010 a 0,080 %, siendo el resto Ni e impurezas, en las que las impurezas incluyen Co: 0,010 % o menos, Mo: 0,010 % o menos, O: 0,0020 % o menos, Sn: 0,030 % o menos, y que satisfacen la Fórmula (1) y la Fórmula (2).

0,030 < (45/48) Ti (5/93) Nb -(1/14) N < 0,25 (1)

0,030 < (3/48) Ti (88/93) Nb -(1/12) C (2)

Un contenido (% en masa) de un elemento correspondiente se sustituye por cada símbolo del elemento en la Fórmula (1) y la Fórmula (2).

Es preferible que el método para fabricar el material de níquel de esta invención incluya las etapas de: preparar metal fundido añadiendo C, Si, Mn, P, S, Cu, Mg, Nb, Fe y Al de manera que se forme un sol. El contenido de Al en el metal fundido es del 0,01 % o más; formar un nitruro de Ti en el metal fundido de tal manera que se añade Ti y se disuelve en el metal fundido donde se encuentra el sol. El contenido de Al es del 0,01 % o más y, posteriormente, se añade N al metal fundido; y fabricar un material de níquel que tiene la composición química utilizando el metal fundido que incluye el nitruro de Ti formado en el mismo.

La fabricación de un material de níquel usando el método de fabricación mencionado anteriormente permite que se precipite una mayor cantidad de nitruro de Ti. En otras palabras, se forma una mayor cantidad de nitruro para que los granos de cristal se hagan más finos. Como resultado, la resistencia del material de níquel se puede incrementar aún más.

A continuación, se describe en detalle el material de níquel de esta invención. A menos que se especifique lo contrario, "%" en relación con un elemento significa % en masa.

[Composición química]

La composición química del material de níquel de esta invención incluye los siguientes elementos.

C: 0,001 a 0,20 %

El carbono (C) aumenta la resistencia de un material de níquel. En esta invención, la resistencia de un material de níquel se adquiere haciendo finos los granos de cristal. Por consiguiente, no es necesario especificar en particular el límite inferior del contenido de C. Cuando el contenido de C es inferior al 0,001 %, la precipitación de C en los límites de los granos no genera ningún problema. Sin embargo, en caso de que el contenido de C sea excesivamente alto, incluso cuando el C se estabilice en los granos por Ti y Nb, el C disuelto permanece presente sin estabilizarse en los granos. Por consiguiente, en el momento de utilizar un material de níquel, aumenta la cantidad de precipitación de C en los límites de los granos y, por tanto, se reduce la resistencia a la corrosión del material de níquel. Por tanto, el contenido de C es del 0,001 al 0,20 %. El límite superior del contenido de C es preferiblemente del 0,200 %, es más preferiblemente del 0,100 % y es aún más preferiblemente del 0,020 %.

Si: 0,15 % o menos

El silicio (Si) es una impureza. El Si forma inclusiones. Las inclusiones reducen la tenacidad de un material de níquel. Por consiguiente, el contenido de Si es del 0,15 % o menos. El límite superior del contenido de Si es preferiblemente del 0,10 % y más preferiblemente del 0,08 %. Es preferible establecer el contenido de Si lo más bajo posible. Teniendo en cuenta los costes de refinado, el límite inferior del contenido de Si es, por ejemplo, del 0,01 %. Mn: 0,50 % o menos

El manganeso (Mn) es una impureza. El Mn se une al S, formando así MnS y, por tanto, el Mn reduce la resistencia a la corrosión de un material de níquel. El MnS también reduce la soldabilidad. Por consiguiente, el contenido de Mn es del 0,50 % o menos. El límite superior del contenido de Mn es preferiblemente del 0,30 % y más preferiblemente del 0,20 %. Es preferible establecer el contenido de Mn lo más bajo posible. Teniendo en cuenta los costes de refinado, el límite inferior del contenido de Mn es, por ejemplo, del 0,05 %.

