ES2967219T3 - Oxidation resistant alloy - Google Patents

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Abstract

La presente invención se refiere a aleaciones utilizadas para preparar tubos de acero, es decir, tubos para uso en aplicaciones de ingeniería química. En particular, la invención se refiere a aleaciones de acero y aluminio con bajo contenido de carbono y a tuberías fabricadas a partir de tales aleaciones. Se pueden usar en plantas como hornos de craqueo de etileno que necesitan poder soportar temperaturas elevadas de oxidación y carburación durante períodos prolongados de tiempo; la aleación puede desarrollar una capa de óxido de aluminio pura, estable y continua en su superficie cuando está en servicio. que es protector y anticoque. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)The present invention relates to alloys used to prepare steel pipes, i.e., pipes for use in chemical engineering applications. In particular, the invention relates to low-carbon steel-aluminum alloys and pipes made from such alloys. They can be used in plants such as ethylene cracking furnaces that need to be able to withstand elevated oxidation and carburization temperatures for extended periods of time; the alloy can develop a pure, stable, and continuous aluminum oxide layer on its surface when in service, which is protective and anti-coking. (Automatic translation with Google Translate, no legal value)

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Aleación resistente a la oxidación Oxidation resistant alloy

La presente invención se refiere a aleaciones usadas para preparar tubos de acero, es decir, tubos para su uso en aplicaciones de ingeniería química. En particular, la invención se refiere a aleaciones de acero y aluminio con bajo contenido de carbono y a tuberías fabricadas a partir de tales aleaciones. Se pueden usar en plantas tales como hornos de craqueo de etileno que deben poder soportar temperaturas elevadas durante períodos de tiempo prolongados. The present invention relates to alloys used to prepare steel tubes, that is, tubes for use in chemical engineering applications. In particular, the invention relates to low carbon steel and aluminum alloys and pipes manufactured from such alloys. They can be used in plants such as ethylene cracking furnaces that must be able to withstand elevated temperatures for long periods of time.

Con frecuencia, los materiales de aleación para su uso a altas temperaturas, por ejemplo, los tubos de aleación usados en hornos de craqueo de pirólisis de etileno y, en cierta medida, en el reformado de metano con vapor, adolecen de una resistencia insuficiente a la oxidación y la carburación. La industria continúa buscando materiales mejorados y otras tecnologías para permitir una producción de etileno más eficiente en condiciones de pirólisis/craqueo cada vez más rigurosas (temperaturas más altas, tiempos de residencia más cortos y presiones parciales de producto más bajas), lo que lleva a mayores rendimientos de etileno. Las aleaciones actuales tienen problemas específicos relacionados con su resistencia a la corrosión, lo que provoca fallas a temperaturas de procedimiento de diseño cada vez más altas. Este es el caso actualmente tanto de los tubos de aleación moldeables como de los tubos de aleación forjados. Alloy materials for use at high temperatures, for example alloy tubes used in ethylene pyrolysis cracking furnaces and to some extent in steam methane reforming, often suffer from insufficient resistance to oxidation and carburization. The industry continues to pursue improved materials and other technologies to enable more efficient ethylene production under increasingly stringent pyrolysis/cracking conditions (higher temperatures, shorter residence times, and lower product partial pressures), leading to higher ethylene yields. Current alloys have specific problems related to their corrosion resistance, leading to failure at increasingly higher design procedure temperatures. This is currently the case for both castable alloy tubes and forged alloy tubes.

Es necesario calentar los tubos a temperaturas muy altas (por encima de 900 °C) para permitir que el craqueo con vapor se produzca de forma continua. Esto impone estrictos requisitos de diseño al reactor y a las tuberías usadas en su construcción. Un problema particular se refiere a la oxidación y/o corrosión de las tuberías así como a los problemas causados por la coquización de las tuberías durante su uso. It is necessary to heat the tubes to very high temperatures (above 900°C) to allow steam cracking to occur continuously. This imposes strict design requirements on the reactor and the piping used in its construction. A particular problem concerns the oxidation and/or corrosion of pipes as well as problems caused by coking of pipes during use.

Las tuberías para hornos de craqueo a vapor se pueden preparar mediante un procedimiento de fundición centrífuga. La fundición centrífuga es un procedimiento bien establecido que se usa para fundir cilindros, tuberías y otros objetos axialmente simétricos de paredes delgadas. Un beneficio de este procedimiento es que permite un control preciso de la metalurgia y la estructura cristalina del producto de aleación. Se usa generalmente para fundición de hierro, acero, aceros inoxidables y aleaciones de aluminio, cobre y níquel. El procedimiento de fundición centrífuga emplea un molde permanente que gira alrededor de su eje a altas velocidades, por lo general de 300 a 3000 rpm, a medida que se vierte el metal fundido. El metal fundido se lanza centrífugamente hacia la pared interior del molde, donde puede solidificarse después de enfriarse. El cilindro fundido resultante, es decir, un tubo, tiene un grano fino y la rugosidad superficial de la superficie exterior del cilindro es relativamente baja. Pipes for steam cracking furnaces can be prepared by a centrifugal casting process. Centrifugal casting is a well-established procedure used to cast thin-walled cylinders, pipes, and other axially symmetrical objects. A benefit of this procedure is that it allows precise control of the metallurgy and crystal structure of the alloy product. It is generally used for casting iron, steel, stainless steels and aluminum, copper and nickel alloys. The centrifugal casting procedure employs a permanent mold that rotates around its axis at high speeds, typically 300 to 3,000 rpm, as molten metal is poured. The molten metal is centrifugally thrown toward the inner wall of the mold, where it can solidify after cooling. The resulting cast cylinder, that is, a tube, has fine grain, and the surface roughness of the outer surface of the cylinder is relatively low.

El documento JP64-031931 describe la fabricación de un tubo curvado de una aleación resistente al calor. El tubo se prepara mediante fundición centrífuga y la aleación de JP64-031931 está fabricado de acero fundido de alta resistencia y resistente al calor que contiene entre un 15 y un 30 % de cromo, entre un 20 y un 40 % de níquel, así como la inclusión opcional de pequeñas cantidades de manganeso y molibdeno. A la aleación también se le agregan pequeñas cantidades de niobio y titanio. Luego, el tubo fundido se somete al paso adicional de un tratamiento de envejecimiento a una temperatura de 700 a 1100 °C para depositar carburo secundario dentro de la estructura del grano. Esta patente no intenta controlar la formación de carburo primario ni controlar las cantidades relativas de niobio y titanio, o carbono y nitrógeno. Posteriormente se somete a otro paso del procesamiento que implica doblado o troquelado a alta frecuencia a una temperatura en el intervalo de 550 a 1100 °C. Document JP64-031931 describes the manufacture of a curved tube of a heat resistant alloy. The tube is prepared by centrifugal casting and JP64-031931 alloy is made of high-strength and heat-resistant cast steel containing 15-30% chromium, 20-40% nickel, as well as the optional inclusion of small amounts of manganese and molybdenum. Small amounts of niobium and titanium are also added to the alloy. The cast tube is then subjected to the additional step of aging treatment at a temperature of 700 to 1100 °C to deposit secondary carbide within the grain structure. This patent does not attempt to control the formation of primary carbide or to control the relative amounts of niobium and titanium, or carbon and nitrogen. It is then subjected to another processing step involving high frequency bending or die cutting at a temperature in the range of 550 to 1100 °C.

El documento WO2012/121389 divulga una aleación destinada para su uso en aplicaciones nucleares tales como en intercambios de calor en reactores de agua a presión. Se dice que el material tiene una excelente capacidad de trabajo fina y resistencia a la corrosión. Este material se basa en una aleación de níquel-cromo-hierro y contiene pequeñas cantidades de manganeso, titanio y, opcionalmente, aluminio como elementos de aleación. Document WO2012/121389 discloses an alloy intended for use in nuclear applications such as heat exchanges in pressurized water reactors. The material is said to have excellent fine workability and corrosion resistance. This material is based on a nickel-chromium-iron alloy and contains small amounts of manganese, titanium and, optionally, aluminum as alloying elements.

El documento WO2000/22068 divulga recubrimientos anticoquización para aleaciones refractarias usadas en la industria petrolera. Los recubrimientos se obtienen mediante un método que implica someter la superficie de aleaciones refractarias a la acción de plasma de oxígeno y/o nitrógeno gaseoso a baja frecuencia y depositar sobre la superficie tratada un recubrimiento a base de óxido de silicio, nitruro u oxinitruro mediante deposición química de vapor potenciada con plasma a baja frecuencia. Document WO2000/22068 discloses anti-coking coatings for refractory alloys used in the petroleum industry. The coatings are obtained by a method that involves subjecting the surface of refractory alloys to the action of oxygen and/or nitrogen gas plasma at low frequency and depositing a coating based on silicon oxide, nitride or oxynitride on the treated surface by means of deposition. plasma-enhanced vapor chemistry at low frequency.

El documento US 2002192494 divulga un método para proteger acero con bajo contenido de carbono y acero inoxidable de la coquización y la corrosión a temperaturas elevadas en entornos corrosivos tales como durante la producción de etileno mediante pirólisis de hidrocarburos. El recubrimiento es una aleación de cromo, aluminio y silicio junto con otros tres componentes, uno de los cuales se selecciona entre níquel, cobalto, hierro o una mezcla de estos elementos, el segundo de los cuales se selecciona entre itrio, hafnio, circonio, lantano, escandio o una combinación de esos elementos, y el tercero se selecciona entre tantalio, titanio, platino, paladio, renio, molibdeno, tungsteno, niobio, boro o una combinación de esos elementos. La composición en polvo mezclada de estas aleaciones se aplica a la superficie y se trata térmicamente para unir el recubrimiento a la superficie. US 2002192494 discloses a method for protecting low carbon steel and stainless steel from coking and corrosion at elevated temperatures in corrosive environments such as during ethylene production by hydrocarbon pyrolysis. The coating is an alloy of chromium, aluminum and silicon together with three other components, one of which is selected from nickel, cobalt, iron or a mixture of these elements, the second of which is selected from yttrium, hafnium, zirconium, lanthanum, scandium or a combination of those elements, and the third is selected from tantalum, titanium, platinum, palladium, rhenium, molybdenum, tungsten, niobium, boron or a combination of those elements. The mixed powder composition of these alloys is applied to the surface and heat treated to bond the coating to the surface.

El documento US 2001001399 divulga aleaciones de acero austenítico de níquel-cromo basadas en acero que son particularmente apropiadas para su uso como materiales resistentes al calor y de alta resistencia para piezas, tales como tuberías, en hornos de craqueo petroquímico que están destinados a la producción de etileno o gas de síntesis. La aleación es un acero con bajo contenido de carbono que contiene de 0.3 a 1.0 % de carbono. US 2001001399 discloses steel-based austenitic nickel-chromium steel alloys that are particularly suitable for use as heat-resistant and high-strength materials for parts, such as pipes, in petrochemical cracking furnaces that are intended for the production of ethylene or synthesis gas. The alloy is a low carbon steel containing 0.3 to 1.0% carbon.

Además de todas las cuestiones técnicas habituales asociadas con la preparación de un tubo de acero para su uso en una planta química, existen dos problemas particulares que deben abordarse al fabricar tuberías para este tipo de aplicación. Estos problemas surgen debido al duro entorno de trabajo al que estarán expuestos los tubos de acero y al hecho de que cualquier "tiempo de inactividad" en el funcionamiento de la planta es muy costoso en términos de pérdida de producción. Las tuberías deben ser resistentes a la oxidación y/o corrosión durante períodos prolongados de uso. Las tuberías también deben poder estar en servicio durante largos períodos de tiempo sin coquearse ni ensuciarse. La descoquización de los tubos del reactor se realiza tradicionalmente haciendo pasar aire y vapor a través de las tuberías para quemar el coque. Sin embargo, esta es una operación de al menos uno o dos días y, por lo tanto, da como resultado un tiempo de inactividad significativo y una pérdida de producción con los costes concomitantes de este tiempo de inactividad. In addition to all the usual technical issues associated with preparing a steel pipe for use in a chemical plant, there are two particular problems that must be addressed when manufacturing pipe for this type of application. These problems arise due to the harsh working environment that the steel tubes will be exposed to and the fact that any "downtime" in plant operation is very costly in terms of lost production. Pipes must be resistant to rust and/or corrosion over extended periods of use. The pipes must also be able to be in service for long periods of time without becoming coked or fouled. Decoking reactor tubes is traditionally done by passing air and steam through the tubes to burn the coke. However, this is an operation of at least one or two days and therefore results in significant downtime and loss of production with the attendant costs of this downtime.

