CN101484770A - 热分解反应用金属管 - Google Patents

Abstract

本发明目的在于提供一种具有优异的热交换特性和热分解反应特性，且较佳地适用于使烃热分解的工艺的热分解反应用金属管。该管是其内周面上形成有3条或4条肋(1)的热分解反应用金属管，该肋(1)相对于管轴向以20～35°的角度倾斜，呈螺旋状延伸，其特征在于，在肋(1)的横截面中，肋高度为肋高度h，谷底的肋宽度为w，且管的谷底内径为Di时，则h/Di为0.1～0.2，且h/w为0.25～1.0。

Description

热分解反应用金属管

技术领域

本发明涉及一种最适合用作石油精炼、石油化学设备等中的分解炉管、重整炉管、加热炉管或热交换器管，且在管内周面上设有肋的热分解反应用金属管。更具体涉及一种例如最适于用作在乙烯设备等中通过从管外面进行加热而使管内部的烃类(碳氢化合物类)发生热分解反应来制造烯烃(C_nH_2n)的管的热分解反应用金属管。

背景技术

乙烯(C₂H₄)等烯烃(C_nH_2n)是通过使烃类(粗汽油、天然气和乙烷等)热分解来制成的。具体来说，将烃类与水蒸气一起供给到管内部，该管配置于反应炉内，由25Cr-25Ni系、25Cr-38Ni系所代表的高Cr-高Ni合金构成、或者由SUS304等所代表的不锈钢构成，从管外面进行加热，使烃类在管内发生热分解反应来获得烯烃系的烃类(乙烯、丙烯等)。

在上述热分解反应中，为了不使未经反应的烃类直接排出反应炉外，需要使从管外面施加的热量高效地传导到管内。即，需要管具有优异的“热交换特性”。该热交换特性可根据管出口处的流体的平均温度来进行评价。在管的热交换特性较为优异的情况下，该平均温度变高。

将向钢管内部供给的烃类与水蒸气的混合气体以低压从管入口进行高速的供给。与未反应的混合气体发生反应而生成的气体沿着设置于管内表面上的肋(rib)进行长距离的移动。因此，会受肋的形状的影响，气体流动被肋阻碍，使管中心部的流体与肋谷底部的流体分离，管中心部与肋谷底部之间的物质移动(反应)不充分。这样一来，反应生成物滞留在肋的凹谷部而过度进行烃类的热分解反应，另一方面，使管中心部的流体的热分解反应不充分，产生收获率下降的问题。为了解决该问题，需要管具有优异的“热分解反应特性”。该热分解反应特性与管内的物质移动存在相关性，因此可根据管出口处的温度偏差来进行评价。

在专利文献1(日本特开昭58-173022号公报)中公开了一种内表面带有螺旋状肋的管的制造方法，该管的制造方法在热挤压制造出具有直肋(straight rib)的金属管后，再实施扭转加工。另外，在专利文献2(日本特开平1-127896号公报)公开了一种热交换用管材，该热交换用管材的截面形状具有波状的内周面，形成其凸部的凸曲面的曲率半径R_F与形成凹谷部的凹曲面的曲率半径R_S满足R_S≥R_F的关系。

并且，在专利文献3(日本特开平8-82494号公报)中公开了一种热交换用管，该热交换用管在从管的进口侧端到出口侧端的管轴方向的1个或多个区域甚至整个区域中的管壁内表面上，以适当的间距设置了具有与管轴交叉的朝向的翅片。并且，在专利文献4(日本特表2005-533917号公报)中公开了一种管，该管用于在存在蒸气的条件下使烃进行热分解的工艺上，并具有螺旋状的内表面翅片。

但是，在上述各专利文献所公开的内表面设有肋或翅片的管中，对于同时兼顾上述“热交换特性”和“热分解反应特性”并一起提高是不充分的。因此，要求这些特性进一步改善的内表面带有肋的热交换用管。