P: 0,030 % o menos

El fósforo (P) es una impureza. El P se segrega en los límites de los granos en el momento de la solidificación de la soldadura, aumentando así la susceptibilidad a las grietas causadas por la fragilización de una zona afectada por el calor. Por consiguiente, el contenido de P es del 0,030 % o menos. El límite superior del contenido de P es preferiblemente del 0,020 % y más preferiblemente del 0,010 %. Es preferible establecer el contenido de P lo más bajo posible. Teniendo en cuenta los costes de refinado, el límite inferior del contenido de P es, por ejemplo, del 0,001 %.

S: 0,010 % o menos

El azufre (S) es una impureza. De la misma manera que el P, el S se segrega en los límites de los granos en el momento de la solidificación de la soldadura, aumentando así la susceptibilidad a la fragilización de una zona afectada por el calor. El S además forma MnS, reduciendo así la resistencia a la corrosión de un material de níquel. Por consiguiente, el contenido de S es del 0,010 % o menos. El límite superior del contenido de S es preferiblemente del 0,0100 %, es más preferiblemente del 0,0050 % y aún más preferiblemente del 0,0020 %. Es preferible establecer el contenido de S lo más bajo posible. Teniendo en cuenta los costes de refinado, el límite inferior del contenido de S es, por ejemplo, del 0,002 %.

Cu: 0,10 % o menos

El cobre (Cu) es una impureza. El Cu reduce la resistencia a la corrosión de un material de níquel. Por consiguiente, el contenido de Cu es del 0,10 % o menos. El límite superior del contenido de Cu es preferiblemente del 0,05 % y más preferiblemente del 0,02 %. Es preferible establecer el contenido de Cu lo más bajo posible. Teniendo en cuenta los costes de refinado, el límite inferior del contenido de Cu es, por ejemplo, del 0,003 %.

Mg: 0,15 % o menos

El magnesio (Mg) es una impureza. El Mg reduce la resistencia a la corrosión de un material de níquel. Por consiguiente, el contenido de Mg es del 0,15 % o menos. El límite superior del contenido de Mg es preferiblemente del 0,150 %, más preferiblemente del 0,100 % y aún más preferiblemente del 0,050 %. Es preferible establecer el contenido de Mg lo más bajo posible. Teniendo en cuenta los costes de refinado, el límite inferior del contenido de Mg es, por ejemplo, del 0,01 %.

Ti: 0,005 a 1,0 %

El titanio (Ti) forma nitruros, lo que hace que los granos de cristal de un material de níquel sean finos. Como resultado, aumenta la resistencia del material de níquel. La afinidad del Ti por el N es mayor que la afinidad del Ti por el Nb. En consecuencia, incluso cuando el Ti coexiste con el Nb, el Ti se une preferentemente con el N, formando así un nitruro. Por lo tanto, es preferible que el contenido de Ti sea suficiente en relación con el contenido de N. Además, el Ti sobrante después de la formación del nitruro forma un carburo, reduciendo así la cantidad de C disuelto. Como resultado, el C se estabiliza en los granos de modo que aumenta la resistencia a la corrosión del material de níquel. Un contenido de Ti excesivamente bajo evita que se obtenga el efecto ventajoso. Se puede usar toda la cantidad de Ti para formar el nitruro. Por otro lado, un contenido de Ti excesivamente alto reduce la trabajabilidad en caliente del material de níquel y, por lo tanto, se generan grietas durante el laminado. Por consiguiente, el contenido de Ti es del 0,005 al 1,0 %. El límite inferior del contenido de Ti es preferiblemente del 0,015 % y más preferiblemente del 0,050 %. El límite superior del contenido de Ti es preferiblemente 1.000 %, más preferiblemente del 0,300 % y aún más preferiblemente del 0,200 %.

Nb: 0,040 a 1,0 %

De la misma manera que el Ti, el niobio (Nb) forma nitruros, lo que hace que los granos de cristal sean finos y, por lo tanto, el niobio aumenta la resistencia de un material de níquel. Para la formación del nitruro, se utiliza una parte de, pero no todo, el Nb. Por ejemplo, para la formación del nitruro, se usa aproximadamente 1/20 de la cantidad total de Nb. Además, el exceso de Nb después de la formación del nitruro forma un carburo, lo que reduce la cantidad de C disuelto (inmovilización de C en los granos). Como resultado, aumenta la resistencia a la corrosión. Un contenido de Nb excesivamente bajo evita que se obtengan estos efectos ventajosos. Por otro lado, un contenido de Nb excesivamente alto reduce la trabajabilidad en caliente de un material de níquel. Por consiguiente, el contenido de Nb es del 0,040 al 1,0 %. El límite inferior del contenido de Nb es preferiblemente del 0,10 % y aún más preferiblemente del 0,20 %. El límite superior del contenido de Nb es preferiblemente 1.000 %, más preferiblemente del 0,500 % y aún más preferiblemente del 0,300 %.