La presente invención tiene como objetivo proporcionar tuberías que sean resistentes a la oxidación. Además la invención pretende que las superficies de estas tuberías sean resistentes a la formación de coque con la intención de reducir la frecuencia de las operaciones de descoquización. Un objetivo de la invención es que cuando la aleación se fabrica en tuberías, la superficie de éstas tenga una resistencia superior a la formación de coque en comparación con las tuberías convencionales. De manera similar, es un objetivo de la invención que una vez formados en tuberías y empleados en un reactor químico o entorno similar que la superficie de las tuberías sea estable y resistente al ataque químico, a la oxidación, a la corrosión, etc. Además, es un objetivo de la invención que las tuberías también tengan las propiedades mecánicas apropiadas en términos de resistencia a la fluencia y ductilidad, etc., que las tuberías existentes, de modo que sean apropiadas para su uso en reactores químicos de alta temperatura. The present invention aims to provide pipes that are resistant to oxidation. Furthermore, the invention aims for the surfaces of these pipes to be resistant to the formation of coke with the intention of reducing the frequency of decoking operations. An objective of the invention is that when the alloy is manufactured in pipes, the surface of these has a higher resistance to the formation of coke compared to conventional pipes. Similarly, it is an objective of the invention that once formed into pipes and used in a chemical reactor or similar environment that the surface of the pipes is stable and resistant to chemical attack, oxidation, corrosion, etc. Furthermore, it is an objective of the invention that the pipes also have the appropriate mechanical properties in terms of creep resistance and ductility, etc., than existing pipes, so that they are suitable for use in high temperature chemical reactors.

También es un objetivo de la presente invención preparar una tubería que pueda producirse mediante un procedimiento que sea conveniente de ejecutar, de modo que el procedimiento de fabricación sea relativamente sencillo. También es un objetivo proporcionar un procedimiento que sea aplicable a la producción a gran escala de tuberías de aleación de acero. La invención tiene como objetivo proporcionar un método de producción más económico y/o que también lo sea cuando se consideran interrupciones de uso y mantenimiento durante toda la vida. También es un objetivo de la presente invención proporcionar una aleación de acero que sea económica de fabricar y que evite o reduzca la necesidad de componentes de aleación costosos. It is also an object of the present invention to prepare a pipe that can be produced by a process that is convenient to execute, so that the manufacturing process is relatively simple. It is also an objective to provide a procedure that is applicable to the large scale production of alloy steel pipes. The invention aims to provide a more economical production method and/or that is also economical when considering interruptions in use and maintenance throughout life. It is also an object of the present invention to provide a steel alloy that is economical to manufacture and that avoids or reduces the need for expensive alloy components.

También es un objetivo tener tuberías que puedan prepararse sin necesidad de etapas de procesamiento posteriores adicionales. It is also a goal to have pipelines that can be prepared without the need for additional post-processing steps.

La invención satisface algunos o todos los objetivos anteriores. The invention satisfies some or all of the above objectives.

Según un primer aspecto de la presente invención, se proporciona una aleación que comprende: According to a first aspect of the present invention, there is provided an alloy comprising:

desde 0.15 a 0.35 % en peso de carbono, from 0.15 to 0.35% by weight of carbon,

desde 2.5 a 5.0 % en peso de aluminio, from 2.5 to 5.0% by weight of aluminum,

desde 40 a 45 % en peso de níquel, from 40 to 45% by weight of nickel,

desde 25 a 35 % en peso de cromo, from 25 to 35% by weight of chromium,

desde 0.50 a 1.50 % en peso de niobio y/o vanadio, from 0.50 to 1.50% by weight of niobium and/or vanadium,

desde 0.01 % en peso hasta 0.25 % en peso de itrio, from 0.01% by weight to 0.25% by weight of yttrium,

desde 0.01 % en peso hasta 0.25 % en peso de tungsteno y/o tantalio, from 0.01% by weight to 0.25% by weight of tungsten and/or tantalum,

desde 0.01 % en peso hasta 0.25 % en peso en total de uno o más de titanio y/o circonio y/o hafnio, from 0.01% by weight to 0.25% by weight in total of one or more of titanium and/or zirconium and/or hafnium,

hasta 0.9 % en peso de manganeso, up to 0.9% by weight of manganese,

hasta 0.9 % en peso de silicio, y up to 0.9% by weight of silicon, and

hasta 0.10 % en peso de nitrógeno, up to 0.10% by weight of nitrogen,

siendo el resto de la composición hierro e impurezas incidentales. the rest of the composition being iron and incidental impurities.

En una realización, la aleación comprende: In one embodiment, the alloy comprises:

desde 0.15 a 0.35 % en peso de carbono, from 0.15 to 0.35% by weight of carbon,

desde 2.5 a 5.0 % en peso de aluminio, from 2.5 to 5.0% by weight of aluminum,

desde 40 a 45 % en peso de níquel, from 40 to 45% by weight of nickel,

desde 25 a 35%en peso de cromo, from 25 to 35% by weight of chromium,

desde 0.50 a 1.50 % en peso de niobio y/o vanadio, from 0.50 to 1.50% by weight of niobium and/or vanadium,

desde 0.01 % en peso hasta 0.05 % en peso de itrio, from 0.01% by weight to 0.05% by weight of yttrium,

desde 0.05 % en peso hasta 0.25 % en peso de tungsteno y/o tantalio, from 0.05% by weight to 0.25% by weight of tungsten and/or tantalum,

desde 0.04 % en peso hasta 0.15 % en peso en total de uno o más de titanio y/o circonio y/o hafnio, from 0.04% by weight to 0.15% by weight in total of one or more of titanium and/or zirconium and/or hafnium,

una cantidad de hasta 0.9 % en peso de manganeso, an amount of up to 0.9% by weight of manganese,

una cantidad de hasta 0.6 % en peso de silicio, y an amount of up to 0.6% by weight of silicon, and

una cantidad de hasta 0.10 % en peso de nitrógeno, an amount of up to 0.10% by weight of nitrogen,

siendo el resto de la composición hierro e impurezas incidentales. the rest of the composition being iron and incidental impurities.

Las aleaciones de la invención se pueden usar para fabricar tubos de acero, particularmente tubos de acero destinadas a ser usadas en aplicaciones de ingeniería química tales como reactores químicos y craqueadores de etileno. The alloys of the invention can be used to manufacture steel tubes, particularly steel tubes intended for use in chemical engineering applications such as chemical reactors and ethylene crackers.

Es el control cuidadoso de la composición metalúrgica lo que contribuye a mejorar las propiedades anticoque de estas aleaciones. Cada uno de los componentes elementales descritos en las composiciones de acero anteriores juega un papel importante en las propiedades del acero y su resistencia a la coquización y la oxidación. Sin desear estar ligados a ninguna teoría, se cree que la combinación particular de elementos da lugar a las propiedades superiores de las aleaciones de la invención debido a la formación de una capa delgada pero continua de alúmina que se puede formar en la superficie de la aleación en una etapa temprana de uso. Esta capa es estable y contribuye a un nivel reducido de formación de coque porque la alúmina es efectivamente no catalítica y no promueve la formación de depósitos de carbono en la superficie. Por el contrario, la capa de alúmina que se forma durante el uso proporciona generalmente un ambiente que es desfavorable para la deposición de carbono sobre la superficie de las tuberías. It is the careful control of the metallurgical composition that contributes to improving the anti-coking properties of these alloys. Each of the elemental components described in the steel compositions above plays an important role in the properties of the steel and its resistance to coking and oxidation. Without wishing to be bound by any theory, it is believed that the particular combination of elements gives rise to the superior properties of the alloys of the invention due to the formation of a thin but continuous layer of alumina that can form on the surface of the alloy. at an early stage of use. This layer is stable and contributes to a reduced level of coke formation because the alumina is effectively non-catalytic and does not promote the formation of carbon deposits on the surface. In contrast, the alumina layer that forms during use generally provides an environment that is unfavorable for carbon deposition on the pipe surface.

Además, debido a la composición química particular de las aleaciones de la invención, es posible que esta capa protectora de óxido se forme en lo que se considerarían condiciones muy reductoras, tales como in situ en el craqueador de etileno. De hecho, las aleaciones de la presente invención son capaces de formar una capa superficial protectora estable incluso a presiones parciales de oxígeno tan bajas como 10-27 atmósferas. Esto significa que las tuberías fabricadas a partir de las aleaciones de la invención se pueden usar directamente sin necesidad de tratamiento adicional y sin necesidad de recubrimientos adicionales. Por consiguiente, un beneficio adicional de los tubos de acero de la invención (es decir, tuberías fabricadas usando aleaciones de acero de la invención) es que no requieren tratamiento posterior después de la producción para poder usarse en aplicaciones de ingeniería química. Esta es una ventaja significativa tanto en términos de tiempo como de coste en relación con las tuberías fabricadas con aleaciones existentes. Furthermore, due to the particular chemical composition of the alloys of the invention, it is possible that this protective oxide layer forms under what would be considered very reducing conditions, such as in situ in the ethylene cracker. In fact, the alloys of the present invention are capable of forming a stable protective surface layer even at oxygen partial pressures as low as 10-27 atmospheres. This means that pipes manufactured from the alloys of the invention can be used directly without the need for additional treatment and without the need for additional coatings. Accordingly, an additional benefit of steel tubes of the invention (i.e., pipes manufactured using steel alloys of the invention) is that they do not require post-production post-treatment in order to be used in chemical engineering applications. This is a significant advantage both in terms of time and cost over pipes made from existing alloys.

Las aleaciones de la invención también se benefician del hecho de que contienen poco o nada de níquel, cromo o hierro en la interfaz de la superficie de la aleación/gas de craqueo. Estos elementos normalmente se comportan como elementos catalíticos cuando están en contacto con el gas de craqueo y promoverían la formación y deposición de coque en condiciones normales de uso. La capacidad de las aleaciones de la presente invención para poder durante el servicio evitar cualquier concentración o la presencia total de estos elementos en su superficie y formar una capa de óxido de alúmina que contiene poco o ninguno de estos elementos representa una ventaja sustancial con respecto a las aleaciones de la técnica anterior. La retención de estos elementos particulares, que de otro modo serían problemáticos en términos de deposición de carbono, dentro de la matriz en masa de la aleación es, por lo tanto, una característica importante de las aleaciones de la presente invención y surge como resultado de la metalurgia cuidadosamente controlada. Por lo tanto, se puede ver que la combinación de la fina capa superficial de alúmina y la ausencia de componentes elementales tales como níquel, cromo y hierro en la superficie conducen juntas a mejoras sustanciales en la resistencia a la coquización, la formación de coque y la deposición. The alloys of the invention also benefit from the fact that they contain little or no nickel, chromium or iron at the alloy surface/cracking gas interface. These elements normally behave as catalytic elements when in contact with the cracking gas and would promote the formation and deposition of coke under normal conditions of use. The ability of the alloys of the present invention to be able during service to avoid any concentration or the complete presence of these elements on their surface and to form an alumina oxide layer containing little or none of these elements represents a substantial advantage over the alloys of the prior art. The retention of these particular elements, which would otherwise be problematic in terms of carbon deposition, within the bulk matrix of the alloy is therefore an important characteristic of the alloys of the present invention and arises as a result of carefully controlled metallurgy. Therefore, it can be seen that the combination of the thin surface layer of alumina and the absence of elemental components such as nickel, chromium and iron on the surface together lead to substantial improvements in resistance to coking, coke formation and the deposition.

Sorprendentemente, las proporciones relativas de los elementos necesarios para garantizar el efecto anticoque no afectan negativamente a las propiedades mecánicas de las aleaciones. Esto es importante porque se requieren buenas propiedades mecánicas de los componentes en aplicaciones de ingeniería química. Sorprendentemente, los inventores descubrieron que la combinación de elementos usados en las aleaciones de la presente invención también contribuye a la resistencia a altas temperaturas del tubo de acero. Surprisingly, the relative proportions of the elements necessary to guarantee the anti-coking effect do not negatively affect the mechanical properties of the alloys. This is important because good mechanical properties of components are required in chemical engineering applications. Surprisingly, the inventors discovered that the combination of elements used in the alloys of the present invention also contributes to the high temperature resistance of the steel tube.

Los componentes elementales individuales de la aleación desempeñan las funciones que se describen a continuación. The individual elemental components of the alloy perform the functions described below.

