In service carburization of HK-40 furnace tubes: experimental and computational study

C. LANZ; G. BRIZUELA; S. SIMONETTI

Congreso; VII Congreso Cubano de Ingeniería Mecánica y Metalúrgica; 2012

La pirólisis de etileno en la industria petroquímica se considera el proceso más importante para la producción de productos químicos. Los tubos de reformado se hacen generalmente de fundición de acero austenítico de grado HK resistente a la fluencia. Aunque los tubos de los hornos se diseñan generalmente para una vida normal de 100000 h (11.4 años), su vida de servicio real, sin embargo, varía de 30000 a 180000 h, dependiendo de las condiciones de servicio. Debido a la exposición prolongada a altas temperaturas, la microestructura del material se somete a degradación.Nuestra investigación combina análisis microestructural de caracterización y modelización atomística para dilucidar el mecanismo de corrosión bajo tensión de aleaciones hierro-níquel-cromo expuestas a alta temperatura. Hemos comparado dos muestras del acero HK-40, el material virgen con el material obtenido de los tubos del horno de craqueo de una planta petroquímica después de 30000 h de servicio a 800-1150 ° C. En el material expuesto a servicio observamos grandes carburos en la matriz austenítica comparado con el material virgen, las cavidades y microfisuras se encuentran orientadas entre los granos y en los bordes de grano. Esto es indicativo de que el material presenta daño por fluencia. Los cálculos teóricos nos han ayudado a interpretar los cambios en la estructura electrónica de la aleación y el enlace químico después de la localización del carbono. Las poblaciones de los orbitales atómicos de los enlaces metálicos cercanos al átomo de carbono se ven afectadas. Los cambios principalmente se presentan en los orbitales 4s y 4p de los átomos de Ni, Fe y los orbitales 4p del Cr. Se observa una transferencia de electrones desde el átomo de carbono a los átomos de Ni, Cr y Fe vecinos más cercanos. Los enlaces Fe-Ni, Cr Ni, Ni-Ni y Cr-Fe vecinos más cercanos al átomo de C son los más afectados. El debilitamiento del enlace metálico es principalmente una consecuencia de las nuevas interacciones C-Ni, Fe-C y C-Cr.