另一方面，近年来随着合成树脂需求的增大，从提高乙烯收获率的方面出发，用于乙烯设备用分解炉等上的热分解反应用金属管的使用条件趋向高温化的倾向越来越强。在这样的高温下使用的热分解反应用金属管中，随着热分解反应不可避地生成碳，该碳附着并堆积于管内表面上。这是被称为“结焦(coking)”的现象。

当发生结焦现象时，附着并堆积于内表面上的碳会妨碍自管外面施加的热量向混合气体的传递，而使热分解反应效率下降。另外，所附着、堆积的碳会向钢管内部扩散，引发所谓的渗碳现象而导致钢管脆化，从渗碳部分开始造成管的损伤。并且，当所附着、堆积的碳发生剥离再次堆积于钢管内时，不仅会阻止气体流动而妨碍热分解反应，而且会导致上述损伤，若堆积过多时会发生爆炸等重大事故。因此，在实际的作业当中需要定期地进行送入空气、水蒸气来氧化除去所析出的碳的所谓除焦作业(decoking)，但在除焦期间停止作业、增加作业工时等成为大问题。

热分解反应用金属管的内表面被曝露在含有烃类气体、CO气体的渗碳性气氛中。因此，作为管的材料，要求在渗碳性气氛中具有耐渗碳性和耐结焦性的耐热材料。

在专利文献5(日本特开2005-48284号公报)中公开了一种不锈钢管，该不锈钢管在以质量％计，由含有Cr：20～35％的原材料构成的钢管的表层部上具有含有Cr浓度在10％以上且厚度在20μm以内的贫Cr层，且具有耐渗碳性和耐结焦性。并且，虽然该专利文献中记述了也可以在与该发明的管的内表面设置有突起、鳍片等，但对其具体的形状未有任何的记载。

专利文献1：日本特开昭58-173022号公报

专利文献2：日本特开平1-127896号公报

专利文献3：日本特开平8-82494号公报

专利文献4：日本特表2005-533917号公报

专利文献5：日本特开2005-48284号公报

发明内容

本发明是鉴于上述实际情况而做成的，目的在于提供一种具有如下(1)和(2)的特性的热分解反应用金属管。

(1)管轴心部分的未反应气体与作为反应部位的管内表面进行接触的频率较大，具有较高的热分解反应特性。

(2)热分解反应特性和热交换特性均优异，并且耐渗碳性也优异，具有适用于使烃热分解的工艺的特性。

为了解决上述课题，本发明人对热分解反应用金属管进行了各种研究，获得了如下的(A)至(E)项的见解，该热分解反应用金属管可使管轴心部分的未反应气体与作为反应部位的管内表面接触的频率变大来促进热分解反应，并且热交换特性优异，同时耐渗碳性也优异。

(A)为了不使未反应的烃类直接排出反应炉外，需要将自管外面施加的热量高效地传导到管内。即，需要管的热交换特性优异。为此，需要使流通于管内的气体与管内表面之间的接触面积、即管的内表面积变大。

(B)管的内表面积随着形成于管内表面的肋的数目的增多而变大。并且，肋的高度越高，则内表面积越大，而且与管横截面方向上形成平缓的波状凹凸的形状相比，以锐角直立的形状的肋的内表面积更大。

肋为尖锐的形状可提高从管外面进行加热时的热交换特性。若肋为尖锐的形状，则会增大管的壁厚较薄的部分的面积、即肋的谷底部的面积，从而增大热交换特性。但是，若肋过高，则使自肋的顶点到管的外面的距离变大。即，在肋的顶点进行测定时管的壁厚会变厚，而使来自管外部的热传导不充分，从而使肋的凸部的温度下降，降低热交换特性。