Carbono Carbon

Se requiere carbono en una cantidad desde 0.15 a 0.35 % en peso en las aleaciones de la invención. La cantidad se controla cuidadosamente porque el carbono tiene varias funciones diferentes. Por ejemplo, el carbono suele ser un componente importante del acero para proporcionar resistencia a la tracción y resistencia a la rotura por fluencia. Esto se debe a que el carbono es un componente esencial en la formación de carburos que normalmente proporcionan resistencia al acero debido a la precipitación de los carburos primarios y secundarios. Al mismo tiempo, debe controlarse estrechamente la interacción entre la cantidad de aluminio que se agrega y la cantidad de carbono. El aluminio es generalmente incompatible con el carbono ya que el aluminio rechaza el carbono en el sentido de disminuir su solubilidad en la matriz austenítica. Esto tiene el efecto de que el carbono migra a los límites de los granos durante la solidificación con la consecuencia de que la aleación precipita una cantidad excesiva de carburo de cromo primario, formando una red gruesa que la vuelve quebradiza. De acuerdo con lo anterior, es necesario tener suficiente carbono en la aleación para asegurar suficiente resistencia en la aleación resultante y esta es la razón del requisito de tener 0.15 % en peso o más de carbono en la aleación. Al mismo tiempo es importante asegurarse de que el límite superior de la cantidad de carbono no sea demasiado alto para que interactúe negativamente con el aluminio agregado. Por esta razón, el límite superior de carbono es 0.35 % en peso. En una realización preferida, la cantidad de carbono es desde 0.20 a 0.35 %, y en una realización más preferida la cantidad de carbono es desde 0.25 a 0.30 % en peso. Carbon is required in an amount from 0.15 to 0.35% by weight in the alloys of the invention. The amount is carefully controlled because carbon has several different functions. For example, carbon is often an important component of steel to provide tensile strength and resistance to creep rupture. This is because carbon is an essential component in the formation of carbides that normally provide strength to steel due to the precipitation of primary and secondary carbides. At the same time, the interaction between the amount of aluminum added and the amount of carbon must be closely controlled. Aluminum is generally incompatible with carbon since aluminum rejects carbon in the sense of decreasing its solubility in the austenitic matrix. This has the effect of carbon migrating to the grain boundaries during solidification with the consequence that the alloy precipitates an excessive amount of primary chromium carbide, forming a thick network that makes it brittle. According to the above, it is necessary to have sufficient carbon in the alloy to ensure sufficient strength in the resulting alloy and this is the reason for the requirement to have 0.15% by weight or more carbon in the alloy. At the same time it is important to ensure that the upper limit of the amount of carbon is not too high so that it interacts negatively with the added aluminum. For this reason, the upper limit of carbon is 0.35% by weight. In a preferred embodiment, the amount of carbon is from 0.20 to 0.35%, and in a more preferred embodiment the amount of carbon is from 0.25 to 0.30% by weight.

Aluminio Aluminum

El aluminio es otro componente muy importante de las aleaciones de la invención. El aluminio está presente en una cantidad desde 2.5 a 5.0 % en peso. Las aleaciones de aluminio son generalmente difíciles de fundir y, por lo tanto, pueden ser un trabajo duro y complicado. Los aceros de la presente invención son relativamente fáciles de trabajar a pesar de la presencia de aluminio. Aluminum is another very important component of the alloys of the invention. Aluminum is present in an amount from 2.5 to 5.0% by weight. Aluminum alloys are generally difficult to cast and therefore can be hard and complicated work. The steels of the present invention are relatively easy to work despite the presence of aluminum.

El aluminio es necesario para la formación de la capa protectora de alúmina en la superficie. Al mismo tiempo, el aluminio y el carbono compiten por la solubilidad y esto puede ser un problema. Por otra parte, como se mencionó anteriormente, el aluminio también disminuye la solubilidad del carbono pero, recíprocamente, el carbono disminuye la solubilidad del aluminio en la matriz, lo que conduce a la fragilidad. No sólo por la precipitación de carburo de cromo espeso en el límite de grano durante la solidificación, sino también por la posibilidad de precipitar además intermetálico de aluminuro de níquel espeso. De hecho, el aluminio también ha sido rechazado al igual que el carbono durante la solidificación por la matriz austenítica. Se trata de la indeseable precipitación de aluminuro de níquel, conocido por sus propiedades fragilizantes, durante la solidificación. Aluminum is necessary for the formation of the protective alumina layer on the surface. At the same time, aluminum and carbon compete for solubility and this can be a problem. On the other hand, as mentioned above, aluminum also decreases the solubility of carbon but, reciprocally, carbon decreases the solubility of aluminum in the matrix, which leads to brittleness. Not only because of the precipitation of thick chromium carbide at the grain boundary during solidification, but also because of the possibility of additionally precipitating thick nickel aluminide intermetallic. In fact, aluminum has also been rejected like carbon during solidification by the austenitic matrix. This is the undesirable precipitation of nickel aluminide, known for its embrittlement properties, during solidification.

Por lo tanto, es importante garantizar que el límite superior de aluminio no supere el 5 % en peso para que la aleación no se vuelva quebradiza y forme un exceso incontrolado de aluminuro de níquel intermetálico en el espacio interdéntrico y en los límites de los granos. Al mismo tiempo, se requiere una cantidad mínima de aluminio del 2.5 % en peso para garantizar que durante el uso se pueda formar un recubrimiento sustancialmente continuo de alúmina sobre la superficie de la aleación. Therefore, it is important to ensure that the upper limit of aluminum does not exceed 5% by weight so that the alloy does not become brittle and form an uncontrolled excess of intermetallic nickel aluminide in the interdental space and grain boundaries. At the same time, a minimum amount of aluminum of 2.5% by weight is required to ensure that a substantially continuous coating of alumina can form on the surface of the alloy during use.

Por lo tanto, el aluminio se agrega a la aleación para permitir la formación de una fina capa protectora continua, densa, homogénea y adherente de alúmina (óxido de aluminio) sobre la superficie de la aleación durante el servicio. Esta capa de óxido de aluminio es resistente a la oxidación (el crecimiento lento de la capa de óxido durante el servicio evita una mayor reacción u oxidación de la aleación). El óxido de aluminio es una barrera superficial estable que detiene la difusión del carbono en la aleación. Sirve para facilitar la anticoquización (sin reacción catalítica que implique la formación de grafito/coque durante el craqueo), protegiendo la aleación y permite que su superficie sea neutra cuando se expone al gas que se va a craquear. Therefore, aluminum is added to the alloy to allow the formation of a continuous, dense, homogeneous and adherent thin protective layer of alumina (aluminum oxide) on the surface of the alloy during service. This aluminum oxide layer is resistant to oxidation (slow growth of the oxide layer during service prevents further reaction or oxidation of the alloy). Aluminum oxide is a stable surface barrier that stops carbon diffusion in the alloy. It serves to facilitate anti-coking (without catalytic reaction that involves the formation of graphite/coke during cracking), protecting the alloy and allowing its surface to be neutral when exposed to the gas to be cracked.

Cuanto mayor sea el contenido de aluminio, mayor será el depósito/existencia de aluminio, lo cual es importante en caso de que sea necesario volver a formar la capa de óxido de aluminio. Las condiciones bajo las cuales esto podría ser un problema incluyen la espalación del óxido de aluminio debido a una sobredescoquización, una variación en las condiciones de servicio o un evento no controlado en el horno de craqueo. La alúmina también proporciona resistencia a la carburación como se describió anteriormente y, por consiguiente, es importante garantizar que haya suficiente aluminio en la aleación para proporcionar una capa eficaz. Ésta es la razón por la que se especifica el límite inferior de aluminio. El mínimo de 2.5 % en peso es importante para garantizar la formación de la capa a una velocidad adecuada durante el servicio. The higher the aluminum content, the greater the aluminum deposition/stock, which is important in case the aluminum oxide layer needs to be re-formed. Conditions under which this could be a problem include spallation of aluminum oxide due to over-decoking, a variation in service conditions, or an uncontrolled event in the cracking furnace. Alumina also provides resistance to carburization as described above and therefore it is important to ensure that there is sufficient aluminum in the alloy to provide an effective coating. This is the reason why the lower limit of aluminum is specified. The minimum of 2.5 wt% is important to ensure layer formation at an adequate rate during service.

En el caso de las aleaciones de la presente invención, el contenido de aluminio puede exceder los niveles habituales que normalmente se incluyen en los aceros al aluminio específicamente debido al nivel deliberadamente bajo de carbono que se agrega a las aleaciones de la invención. Por lo tanto, es posible que la cantidad de aluminio alcance niveles mucho mayores que el 3.5 % en peso debido al contenido relativamente bajo de carbono, pudiéndose alcanzar cantidades de aluminio de hasta el 5.0 % en peso sin dañar las propiedades de la aleación. Por encima de este nivel existe el riesgo de que la aleación se vuelva quebradiza, de modo que, por ejemplo, pueda romperse durante la manipulación o durante los siguientes pasos de fabricación, como el enderezamiento de la tubería después de la fundición. In the case of the alloys of the present invention, the aluminum content may exceed the usual levels normally included in aluminum steels specifically due to the deliberately low level of carbon that is added to the alloys of the invention. Therefore, it is possible for the amount of aluminum to reach levels much higher than 3.5% by weight due to the relatively low carbon content, and amounts of aluminum of up to 5.0% by weight can be achieved without damaging the properties of the alloy. Above this level there is a risk that the alloy becomes brittle, so that, for example, it may break during handling or during subsequent manufacturing steps, such as straightening the pipe after casting.

El contenido de aluminio está preferiblemente en el intervalo de 3.0 % en peso a 5.0 % en peso, y más preferiblemente está en el intervalo desde 3.2 % en peso a 4.6 % en peso, tal como en el intervalo de 3.5 % en peso a 4.5 % en peso. The aluminum content is preferably in the range of 3.0% by weight to 5.0% by weight, and more preferably is in the range of 3.2% by weight to 4.6% by weight, such as in the range of 3.5% by weight to 4.5 % in weigh.

Es importante señalar que el contenido máximo y mínimo de aluminio se considera en relación con el contenido de carbono. Esto también es relevante para el aumento de la expansión térmica de la aleación a alta temperatura. Las proporciones relativas de carbono y aluminio, calculadas en términos de su % en peso en la aleación, oscilan desde aproximadamente 1: 33.3 a 1: 7.1. Preferiblemente, las cantidades relativas están en el intervalo desde aproximadamente 1: 17 a 1: 22. It is important to note that the maximum and minimum aluminum content is considered in relation to the carbon content. This is also relevant to the increase in thermal expansion of the alloy at high temperature. The relative proportions of carbon and aluminum, calculated in terms of their weight % in the alloy, range from approximately 1:33.3 to 1:7.1. Preferably, the relative amounts are in the range from about 1:17 to 1:22.

Cromo Chrome

El cromo está presente en una cantidad desde 25 % en peso a 35 % en peso. El cromo forma una red de carburo primaria durante la solidificación (como se describe en el caso del carbono) que confiere resistencia primaria a la aleación y también forma carburos secundarios durante el servicio con buenas propiedades de resistencia a la fluencia. En el caso de que el aluminio se haya agotado por completo tras un largo servicio de la aleación, o tras una espectacular descoquización del horno, el cromo podrá formar una capa de óxido que podrá retrasar la carburación de la aleación. El contenido de cromo de la matriz es capaz de retrasar la carbonización/carburación de la aleación atrapando el carbono cuando está en procedimiento de difusión, formando así carburos de cromo. Chromium is present in an amount from 25% by weight to 35% by weight. Chromium forms a primary carbide network during solidification (as described for carbon) that imparts primary strength to the alloy and also forms secondary carbides during service with good creep resistance properties. In the event that the aluminum has been completely exhausted after a long service of the alloy, or after a spectacular decoking of the furnace, the chromium may form an oxide layer that may delay the carburization of the alloy. The chromium content of the matrix is capable of delaying the carbonization/carburization of the alloy by trapping the carbon when it is in the diffusion process, thus forming chromium carbides.

El cromo no es anticoque, pero proporciona un efecto de resistencia a la corrosión y a la oxidación eficaz y bien documentado, además de actuar como formador de carburo. La formación de carburos asegura la fluencia y fortalece las precipitaciones en la aleación. El límite inferior de 25 % en peso de cromo se requiere para garantizar una resistencia a la oxidación suficiente y el límite superior de 35 % en peso está determinado por el hecho de que por encima de este nivel es difícil obtener una fase de austenita estable. Además, un nivel demasiado alto de cromo hace que el acero sea inviable. En algunas realizaciones, el cromo está presente en el intervalo de 26 % en peso a 31 % en peso, más particularmente en el intervalo de 28 % en peso a 31 % en peso, tal como en el intervalo de 28 % en peso a 30 % en peso. En determinados casos, la cantidad de cromo está en el intervalo desde 29 % en peso a 30 % en peso. En algunas realizaciones alternativas, el cromo está presente en el intervalo desde 30 % en peso a 33 % en peso, y más preferiblemente en el intervalo desde 31 % en peso a 32 % en peso. Chromium is not anti-coking, but provides an effective and well-documented oxidation and corrosion resistance effect, as well as acting as a carbide former. The formation of carbides ensures creep and strengthens precipitations in the alloy. The lower limit of 25 wt% chromium is required to ensure sufficient oxidation resistance and the upper limit of 35 wt% is determined by the fact that above this level it is difficult to obtain a stable austenite phase. Additionally, too high a level of chromium makes steel unworkable. In some embodiments, chromium is present in the range of 26% by weight to 31% by weight, more particularly in the range of 28% by weight to 31% by weight, such as in the range of 28% by weight to 30 % in weigh. In certain cases, the amount of chromium is in the range of 29% by weight to 30% by weight. In some alternative embodiments, chromium is present in the range from 30 wt% to 33 wt%, and more preferably in the range from 31 wt% to 32 wt%.