Fe: 0,40 % o menos

El hierro (Fe) es una impureza. El Fe reduce la resistencia a la corrosión de un material de níquel. Por consiguiente, el contenido de Fe es del 0,40 % o menos. El límite superior del contenido de Fe es preferiblemente del 0,20 % y más preferiblemente del 0,15 %. Es preferible establecer el contenido de Fe lo más bajo posible. Teniendo en cuenta los costes de refinado, el límite inferior del contenido de Fe es, por ejemplo, del 0,02 %.

Al sol.: 0,01 a 0,10 %

El aluminio (Al) desoxida un material de níquel. El Ti mencionado anteriormente es un elemento fácilmente oxidable. Por consiguiente, como se describe más adelante, es preferible que, en una etapa de fabricación de material de níquel, el metal fundido sea desoxidado por Al antes de añadir Ti y N al metal fundido. A continuación, se añaden Ti y N al metal fundido donde se encuentra el sol. El contenido de Al es del 0,01 % o más. En este caso, el Ti no se une fácilmente al O, pero se une fácilmente al N de modo que se forma una mayor cantidad de nitruro de Ti. Como resultado, los granos de cristal se hacen más finos y, por lo tanto, la resistencia del material de níquel se puede incrementar aún más. Por otro lado, el Al forma óxidos, reduciendo así la limpieza del material de níquel, provocando también una reducción en la trabajabilidad y ductilidad del material de níquel. En consecuencia, el contenido de Al sol. es del 0,01 al 0,10 %. El límite inferior del contenido de Al sol. es preferiblemente del 0,0100 % y más preferiblemente del 0,0120 %. El límite inferior del contenido de Al sol. es más preferiblemente del 0,0150 % y aún más preferiblemente del 0,0200 %. El límite superior del contenido de Al sol. es preferiblemente del 0,1000 %, es más preferiblemente del 0,0800 % y es aún más preferiblemente del 0,0500 %.

N: 0,0010 a 0,080 %

El nitrógeno (N) se une al Ti y al Nb, formando nitruros y, por lo tanto, el nitrógeno aumenta la resistencia de un material de níquel al hacer que los granos de cristal sean finos. Cuando el contenido de N es del 0,0010 % o más, se puede obtener un efecto tan ventajoso. Sin embargo, se evita que el N se disuelva fácilmente en un material de níquel que incluye el 90,0 % en masa o más de Ni. El nitruro precipita en el momento de la solidificación. Sin embargo, cuando el N no se disuelve antes de la solidificación, se evita que precipite fácilmente un nitruro. El contenido de N en un material de níquel convencional es inferior al 0,0010 %. En este caso, no se puede conseguir el efecto ventajoso mencionado anteriormente. En esta realización, se incluyen Al y Ti en un material de níquel. La inclusión de Al y Ti en un material de níquel permite aumentar el contenido de N en el material de níquel. La razón es la siguiente. La inclusión de Al en un material de níquel reduce la cantidad de oxígeno en el material de níquel mediante la desoxidación del Al. El Ti es un elemento que se oxida fácilmente. Sin embargo, en un material de níquel en el que se reduce la cantidad de oxígeno, el Ti se disuelve sin oxidarse, de modo que el Ti se une fácilmente al N, por lo que se forma una mayor cantidad de nitruro de Ti en comparación con un caso en el que un material de níquel no incluye Al. Por consiguiente, incluir N en un material de níquel como nitruro de Ti permite aumentar el contenido de N en el material de níquel.