(C)被供给到管内部的烃类与水蒸气的混合气体以低压从管入口进行高速的供给，并使由该混合气体反应生成的气体沿着设置于管内表面上的肋进行长距离的移动。此时，会受肋形状、肋数目的影响，气体流动被肋阻碍，使管中心部的流体与肋谷底部的流体的速度偏差变大，且使管中心部的流体与肋谷底部的流动分离，管中心部与肋谷底部的物质移动(反应)不充分。这样一来会发生如下的问题：反应生成物滞留于肋凹谷部而使烃类的热分解反应过度进行，管中心部的未反应物质的反应不充分地进行，从而降低收获率。因此，需要减少气体在管内的滞留，并且使横截面内的气体流动均匀化。即，需要提高管的热分解反应特性。

(D)若肋越高，且螺旋状肋相对于管轴方向的倾斜越大，越提高管的热分解反应特性。但是，若肋过高，且螺旋的倾斜过大，则肋会阻害流体在谷底部的流动，使管中心部的流体与肋谷底部的流体分离而增大流体的速度偏差，从而降低热分解反应特性。进而，肋数目越多，则肋会阻碍流体在谷底部的流动并使与中心部之间的流体的往来停滞，使管中心部的流体与肋谷底部的流体分离，从而降低热分解反应特性。

(E)根据上述理由，为了兼顾热交换特性和热分解反应特性，需要对形成于管内表面上的肋的数目、高度、相对于管轴方向的倾斜角等进行最佳的选定。

本发明是以上述见解为基础而做成的，以下述(1)～(4)项的热分解反应用金属管作为要旨。

(1)一种热分解反应用金属管，其在管内周面上形成有3条或4条肋；该肋相对于管轴向以20～35°的角度倾斜，并呈螺旋状延伸，其特征在于，在上述肋的横截面中，当肋高度为h，谷底的肋宽度为w，管的谷底内径为Di时，则h/Di为0.1～0.2，且h/w为0.25～1.0。另外，“肋的横截面”是指与管轴线垂直的截面。

(2)根据上述(1)项所述的热分解反应用金属管，上述肋的横截面形状为等腰三角形状。

(3)根据上述(1)或(2)项所述的热分解反应用金属管，通过热挤压将肋与管主体一体形成。

(4)根据上述(1)至(3)中任一项所述的热分解反应用金属管，该金属管用于使烃热分解的工艺。

本发明的金属管的肋的横截面可为三角形状、梯形形状等各种形状。在三角形状中优选等腰三角形状。在梯形形状当中优选等腰梯形形状。在设为梯形形状的情况下，以相互平行的2条边中的长边作为谷底侧。

图1是用于说明本发明的金属管的肋的形状的、与管轴线垂直的截面的局部的图。如图所示，在管的内表面设置有肋1。在此进行例示的肋的形状为等腰三角形状。图示的h表示肋的高度，w表示谷底处的肋宽度。肋的谷底内径Di表示到相当于肋的谷底位置的管内径，而肋的凸部的内径Dm表示到相当于肋的凸部位置的管的内径。另外，如下所述，所谓等腰三角形状是指实际上处于等腰三角形的状态。

如上所述，可将设置于本发明的管的内部的肋的截面形状设定为三角形状、梯形形状等各种形状。在此，在三角形状、梯形形状当中，不仅指严格意义上的三角形、梯形，而且包括实际上可视为三角形、梯形的形状。例如，如图1所示，肋的凸部的顶点也可带有圆弧。这在梯形形状中也同样。相互平行的2条边与斜边形成的接合部也可处于带有圆形的所谓倒角那样的状态。另外，从顶点到肋的谷底面的斜边可以不必是直线。特别是斜边与肋的谷底面之间可通过平缓的曲线连接起来。

如上所述，在三角形状当中也优选等腰三角形形状，且在梯形当中也优选等腰梯形。只要是这样左右对称的形状，则容易通过热加工、冷加工来制造其内表面上设置有作为连续状突起的肋的管。

本发明的金属管是一种热交换特性和热分解反应特性很高的热分解反应用金属管。若使用该管，能够以较少的能量来提高烃等的烯烃收获率。另外，该管也具有优异的耐结焦性和耐渗碳性，因此，也可提高制造装置自身的运行率。