El contenido de cromo se determina en equilibrio con el contenido de níquel de la aleación de modo que la aleación final posea una matriz base austenítica estable a temperatura elevada. Es importante que exista una matriz austenítica estable en cada temperatura de servicio esperada a la que probablemente esté expuesta la aleación. Por lo tanto, es importante considerar la cantidad de cromo que se usará en el contexto de la cantidad de níquel que también está presente en la aleación. Se pretende que la cantidad relativamente alta de cromo proporcione su disponibilidad para formar óxido de cromo en la superficie y permita que el cromo atrape carbono en forma de carburo de cromo en caso de carburación no contenida en el óxido de alúmina fino. The chromium content is determined in equilibrium with the nickel content of the alloy so that the final alloy has an austenitic base matrix stable at elevated temperature. It is important that a stable austenitic matrix exists at each expected service temperature to which the alloy is likely to be exposed. Therefore, it is important to consider the amount of chromium to be used in the context of the amount of nickel that is also present in the alloy. The relatively high amount of chromium is intended to provide its availability to form chromium oxide on the surface and to allow the chromium to trap carbon in the form of chromium carbide in case of carburization not contained in the fine alumina oxide.

Níquel Nickel

El níquel está presente en una cantidad desde 40 % en peso a 45 % en peso. El níquel proporciona la base de matriz austenítica estable de la aleación. El níquel es un elemento esencial para obtener una estructura de austenita estable y mejora la estabilidad de la austenita y suprime la generación de la fase sigma. El níquel es el elemento estabilizador austenítico, lo que permite que la aleación sea generalmente resistente por encima de 800 °C. Por lo tanto forma una matriz estable con el hierro que permite la posible precipitación de los carburos/nitruros. El límite inferior del contenido de níquel se elige simplemente porque es una cantidad suficiente para mejorar la estabilidad de la austenita con respecto a los límites inferiores de los otros elementos. El límite inferior del contenido de níquel se elige simplemente porque es una cantidad suficiente para mejorar la estabilidad de la austenita con respecto a los límites inferiores de los otros elementos. Nickel is present in an amount from 40% by weight to 45% by weight. Nickel provides the stable austenitic matrix base of the alloy. Nickel is an essential element to obtain a stable austenite structure and improves the stability of austenite and suppresses the generation of sigma phase. Nickel is the austenitic stabilizing element, allowing the alloy to be generally strong above 800°C. Therefore it forms a stable matrix with iron that allows the possible precipitation of carbides/nitrides. The lower limit of nickel content is chosen simply because it is a sufficient amount to improve the stability of austenite relative to the lower limits of the other elements. The lower limit of nickel content is chosen simply because it is a sufficient amount to improve the stability of austenite relative to the lower limits of the other elements.

El níquel también es muy importante para aplicaciones de hornos de craqueo, ya que proporciona una mejor resistencia a la carburación de la aleación, debido a su lenta cinética de difusión de carbono. En este sentido, la cinética del níquel en términos de carburación es mucho más lenta que en el caso del hierro. Por otra parte, el níquel puede ser perjudicial en algunas circunstancias porque favorece la formación de coque catalítico cuando está presente en la superficie de la aleación, y más precisamente en la interfaz aleación/gas de craqueo. Por tanto, el límite superior de níquel es necesario para contribuir a la resistencia a la carburación de la aleación pero al mismo tiempo no debe excederse debido a su propiedad conocida de promover la coquización catalítica si aparece en la superficie de la aleación. Por lo tanto, es importante asegurarse de que no haya demasiado níquel en la aleación. Además, el níquel es un material caro y, en consecuencia, evitar emplear un contenido de níquel también tiene una ventaja económica. El límite inferior del níquel se rige por la necesidad de proporcionar una matriz austenítica adecuada. En algunas realizaciones, el níquel está presente en una cantidad desde 42 % en peso a 45 % en peso, y más preferiblemente en una cantidad desde 42 % en peso a 44 % en peso. En algunas realizaciones particularmente preferidas, el níquel está presente en una cantidad desde 42.5 % en peso a 43.5 % en peso. Nickel is also very important for cracking furnace applications, as it provides better resistance to carburization of the alloy, due to its slow carbon diffusion kinetics. In this sense, the kinetics of nickel in terms of carburization is much slower than in the case of iron. On the other hand, nickel can be harmful in some circumstances because it favors the formation of catalytic coke when it is present on the surface of the alloy, and more precisely at the alloy/cracking gas interface. Therefore, the upper limit of nickel is necessary to contribute to the carburization resistance of the alloy but at the same time should not be exceeded due to its known property of promoting catalytic coking if it appears on the surface of the alloy. Therefore, it is important to ensure that there is not too much nickel in the alloy. Furthermore, nickel is an expensive material and, consequently, avoiding using nickel content also has an economic advantage. The lower limit of nickel is governed by the need to provide a suitable austenitic matrix. In some embodiments, the nickel is present in an amount from 42% by weight to 45% by weight, and more preferably in an amount from 42% by weight to 44% by weight. In some particularly preferred embodiments, the nickel is present in an amount of from 42.5% by weight to 43.5% by weight.

En algunas realizaciones alternativas de la invención, es posible sustituir parte del contenido de níquel por cobalto. El cobalto es capaz de realizar la misma función que el níquel en las aleaciones de la invención. En tales realizaciones, la cantidad total de cobalto y níquel es desde 40 % en peso a 45 % en peso. Hasta un 75 % en peso del níquel puede sustituirse por cobalto y, en principio, cualquier cantidad desde un 1 % en peso hasta un 75 % en peso de níquel puede sustituirse por cobalto; sin embargo, en la práctica es más habitual sustituir entre un 5 % en peso y un 15 % en peso del níquel por cobalto debido al mayor coste del cobalto. La cantidad de níquel (y cobalto, cuando esté presente) que se incluye en la aleación de la presente invención se controla cuidadosamente en relación con la cantidad de cromo que está presente para garantizar que la aleación sea realmente una matriz austenítica estable a cualquier temperatura de servicio que se emplee. In some alternative embodiments of the invention, it is possible to replace part of the nickel content with cobalt. Cobalt is capable of performing the same function as nickel in the alloys of the invention. In such embodiments, the total amount of cobalt and nickel is from 40% by weight to 45% by weight. Up to 75% by weight of nickel can be replaced by cobalt and, in principle, any amount from 1% by weight to 75% by weight of nickel can be replaced by cobalt; However, in practice it is more common to replace between 5% by weight and 15% by weight of nickel with cobalt due to the higher cost of cobalt. The amount of nickel (and cobalt, when present) that is included in the alloy of the present invention is carefully controlled in relation to the amount of chromium that is present to ensure that the alloy is truly a stable austenitic matrix at any temperature. service that is used.

Niobio Niobium

El niobio está presente en una cantidad desde 0.50 a 1.50%en peso. La función del niobio es formar carburos primarios delgados durante la solidificación, estos carburos primarios tienen la particularidad en esta aleación específica de volver a disolverse a alta temperatura (por lo tanto durante el servicio) y como consecuencia de facilitar la precipitación de los carburos secundarios y asegurar su dispersión. Esto contribuye a la resistencia a la fluencia de la aleación. Niobium is present in an amount from 0.50 to 1.50% by weight. The function of niobium is to form thin primary carbides during solidification, these primary carbides have the particularity in this specific alloy of re-dissolving at high temperature (therefore during service) and as a consequence of facilitating the precipitation of the secondary carbides and ensure its dispersion. This contributes to the creep resistance of the alloy.

Por lo tanto, los carburos de niobio primarios actúan como depósito de carbono, que luego puede liberarse a la temperatura de servicio para crear carburos más eficientes en fluencia. Esta función es esencial, ya que el carbono no se encuentra en el exceso habitual que sería típico en una aleación de alta temperatura que tiene un contenido de carbono superior al 0.40 % en peso. En las aleaciones de la presente invención, la liberación de carbono por el niobio compensa esto y por lo tanto proporciona carbono cuando es necesario. Además, durante la solidificación, los carburos de niobio se forman principalmente en el espacio interdendrítico o límite de grano, participando así predominantemente en la red de carburos primarios. La cantidad de niobio empleada se elige en función de su eficacia para alterar la red primaria de carburo de cromo. En algunas realizaciones, el niobio está presente en una cantidad desde 0.80 % en peso a 1.10 % en peso, y preferiblemente desde 0.80 % en peso a 0.90 % en peso o desde 0.90 % en peso a 1.10 % en peso. En otras realizaciones, el niobio está presente en una cantidad desde 1.10 % en peso a 1.30 % en peso. Therefore, the primary niobium carbides act as a carbon reservoir, which can then be released at service temperature to create more creep-efficient carbides. This feature is essential as carbon is not present in the usual excess that would be typical in a high temperature alloy having a carbon content greater than 0.40 wt%. In the alloys of the present invention, the release of carbon by niobium compensates for this and therefore provides carbon when necessary. Furthermore, during solidification, niobium carbides form mainly in the interdendritic space or grain boundary, thus predominantly participating in the primary carbide network. The amount of niobium used is chosen based on its effectiveness in altering the primary chromium carbide network. In some embodiments, the niobium is present in an amount from 0.80 wt% to 1.10 wt%, and preferably from 0.80 wt% to 0.90 wt% or from 0.90 wt% to 1.10 wt%. In other embodiments, the niobium is present in an amount of from 1.10% by weight to 1.30% by weight.

En algunas realizaciones alternativas de la invención, es posible sustituir el niobio por vanadio. El vanadio es un formador de carburos del mismo grupo periódico que el niobio y puede emplearse en las mismas cantidades que las descritas anteriormente para el niobio. Además, se puede emplear una mezcla de los dos siempre que se cumplan los intervalos mencionados anteriormente para el niobio para la mezcla. In some alternative embodiments of the invention, it is possible to replace niobium with vanadium. Vanadium is a carbide former of the same periodic group as niobium and can be used in the same quantities as those described above for niobium. Additionally, a mixture of the two can be employed as long as the ranges mentioned above for niobium are met for the mixture.

Titanio, zirconio y hafnio Titanium, zirconium and hafnium

El titanio y/o el circonio pueden estar presentes independientemente uno del otro en una cantidad total del 0.01 % en peso al 0.25 % en peso, y preferiblemente en una cantidad desde 0.04 % en peso al 0.15 % en peso. En otras palabras, dentro del intervalo indicado puede estar presente titanio, sin que esté presente circonio; o puede estar presente circonio dentro del intervalo indicado, sin que esté presente titanio; o pueden estar presentes tanto titanio como circonio y en este caso cada uno puede estar presente en cualquier cantidad dentro del intervalo indicado, sujeto a no exceder el límite total. Ambos elementos funcionan de manera similar formando carburos. Generalmente se prefiere tener titanio presente. En algunas realizaciones, la cantidad del elemento o elementos (normalmente, pero no necesariamente, solo titanio) es desde 0.08 % en peso a 0.15 % en peso, y más preferiblemente es desde 0.08 % en peso a 0.13 % en peso. En algunas realizaciones, solo está presente titanio en esta cantidad y sustancialmente no hay circonio ni hafnio presentes. The titanium and/or zirconium may be present independently of each other in a total amount of 0.01% by weight to 0.25% by weight, and preferably in an amount from 0.04% by weight to 0.15% by weight. In other words, within the indicated range titanium may be present, without zirconium being present; or zirconium may be present within the indicated range, without titanium being present; or both titanium and zirconium may be present and in this case each may be present in any quantity within the indicated range, subject to not exceeding the total limit. Both elements work in a similar way forming carbides. It is generally preferred to have titanium present. In some embodiments, the amount of the element(s) (typically, but not necessarily, titanium alone) is from 0.08 wt% to 0.15 wt%, and more preferably is from 0.08 wt% to 0.13 wt%. In some embodiments, only titanium is present in this amount and substantially no zirconium or hafnium is present.

El titanio y el circonio son elementos formadores de carburo estables y se usan solos o juntos para mejorar las propiedades de fluencia de la aleación. Cualquiera de los elementos individualmente o ambos elementos juntos hacen esto precipitando carburos secundarios durante el servicio. Por otra parte, como elementos formadores de carburos, no sólo forman sus respectivos carburos sino que también son capaces de formar precipitados de doble carburo de titanio/circonio-niobio que mejoran la resistencia a la fluencia. Titanium and zirconium are stable carbide-forming elements and are used alone or together to improve the creep properties of the alloy. Either element individually or both elements together do this by precipitating secondary carbides during service. On the other hand, as carbide-forming elements, they not only form their respective carbides but are also capable of forming titanium/zirconium-niobium double carbide precipitates that improve creep resistance.

Además, el titanio y el circonio tienen una segunda función: son captadores muy activos de oxígeno y, en consecuencia, ayudan a proteger de la oxidación el aluminio presente en la masa fundida. Por lo tanto, estos elementos se oxidan antes que el aluminio. Se agregan titanio/circonio a la masa fundida como desoxidante. In addition, titanium and zirconium have a second function: they are very active oxygen scavengers and, consequently, help protect the aluminum present in the melt from oxidation. Therefore, these elements oxidize before aluminum. Titanium/zirconium are added to the melt as a deoxidizer.

