一種乙烯裂解爐管用微合金化25Cr35NiNb合金鋼的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于乙烯裂解爐管材料技術領域，具體涉及一種乙烯裂解爐管用微合金化 25Cr35NiNb 合金鋼。
【背景技術】
[0002] 乙烯裂解爐管廣泛應用于石化、電力、冶金、燃氣等國民經濟的支柱領域，一旦發(fā) 生失效將嚴重影響整套裝置的長周期安全運行。近年來，乙烯裂解爐逐漸向高參數和大型 化方向發(fā)展，乙烯裂解爐管服役工況越加復雜和苛刻，對乙烯裂解爐管的高溫性能提出更 高的要求。目前市場上投用的國產乙烯裂解爐管的實際服役壽命良莠不齊，大量爐管的實 際服役壽命甚至只有原來設計壽命的三分之一，失效事故時有發(fā)生，給石化行業(yè)制氫裝置 的長周期安全運行帶來了極大隱患。因此，如何提高乙烯裂解爐管的高溫性能成為目前亟 待解決的現實問題。
[0003] HG/T2601-2011《高溫承壓用離心鑄造合金爐管》中規(guī)定對25Cr35NiNb+微合金材 料的高溫持久性能要求為ll〇〇°C、17MPa條件下，高溫持久斷裂時間大于100小時。然而， 目前國內爐管的高溫持久斷裂時間尚不能完全滿足以上要求，導致爐管質量穩(wěn)定性較差， 頻繁發(fā)生早期失效，嚴重影響裝置長周期安全運行。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明為了克服上述現有技術的不足，提供了一種有效提升乙烯裂解爐管的高溫 持久性能、進而保障乙烯裝置長周期安全運行的乙烯裂解爐管用微合金化25Cr35NiNb合 金鋼。
[0005] 為實現上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案：
[0006] -種乙烯裂解爐管用微合金化25Cr35NiNb合金鋼，以質量百分比計，含有C: 0? 40 ~0? 45，Si :1. 5 ~1. 8，Mn :1. 0 ~1. 5，P :0? 001 ~0? 020，S :0? 001 ~0? 010，Cr :25 ~ 26, Ni :35 ~36, Nb :0. 75 ~1. 0, W :0. 01 ~0. 20, Mo :0. 01 ~0. 20, Cu :0. 01 ~0. 30, A1 : 0? 01 ~0? 20，Ti :0? 05 ~0? 15，Zr :0? 05 ~0? 15，B :0? 0010 ~0? 0050，As :0 ~0? 0020，Sn : 0 ~0? 0020, Pb :0 ~0? 0020, Bi :0 ~0? 0001，余量為 Fe。
[0007]優(yōu)選的，柱狀晶占壁厚百分比大于70%，晶粒度等級為5~6級。
[0008] 上述各元素對乙烯裂解爐管用微合金化25Cr35NiNb合金鋼耐高溫持久性能的影 響如下：
[0009] 1. C(0. 40 ~0? 45 質量％ )
[0010] C與Cr、Mo、Ti、Nb等形成一次碳化物M7C3和NbC等，提高材料高溫強度。在高溫 時效過程中，基體中的過飽和固溶碳以細小彌散的M 23C6析出，會降低合金的韌性，惡化焊接 性，因此，該材料中的含碳量為0. 40~0. 45質量％。
[0011] 2. Si (1.5 ~1.8 質量％ )
[0012] Si是冶煉時必要的脫氧劑，可以提高鋼液在鑄造時的流動性。Si溶于奧氏體中提 高材料的硬度和強度，同時，在高溫氧化氣氛中，Si與0結合形成Si02薄膜，提高爐管的高 溫抗氧化性能。Si在Ni含量較高的環(huán)境中易于產生偏析，在晶界上形成低熔點共晶物，容 易導致焊接熱裂紋傾向，惡化材料的焊接性能。Si是促進〇相析出元素在，加入量過多將 降低持久強度。因此，該材料中的含Si量為1. 5~1. 8質量％。
[0013] 3. Mn(l. 0 ~1. 5 質量％ )
[0014] Mn是擴大奧氏體相區(qū)元素，與S生成球化的MnS，可消除S的危害，也能改善焊接 性能。但Mn元素促進〇相析出，加入量過多會降低合金的抗氧化性能。因此，該材料中的 含Mn量為1. 0~1. 5質量％。
[0015] 4. P(0. 001 ~0? 020 質量％ )
[0016] P元素對高溫持久強度有顯著影響，隨著P元素含量增加，高溫持久強度降低，由 于P元素在熱處理過程中會產生偏聚，促進空洞的形核。因此，綜合考慮高溫持久斷裂時間 要求和經濟成本因素，該材料中的含P量為0. 001~0. 020質量％。
