Investigation of heat-resistant properties and microstructure of experimental steel based on the Cr-Ni-Ti-Nb system obtained under industrial conditions

Investigación de las propiedades termorresistentes y la microestructura del acero experimental basado en el sistema Cr-Ni-Ti-Nb obtenido en condiciones industriales

Se considera el efecto del Nb en la resistencia a largo plazo del acero Cr18Ni10Ti. Se fundamenta la selección de este acero para la obtención de piezas de fundición para hornos metalúrgicos. Se demuestra que la introducción de Nb en una cantidad del 1 % en un acero de una composición determinada aumenta la resistencia a la tracción y la resistencia a largo plazo en un 15 %. La mejora de las propiedades está asociada a la formación de carburos de NbC.

INTRODUCCIÓN

El acero resistente al calor Cr18Ni10Ti se utiliza en muchas piezas de equipos de las industrias metalúrgica y del petróleo y el gas. Algunos ejemplos son piezas de accesorios de hornos, colectores, rodillos de hornos, cajas y tapas de cestas de decapado, picos de retortas de minas, etc. [1-2]. El acero Cr18Ni10Ti tiene unas propiedades mecánicas suficientemente buenas, presenta una resistencia térmica satisfactoria y propiedades de resistencia al calor a un coste relativamente bajo en comparación con las aleaciones Nimonic, lo que ha dado lugar a su amplia distribución. Sin embargo, la vida útil de las piezas fabricadas con este grado de acero no es lo suficientemente larga: por término medio, las piezas se sustituyen cada 2 o 3 meses, lo que provoca paradas de los equipos y reduce la productividad.

Una de las tendencias actuales para mejorar las propiedades de los aceros resistentes al calor es la aleación con elementos refractarios como Mo, W, Hf y Nb [3-9]. La aleación con estos elementos, como fuertes estabilizadores de los carburos, conduce a la formación de pequeños carburos refractarios, distribuidos uniformemente por toda la matriz y con una forma más redondeada en comparación con los carburos primarios clásicos.

En trabajos [10,11] se observó que en el proceso de operación el carburo de NbC se transforma en la composición de fase G de Ni16 Nb7 Si6 o Nb3 Ni2 Si, lo que afecta negativamente a la termorresistencia. Se demostró que la presencia de Ti (a partir del 0,2 %) en la composición de la aleación evita la formación de la indeseada fase G [10].

En un estudio anterior [12] se demostró que la aleación de niobio al 1 % del acero que contiene Cr, Ni y Ti conduce a un aumento de la resistencia última de aproximadamente el 17 % en comparación con el acero original sin aleación adicional. El aumento de la resistencia límite a largo plazo está asociado a la formación de carburos de NbC. Según estudios anteriores [12], en el laboratorio experimental no se detectó la fase G de la aleación, lo que puede explicarse por la presencia de titanio en la composición inicial de la aleación en una cantidad del 0,9 % en peso.