Por otro lado, cuando el contenido de N es excesivamente alto, el N se une al Ti y al Nb, formando así nitruros en exceso y, por tanto, se consumen el Ti y el Nb. Como resultado, se suprime la inmovilización del C en los granos debido a un carburo y, por lo tanto, queda C disuelto. Como resultado, cuando se utiliza un material de níquel se reduce la resistencia a la corrosión. Por consiguiente, el contenido de N es del 0,0010 al 0,080 %. El límite inferior del contenido de N es preferiblemente del 0,0030 %, es más preferiblemente del 0,0050 % y es aún más preferiblemente superior al 0,0100 %. El límite superior del contenido de N es preferiblemente del 0,0800 % y es más preferiblemente del 0,0150 %.

El resto de la composición química del material de níquel de acuerdo con esta invención consiste en Ni e impurezas. En esta invención, impurezas significa un material que se mezcla con un material de níquel a partir de mineral o chatarra como materia prima, un entorno de fabricación o similar en la fabricación industrial de un material de níquel, y que está permitido dentro de un intervalo en el que las impurezas no afectan negativamente al material de níquel de esta invención.

Las impurezas incluyen cobalto (Co), molibdeno (Mo), oxígeno (O) y estaño (Sn), por ejemplo. Estas impurezas pueden ser del 0 %. Un contenido de Co es del 0,010 % o menos. Un contenido de Mo es del 0,010 % o menos. Un contenido de O es del 0,0020 % o menos. Un contenido de Sn es del 0,030 % o menos. El contenido de estas impurezas cae dentro del intervalo mencionado anteriormente en el proceso de fabricación normal que se describe más adelante.

[Fórmula 1)]

Una composición química del material de níquel de esta invención también satisface la Fórmula (1).

0,030 < (45/48) Ti (5/93) Nb -(1/14) N < 0,25 (1)

F1 se define como (45/48) Ti (5/93) Nb -(1/14) N (F1 = (45/48) Ti (5/93) Nb -(1/14) N). F1 es un índice de la cantidad de formación de nitruro. Cuando F1 es inferior a 0,030, los nitruros no se forman lo suficiente como para que los granos de cristal de un material de níquel no se hagan lo suficientemente finos. Como resultado, se reduce la resistencia del material de níquel. Por otro lado, cuando F1 es del 0,25 o más, los nitruros se forman en exceso de modo que se reduce la trabajabilidad en caliente de un material de níquel por lo que se generan grietas durante el laminado. Por consiguiente, F1 es un valor que cae dentro del intervalo de 0,030 o superior a menos de 0,25 (0,030<F1<0,25). El límite inferior de F1 es preferiblemente de 0,035. El límite superior de F1 es preferiblemente de 0,15.

[Fórmula (2)]

La composición química del material de níquel de esta invención también satisface la Fórmula (2).

0,030 < (3/48) Ti (88/93) Nb -(1/12) C (2)

F2 se define como (3/48) Ti (88/93) Nb -(1/12) C (F2 = (3/48) Ti (88/93) Nb -(1/12) C). F2 es un índice de la cantidad de inmovilización de C en los granos. Cuando F2 es de 0,030 o menos, los carburos no se forman lo suficiente. En este caso, la inmovilización de C en los granos no es suficiente para que la cantidad de C disuelto en el material de níquel permanezca alta. Por consiguiente, el C precipita en los límites de los granos debido al uso prolongado a alta temperatura, el efecto del calor generado en el momento de la soldadura o similar y, por lo tanto, se reduce la resistencia a la corrosión. En consecuencia, F2 es un valor inferior a 0,030 (0,030<F2). El límite superior de F2 no está limitado en particular. Sin embargo, teniendo en cuenta la composición química mencionada anteriormente, un ejemplo del límite superior es de 0,28.

[Método de fabricación]

El material de níquel de esta invención se fabrica mediante cualquiera de varios métodos de fabricación. A continuación, como ejemplo del método de fabricación, se describe un método para fabricar un material de níquel en forma de tubo.

El método para fabricar un material de níquel de esta invención incluye una etapa de fabricación de metal fundido y una etapa de fabricación de material de níquel.

[Etapa de fabricación de metal fundido]

En la etapa de fabricación de metal fundido, se fabrica metal fundido que tiene la composición química mencionada anteriormente. Es suficiente con que el metal fundido se fabrique mediante un método de fusión bien conocido. Por ejemplo, el método de fusión bien conocido puede ser la fusión realizada usando un horno eléctrico, un horno AOD (descarburación de oxígeno y argón), un horno VOD (descarburación de oxígeno al vacío), un horno VIM (fusión por inducción al vacío) o similar.

