一种乙烯裂解炉管用微合金化35Cr45NiNb合金钢的制作方法

　　一种乙烯裂解炉管用微合金化35Cr45NiNb合金钢的制作方法

　　【技术领域】

　　[0001] 本发明属于乙烯裂解炉管材料技术领域，具体涉及一种乙烯裂解炉管用微合金化 35Cr45NiNb 合金钢。

　　【背景技术】

　　[0002] 乙烯裂解炉管广泛应用于石化、电力、冶金、燃气等国民经济的支柱领域，一旦发 生失效将严重影响整套装置的长周期安全运行。近年来，乙烯裂解炉逐渐向高参数和大型 化方向发展，乙烯裂解炉管服役工况越加复杂和苛刻，对乙烯裂解炉管的高温性能提出更 高的要求。目前市场上投用的国产乙烯裂解炉管的实际服役寿命良莠不齐，大量炉管的实 际服役寿命甚至只有原来设计寿命的三分之一，失效事故时有发生，给石化行业制氢装置 的长周期安全运行带来了极大隐患。因此，如何提高乙烯裂解炉管的高温性能成为目前亟 待解决的现实问题。

　　[0003] HG/T2601-2011《高温承压用离心铸造合金炉管》中规定对35Cr45NiNb+微合金材 料的高温持久性能要求为ll〇〇°C、17MPa条件下，高温持久断裂时间大于100小时。然而， 目前国内炉管的高温持久断裂时间尚不能完全满足以上要求，导致炉管质量稳定性较差， 频繁发生早期失效，严重影响装置长周期安全运行。

　　【发明内容】

　　[0004] 本发明为了克服上述现有技术的不足，提供了一种有效提升乙烯裂解炉管的 高温持久性能、进而保障乙烯裂解炉装置长周期安全运行的乙烯裂解炉管用微合金化 35Cr45NiNb 合金钢。

　　[0005] 为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

　　[0006] -种乙烯裂解炉管用微合金化35Cr45NiNb合金钢，以质量百分比计，含有C: 0? 40 ~0? 50，Si :1. 20 ~1. 80，Mn :0? 60 ~1. 20，P :0? 001 ~0? 020，S :0? 001 ~0? 010，Cr : 35 ~36, Ni :45 ~46, Nb :0? 80 ~1. 50, W :0? 005 ~0? 20, Mo :0? 005 ~0? 20, Cu :0? 005 ~ 0? 30，A1 :0? 005 ~0? 20，Ti :0? 05 ~0? 10，Zr :0? 05 ~0? 10，B :0? 0010 ~0? 0050，As :0 ~ 0? 0020, Sn :0 ~0? 0020, Pb :0 ~0? 0020, Bi :0 ~0? 0001，余量为 Fe。

　　[0007] 优选的，柱状晶占壁厚百分比大于70%，晶粒度等级为5~6级。

　　[0008] 上述各元素对乙烯裂解炉管用微合金化35Cr45NiNb合金钢耐高温持久性能的影 响如下：

　　[0009] 1. C(0. 40 ~0? 50 质量％ )

　　[0010] C与Cr、Mo、Ti、V、Nb等形成一次碳化物M7C3和NbC等，提高材料高温强度。在高 温时效过程中，基体中的过饱和固溶碳以细小弥散的M 23C6析出，会降低合金的韧性，恶化焊 接性，因此，该材料中的含碳量为0. 4~0. 5质量％。

　　[0011] 2. Si (1.20 ~1.80 质量％ )

　　[0012] Si是冶炼时必要的脱氧剂，可以提高钢液在铸造时的流动性。Si溶于奥氏体中提 高材料的硬度和强度，同时，在高温氧化气氛中，Si与0结合形成Si02薄膜，提高炉管的高 温抗氧化性能。Si在Ni含量较高的环境中易于产生偏析，在晶界上形成低熔点共晶物，容 易导致焊接热裂纹倾向，恶化材料的焊接性能。Si是促进〇相析出元素在，加入量过多将 降低持久强度。因此，该材料中的含Si量为1. 2~1. 8质量％。

　　[0013] 3. Mn (0.60 ~1.20 质量％ )

　　[0014] Mn是扩大奥氏体相区元素，与S生成球化的MnS，可消除S的危害，也能改善焊接 性能。但Mn元素促进〇相析出，加入量过多会降低合金的抗氧化性能。因此，该材料中的 含Mn量为0? 6~1. 2质量％。

　　[0015] 4. P(0. 001 ~0? 020 质量％ )

　　[0016] P元素对高温持久强度有显著影响，随着P元素含量增加，高温持久强度降低，由 于P元素在热处理过程中会产生偏聚，促进空洞的形核。因此，综合考虑高温持久断裂时间 要求和经济成本因素，该材料中的含P量为0. 001~0. 020质量％。