Las cantidades de uno o ambos elementos que se usan representan un equilibrio entre la obtención de una mejora en las propiedades de fluencia de la aleación (que disminuyen debido a la adición de aluminio) y la formación indeseable de óxidos, carburos y nitruros cuando se agrega demasiado. En efecto, la adición de una cantidad demasiado elevada de titanio o circonio puede conducir a la formación indeseable de óxidos, carburos y nitruros, endureciendo demasiado la aleación. The amounts of one or both elements used represent a balance between obtaining an improvement in the creep properties of the alloy (which are decreased due to the addition of aluminum) and the undesirable formation of oxides, carbides and nitrides when added. too much. Indeed, the addition of too high a quantity of titanium or zirconium can lead to the undesirable formation of oxides, carbides and nitrides, hardening the alloy too much.

El coste también es un problema ya que ambos elementos son materias primas caras. Cost is also an issue as both items are expensive raw materials.

En algunas realizaciones alternativas de la invención, es posible sustituir una o ambas cantidades de titanio y circonio por hafnio. In some alternative embodiments of the invention, it is possible to replace one or both amounts of titanium and zirconium with hafnium.

Por tanto, en determinadas realizaciones de la invención se puede emplear hafnio además de o en lugar de uno o ambos de titanio y circonio. En otras palabras, en algunas realizaciones de la invención puede que no haya titanio o circonio presentes en la aleación y esté presente hafnio en lugar de estos elementos. En otras realizaciones, parte o todo el titanio y/o circonio se reemplaza por hafnio, con la consecuencia de que los tres elementos están presentes. En esta circunstancia, la cantidad mínima de los tres elementos juntos sería 0.04 % en peso y la cantidad máxima de los tres elementos juntos sería 0.15 % en peso. El hafnio es eficaz para aumentar las propiedades de resistencia a la fluencia de la aleación, pero tiene la desventaja de ser una materia prima cara. Therefore, in certain embodiments of the invention, hafnium can be used in addition to or instead of one or both of titanium and zirconium. In other words, in some embodiments of the invention there may be no titanium or zirconium present in the alloy and hafnium may be present in place of these elements. In other embodiments, some or all of the titanium and/or zirconium is replaced by hafnium, with the consequence that all three elements are present. In this circumstance, the minimum amount of the three elements together would be 0.04% by weight and the maximum amount of the three elements together would be 0.15% by weight. Hafnium is effective in increasing the creep resistance properties of the alloy, but has the disadvantage of being an expensive raw material.

En determinadas realizaciones de la invención, es preferible que se use titanio en las aleaciones de la invención sin que esté presente circonio o hafnio. En una realización alternativa de la invención, se pueden usar tanto titanio como circonio sin que esté presente el hafnio. In certain embodiments of the invention, it is preferred that titanium be used in the alloys of the invention without zirconium or hafnium being present. In an alternative embodiment of the invention, both titanium and zirconium can be used without hafnium being present.

Tungsteno Tungsten

El tungsteno está presente en una cantidad desde 0.01 % en peso a 0.25 % en peso, y preferiblemente está presente en una cantidad desde 0.05 % en peso a 0.25 % en peso. El tungsteno es un elemento grande en términos de su tamaño atómico y también es un elemento formador de carburos. Ambos factores contribuyen a una mejora de las propiedades de fluencia de la aleación cuando se agrega tungsteno. La cantidad de tungsteno que se agrega es un equilibrio entre mejorar las propiedades de fluencia y limitar el alargamiento por deformación plástica resultante de alta temperatura involucrado por su presencia. Hay rendimientos decrecientes en esta mejora, por un lado, y el gasto de la adición de tungsteno, por otro lado. En algunas realizaciones, la cantidad de tungsteno es desde 0.05 % en peso a 0.15 % en peso, y más preferiblemente es desde 0.05 % en peso a 0.10 % en peso. En determinadas realizaciones, la cantidad de tungsteno es preferiblemente desde 0.01 % en peso a 0.05 % en peso. The tungsten is present in an amount from 0.01% by weight to 0.25% by weight, and preferably is present in an amount from 0.05% by weight to 0.25% by weight. Tungsten is a large element in terms of its atomic size and is also a carbide-forming element. Both factors contribute to an improvement in the alloy's creep properties when tungsten is added. The amount of tungsten added is a balance between improving creep properties and limiting the resulting high temperature plastic strain elongation involved by its presence. There are diminishing returns to this improvement, on the one hand, and the expense of adding tungsten, on the other hand. In some embodiments, the amount of tungsten is from 0.05% by weight to 0.15% by weight, and more preferably is from 0.05% by weight to 0.10% by weight. In certain embodiments, the amount of tungsten is preferably from 0.01% by weight to 0.05% by weight.

En determinadas realizaciones alternativas de la invención, el tungsteno puede sustituirse por tantalio para el mismo fin. En esta circunstancia, no habría tungsteno presente en la aleación y la cantidad de tungsteno sería reemplazada por la misma cantidad de tantalio. En estas realizaciones alternativas, la cantidad de tantalio sería, por lo tanto, desde 0.01 % en peso a 0.25 % en peso, prefiriéndose para el tantalio subintervalos similares a los descritos anteriormente en relación con el tungsteno. Sin embargo, es preferible usar tungsteno en lugar de tantalio. En determinadas realizaciones, se podrían usar tanto tungsteno como tantalio en cantidades tales que la cantidad total de ambos elementos sea desde 0.01 % en peso a 0.25 % en peso. In certain alternative embodiments of the invention, the tungsten can be replaced by tantalum for the same purpose. In this circumstance, there would be no tungsten present in the alloy and the amount of tungsten would be replaced by the same amount of tantalum. In these alternative embodiments, the amount of tantalum would therefore be from 0.01% by weight to 0.25% by weight, with subranges similar to those described above in relation to tungsten being preferred for tantalum. However, it is preferable to use tungsten instead of tantalum. In certain embodiments, both tungsten and tantalum could be used in amounts such that the total amount of both elements is from 0.01% by weight to 0.25% by weight.

Itrio Yttrium

El itrio está presente en una cantidad desde 0.01 % en peso a 0.25 % en peso, y preferiblemente está presente en una cantidad desde 0.01 % en peso a 0.05 % en peso. Una cantidad particularmente preferida es desde 0.03 % en peso a 0.05 % en peso. El itrio desempeña varias funciones en las aleaciones de la invención. En primer lugar, sirve para proteger la adición de aluminio a la masa fundida, ya que la masa fundida se forma al aire y no bajo una atmósfera protectora especial. Yttrium is present in an amount from 0.01% by weight to 0.25% by weight, and preferably is present in an amount from 0.01% by weight to 0.05% by weight. A particularly preferred amount is from 0.03% by weight to 0.05% by weight. Yttrium plays several functions in the alloys of the invention. First of all, it serves to protect the addition of aluminum to the melt, since the melt is formed in air and not under a special protective atmosphere.

El itrio es más reactivo con el oxígeno que el aluminio, por lo que actúa como eliminador de oxígeno. Yttrium is more reactive with oxygen than aluminum, so it acts as an oxygen scavenger.

Además, el itrio, cuando está presente en pequeñas cantidades, modifica la forma de la red de carburo primario haciendo que los carburos resultantes sean más delgados y discontinuos y, en consecuencia, menos quebradizos. El itrio también tiene la ventaja de mejorar la adherencia de la capa de óxido superficial, actuando como "sumidero" de las cavidades. Furthermore, yttrium, when present in small amounts, modifies the shape of the primary carbide network making the resulting carbides thinner and discontinuous and, consequently, less brittle. Yttrium also has the advantage of improving the adhesion of the surface oxide layer, acting as a "sink" for the cavities.

No es necesario tener una cantidad muy grande de itrio (otro elemento muy caro) en la aleación para lograr estos efectos beneficiosos y una cantidad dentro del intervalo indicado es suficiente para este propósito. En algunas realizaciones, la cantidad de itrio es desde 0.01 % en peso a 0.03 % en peso. It is not necessary to have a very large amount of yttrium (another very expensive element) in the alloy to achieve these beneficial effects and an amount within the indicated range is sufficient for this purpose. In some embodiments, the amount of yttrium is from 0.01% by weight to 0.03% by weight.

Silicio Silicon

El silicio está presente en una cantidad hasta 0.9 % en peso. En algunas realizaciones, el silicio está presente en una cantidad hasta 0.6 % en peso. En determinadas realizaciones, la cantidad de silicio es desde 0.6 % en peso a 0.9 % en peso. El silicio proporciona la función de desoxidante y suele ser un componente esencial en un acero inoxidable austenita. El silicio también puede contribuir a aumentar la estabilidad de cualquier película de óxido superficial. El silicio también proporciona cierta fluidez al baño fundido antes de la adición del aluminio a la masa fundida. Por otro lado, si el contenido de silicio es demasiado alto, se reduce la capacidad de trabajo del acero. Un alto contenido de Si también puede provocar la formación de una fase perjudicial conocida como fase G, que está compuesta de níquel, silicio y niobio (Ni16Nb6Si7). En consecuencia, la cantidad de silicio debe controlarse cuidadosamente. En algunas realizaciones, el silicio está presente en una cantidad desde 0.3 % en peso a 0.6 % en peso, y más preferiblemente desde 0.5 % en peso a 0.6 % en peso. En determinadas realizaciones, el silicio puede estar ausente o solo se necesita un límite inferior de silicio del 0.1 % en peso. Silicon is present in an amount up to 0.9% by weight. In some embodiments, silicon is present in an amount up to 0.6% by weight. In certain embodiments, the amount of silicon is from 0.6% by weight to 0.9% by weight. Silicon provides the deoxidant function and is usually an essential component in an austenite stainless steel. Silicon can also help increase the stability of any surface oxide film. Silicon also provides some fluidity to the molten pool prior to the addition of aluminum to the melt. On the other hand, if the silicon content is too high, the workability of the steel is reduced. High Si content can also cause the formation of a harmful phase known as G phase, which is composed of nickel, silicon and niobium (Ni16Nb6Si7). Consequently, the amount of silicon must be carefully controlled. In some embodiments, the silicon is present in an amount from 0.3% by weight to 0.6% by weight, and more preferably from 0.5% by weight to 0.6% by weight. In certain embodiments, silicon may be absent or only a lower limit of 0.1 wt% silicon is needed.

Manganeso Manganese

El manganeso está presente en una cantidad hasta 0.9 % en peso. El manganeso puede mejorar la capacidad de trabajo de la aleación y también es un desoxidante eficaz y contribuye a la formación de austenita en el acero. Sin embargo, el alto coeficiente de difusión del manganeso a alta temperatura hace que compita con el aluminio. Por otra parte, la adición de demasiado manganeso puede dar como resultado una reducción de la resistencia a altas temperaturas y también de la tenacidad durante un período prolongado de tiempo. En consecuencia, la cantidad de manganeso debe limitarse al 0.9 % en peso. En algunas realizaciones, el manganeso está presente en una cantidad desde 0.4 % en peso a 0.8 % en peso, y más preferiblemente de 0.4 % en peso a 0.6 % en peso. En determinadas realizaciones, el manganeso está presente en una cantidad desde 0.7 % en peso a 0.9 % en peso. En determinadas realizaciones, el manganeso puede estar ausente o solo se necesita un límite inferior de manganeso del 0.1%en peso. Manganese is present in an amount up to 0.9% by weight. Manganese can improve the workability of the alloy and is also an effective deoxidizer and contributes to the formation of austenite in steel. However, manganese's high diffusion coefficient at high temperature makes it compete with aluminum. On the other hand, the addition of too much manganese can result in a reduction in high temperature strength and also toughness over a prolonged period of time. Consequently, the amount of manganese should be limited to 0.9% by weight. In some embodiments, manganese is present in an amount of from 0.4 wt.% to 0.8 wt.%, and more preferably from 0.4 wt.% to 0.6 wt.%. In certain embodiments, manganese is present in an amount of from 0.7% by weight to 0.9% by weight. In certain embodiments, manganese may be absent or only a lower limit of manganese of 0.1% by weight is needed.

Nitrógeno Nitrogen

El nitrógeno está inevitablemente presente en las aleaciones de la invención. Está presente en una cantidad desde hasta 0.10 % en peso. Se puede encontrar nitrógeno en la aleación porque la mezcla de aleación se prepara bajo una atmósfera de aire, por lo que a menudo ocurre que el nitrógeno puede difundirse en la aleación líquida durante su producción. Sin embargo, no siempre es posible determinar la cantidad de nitrógeno en la aleación porque la cantidad es insignificante y/o inmensurable y en estos casos la cantidad efectiva de nitrógeno es casi cero. La ausencia de nitrógeno medible no es perjudicial. Igualmente, en determinados casos hay una cantidad mensurable de nitrógeno y en estos casos el límite superior es 0.10 % en peso. Nitrogen is inevitably present in the alloys of the invention. It is present in an amount of up to 0.10% by weight. Nitrogen can be found in the alloy because the alloy mixture is prepared under an atmosphere of air, so it is often the case that nitrogen can diffuse into the liquid alloy during its production. However, it is not always possible to determine the amount of nitrogen in the alloy because the amount is insignificant and/or immeasurable and in these cases the effective amount of nitrogen is almost zero. The absence of measurable nitrogen is not harmful. Likewise, in certain cases there is a measurable amount of nitrogen and in these cases the upper limit is 0.10% by weight.