[Etapa de fabricación de material de níquel]

En la etapa de fabricación del material de níquel, el material de níquel mencionado anteriormente se fabrica utilizando el metal fundido. La etapa de fabricación de material de níquel incluye, por ejemplo, una etapa de fundición, una etapa de trabajo en caliente y una etapa de tratamiento térmico. A continuación, como ejemplo, se hace la descripción con respecto a una etapa de fabricación de material de níquel en el caso en el que un material de níquel tiene la forma de un tubo.

[Etapa de fundición]

Se fabrica un material de partida utilizando el metal fundido mencionado anteriormente. Por ejemplo, el material de partida puede ser un lingote fabricado mediante un conocido proceso de fabricación de lingotes, o una pieza fundida fabricada mediante un conocido proceso de fundición continua.

[Etapa de trabajo en caliente]

Se fabrica una palanquilla hueca a partir del material de partida fabricado (lingote o pieza fundida). La palanquilla hueca se fabrica mediante procesamiento mecánico o perforación vertical, por ejemplo. El proceso de extrusión en caliente se realiza sobre la palanquilla hueca. El proceso de extrusión en caliente puede ser el método de extrusión Ugine-Sejournet, por ejemplo. Realizando las etapas mencionadas anteriormente, se fabrica un material de níquel en forma de tubo. También se puede fabricar un material de níquel en forma de tubo mediante trabajo en caliente distinto del proceso de extrusión en caliente.

También se puede realizar trabajo en frío, como el laminado en frío y/o el estirado en frío, sobre el material de níquel en forma de un tubo que se somete al trabajo en caliente.

[Etapa de tratamiento térmico]

Cuando es necesario, se realiza una etapa de tratamiento térmico sobre el material de níquel en forma de tubo que se somete al trabajo en caliente, o sobre el material de níquel en forma de tubo que también se somete al trabajo en frío después del trabajo en caliente. En la etapa de tratamiento térmico, el material de níquel en forma de tubo se calienta y se mantiene a una temperatura de 750 a 1100 °C y, a continuación, se enfría con agua, aire o similar. Con dichas etapas, precipitan un carburo de Ti y un carburo de Nb de modo que se promueve la inmovilización de C en los granos. Una temperatura preferida para el tratamiento térmico se encuentra dentro del intervalo de 750 a 850 °C. En este caso, se puede suprimir el crecimiento de granos en el tratamiento térmico. La temperatura del tratamiento térmico se decide dependiendo del equilibrio con la resistencia.

Hasta ahora se ha descrito un ejemplo del método para fabricar un material de níquel tomando como ejemplo el material de níquel en forma de tubo. Sin embargo, el material de níquel no se limita a que adopte la forma de un tubo. El material de níquel puede tener la forma de un material de placa o puede tener la forma de una varilla de alambre. Por consiguiente, la etapa de trabajo en caliente no se limita al proceso de extrusión en caliente. Por ejemplo, un material de níquel puede fabricarse mediante laminado en caliente o forjado en caliente. Alternativamente, como se ha descrito anteriormente, la etapa de tratamiento térmico puede realizarse o no.

El material de níquel fabricado mediante el método de fabricación mencionado anteriormente tiene una excelente resistencia a la corrosión y una alta resistencia.

[Etapa preferida de fabricación de metal fundido]

Es preferible que la etapa de fabricación de metal fundido incluya una etapa de metal fundido que incluya un elemento específico y una etapa de adición de Ti y N.

Como se ha descrito anteriormente, el N se une al Ti y al Nb, formando así nitruros y, por lo tanto, el N aumenta la resistencia de un material de níquel al hacer que los granos de cristal sean finos. Cuando el contenido de N es del 0,0010 % o más, se puede obtener un efecto tan ventajoso. Sin embargo, se evita que el N se disuelva fácilmente en un material de níquel. El contenido de N en un material de níquel convencional es inferior al 0,0010 %. En este caso, no se puede obtener el efecto ventajoso del N mencionado anteriormente. Por consiguiente, se incluyen Al y Ti en un material de níquel. La inclusión de Al en el material de níquel reduce la cantidad de oxígeno en el material de níquel mediante la desoxidación del Al. El Ti es un elemento fácilmente oxidable. Sin embargo, en un material de níquel donde se reduce la cantidad de oxígeno, el Ti no se oxida, por lo que el Ti se une fácilmente al N, por lo que se forma una mayor cantidad de nitruro de Ti en comparación con un caso en el que un material de níquel no incluye Al. Por consiguiente, incluir N en un material de níquel como nitruro de Ti permite aumentar el contenido de N en el material de níquel.