　　[0017] 5. S(0. 001 ~0? 010 质量％ )

　　[0018] S元素含量对高温持久寿命有显著影响，随着S元素的增加，高温持久强度降低。 这是由于在热处理过程中硫偏聚到晶界形成硫化物，由于硫化物和基体的结合力较差，空 洞很容易形核，在高温状态下由于局部应力集中导致空洞连接从而产生微裂纹，导致炉管 快速失效。因此，综合考虑高温持久断裂时间要求和经济成本因素，该材料中的含S量为 0? 001 ~0? 010 质量％。

　　[0019] 6. Cr (35 ~36 质量％ )

　　[0020] Cr元素是合金中主要的固溶强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保护膜，对合金的抗氧化、强度、抗渗碳性能起决定性作用。但Cr含量过高 会导致〇相析出，从而降低合金的强度和韧性。因此，该材料中的含Cr量为35~36质 量％。

　　[0021] 7. Ni (45 ~46 质量％ )

　　[0022] Ni元素是形成和稳定奥氏体，提高抗渗碳、抗氧化、高温强度和韧性的主要元素， 可提高材料的强度而不显著降低其韧性，改善材料的加工性和可焊性。Ni原子将会降低C 原子在合金中的溶解度，过量加入会导致超量的碳化物会析出。因此，该材料中的含Ni量 为45~46质量％。

　　[0023] 8. Nb(0. 80 ~1. 50 质量％ )

　　[0024] Nb兀素形成晶界析出的NbC，有效提尚材料的强度，同时使晶界碳化络均勾弥散 分布，延迟碳化物粗化过程，从而提高合金的高温强度。因此，该材料中的含Nb量为0. 8~ 1. 5质量％。

　　[0025] 9. W(0. 005 ~0.20 质量％ )

　　[0026] W元素是固溶强化元素，能提高合金的高温强度，抑制碳的扩散速度，但是加入过 量则会影响合金的抗氧化性能，并促进〇相析出，降低合金的强度和韧性。因此，该材料中 的含W量为〇? 005~0? 20质量％。

　　[0027] 10. Mo (0.005 ~0.20 质量％ )

　　[0028] Mo元素是固溶强化元素，能提高合金的高温强度，抑制碳的扩散速度，但是加入过 量则会影响合金的抗氧化性能，并促进〇相析出，降低合金的强度和韧性。因此，该材料中 的含Mo量为0. 005~0. 20质量％。

　　[0029] 11. Cu(0. 005~0? 30质量％)

　　[0030] Cu元素是扩大奥氏体相区的元素，提高材料强度和屈强比，但是Cu元素含量过 高在热加工过程中易产生铜脆，导致开裂。因此，该材料中的含Cu量为0. 005~0. 30质 量％。

　　[0031] 12. A1 (0.005 ~0.20 质量％ )

　　[0032] A1元素在铸造过程中用来脱氧，同时可与Ni形成化合物，提高热强性。但是A1元 素含量过高会促进长期蠕变时〇相形成和粗化，降低蠕变寿命。因此，该材料中的含A1量 为0? 005~0? 20质量％。

　　[0033] 13.11(0.05~0.10质量％)

　　[0034] Ti元素含量超过0. 10质量％时，可在晶界形成碳化钛，提高材料强度。因此，该材 料中的含Ti量为0.05~0. 10质量％。

　　[0035] 14. Zr(0. 05~0? 10质量％)

　　[0036] Co元素能提高材料的抗氧化性能，同时显著提高材料的热强性和高温硬度。因此， 该材料中的含Zr量为0. 05~0. 10质量％。

　　[0037] 15. B (0? 0010 ~0? 0050 质量％ )

　　[0038] B元素具有细化晶粒，改善晶粒形貌，净化杂质等作用。同时能提高材料的淬透性 和高温强度。B的添加不仅可以起到抑制S元素向空位等自由表面偏聚形成硫化物，而且 还可以改变渗碳区碳化物的种类及形态。因此，该材料中的含B量为0. 0010~0. 0050质 量％。

　　[0039] 16. As (0 ~0.0020 质量％ )

　　[0040] As元素在材料中常以Fe2As，Fe3As2, FeAs及固溶体形式存在，易发生偏析现象，使 材料的脆性增加，延伸率，断面收缩率及冲击韧性降低，并影响焊接。因此，综合考虑高温持 久断裂时间要求和经济成本因素，该材料中的含As量为0~0. 0020质量％。

　　[0041] 17. Sn(0 ~0? 0020 质量％ )

　　[0042] Sn元素可大大降低合金的高温机械性能，对合金的加工性能也十分有害。因此，综 合考虑高温持久断裂时间要求和经济成本因素，该材料中的含Sn量为0~0. 0020质量％。