El nitrógeno forma austenita junto con el carbono y contribuye a la resistencia a altas temperaturas. El nitrógeno permite la dilución, dispersión y homogeneización del carbono. Sin embargo, es importante un control cuidadoso de la cantidad de nitrógeno porque retarda la precipitación de los carburos de cromo primarios cuando se agrega en una cantidad apropiada. En efecto, el nitrógeno ayuda a controlar el 'comportamiento' del carbono para controlar sus diversas precipitaciones. El nitrógeno participa en la precipitación de carburos de niobio secundarios, carbido-nitruros de niobio y nitruros de niobio durante el envejecimiento, que son más estables que los carburos a alta temperatura y, por lo tanto, tienen mejores propiedades de fluencia. Sin embargo, si la cantidad de nitrógeno es demasiado grande, se produce una cantidad excesiva de nitruros como nitruros de cromo y/o nitruros de aluminio, lo que reduce la ductilidad y la tenacidad de la aleación durante un período prolongado de tiempo e impide que los elementos "nitrurados" cumplan su papel en la aleación como deberían. Por lo tanto, es esencial mantener la cantidad de nitrógeno presente en un máximo de 0.10 % en peso. Sin embargo, no existe un límite inferior práctico para el nitrógeno medible en una muestra de aleación de la invención. Nitrogen forms austenite together with carbon and contributes to high temperature strength. Nitrogen allows the dilution, dispersion and homogenization of carbon. However, careful control of the amount of nitrogen is important because it retards the precipitation of primary chromium carbides when added in an appropriate amount. In effect, nitrogen helps control the 'behavior' of carbon to control its various precipitations. Nitrogen participates in the precipitation of secondary niobium carbides, niobium carbido-nitrides and niobium nitrides during aging, which are more stable than carbides at high temperature and therefore have better creep properties. However, if the amount of nitrogen is too large, an excessive amount of nitrides such as chromium nitrides and/or aluminum nitrides are produced, which reduces the ductility and toughness of the alloy over a long period of time and prevents it from the "nitrided" elements play their role in the alloy as they should. Therefore, it is essential to keep the amount of nitrogen present at a maximum of 0.10% by weight. However, there is no practical lower limit for measurable nitrogen in an alloy sample of the invention.

Las aleaciones según la presente invención se producen en un horno convencional y sin necesidad de una atmósfera especial. La primera etapa de preparación de la aleación implica determinar las proporciones relativas en peso de los diversos minerales componentes (que son la fuente de los diversos elementos necesarios en la aleación final) para lograr las cantidades deseadas de los diversos elementos que se requieren en la aleación final. Los minerales sólidos se agregan al horno caliente. Se continúa calentando para fundir todos los componentes minerales y asegurar una mezcla completa de los minerales en el horno para que los elementos se distribuyan adecuadamente dentro de la matriz. The alloys according to the present invention are produced in a conventional furnace and without the need for a special atmosphere. The first stage of alloy preparation involves determining the relative proportions by weight of the various component minerals (which are the source of the various elements required in the final alloy) to achieve the desired amounts of the various elements required in the alloy. final. Solid minerals are added to the hot oven. Heating continues to melt all the mineral components and ensure complete mixing of the minerals in the furnace so that the elements are properly distributed within the matrix.

En circunstancias en las que la adición de un elemento esencial particular en la composición de aleación de la invención también da como resultado la adición de otro elemento esencial (porque el otro elemento esencial quizás esté presente como una impureza en el agente de adición para el primer elemento esencial), entonces la composición general debe controlarse cuidadosamente para garantizar que todos los componentes esenciales permanezcan dentro de los parámetros deseados. Si es necesario, esto puede compensarse ajustando las proporciones relativas de materiales adicionales usados para cada uno de los componentes esenciales de las aleaciones de la invención. A veces se agregan elementos en forma de aleaciones preformadas, por ejemplo, se podría usar ferrotitanio como fuente de titanio y, en consecuencia, los cálculos elementales se adaptan según sea necesario para que se agregue correctamente la cantidad requerida del elemento (titanio en ese ejemplo particular). El experto podrá analizar y compensar según sea necesario las variaciones en los componentes elementales esenciales debido a la presencia de impurezas incidentales usando técnicas analíticas conocidas y variando las cantidades de los agentes de adición habituales para cada componente esencial. In circumstances where the addition of a particular essential element in the alloy composition of the invention also results in the addition of another essential element (because the other essential element may be present as an impurity in the adding agent for the first essential element), then the overall composition must be carefully controlled to ensure that all essential components remain within the desired parameters. If necessary, this can be compensated for by adjusting the relative proportions of additional materials used for each of the essential components of the alloys of the invention. Sometimes elements are added in the form of preformed alloys, for example ferrotitanium could be used as a source of titanium and consequently the elemental calculations are adapted as necessary so that the required amount of the element (titanium in that example) is added correctly. particular). The skilled person will be able to analyze and compensate as necessary for variations in the essential elemental components due to the presence of incidental impurities using known analytical techniques and varying the amounts of the usual adding agents for each essential component.

Un número de elementos estarán presentes en la aleación como impurezas inevitables. Tales elementos incidentales no tendrán ningún beneficio técnico discernible ni efecto adverso sobre las aleaciones de la presente invención. En algunos casos, la presencia de elementos como el nitrógeno puede tolerarse en cantidades relativamente grandes siempre que no afecten las propiedades deseadas de la aleación. Por ejemplo, aunque no está previsto específicamente en las aleaciones de la presente invención, es concebible que un elemento pueda surgir como una impureza incidental como consecuencia de su aparición como impureza en uno de los componentes elementales agregados deliberadamente. Esto es aceptable siempre que la presencia de dicho elemento no tenga ningún efecto perjudicial sobre la aleación. En determinados casos, componentes elementales agregados deliberadamente, como el titanio, pueden traer consigo otros elementos incidentales. Generalmente pueden tolerarse como impurezas incidentales en niveles bajos. Cuando el análisis revela que dichas impurezas son inaceptables, se usa una fuente alternativa del componente elemental deseado (libre de impurezas dañinas). A number of elements will be present in the alloy as unavoidable impurities. Such incidental elements will have no discernible technical benefit or adverse effect on the alloys of the present invention. In some cases, the presence of elements such as nitrogen can be tolerated in relatively large quantities as long as they do not affect the desired properties of the alloy. For example, although not specifically provided for in the alloys of the present invention, it is conceivable that an element could arise as an incidental impurity as a consequence of its appearance as an impurity in one of the deliberately added elemental components. This is acceptable as long as the presence of said element does not have any detrimental effect on the alloy. In certain cases, deliberately added elemental components, such as titanium, may bring with them other incidental elements. They can generally be tolerated as incidental impurities at low levels. When analysis reveals that such impurities are unacceptable, an alternative source of the desired elemental component (free of harmful impurities) is used.

Los minerales y elementos de la composición de la aleación se agregan cuidadosamente en una secuencia adecuada para obtener el contenido deseado para la composición final. También es importante proteger el aluminio cuando se agrega a la masa fundida y evitar su oxidación porque la fusión se realiza al aire. The minerals and elements of the alloy composition are carefully added in a suitable sequence to obtain the desired content for the final composition. It is also important to protect the aluminum when it is added to the melt and prevent its oxidation because the melting takes place in air.

Una vez conseguida la fusión y el mezclado, la escoria se decanta del horno para eliminar impurezas y limpiar el baño de aleación líquida del horno. Luego se retira del horno una muestra de la aleación fundida, se deja enfriar y se analiza mediante fluorescencia de rayos X para determinar su composición elemental. Puede ser necesario o no un ajuste de la composición en esta etapa para tener en cuenta cualquier pérdida de masa elemental debido a la volatilidad. La composición se ajusta mediante la adición de minerales adicionales según sea necesario y, opcionalmente, se vuelve a analizar para garantizar que se haya logrado la composición deseada. Once fusion and mixing have been achieved, the slag is decanted from the furnace to remove impurities and clean the furnace's liquid alloy bath. A sample of the molten alloy is then removed from the furnace, allowed to cool, and analyzed by X-ray fluorescence to determine its elemental composition. Composition adjustment may or may not be necessary at this stage to account for any loss of elemental mass due to volatility. The composition is adjusted by adding additional minerals as necessary and optionally reanalyzed to ensure the desired composition has been achieved.

Una vez alcanzada la composición deseada, la temperatura se eleva aún más por encima de la temperatura de fusión hasta una temperatura de extracción para garantizar un vertido fácil de la masa fundida. Al mismo tiempo, se prepara el molde para la fundición centrífuga. Once the desired composition is reached, the temperature is further raised above the melting temperature to an extraction temperature to ensure easy pouring of the melt. At the same time, the mold is prepared for centrifugal casting.

El molde es un molde de fundición centrífuga convencional y este tipo de molde es bien conocido para el experto. El procedimiento de preparación del molde implica lavar el molde con agua/vapor para limpiarlo y eliminar cualquier lavado o recubrimiento antiguo que pueda haber sido utilizado en un procedimiento de fundición anterior. Luego, el molde lavado se recubre con un agente aislante/desmoldante necesario para evitar que la aleación se adhiera al molde después de la fundición. Un agente aislante/liberador típico es sílice o alúmina. The mold is a conventional centrifugal casting mold and this type of mold is well known to the skilled person. The mold preparation procedure involves washing the mold with water/steam to clean it and remove any old wash or coating that may have been used in a previous casting procedure. The washed mold is then coated with an insulating/molding agent necessary to prevent the alloy from sticking to the mold after casting. A typical insulating/releasing agent is silica or alumina.

Luego se agrega un disco de cerámica al molde de fundición centrífuga de la manera conocida en la técnica para garantizar que el molde sea hermético a los líquidos y esté listo para la fundición. Esto evita cualquier fuga de aleación durante el procedimiento de fundición. La temperatura del molde se ajusta en preparación para la fundición y puede estar en el intervalo de 200 ° a 300 °C. Luego se hace girar el molde a alta velocidad para obtener generalmente el intervalo de 80 g a 120 g, siendo típica una rotación que proporciona 100 g para una velocidad de fundición centrífuga. A ceramic disc is then added to the centrifugal casting mold in a manner known in the art to ensure that the mold is liquid tight and ready for casting. This prevents any alloy leakage during the casting procedure. The mold temperature is adjusted in preparation for casting and may be in the range of 200° to 300°C. The mold is then rotated at high speed to generally obtain the range of 80 g to 120 g, with a rotation providing 100 g being typical for a centrifugal casting speed.

Luego se lleva una cuchara al horno y se extrae el peso deseado de aleación fundida para fines de fundición, incluidas las adiciones pertinentes, tales como titanio e itrio, para alcanzar la cantidad final deseada de aluminio y otros elementos reactivos de la composición de la aleación. La propia cuchara se precalienta a una temperatura del orden de 800° a 1000 °C para minimizar el enfriamiento de la aleación después del vertido. Luego la aleación se transfiere a la cuchara caliente. En esta etapa, se puede realizar un análisis adicional de la aleación. A ladle is then taken to the furnace and the desired weight of molten alloy for casting purposes, including relevant additions such as titanium and yttrium, is removed to achieve the desired final amount of aluminum and other reactive elements in the alloy composition. . The ladle itself is preheated to a temperature in the range of 800° to 1000°C to minimize cooling of the alloy after pouring. The alloy is then transferred to the hot ladle. At this stage, further analysis of the alloy can be performed.