Es preferible que, en una etapa de fabricación de material de níquel, los componentes que excluyen el Ti y el N se fundan de antemano, y la cantidad de oxígeno en el metal fundido se reduzca de antemano mediante la desoxidación del Al. A continuación, se añade Ti y se disuelve en el metal fundido donde se encuentra el sol. El contenido de Al es del 0,01 % o más y, posteriormente, se añade N al metal fundido. Con dichas etapas, se forma fácilmente una mayor cantidad de nitruro de Ti. Por consiguiente, se incrementa aún más el contenido de N en el material de níquel. Por tanto, la fabricación del material de níquel, que tiene la composición química mencionada anteriormente, utilizando este metal fundido permite que los granos de cristal se hagan más finos. Como resultado, la resistencia del material de níquel aumenta aún más.

[Etapa de metal fundido que incluye un elemento específico]

En este caso, en primer lugar, se fabrica metal fundido, al que se le añaden C, Si, Mn, P, S, Cu, Mg, Nb, Fe y Al de la composición química anteriormente mencionada. En este punto de operación, se incluye Al en el metal fundido para que se lleve a cabo la desoxidación. En esta etapa, el contenido de Al sol. en el metal fundido es del 0,01 % o más.

[Etapa de adición de Ti y N]

A continuación, se añade Ti y se disuelve en el metal fundido donde se encuentra el sol. El contenido de Al es del 0. 01 % o más y, posteriormente, se añade N al metal fundido para formar un nitruro de Ti en el metal fundido. Por ejemplo, se añade N al metal fundido presurizando y sellando un gas N. Antes de añadir Ti al metal fundido, el metal fundido se somete a desoxidación de Al y, por tanto, el contenido de O en el metal fundido es bajo. Por consiguiente, el Ti añadido al metal fundido se une más fácilmente al N que al O. Por tanto, se forma una mayor cantidad de nitruro de Ti.

La etapa de fabricación de material de níquel anteriormente mencionada se realiza utilizando el metal fundido sobre el que se realiza la etapa de adición de Ti y N. En este caso, se forma una mayor cantidad de nitruro de Ti en un material de partida y, por tanto, los granos de cristal del material de níquel fabricado se hacen más finos. Por consiguiente, la resistencia del material de níquel aumenta aún más.

Ejemplo

Para la prueba número 1 a la prueba número 14 mostradas en la Tabla 1, los componentes que excluyen Ti y N se sometieron a fusión al vacío y, a continuación, se desoxidaron con Al. Se añadió Ti al metal fundido desoxidado y, a continuación, se presurizó y selló N gaseoso para formar un nitruro de Ti. Se fabricó un lingote de 30 kg a partir del metal fundido que incluía el nitruro de Ti formado en el mismo. En la prueba número 15 que se muestra en la Tabla 1, los componentes que excluyen solo el Al se sometieron a fusión al vacío y, a continuación, se desoxidaron con Al. En otras palabras, se añadieron Ti y N al metal fundido antes de que el metal fundido se desoxidara con Al. La prueba número 5 tiene componentes que corresponden a la norma JIS H4552 NW2201. En la prueba número 8, el metal fundido incluye N. Sin embargo, el nitruro de Ti precipitó excesivamente y, por lo tanto, se generaron grietas en el momento del forjado en caliente, por lo que no se permitió el procesamiento en un material de placa.