附图说明

图1是用于说明本发明的金属管的肋形状的与管轴线垂直的截面的局部的图。

图2是表示肋的数目和倾斜角不同的金属管的管出口的流体的平均温度和平均温度差的图。

图3是表示肋的高度和倾斜角度对管出口的流体的平均温度和平均温度差造成的影响的图。

图4是表示肋的高度h与谷底处的肋宽度w的比值(h/w)和肋的倾斜角度对管出口的流体的平均温度和平均温度差造成的影响的图。

图5是与所制作的管的管轴线垂直的截面的照片的复印图。

具体实施方式

1.关于肋的形状

为确定上述最佳的肋形状而进行了下述的模拟试验。

1-1.模拟试验1

如表1所示，制作了对管内表面的肋的数目、高度、形状以及倾斜角度作各种改变的热分解反应用金属管，并按表2所示的条件进行模拟试验。

表1

表2

表2

 

供给流体	空气
		流速	50m/sec
供给到管内部的流体温度	293K
		管的外面温度	1123K
其他	以距流体进入侧1m为助流区间，对剩余的3m部分进行加热

在模拟试验中，不考虑热分解反应而在表2所示的条件下，利用市场上销售的热流动分析程序，将与钢管内部的流体有关的质量保存式、运动量保存式以及能量保存式联立起来，根据三维热流动分析模型对钢管内部的流动和传热状态进行评价，计算出管内的有效粘性系数、换言之计算出有效热传导度和有效扩散系数。另外，此时考虑到湍流的影响，因而利用了湍流模型。其结果如图2所示。

在图2中，横轴表示钢管出口的流体的平均温度。该平均温度高意味着自钢管外面施加的热量进行了高效的传热，也意味着具有优异的热交换特性。

图2的纵轴表示钢管出口处的流体的平均温度差。该平均温度差小则意味着温度分布均匀。换言之，平均温度差值大则意味着处于钢管的中心部较冷而只有内表面附近部位处于局部地被加热的状态，同时意味着热分解反应特性较差。

图2中的纵轴的值(平均温度差)是表示在管出口处的平均温度为T_mean(K)、同一截面上的任意位置的温度为T_local(K)时，根据下式求出的值ΔT。其中，S表示管内的流体所流通的空间的截面积。

式1

$\mathrm{\ΔT}=\frac{1}{S}{\∫}_S\sqrt{{(T_{\mathrm{local}}-T_{\mathrm{mean}})}^2}\mathrm{ds}$

从图2中可获得如下的结论。

1)管的内表面积越大，则管的出口处的流体的平均温度(图2的横轴)所表示的热交换特性越大。并且，管的内表面积随着肋数目的增多而变大。

2)管出口处的流体的平均温度差值(根据上述(1)式算出的ΔT)随肋倾斜角度的增大而变小。即，热分解反应特性随着肋倾斜角度的增大而变大。若是相同的倾斜角度，则肋数目为3条时热分解反应特性最大。即，若按热分解反应特性从大到小的顺序排列，肋数目为3条、4条、2条、5条、1条、8条。

1-2.模拟试验2

如表3所示，肋数目为3条，改变肋的倾斜角度和高度，以与表2相同的条件进行模拟试验，对肋形状产生的影响进行研究。其结果图3所示。

表3

从图3中可知，肋的高度越高，则横轴表示的平均温度越高。即，提高了热交换特性。另外，使纵轴的平均温度差变小，也提高了热分解反应特性。但是，肋高度为4.0mm时，热分解反应特性差。另一方面，即使将肋高度提高到10.0mm，其热分解反应特性与肋高度为8.0mm或9.0mm的情况相比也看不到有明显的差异。另外，肋的倾斜角度在25°～35°的范围内，其效果也没有大的差异。