Luego, la aleación fundida en la cuchara se transfiere a una taza de vertido. La punta de la copa de vertido se ha ajustado previamente para garantizar que coincida y se ajuste correctamente al tamaño del tubo de entrada para el molde de fundición centrífuga. El nivel de aleación fundida en la copa de vertido se mantiene para mantener un flujo adecuado de aleación hacia el interior del molde que, de hecho, se alimenta por gravedad. Esto proporciona un flujo continuo de aleación dentro del molde hasta que todo el peso de la aleación se haya vertido en el molde. El molde gira a alta velocidad, es decir, se mantiene a la velocidad de fundición centrífuga durante el procedimiento y mientras se funde la aleación. El tiempo que lleva el procedimiento de fundición depende en última instancia del espesor deseado del tubo requerido y el experto es capaz de determinar un tiempo de rotación apropiado para un espesor particular de tubo y peso de aleación. El molde se ralentiza gradualmente a medida que la aleación se enfría desde su punto de solidificación. En términos generales, un procedimiento de solidificación "rápido" es aquel en el que la aleación se funde y luego se enfría a una velocidad de más de aproximadamente 100 °C por minuto y un procedimiento de solidificación "lento" es aquel en el que la aleación se funde y luego se enfría a una velocidad de aproximadamente 50 °C o más por minuto. El procedimiento de fundición suele completarse en menos de 10 minutos. El tubo se extrae una vez que se detiene el molde y se puede repetir el procedimiento nuevamente. The molten alloy in the ladle is then transferred to a pouring cup. The tip of the pouring cup has been pre-adjusted to ensure it correctly matches and fits the size of the inlet tube for the centrifugal casting mold. The level of molten alloy in the pouring cup is maintained to maintain adequate flow of alloy into the mold which is, in effect, fed by gravity. This provides a continuous flow of alloy into the mold until the entire weight of the alloy has been poured into the mold. The mold rotates at high speed, that is, it is maintained at the centrifugal casting speed during the procedure and while the alloy is melted. The time the casting procedure takes ultimately depends on the desired thickness of tube required and the expert is able to determine an appropriate rotation time for a particular tube thickness and alloy weight. The mold gradually slows down as the alloy cools from its solidification point. Generally speaking, a "fast" solidification procedure is one in which the alloy is melted and then cooled at a rate of more than about 100 °C per minute and a "slow" solidification procedure is one in which the alloy is melted and then cooled at a rate of approximately 50°C or more per minute. The casting procedure is usually completed in less than 10 minutes. The tube is removed once the mold stops and the procedure can be repeated again.

Los tubos de acero de la presente invención muestran una excelente resistencia a altas temperaturas y una alta resistencia a la fluencia. Los tubos también muestran una excepcional resistencia a la corrosión a temperaturas elevadas durante un período prolongado de tiempo. En consecuencia, estos aceros son particularmente adecuados para su uso en plantas químicas en entornos exigentes tales como el craqueo por vapor. Además, se espera que los tubos de acero según la invención puedan usarse en una variedad de otras aplicaciones tales como reformadores de vapor y en aplicaciones nucleares en intercambios de calor y similares, tales como las que se encuentran en reactores de agua a presión. The steel tubes of the present invention show excellent high temperature resistance and high creep resistance. The tubes also exhibit exceptional corrosion resistance at elevated temperatures over an extended period of time. Consequently, these steels are particularly suitable for use in chemical plants in demanding environments such as steam cracking. Furthermore, it is expected that the steel tubes according to the invention can be used in a variety of other applications such as steam reformers and in nuclear applications in heat exchanges and the like, such as those found in pressurized water reactors.

Las aleaciones de la invención se probaron para demostrar la formación efectiva de alúmina (óxido de aluminio) en la superficie en el ambiente hostil de una prueba de carburación en bloque a 1100 °C durante un período de 200 horas para una aleación que contiene 3.86 % en peso de aluminio. La composición de la aleación se muestra en la tabla 1 a continuación: The alloys of the invention were tested to demonstrate the effective formation of alumina (aluminum oxide) on the surface in the hostile environment of a bulk carburizing test at 1100°C over a period of 200 hours for an alloy containing 3.86% by weight of aluminum. The alloy composition is shown in table 1 below:

Tabla 1 Table 1

La aleación fue analizada por E.D.X (rayos X de dispersión de energía). El mapeo de superficie de sección transversal EDX identifica los elementos de la capa de óxido en la composición en todo su espesor y permite la comparación con la composición de aleación inmediatamente debajo. Cada uno de los elementos en la composición de la aleación posee una línea de rayos X característica como Ka, y en el mapa EDX una mayor cantidad de un elemento particular en un área se indica mediante un mayor brillo en el área. The alloy was analyzed by E.D.X (energy dispersive X-ray). EDX cross-sectional surface mapping identifies oxide layer elements in the composition throughout its thickness and allows comparison with the alloy composition immediately below. Each of the elements in the alloy composition possesses a characteristic X-ray line such as Ka, and on the EDX map a greater amount of a particular element in an area is indicated by a greater brightness in the area.

Algunos de los beneficios técnicos clave de la invención se pueden ver en las siguientes figuras en las que: Some of the key technical benefits of the invention can be seen in the following figures in which:

La figura 1 muestra una aleación según la invención que ha sido sometida a mapeo de superficie de sección transversal EDX a la magnitud relativamente baja de 500X. Figure 1 shows an alloy according to the invention that has been subjected to EDX cross-sectional surface mapping at the relatively low magnitude of 500X.

Puede observarse en la figura 1 que el aluminio y el oxígeno aparecen en la muestra de aleación según la invención como una línea muy brillante y continua. Esto indica dos cosas. En primer lugar, el aluminio y el oxígeno están presentes en una concentración muy alta, como alúmina, exactamente en la misma posición donde se observa la capa de óxido de la superficie mediante fotografía SEM (microscopio electrónico de barrido). En segundo lugar, hay una capa continua de alúmina en la superficie del material. It can be seen in Figure 1 that aluminum and oxygen appear in the alloy sample according to the invention as a very bright and continuous line. This indicates two things. Firstly, aluminum and oxygen are present in a very high concentration, as alumina, in exactly the same position where the surface oxide layer is observed by SEM (scanning electron microscope) photography. Secondly, there is a continuous layer of alumina on the surface of the material.

Este análisis demuestra que hay una capa de alúmina (óxido de aluminio) densa, adherente, delgada y continua en la superficie de la aleación incluso después de la carburación en bloque a 1100 °C durante un período de 200 horas. También se puede observar que la capa de alúmina se mantiene muy estable y por lo tanto no se transforma en carburo de aluminio, y actúa como una capa protectora, es decir, una barrera contra la carburación. This analysis demonstrates that there is a dense, adherent, thin and continuous layer of alumina (aluminum oxide) on the surface of the alloy even after bulk carburizing at 1100 °C for a period of 200 hours. It can also be seen that the alumina layer remains very stable and therefore does not transform into aluminum carbide, and acts as a protective layer, that is, a barrier against carburization.

La figura 2 muestra el mapeo de la superficie EDX con el mayor aumento de 2000X para una aleación según la invención que tiene la composición mostrada en la tabla 1. En la figura 2, se puede ver que el aluminio y el oxígeno aparecen como los componentes más brillantes y, por consiguiente, están presentes en concentraciones muy altas. Además, se puede ver que estos elementos aparecen exactamente en la misma posición donde se observa la capa de óxido superficial mediante SEM. Una característica adicional importante son las áreas oscuras de la figura que indican la ausencia de elementos tales como níquel, hierro y cromo. La figura 2 también ilustra la capa superficial de alúmina continua, densa, adherente y delgada e indica que es pura y está libre de elementos altamente catalíticos como níquel y hierro. La capa superficial continua y la ausencia de elementos catalíticos contribuyen al efecto anticoque de la aleación cuando se expone a una fuente externa de carbono. Puede verse en la figura 2 que la capa de alúmina es anticoque y no se une ni reacciona catalíticamente con el carbono durante la carburación en bloque a 1100 °C durante un período de 200 horas. Figure 2 shows the EDX surface mapping at the highest magnification of 2000X for an alloy according to the invention having the composition shown in Table 1. In Figure 2, it can be seen that aluminum and oxygen appear as the components brighter and are therefore present in very high concentrations. Furthermore, it can be seen that these elements appear in exactly the same position where the surface oxide layer is observed by SEM. An additional important feature is the dark areas of the figure that indicate the absence of elements such as nickel, iron and chromium. Figure 2 also illustrates the thin, dense, adherent, continuous alumina surface layer and indicates that it is pure and free of highly catalytic elements such as nickel and iron. The continuous surface layer and the absence of catalytic elements contribute to the anti-coke effect of the alloy when exposed to an external carbon source. It can be seen from Figure 2 that the alumina layer is anti-coking and does not bond or react catalytically with carbon during bulk carburizing at 1100 °C over a period of 200 hours.

La figura 3 muestra una fotografía SEM con gran aumento de la superficie carburizada de la aleación según la invención que tiene la composición de la tabla 1 (una aleación que contiene 3.8 % en peso de aluminio). La fotografía ilustra claramente una capa protectora continua de alúmina en la superficie. Se determinó que el espesor de la capa de alúmina era 4.28 ± 1.21 pm basándose en 100 mediciones. Figure 3 shows a high magnification SEM photograph of the carburized surface of the alloy according to the invention having the composition of Table 1 (an alloy containing 3.8% by weight of aluminum). The photograph clearly illustrates a continuous protective layer of alumina on the surface. The thickness of the alumina layer was determined to be 4.28 ± 1.21 pm based on 100 measurements.

Por lo tanto, puede verse que las aleaciones de la invención demuestran propiedades superiores en términos de resistencia a la carburación y también presentan resistencia a la oxidación debido a la capa de alúmina que puede formarse in situ sobre las aleaciones en uso. Therefore, it can be seen that the alloys of the invention demonstrate superior properties in terms of resistance to carburization and also exhibit resistance to oxidation due to the alumina layer that can form in situ on the alloys in use.

Las aleaciones de la presente invención se pueden probar usando una prueba de ciclo de oxidación térmica. Esta prueba implica hacer circular la aleación a través de temperaturas altas y bajas durante un período de tiempo prolongado para exponer la aleación al estrés oxidativo. Esta prueba se usa frecuentemente para estudiar las características de oxidación de materiales tales como las superaleaciones/recubrimientos de superaleaciones empleados en turbinas de gas que están destinadas a uso a alta temperatura y/o uso en condiciones extremas. The alloys of the present invention can be tested using a thermal oxidation cycle test. This test involves circulating the alloy through high and low temperatures for an extended period of time to expose the alloy to oxidative stress. This test is frequently used to study the oxidation characteristics of materials such as superalloys/superalloy coatings used in gas turbines that are intended for high temperature use and/or use in extreme conditions.

La máquina de prueba consta de un horno llevado a la temperatura de prueba y un aparato de manipulación de muestras que puede introducir y retirar la muestra del horno muy rápidamente para facilitar un calentamiento y un enfriamiento rápidos. Las aleaciones de la presente invención se probaron a 1150 °C. Cuanto mayor es la temperatura, más rápido crece la capa de óxido, por lo que es probable que se forme una capa de óxido gruesa. The testing machine consists of an oven brought to the test temperature and a sample handling apparatus that can introduce and remove the sample from the oven very quickly to facilitate rapid heating and cooling. The alloys of the present invention were tested at 1150 °C. The higher the temperature, the faster the oxide layer grows, so a thick oxide layer is likely to form.

El aparato de manipulación de muestras es un mecanismo para introducir y sacar rápidamente la muestra de prueba del horno. Cuanto mayor sea la temperatura del horno, más extremo será el choque térmico en la muestra a medida que se introduce y se retira del horno. La exposición repetida de la muestra en estas condiciones conduce a la posible espalación de la capa de óxido. La adhesión y el espesor de la capa de óxido resultante sobre la superficie pueden entonces investigarse y usarse como base para establecer el rendimiento de las aleaciones de la invención con respecto a las de la técnica anterior. The sample handling apparatus is a mechanism for quickly introducing and removing the test sample from the oven. The higher the oven temperature, the more extreme the thermal shock will be to the sample as it is introduced and removed from the oven. Repeated exposure of the sample under these conditions leads to possible spallation of the oxide layer. The adhesion and thickness of the resulting oxide layer on the surface can then be investigated and used as a basis for establishing the performance of the alloys of the invention relative to those of the prior art.

Las aleaciones de la invención se probaron repitiendo la exposición al choque térmico durante 50 ciclos. La figura 4 de los dibujos ilustra el perfil de temperatura en la prueba de oxidación térmica. Las muestras se oxidaron previamente a 875 °C, durante un período de 48 horas. Posteriormente, las muestras se expusieron a 50 ciclos dentro y fuera del horno y el perfil de temperatura se muestra en la figura 4. Cada ciclo consiste en calentar la muestra sometida a prueba a partir de la temperatura ambiente introduciéndola en el horno a 1150 °C, mantener la muestra en el horno durante 45 minutos a esa temperatura en una atmósfera de aire y, a continuación, sacar la muestra del horno y enfriarla a temperatura ambiente durante un periodo de 15 minutos. En el gráfico de la figura 4, el eje vertical representa tanto la temperatura de la muestra en grados centígrados como también la presión del aire en milibar. En el gráfico se puede ver que la presión del aire en milibar es ligeramente inferior a 1000 milibar (aproximadamente 975 mbar). También se puede ver en el gráfico que la temperatura máxima alcanzada en los ciclos de calentamiento es de 1150 °C y que la temperatura mínima, representada por los picos inversos en el gráfico, es efectivamente la temperatura ambiente. El eje horizontal del gráfico indica el tiempo en horas durante toda la prueba. The alloys of the invention were tested by repeating thermal shock exposure for 50 cycles. Figure 4 of the drawings illustrates the temperature profile in the thermal oxidation test. The samples were previously oxidized at 875 °C, for a period of 48 hours. Subsequently, the samples were exposed to 50 cycles in and out of the oven and the temperature profile is shown in Figure 4. Each cycle consists of heating the tested sample from room temperature by introducing it into the oven at 1150 °C , keep the sample in the oven for 45 minutes at that temperature in an atmosphere of air, and then remove the sample from the oven and cool it to room temperature over a period of 15 minutes. In the graph in Figure 4, the vertical axis represents both the sample temperature in degrees Celsius and also the air pressure in millibar. From the graph you can see that the air pressure in millibar is slightly less than 1000 millibar (approximately 975 mbar). It can also be seen from the graph that the maximum temperature reached in the heating cycles is 1150 °C and that the minimum temperature, represented by the inverse peaks in the graph, is effectively the ambient temperature. The horizontal axis of the graph indicates the time in hours during the entire test.