[Tabla 1]

Cada lingote se sometió a forjado en caliente a 1100 °C y, posteriormente, se sometió a laminado en caliente a 1100 °C para fabricar un material de placa que tenía un espesor de 20 mm. Además se realizó laminación en frío sobre los materiales de placa para fabricar una pluralidad de materiales de placa que tenían un espesor de 15 mm, una anchura de 80 mm y una longitud de 200 mm. Los respectivos materiales de placa se sometieron a un tratamiento de recocido de descarga de tensión a 800 °C durante 30 minutos. Los materiales de la placa, sobre los que se realizó el tratamiento de recocido de descarga de tensión, se templaron (se enfriaron con agua). Los materiales de níquel (materiales de placa) de los respectivos números de prueba se fabricaron mediante las etapas de fabricación mencionadas anteriormente.

[Prueba de evaluación]

La siguiente prueba de evaluación se realizó utilizando los materiales de níquel fabricados con los respectivos números de prueba.

[Prueba de resistencia a la tracción (RT)]

La muestra de la prueba de tracción N.° 5 basada en la norma JIS Z2201 se tomó como muestra procedente de una zona central del material de níquel fabricado (material de placa) en el espesor de la placa. Se realizó una prueba de tracción en la atmósfera a una temperatura normal (25 °C) utilizando las muestras de la prueba de tracción.

La resistencia a la tracción en la prueba número 5 se utilizó como referencia (100 %). Cuando la resistencia a la tracción de cada número de prueba fue del 110 % o más de la resistencia a la tracción en la prueba número 5, se determinó que un material de níquel tiene una resistencia excelente (excelente) (indicado por "A" en la Tabla 2). Cuando la resistencia a la tracción fue del 105 a menos del 110 % de la resistencia a la tracción en la prueba número 5, se determinó que un material de níquel tiene resistencia suficiente (buena) (indicado por "B" en la Tabla 2). Por otro lado, cuando la resistencia a la tracción era inferior al 105 % de la resistencia a la tracción en la prueba número 5, se determinó que un material de níquel tiene baja resistencia (fallo) (indicado por "F" en la Tabla 2). [Tabla 2]

TABLA 2

Los valores de F1 y F2 de los materiales de níquel de los respectivos números de prueba se muestran en la columna "F1" y la columna "F2" en la Tabla 1 y la Tabla 2.

[Evaluación de la resistencia a la corrosión]

Se realizó una prueba de evaluación de la resistencia a la corrosión utilizando materiales de níquel fabricados con los respectivos números de prueba. En la prueba de evaluación de la resistencia a la corrosión, se observó la presencia o ausencia de precipitación de C en los límites de los granos usando un microscopio electrónico óptico para evaluar la resistencia a la corrosión. Para ser más específico, simulando una zona afectada por el calor de la soldadura, se realizó un tratamiento térmico de sensibilización a 600 °C durante 166 horas en una muestra de prueba en la que se realizó el tratamiento térmico final. Se tomó una muestra de una muestra de prueba que tenía un espesor de 15 mm, una anchura de 20 mm y una longitud de 10 mm del material de placa sobre el que se realizó el tratamiento térmico de sensibilización. La dirección longitudinal de la muestra de prueba se extiende paralelamente a la dirección longitudinal del material de la placa. La muestra de prueba se incrustó en una resina epoxi, y se pulió una superficie de 15 mm x 20 mm. Se aplicó el método de prueba de ataque con ácido oxálico descrito en la norma JIS G0571 a las muestras de prueba. El ataque electrolítico se realizó durante 90 segundos en una solución de ácido oxálico al 10 % con una corriente eléctrica de 1A/cm2. Con respecto a las muestras de prueba, en las que se realizó el ataque electrolítico, se observó la presencia o ausencia de precipitación de C en los límites de los granos usando un microscopio electrónico óptico con un aumento de 500 veces.

Cuando la corrosión intergranular causada por la precipitación de carburo tiene una microestructura escalonada, el C se estabiliza en los granos y, por lo tanto, se evaluó que la muestra de prueba tiene una excelente resistencia a la corrosión (indicado por "A" en la Tabla 2). Por otro lado, cuando la corrosión intergranular causada por la precipitación de carburo tiene una estructura mixta o una microestructura en forma de surco, el C no se estabiliza en los granos y, por lo tanto, se evaluó que la muestra de prueba tiene una baja resistencia a la corrosión (indicado por "F" en Tabla 2).

[Resultado de la prueba]

Los resultados de la prueba se muestran en la Tabla 2.