如上所述肋的高度(h)越高，则越提高了热交换特性和热分解反应特性。但是，若肋过高，则肋会限制气体的流动，使谷底部分的流体发生滞留，从而降低热分解反应特性。另外，会降低肋凸部的温度，而使热交换特性下降。并且，容易发生结焦现象。并且，难以通过热挤压、冷轧来形成较高的肋。另一方面，若肋过低，则会减小管的内表面积而降低热交换特性，也会使热分解反应特性下降。

1-3.模拟试验3

如表4所示，在肋数目为3条，且肋高度为5.5mm固定值，倾斜角度分别为25°、30°以及35°的各种情况下，改变谷底处的肋宽度w，按与表2相同的条件进行了模拟试验。将其结果显示于图4中。

表4

从图4中可知，h/w越小，即将凸部形状设为平缓的波状，则越会降低热分解反应特性。即，使图2～4的纵轴的平均温度差变大。另一方面，h/w越大越能提高热分解反应特性。另外，若h/w较小时，则与h/w较大的尖锐形状相比其内表面积变小，因而使图2～4中的横轴的平均温度变低。即，存在使热交换特性下降的倾向。

在管的制造面中，若h/w过大时，换言之，当肋为过于薄且尖锐的形状时，则难以通过热挤压、冷轧形成较高的肋。

1-4.根据模拟试验确定最适合的肋形状

(1)肋数目

根据模拟试验1的结果将肋数目设为3条或4条。更优选的肋数目为3条。

(2)肋的倾斜角度

根据模拟试验1的结果，将肋的倾斜角度设为20°～35°。更优选的倾斜角度为25°～30°。

(3)肋的形状(肋高度h、谷底处的肋宽度w与肋的谷底内径Di之间的关系)

管的横截面上的肋高度为h，谷底处的肋宽度为w，肋的谷底内径为Di时，则h/Di为0.1～0.2，肋高度h与谷底处的肋宽度w的比值(h/w)为0.25～1.0。

以h/Di值规定了肋高度h。即，虽然热分解反应用金属管使用了各种尺寸的管，但是在考虑到流体在管内的热交换特性、热分解反应特性的情况下，只要考虑其形状为相似的形状即可。因此，以h/Di来规定肋高度h即可。在模拟试验2的结果中，如图3所示，在肋高度h为5.0mm以上的情况下热交换特性和热分解反应特性均可获得改善，肋高度越高则越能够提高上述两特性。但是，当肋高度在8.0～10.0mm的范围内，高度越高也越能提高热交换特性，但看不出热分解反应特性有明显的差异。另一方面，肋高度越低则越容易实施肋成形加工，而容易进行管的制造，因而优选。根据上述理由，优选的肋高度h为5.0～10.0mm，且模拟试验2中使用的管的谷底内径Di为48mm，因此，h/Di的合适范围在0.1～0.2之间。另外，因为肋高度越高，则越难以实施冷热条件下的肋成形加工，所以优选将模拟试验中的热分解反应特性无差异的8mm左右的肋高度设为上限，故h/Di更优选的上限为0.17。

接着，对肋高度h与谷底处的肋宽度w之间的关系进行说明。

若考虑从外部进行加热时的管的热交换特性和热分解反应特性(谷底的流体与中心部之间的流体的往来)，以及形成肋的加工性时，不仅仅以肋高度h来对肋形状进行规定，还需要对肋高度h与肋的谷底处的肋宽度w的比值(h/w)进行规定。根据模拟试验3的结果可知，h/w越小则平均温度差越大，越降低热分解反应特性。因此，将h/w的下限值设定为0.25。另一方面，h/w越大越能提高热分解反应特性，因而优选使h/w越大。因此，h/w优选的下限值为0.35，更优选的下限值为0.4。

