CN101348887A - 一种炉管用高铝耐热钢 - Google Patents

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Abstract

一种炉管用高铝耐热钢，涉及用于乙烯裂解炉管以及制氢转化炉管耐热钢，主要工作在高温碳氢气和水蒸气或氢气的混合高压气氛中，按质量百分数计，其成分为：Ni：20～35％，Cr：25％，Al：3～15％，Si：1.5％，C：0.4％，余量为Fe；本发明以HP40合金为基础，在合金中加铝代替部分的镍，由于铝的加入，在熔炼过程中，它与铁和镍发生相互作用，最终在合金中生成了(Fe，Ni)Al金属间化合物强化相，从而大大的提高了合金的室温、高温力学性能。

Description

一种炉管用高铝耐热钢
技术领域
本发明涉及用于乙烯裂解炉管以及制氢转化炉管耐热钢，主要工作在高温碳氢气和水蒸气或氢气的混合高压气氛中。
背景技术
目前乙烯裂解炉管以及制氢转化炉管所选用的材料都是以HP系列为主，成分为Ni：33～37％，Cr：24～27％，Si：1.0～2.0％，C：0.4％，余量为Fe。随着技术的发展，使得其操作温度逐渐提高，被加热介质的出口温度在840～885℃之间，炉管表面温度已达到1100℃。这将对管材的要求进一步提高，尤其是抗高温氧化能力、抗渗碳能力、抗蠕变强度、高温延展性以及制造成本等。
现在使用的HP40炉管材料不足之处主要有：抗高温氧化性能一般、炉管易发生结焦渗碳以及制造成本高等。以上这些不足使得合金钢的使用寿命下降，而且增加了备件的消耗，降低了生产效率，增加了工人的劳动强度。
发明内容
本发明的目的是提供一种一种炉管用高铝耐热钢。
本发明是一种炉管用高铝耐热钢，按质量百分数计，其成分为：Ni：20～35％，Cr：25％，Al：3～15％，Si：1.5％，C：0.4％，余量为Fe。
为使本发明具有良好的综合性能，采用了沉淀强化理论：即以HP40合金为基础，在合金中加铝代替部分的镍。由于铝的加入，在熔炼过程中，它与铁和镍发生相互作用，最终在合金中生成了(Fe，Ni)Al金属间化合物强化相，从而大大的提高了合金的室温、高温力学性能。
目前使用的HP40Nb-M钢，其抗氧化能力主要依赖于Cr2O3氧化膜的形成。但合金表面的a-Cr2O3膜与基体之间热膨胀系数相差较大，在热应力作用时容易剥落，塑性也差，在炉管表面变形时容易造成裂纹，同时在温度高于900℃的条件下，易氧化成挥发性的CrO3，挥发引起氧化膜的变薄(这是形成Cr2O3膜的合金和涂层只能在1000℃以下使用的主要原因之一)。当在合金中加入铝时，由于生成了Al2O3氧化膜是不挥发的，比Cr2O3具有更好的抗氧化能力和较低的氧化速率，可以用于更高的温度。新合金钢中同时含有铬和铝，由于两者的协同作用，抗氧化的性能将非常明显。在提高材料综合性能的同时，降低了合金的生产成本。
具体实施方式
本发明是一种炉管用高铝耐热钢，按质量百分数计，其成分为：Ni：20～35％，Cr：25％，Al：3～15％，Si：1.5％，C：0.4％，余量为Fe。
熔炼的合金材料选用低碳Fe-Cr合金，工业镍板，25#钢，电极碳棒，工业铝锭。采用设备为中频无芯感应炉，在大气中冶炼，无特殊保护措施。铸型为呋喃树脂石英砂型，试块为标准契形状。为增强合金组织的致密性，在试块砂型底部预埋20mm厚的冷铁。
本发明的铸态组织基体为Y相加上强度和硬度都很高的(Fe，Ni)Al金属间化合物相，含有少量的碳化铬，形成了良好的铸态组织，具有很好的铸态性能。
本发明的铸态性能与HP40性能对比如下表：
拉伸实验在岛津AT10t万能材料实验机上进行，最大载荷为10吨，拉伸速度2ktf/mm2·s；硬度在HBRVU-187.5型布洛维氏光学硬度计上测定，其测试条件为，载荷298N，加载持续时间30s；高温氧化实验是在AZ2000快速升温箱式电炉中进行，温度为1200℃，氧化时间为30小时。