Con referencia a la Tabla 1 y la Tabla 2, en la prueba número 1 a la prueba número 4 y la prueba número 15, los contenidos de los elementos respectivos en los materiales de níquel eran apropiados y la composición química satisfacía la Fórmula (1) y la Fórmula (2). Como resultado, los materiales de níquel tenían una alta resistencia a la tracción. En estos números de prueba, los materiales de níquel también mostraron una excelente resistencia a la corrosión.

Además, en la prueba número 1 a la prueba número 4, el metal fundido se desoxidó con Al y, a continuación, se añadió Ti al metal fundido. En consecuencia, la resistencia a la tracción en la prueba número 1 a la prueba número 4 fue mayor que en la prueba número 15.

Por otro lado, en la prueba número 5, el contenido de Ti, el contenido de Nb y el contenido de N eran bajos, de modo que F1 y F2 no satisfacían respectivamente la Fórmula (1) o la Fórmula (2). Por consiguiente, se observó un carburo (precipitación) en los límites de los granos y, por tanto, el material de níquel tenía una baja resistencia a la corrosión. En la prueba número 6, el contenido de Nb era excesivamente bajo y, por tanto, F2 era de 0,030 o menos. Por consiguiente, se observó un carburo en los límites de los granos y, por tanto, el material de níquel tenía una baja resistencia a la corrosión.

En la prueba número 7, el contenido de Ti fue excesivamente bajo. Como resultado, el material de níquel tenía baja resistencia a la tracción.

En la prueba número 8, F1 fue de 0,25 o más. Por consiguiente, se redujo la trabajabilidad en caliente del material de níquel. Como resultado, se generaron grietas por forjado en caliente y, por lo tanto, no se permitió la fabricación de un material de placa.

En la prueba número 9, el contenido de Nb y el contenido de N fueron excesivamente bajos. Además, F1 y F2 no satisfacían respectivamente la Fórmula (1) o la Fórmula (2). Por consiguiente, el material de níquel tenía una baja resistencia a la tracción. Además, se observó un carburo en los límites de los granos y, por tanto, el material de níquel tenía una baja resistencia a la corrosión.

En la prueba número 10, el contenido de N fue excesivamente bajo. Por consiguiente, el material de níquel tenía una baja resistencia a la tracción.

En la prueba número 11, el contenido de Nb fue excesivamente bajo. Por consiguiente, se observó un carburo en los límites de los granos y, por tanto, el material de níquel tenía una baja resistencia a la corrosión.

En la prueba número 12, F1 no satisfizo la Fórmula (1). Por consiguiente, el material de níquel tenía una baja resistencia a la tracción.

En la prueba número 13, F2 no satisfizo la Fórmula (2). Por consiguiente, se observó un carburo en los límites de los granos y, por tanto, el material de níquel tenía una baja resistencia a la corrosión.

En la prueba número 14, la cantidad de adición de Al es pequeña, de modo que el material de níquel no se desoxida lo suficiente. Aunque se añadió Ti, el N no se estabiliza como TiN y, por tanto, el contenido de N era bajo. Por consiguiente, F1 no se satisfizo y, por tanto, el material de níquel tenía una baja resistencia a la tracción.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un material de níquel que comprende una composición química que consiste, en % en masa, en

C: 0,001 a 0,20 %,

Si: 0,15 % o menos,

Mn: 0,50 % o menos,

P: 0,030 % o menos,

S: 0,010 % o menos,

Cu: 0,10 % o menos,

Mg: 0,15 % o menos,

Ti: 0,005 a 1,0 %,

Nb: 0,040 a 1,0 %,

Fe: 0,40 % o menos,

Al sol.: 0,01 a 0,10 %,

N: 0,0010 a 0,080 %,

siendo el resto Ni e impurezas, en las que las impurezas incluyen Co: 0,010 % o menos, Mo: 0,010 % o menos, O: 0,0020 % o menos, Sn: 0,030 % o menos, y que satisfacen la Fórmula (1) y la Fórmula (2):

0,030 < (45/48) Ti (5/93) Nb -(1/14) N < 0,25 (1)

0,030 < (3/48) Ti (88/93) Nb -(1/12) C (2)