另一方面，在模拟试验3中，仅仅以h/w的最大值达到0.46来进行试验，但存在h/w越大，则越能同时提高热分解反应特性(平均温度差)和热交换特性(平均温度)的倾向。另外，在将肋高度h改变的模拟试验2中，未对h/w进行线性的改变，根据表3的肋高度h和谷底的宽度w的值可知，将h/w值从0.28变更到0.84，如图4所示h/w越大，则越能同时提高热分解反应特性(平均温度差)和热交换特性(平均温度)，因而将其上限值设定为1.0。其优选的上限值为0.7，更优选的上限值为0.55。

2.本发明的金属管的制造方法

通过溶解、铸造、热加工、冷加工以及焊接等手段而成形为无缝管、焊接管等所需的管形状，从而制造出本发明的热分解反应用金属管。另外，也可通过粉末冶金、离心铸造等工艺手段来成形为所需的管形状。

作为在管的内表面上形成螺旋状的肋的方法，例示下述的(a)～(c)项的方法。

(a)使用具有如下结构的热挤压制管压力机或冷轧机，来制造在管长度方向上肋高度一致的内表面带有直肋的管；上述热挤压制管压力机具有芯棒(mandrel)，该芯棒在外周面上沿着与轴心线平行的方向形成与管的凹谷部相对应的凸部和与管的肋相对应的凹谷部；上述冷轧机具有芯棒，该芯棒在外周面上以与轴心线平行的状态形成与上述同样的凸部和凹谷部。接着，对该内表面带有直肋的管进行扭转加工，从而形成内表面带有螺旋状肋的管。

(b)使用冷拔制管机来制造在管长度方向上肋高度一致的内表面带有螺旋状肋的管；上述冷拔制管机具有芯棒，该芯棒在外周面上呈螺旋状形成与管的凹谷部相对应的凸部和与管内的肋相对应的凹谷部。

(c)通过堆焊在管的内表面形成螺旋状的肋，从而制成内表面带有螺旋状的肋的管。

在上述方法当中，在通过热挤压使肋与管进行一体成形，其后通过扭转加工来形成螺旋状的肋的制造方法中，与利用粉末冶金、离心铸造来制造管的情况、或利用堆焊在管内表面形成肋的情况相比，该方法也可制造出细长材，在即使需要10m以上长的管的情况下也无需通过将多条管焊接起来而制成细长材。并且，采用该方法制造出的管是使肋与母管的材质相同的，因而与使用不同材质通过堆焊形成肋的管相比，其高温强度、耐腐蚀性更为优异，适用于要求烃等的热分解反应炉等具有高温强度、耐腐蚀性，耐渗碳性的用途上。

在通过热挤压形成肋的方法中，若肋的高度过高，则有时肋无法充分沿着芯棒形状而挤压出，无法确保局部的规定肋高度。因此，在采用热挤压法进行制造的过程中，限制了可成形的肋的形状，使肋过高就不佳。

3.本发明的金属管的材质

在强烈要求具备优异的耐渗碳性、耐结焦性的情况下，优选制成具有耐渗碳性、耐结焦性优异且高温强度、热加工性也优异的下述化学成分的管。另外，与含有成分量相关的“％”是指“质量％”。

(1)具有如下化学成分的金属管，即，C：0.01～0.6％、Si：0.01～5％、Mn：0.1～10％、P：0.08％以下、S：0.05％以下、Cr：15～55％、Ni：20～70％、N：0.001～0.25％、剩余部分由Fe和杂质构成。

(2)除了上述成分以外，还含有从如下(i)至(vi)项的至少一个组中选取的至少1种成分的金属管。

(i)Cu：0.01～5％、Co：0.01～5％中的1种或2种；

(ii)Mo：0.01～3％、W：0.01～6％、Ta：0.01～6％中的1种或2种以上；

(iii)Ti：0.01～1％、Nb：0.01～2％中的1种或2种成分；

(iv)B：0.001～0.1％、Zr：0.001～0.1％、Hf：0.001～0.5％中的1种或2种以上；

(v)Mg：0.0005～0.1％、Ca：0.0005～0.1％、Al：0.001～5％当中的1种或2种以上成分；

(vi)稀土类元素(REM)：0.0005～0.15％中的1种或2种以上。

以下，对上述各成分的作用效果和含有量的限定理由进行叙述。

C：0.01～0.6％

C的含有量为0.01％以上对确保高温强度较为有效。另一方面，若C的含有量超过0.6％，则会使韧性极度恶化，因而将其上限值设定为0.6％。其更优选的范围为0.02％～0.45％，进一步优选的范围为0.02％～0.3％。