[0017] 5. S(0. 001 ~0? 010 質量％ )
[0018] S元素含量對高溫持久壽命有顯著影響，隨著S元素的增加，高溫持久強度降低。 這是由于在熱處理過程中硫偏聚到晶界形成硫化物，由于硫化物和基體的結合力較差，空 洞很容易形核，在高溫狀態(tài)下由于局部應力集中導致空洞連接從而產生微裂紋，導致爐管 快速失效。因此，綜合考慮高溫持久斷裂時間要求和經濟成本因素，該材料中的含S量為 0? 001 ~0? 010 質量％。
[0019] 6. Cr (25 ~26 質量％ )
[0020] Cr元素是合金中主要的固溶強化元素和碳化物形成元素。Cr元素在材料表面形 成致密的Cr 203保護膜，對合金的抗氧化、強度、抗?jié)B碳性能起決定性作用。但Cr含量過高 會導致〇相析出，從而降低合金的強度和韌性。因此，該材料中的含Cr量為25~26質 量％。
[0021] 7. Ni (35 ~36 質量％ )
[0022] Ni元素是形成和穩(wěn)定奧氏體，提高抗?jié)B碳、抗氧化、高溫強度和韌性的主要元素， 可提高材料的強度而不顯著降低其韌性，改善材料的加工性和可焊性。Ni原子將會降低C 原子在合金中的溶解度，過量加入會導致超量的碳化物會析出。因此，該材料中的含Ni量 為35~36質量％。
[0023] 8. Nb(0. 75 ~1. 00 質量％ )
[0024] Nb兀素形成晶界析出的NbC，有效提尚材料的強度，同時使晶界碳化絡均勾彌散 分布，延遲碳化物粗化過程，從而提高合金的高溫強度。因此，該材料中的含Nb量為0. 75~ 1. 00質量％。
[0025] 9. W(0. 01 ~0? 20 質量％ )
[0026]W元素是固溶強化元素，能提高合金的高溫強度，抑制碳的擴散速度，但是加入過 量則會影響合金的抗氧化性能，并促進〇相析出，降低合金的強度和韌性。因此，該材料中 的含w量為〇. 01~〇. 20質量％。
[0027] 10. Mo(0. 01 ~0? 20 質量％ )
[0028] Mo元素是固溶強化元素，能提高合金的高溫強度，抑制碳的擴散速度，但是加入過 量則會影響合金的抗氧化性能，并促進〇相析出，降低合金的強度和韌性。因此，該材料中 的含Mo量為0. 01~0. 20質量％。
[0029] 11. Cu(0. 01 ~0? 30 質量％ )
[0030] Cu元素是擴大奧氏體相區(qū)的元素，提高材料強度和屈強比，但是Cu元素含量過高 在熱加工過程中易產生銅脆，導致開裂。因此，該材料中的含Cu量為0. 01~0. 30質量％。
[0031] 12. A1 (0.01 ~0.20 質量％ )
[0032] A1元素在鑄造過程中用來脫氧，同時可與Ni形成化合物，提高熱強性。但是A1元 素含量過高會促進長期蠕變時〇相形成和粗化，降低蠕變壽命。因此，該材料中的含A1量 為0.01~0.20質量％。
[0033] 13. Ti(0.05 ~0?15 質量％ )
[0034] Ti元素含量超過0. 10質量％時，可在晶界形成碳化鈦，提高材料強度。因此，該材 料中的含Ti量為0.05~0. 15質量％。
[0035] 14. Zr(0. 05 ~0?15 質量％ )
[0036] Co元素能提高材料的抗氧化性能，同時顯著提高材料的熱強性和高溫硬度。因此， 該材料中的含Zr量為0. 05~0. 15質量％。
[0037] 15. B (0? 0010 ~0? 0050 質量％ )
[0038] B元素具有細化晶粒，改善晶粒形貌，凈化雜質等作用。同時能提高材料的淬透性 和高溫強度。B的添加不僅可以起到抑制S元素向空位等自由表面偏聚形成硫化物，而且 還可以改變滲碳區(qū)碳化物的種類及形態(tài)。因此，該材料中的含B量為0. 0010~0. 0050質 量％。
[0039] 16. As (0 ~0? 0020 質量％ )
[0040] As元素在材料中常以Fe2As，Fe3As2, FeAs及固溶體形式存在，易發(fā)生偏析現象，使 材料的脆性增加，延伸率，斷面收縮率及沖擊韌性降低，并影響焊接。因此，綜合考慮高溫持 久斷裂時間要求和經濟成本因素，該材料中的含As量為0~0. 0020質量％。
[0041] 17. Sn(0 ~0? 0020 質量％ )
[0042] Sn元素可大大降低合金的高溫機械性能，對合金的加工性能也十分有害。因此，綜 合考慮高溫持久斷裂時間要求和經濟成本因素，該材料中的含Sn量為0~0. 0020質量％。
[004