Figure A20081001832000041
从表中可以看出，本发明的室温和高温屈服强度、硬度都比HP40合金高，同时高温抗氧能力得到明显的提高，其高温氧化增重比原来的合金降低了3倍左右；而合金中由于强化相的生成，使得合金的延伸率有所下降。上述的这些性能指数都是严格按照国家标准来执行的。同时、本发明的新型耐热钢也具有良好的焊接性能。
下面结合实施例对本发明进行进一步的说明。
实施例1：
按照实际HP40合金炉管的生产工况进行备料、冶炼。所用炉料为：低碳Fe-Cr合金，工业镍板，25#钢，电极碳棒，工业铝锭。采用设备为中频无芯感应炉，在大气中冶炼，无特殊保护措施。采用铸型为呋喃树脂石英砂型，试块为标准契形状。为增强合金组织的致密性，在试块砂型底部预埋20mm厚的冷铁。
按质量百分含量计，Ni：32，Al：3，Cr：25，Si：1.5，C：0.4，余量为Fe，称取相应的质量，每炉熔炼10Kg。将原料按一定次序装入感应炉中，由于Al在大气中容易受到氧化烧损，因此铝的加入量应考虑烧损量，在最终确定的熔炼工艺下，Al的烧损约为30％。将合金加热到700℃时，保温半小时，使铝完全熔化，很好的与其它熔炼合金接触并发生反应。最终将熔炼温度控制在1530℃、保温20分钟，即出钢浇注。为保证试样组织致密，浇注后应及时用木棒将顶层的氧化膜击碎，以保证冒口在大气压力下充分补缩，预防出现缩孔，待冷却至室温即制得材料。
实施例2：
按照实际HP40合金炉管的生产工况进行备料、冶炼。所用炉料为：低碳Fe-Cr合金，工业镍板，25#钢，电极碳棒，工业铝锭。采用设备为中频无芯感应炉，在大气中冶炼，无特殊保护措施。采用铸型为呋喃树脂石英砂型，试块为标准契形状。为增强合金组织的致密性，在试块砂型底部预埋20mm厚的冷铁。
按质量百分含量计，Ni：29，Al：6，Cr：25，Si：1.5，C：0.4，余量为Fe，称取相应的质量，每炉熔炼10Kg。将原料按一定次序装入感应炉中，由于Al在大气中容易受到氧化烧损，因此铝的加入量应考虑烧损量，在最终确定的熔炼工艺下，Al的烧损约为30％。将合金加热到700℃时，保温半小时，使铝完全熔化，很好的与其它熔炼合金接触并发生反应。最终将熔炼温度控制在1530℃、保温20分钟，即出钢浇注。为保证试样组织致密，浇注后应及时用木棒将顶层的氧化膜击碎，以保证冒口在大气压力下充分补缩，预防出现缩孔，待冷却至室温即制得材料。
实施例3：
按照实际HP40合金炉管的生产工况进行备料、冶炼。所用炉料为：低碳Fe-Cr合金，工业镍板，25#钢，电极碳棒，工业铝锭。采用设备为中频无芯感应炉，在大气中冶炼，无特殊保护措施。采用铸型为呋喃树脂石英砂型，试块为标准契形状。为增强合金组织的致密性，在试块砂型底部预埋20mm厚的冷铁。
按质量百分含量计，Ni：26，Al：9，Cr：25，Si：1.5，C：0.4，余量为Fe，称取相应的质量，每炉熔炼10Kg。将原料按一定次序装入感应炉中，由于Al在大气中容易受到氧化烧损，因此铝的加入量应考虑烧损量，在最终确定的熔炼工艺下，Al的烧损约为30％。将合金加热到700℃时，保温半小时，使铝完全熔化，很好的与其它熔炼合金接触并发生反应。最终将熔炼温度控制在1530℃、保温20分钟，即出钢浇注。为保证试样组织致密，浇注后应及时用木棒将顶层的氧化膜击碎，以保证冒口在大气压力下充分补缩，预防出现缩孔，待冷却至室温即制得材料。

Claims (1)

1、一种炉管用高铝耐热钢，按质量百分数计，其成分为：Ni：20～35％，Cr：25％，Al：3～15％，Si：1.5％，C：0.4％，余量为Fe。
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