Si：0.01～5％

Si作为脱氧元素是必需的，并也是对耐氧化性、耐渗碳性的提高有效的元素。在0.01％以上的Si含有量下可发挥其作用。但是，若Si的含有量超过5％，则会使焊接性恶化，也会使组织变得不稳定，因此，将其上限值设定为5％。更优选的范围为0.1～3％，最优选的范围为0.3～2％。

Mn：0.1～10％

Mn是为脱氧和改善加工性而添加的，因此，需要其含有量为0.1％以上。另外，因为Mn作为奥氏体生成元素，所以也可以使用Mn来置换一部分的Ni；但过多的含有量会使加工性恶化，故将其上限值设定为10％。其更优选的范围为0.1～5％，最优选范围为0.1～2％。

P：0.08％以下，S：0.05％以下

P和S会在晶界偏析出，使热加工性恶化。因此，优选极力降低其含有量，但过度的降低会导致制造成本的剧升，因而将P的含有量设为0.08％以下，将S的含有量设为0.05％以下。更优选的是，将P的含有量设为0.05％以下，将S的含有量设为0.03％以下，最优选的是，将P的含有量设为0.04％以下，将S的含有量设为0.015％以下。

Cr：15～55％

Cr是用于确保耐氧化性的主要元素，需要含有15％以上。从耐氧化性、耐渗碳性的方面来看，Cr的含有量越多越好，但过多的添加会使管的制造性、使用中高温下的组织稳定性下降，因此，将其含有量的上限值设定为55％。为了防止加工性和组织稳定性同时发生恶化，优选将其上限值设为35％。更优选的范围为20～33％。

Ni：20～70％

Ni是为获得稳定奥氏体组织而必需的元素，根据Cr的含有量而需要20～70％的Ni含有量。但是，超出需要的含有量会导致成本增加和管制造上的困难，因此，其更优选的范围为20～60％，最优选的范围为23～50％。

N：0.001～0.25％

N是对改善高温强度有效的元素。为了获得该效果，需要含有0.001％以上。另一方面，过多的添加会大大阻碍加工性，因而将含有量的上限值设为0.25％。其更优选的N含有量为0.001％～0.2％。

除此之外，也可根据要求含有1种以上的如下所示的元素。

Cu：0.01～5％、Co：0.01～5％中的1种或2种元素

Cu和Co除了可使奥氏体相稳定以外，还对高温强度的提高有效，也可分别含有0.01％以上。另一方面，若各含有量分别超过5％，则会使热加工性明显下降。因此，将其含有量分别设为0.01～5％。更优选的范围分别为0.01～3％。

Mo：0.01～3％、W：0.01～6％、Ta：0.01～6％中的1种或2种以上元素

Mo、W以及Ta均是对高温强度的提高有效的固溶强化元素，为了发挥其效果，需要将各含有量分别设为至少0.01％以上。但是，过多的含有会使加工性恶化且阻碍组织稳定性，因此，需要将Mo设为3％以下，且将W和Ta分别设为6％以下。Mo、W以及Ta都更优选为0.01～2.5％，进一步优选为0.01～2％。

Ti：0.01～1％、Nb：0.01～2％中的1种或2种元素

Ti和Nb即使添加极微量也会对改善高温强度和延伸性、韧性具有很好的效果，但若它们的含有量分别小于0.01％则无法获得该效果，若Ti的含有量超过1％，Nb超过2％，则会使加工性、焊接性下降。