La naturaleza repetitiva de la prueba expone efectivamente la muestra tanto a fatiga mecánica como a fatiga térmica, de modo que se pueden investigar los efectos en la interfaz entre la muestra a granel y su superficie de óxido. La tasa de crecimiento de la capa de óxido se mide cuando la muestra se expone a altas temperaturas. Por lo tanto, la cantidad de tensión y fisura térmica de la capa de óxido se puede observar a medida que se desarrolla la capa de óxido. The repetitive nature of the test effectively exposes the sample to both mechanical fatigue and thermal fatigue, so that effects at the interface between the bulk sample and its oxide surface can be investigated. The growth rate of the oxide layer is measured when the sample is exposed to high temperatures. Therefore, the amount of stress and thermal cracking of the oxide layer can be observed as the oxide layer develops.

El cambio de masa de la muestra se registra antes y después de la prueba para evaluar la estabilidad de la capa de óxido. Se espera que la masa de cualquier muestra expuesta a estas duras condiciones cambie porque la prueba es muy rigurosa. Sin embargo, una variación menor en la masa antes y después de la prueba es indicativa de una capa de óxido más estable y adherente. Esto a su vez es indicativo de la estabilidad de la aleación durante un período prolongado, tal como durante un servicio prolongado. Los resultados obtenidos con las aleaciones según la invención son muy impresionantes. The mass change of the sample is recorded before and after the test to evaluate the stability of the oxide layer. The mass of any sample exposed to these harsh conditions is expected to change because the test is so rigorous. However, a smaller variation in mass before and after testing is indicative of a more stable and adherent oxide layer. This in turn is indicative of the stability of the alloy over a long period, such as during long service. The results obtained with the alloys according to the invention are very impressive.

La figura 5 muestra las composiciones de tres aleaciones según la invención que fueron sometidas a la prueba de oxidación térmica. Figure 5 shows the compositions of three alloys according to the invention that were subjected to the thermal oxidation test.

La figura 6 muestra fotografías de las tres muestras luego de la prueba de termooxidación y la variación de masa para cada una de las muestras. Puede verse en la figura 6 que la variación de masa después de la prueba es insignificante (todos muestran un cambio de masa de menos de 1.15 mg) y, en consecuencia, que las aleaciones de la invención demuestran una excelente estabilidad en estas condiciones. Esto también demuestra que las aleaciones serán estables durante un período prolongado de uso. Figure 6 shows photographs of the three samples after the thermooxidation test and the mass variation for each of the samples. It can be seen from Figure 6 that the mass change after testing is negligible (all show a mass change of less than 1.15 mg) and, consequently, that the alloys of the invention demonstrate excellent stability under these conditions. This also shows that the alloys will be stable over a long period of use.

La figura 7 ilustra la sección transversal de la superficie de la muestra C de la figura 5 después de 50 ciclos de termooxidación. Esto se investiga mediante espectroscopia de rayos X usando radiación Ka de cobre. Se puede observar que hay una capa continua de óxido que está presente en la mayor parte de la muestra. El espesor del óxido es de 3.61 pm ± 0.61 pm (basado en 137 mediciones). La figura 7 también resalta la escala de los componentes de aluminio y oxígeno de la aleación, así como la escala del niquelado en la aleación. Figure 7 illustrates the cross section of the surface of sample C of Figure 5 after 50 cycles of thermooxidation. This is investigated by X-ray spectroscopy using copper Ka radiation. It can be seen that there is a continuous layer of oxide that is present on most of the sample. The oxide thickness is 3.61 pm ± 0.61 pm (based on 137 measurements). Figure 7 also highlights the scale of the aluminum and oxygen components of the alloy, as well as the scale of the nickel plating in the alloy.

Los resultados de la prueba de termooxidación demuestran que las aleaciones de la invención tienen una buena resistencia a la oxidación en condiciones extremas. Estos resultados también muestran que las aleaciones tendrán una larga vida útil. The results of the thermooxidation test demonstrate that the alloys of the invention have good resistance to oxidation under extreme conditions. These results also show that the alloys will have a long service life.

Claims (15)

REIVINDICACIONES 1. Una aleación que comprende:1. An alloy comprising: desde 0.15 a 0.35 % en peso de carbono,from 0.15 to 0.35% by weight of carbon, desde 2.5 a 5.0 % en peso de aluminio,from 2.5 to 5.0% by weight of aluminum, desde 40 a 45 % en peso de níquel,from 40 to 45% by weight of nickel, desde 25 a 35 % en peso de cromo,from 25 to 35% by weight of chromium, desde 0.50 a 1.50 % en peso de niobio y/o vanadio,from 0.50 to 1.50% by weight of niobium and/or vanadium, desde 0.01 % en peso hasta 0.25 % en peso de itrio,from 0.01% by weight to 0.25% by weight of yttrium, desde 0.01 % en peso hasta 0.25 % en peso de tungsteno y/o tantalio,from 0.01% by weight to 0.25% by weight of tungsten and/or tantalum, desde 0.01 % en peso hasta 0.25 % en peso en total de uno o más de titanio y/o circonio y/o hafnio, hasta 0.9 % en peso de manganeso,from 0.01% by weight to 0.25% by weight in total of one or more of titanium and/or zirconium and/or hafnium, up to 0.9% by weight of manganese, hasta 0.9 % en peso de silicio, yup to 0.9% by weight of silicon, and hasta 0.10 % en peso de nitrógeno,up to 0.10% by weight of nitrogen, siendo el resto de la composición hierro e impurezas incidentales,the rest of the composition being iron and incidental impurities, opcionalmente en la que hasta un 75 % en peso del níquel se reemplaza con cobalto.optionally where up to 75% by weight of the nickel is replaced with cobalt. 2. Una aleación según la reivindicación 1, que comprende:2. An alloy according to claim 1, comprising: desde 0.15 a 0.35 % en peso de carbono,from 0.15 to 0.35% by weight of carbon, desde 2.5 a 5.0 % en peso de aluminio,from 2.5 to 5.0% by weight of aluminum, desde 40 a 45 % en peso de níquel,from 40 to 45% by weight of nickel, desde 25 a 35 % en peso de cromo,from 25 to 35% by weight of chromium, desde 0.50 a 1.50 % en peso de niobio, y/o vanadiofrom 0.50 to 1.50% by weight of niobium, and/or vanadium desde 0.01 % en peso hasta 0.05 % en peso de itrio,from 0.01% by weight to 0.05% by weight of yttrium, desde 0.05 % en peso hasta 0.25 % en peso de tungsteno y/o tantalio,from 0.05% by weight to 0.25% by weight of tungsten and/or tantalum, desde 0.04 % en peso hasta 0.15 % en peso en total de uno o más de titanio y/o circonio y/o hafnio,from 0.04% by weight to 0.15% by weight in total of one or more of titanium and/or zirconium and/or hafnium, una cantidad de hasta 0.9 % en peso de manganeso,an amount of up to 0.9% by weight of manganese, una cantidad de hasta 0.6 % en peso de silicio, yan amount of up to 0.6% by weight of silicon, and una cantidad de hasta 0.10 % en peso de nitrógeno,an amount of up to 0.10% by weight of nitrogen, siendo el resto de la composición hierro e impurezas incidentales opcionalmente en donde hasta el 75 % en peso del níquel se reemplaza con cobalto.the rest of the composition being iron and optionally incidental impurities where up to 75% by weight of the nickel is replaced with cobalt. 3. Una aleación según la reivindicación 1 o 2, en la que el carbono está presente en una cantidad desde 0.20 % en peso a 0.35 % en peso.3. An alloy according to claim 1 or 2, wherein carbon is present in an amount from 0.20% by weight to 0.35% by weight. 4. Una aleación según la reivindicación 1,2 o 3, en la que el aluminio está presente en una cantidad desde 3.5 % en peso a 4.5 % en peso.4. An alloy according to claim 1, 2 or 3, wherein the aluminum is present in an amount from 3.5% by weight to 4.5% by weight. 5. Una aleación según la reivindicación 1, 2, 3 o 4, en la que el níquel está presente en una cantidad desde 42 % en peso a 45 % en peso.5. An alloy according to claim 1, 2, 3 or 4, wherein the nickel is present in an amount from 42% by weight to 45% by weight. 6. Una aleación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el cromo está presente en una cantidad desde 28 % en peso a 30 % en peso.6. An alloy according to any of the preceding claims, wherein the chromium is present in an amount from 28% by weight to 30% by weight. 7. Una aleación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el niobio está presente en una cantidad desde 0.80 % en peso a 1.50 % en peso.7. An alloy according to any of the preceding claims, wherein the niobium is present in an amount from 0.80% by weight to 1.50% by weight. 8. Una aleación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el silicio está presente en una cantidad desde 0.3 % en peso a 0.6 % en peso.8. An alloy according to any of the preceding claims, wherein the silicon is present in an amount from 0.3% by weight to 0.6% by weight. 9. Una aleación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el manganeso está presente en una cantidad desde 0.4 % en peso a 0.8 % en peso.9. An alloy according to any of the preceding claims, wherein the manganese is present in an amount from 0.4% by weight to 0.8% by weight. 10. Una aleación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el tungsteno está presente en una cantidad desde 0.05 % en peso a 0.15 % en peso.10. An alloy according to any of the preceding claims, wherein the tungsten is present in an amount from 0.05% by weight to 0.15% by weight. 11. Una aleación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el titanio está presente en una cantidad desde 0.08 % en peso a 0.15 % en peso.11. An alloy according to any of the preceding claims, wherein the titanium is present in an amount from 0.08% by weight to 0.15% by weight. 12. Una aleación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el itrio está presente en una cantidad desde 0.01 % en peso a 0.03 % en peso.12. An alloy according to any of the preceding claims, wherein yttrium is present in an amount from 0.01% by weight to 0.03% by weight. 13. Una aleación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el nitrógeno está presente en una cantidad desde 0.03 % en peso a 0.06 % en peso.13. An alloy according to any of the preceding claims, wherein the nitrogen is present in an amount from 0.03% by weight to 0.06% by weight. 14. Una aleación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que entre un 1 % en peso y un 75 % en peso del níquel se sustituye por cobalto, opcionalmente en la que entre un 5 % en peso y un 15 % en peso del níquel se sustituye por cobalto.14. An alloy according to any of the preceding claims, in which between 1% by weight and 75% by weight of the nickel is replaced by cobalt, optionally in which between 5% by weight and 15% by weight of the Nickel is replaced by cobalt. 15. Un tubo de acero fabricado a partir de una aleación según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14.15. A steel tube manufactured from an alloy according to any of claims 1 to 14.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201713066D0 (en) 2017-08-15 2017-09-27 Paralloy Ltd Oxidation resistant alloy
GB202010856D0 (en) * 2020-07-14 2020-08-26 Playbrush Ltd Toothbrush system
CN112853155A (en) * 2021-01-08 2021-05-28 烟台玛努尔高温合金有限公司 High aluminum austenitic alloy having excellent high temperature corrosion resistance and creep resistance
SE546256C2 (en) * 2022-12-07 2024-09-17 Alleima Emea Ab Nickel-based alloy
CN117926168B (en) * 2024-01-18 2026-03-24 常州大学 An anti-caking coke oven tube with a high-temperature stable oxide layer and its preparation method
WO2026047317A1 (en) * 2024-08-29 2026-03-05 Paralloy Limited Alloy composition

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07278757A (en) * 1994-04-08 1995-10-24 Nippon Steel Corp Austenitic stainless steel with excellent high temperature corrosion properties and toughness after aging
US20070144622A1 (en) 2002-11-04 2007-06-28 Flahaut Dominique M L High temperature resistant alloys
DE10302989B4 (en) 2003-01-25 2005-03-03 Schmidt + Clemens Gmbh & Co. Kg Use of a heat and corrosion resistant nickel-chromium steel alloy
SE527174C2 (en) * 2003-12-30 2006-01-17 Sandvik Intellectual Property Method of manufacturing an austenitic stainless steel alloy by coating with aluminum and its use in high temperature applications
DE102008051014A1 (en) 2008-10-13 2010-04-22 Schmidt + Clemens Gmbh + Co. Kg Nickel-chromium alloy
CN102365381B (en) * 2009-03-31 2013-12-25 株式会社久保田 Cast product having alumina barrier layer
GB201713066D0 (en) 2017-08-15 2017-09-27 Paralloy Ltd Oxidation resistant alloy

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