B：0.001～0.1％、Zr：0.001～0.1％、Hf：0.001～0.5％中的1种或2种以上元素

B、Zr以及Hf均是可使晶界强化，且对热加工性以及高温强度特性的改善有效的元素，但若其中任一种元素的含有量小于0.001％，则无法获得该效果。另一方面，若含有量过多则会使焊接性恶化，因此，将B、Zr以及Hf的含有量分别为0.001～0.1％、0.001～0.1％以及0.001～0.5％。

Mg：0.0005～0.1％、Ca：0.0005～0.1％、Al：0.001～5％当中的1种或2种以上元素

Mg、Ca以及Al均是对热加工性的改善有效的元素，在将Mg和Ca的含有量为0.0005％以上，Al的含有量为0.001％以上的情况下可获得该效果。另外，当Al暴露于渗碳性气体环境中的情况下，Cr与Al生成主体的氧化皮，因而可使金属管的耐渗碳性获得明显的提高。因此，在含有1.5％以上的Al的情况下较为有效。另一方面，过多地添加Mg和Ca会使焊接性恶化，因而Mg和Ca含有量的上限值分别为0.1％。另外，若Al的含有量超过5％，则在合金中会析出金属间化合物，从而使韧性、蠕变延性明显下降。

Mg和Ca更优选的含有量的范围为0.0008～0.05％，在为改善耐渗碳性而含有Al的情况下，Al更优选的含有量的范围为2～4％。

稀土类元素(REM)：0.0005～0.15％的1种或2种以上元素

稀土类元素是对耐氧化性的提高有效的元素，但若其中任一种元素的含有量都小于0.0005％，则无法获得该效果，而过多的添加会降低加工性，因而其含有量的上限值为0.15％。所谓稀土类元素是指在15种镧系元素中再加上Y(钇)和Sc(钪)而构成的17种元素，优选使用其中特别是Y、La、Ce以及Nd中的1种以上元素。

4.内表面带有肋的管的制造例

使用具有表5所示的成分的空心钢坯，使用设有与肋形状相对应的凹凸部的芯棒，通过热挤压来制造管内表面设有3条或4条肋的带有直肋的管。在对该管实施1150℃的软化热处理后，进行相对于管轴方向的倾斜角为27°的扭转加工，接着进行3分钟的1230℃的加热，之后实施水冷处理，经过如上的产品热处理可获得表6所述的尺寸的带有螺旋状肋的管。将该管的横截面照片的复印图作为图5来显示。如图所示，还不能完全确认肋的凸部的亏缺、凹谷部的裂纹。

表5(试验用钢的成分。质量％剩余部分：Fe和杂质)

 

C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	Ti	B	Al	N
												0.11	1.45	0.38	0.014	0.0003	23.9	38.3	1.05	0.45	0.0021	0.017	0.0112

表6

工业上的可利用性

本发明的热分解反应用金属管具有较高的热交换特性和热分解反应特性，因而不仅能够以较少的能量来提高烃的等烯烃收获率，而且具有优异的耐结焦性，因此，也可提高制造装置自身的运转率，并不只限于用于乙烯等烯烃的制造上，还可用作所有热分解反应所使用的热分解反应用金属管。

Claims (4)

1.一种热分解反应用金属管，其在管内周面上形成有3条或4条肋；该肋相对于管轴向以20～35°的角度倾斜，并呈螺旋状延伸，其特征在于，在上述肋的横截面中，肋高度为h，谷底处的肋宽度为w，且管的谷底内径为Di时，h/Di为0.1～0.2，且h/w为0.25～1.0。

2.根据权利要求1所述的热分解反应用金属管，其特征在于，上述肋的横截面形状为等腰三角形状。

3.根据权利要求1或2所述的热分解反应用金属管，通过热挤压使肋与管主体一体形成。

4.根据权利要求1至3当中任一项所述的热分解反应用金属管，该金属管是用于使烃热分解的工艺的管。

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