CN103469096A - 乙烯裂解炉管材质用耐热钢及乙烯裂解炉管的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种乙烯裂解炉管材质用耐热钢及乙烯裂解炉管的制备方法，该耐热钢的重量百分比成分为：C：0.5-1.5%，Si：0.5-1.5%，Mn：0.5-1.5%，Cr：30-35%，Ni：15-20%，Nb：0.1-0.5%，稀土Ce：0.05-0.1%，S≤0.03%，P≤0.03%，其余为Fe。本发明通过改变化学成分，然后通过离心铸造的方法和辅以一定的热处理工艺，可制备出外层为奥氏体和少量的Cr7C3型碳化物，内层为Cr7C3型碳化物和微量的奥氏体的乙烯裂解炉管。
Description
技术领域
本发明属于耐热钢技术领域，涉及一种乙烯裂解炉用耐热钢，尤其是一种乙烯裂解炉管材质用耐热钢及乙烯裂解炉管的制备方法。
背景技术
耐热钢作为重油冶炼设备中乙烯裂解炉管耐蚀环境十分恶劣。使用温度约在923～1423K甚至更高，同时存在硫化+渗碳+氧化等多因素交互侵蚀结焦作用。除要求耐热钢具有良好的高温力学性能（如蠕变极限和持久强度）外，还需优异的抗复杂介质侵蚀能力。目前国内多采用国外耐热钢炉管材质和制备技术，几乎受到国外耐热钢生产厂商的垄断（如日本久保田公司生产的HP40耐热钢）。实际上，国内外关于新型耐热钢材质的开发水平与国外存在较大差距。目前关于具备各种特点耐热钢的专利和文献报道甚多。
发明内容
本发明的目的在于提供一种乙烯裂解炉管材质用耐热钢及乙烯裂解炉管的制备方法，本发明通过改变耐热钢的化学成分，然后通过离心铸造的方法和辅以热处理工艺，制备的耐热钢具有良好的高温力学性能和抗氧化、抗硫化、抗增碳的性能，适合用于高温环境下服役的乙烯裂解炉管。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明首先提供一种乙烯裂解炉管材质用耐热钢，其重量百分比成分为：C：0.5-1.5%，Si：0.5-1.5%，Mn：0.5-1.5%，Cr：30-35%，Ni：15-20%，Nb：0.1-0.5%，稀土Ce：0.05-0.1%，S≤0.03%，P≤0.03%，其余为Fe。
本发明还提出一种乙烯裂解炉管的制备方法，包括以下步骤：
1）计算并称重耐热钢熔炼用原材料：废钢、锰铁、硅铁、铬铁、纯镍、铌铁和稀土铈进行配料；各原材料按照以下重量百分比配料：
C：0.5-1.5%，Si：0.5-1.5%，Mn：0.5-1.5%，Cr：30-35%，Ni：15-20%，Nb：0.1-0.5%，稀土Ce：0.05-0.1%，S≤0.03%，P≤0.03%，其余为Fe；
2）将废钢在电炉中加热至1400℃熔化，待钢水熔清后，依次加入锰铁和硅铁熔清后使温度达到1500℃，并采用铝丝脱氧后，依次加入纯镍、铌铁、铬铁后使此时钢水温度达到1600℃，再次采用铝丝脱氧并在钢水液面除渣后，将钢水迅速出炉倒入底端混合放置稀土铈的浇包中，静置使钢水温度为1500℃-1550℃时，再次用铝丝脱氧处理，扒渣处理；
3）随后在浇注温度≥1450℃时快速浇入到离心机中，离心机的工作参数：金属铸型转速：800-1300r/min；金属型喷刷锆英粉涂料厚度小于1.5cm，金属型壁厚确定为2.5cm；金属型长度为1.5m；
4）浇注完成3-5分钟停止离心机转动，停机后2-3小时脱模取出铸造耐热钢管；
5）将铸造耐热钢管壁内外杂物清理干净后，放入热处理炉中进行热处理，最后得到乙烯裂解炉管。
进一步，上述步骤2）中，稀土铈的平均粒度约为8-10mm。
进一步，上述步骤3）中，所述离心机为卧式离心机。
本发明具有以下有益效果：
本发明在HP40化学成分（C：0.58%；Si：1.8%；Mn：1.8%；Mo：0.5%；S≤0.03%；P≤0.03%；Cr：26%；Ni：35%；其余为Fe）的基础上，通过改变其的化学成分，然后通过离心铸造的方法（由于Cr7C3型碳化物的密度小于钢液密度，在离心力作用下其会向管内壁偏聚）和辅以一定的热处理工艺，可制备出外层为奥氏体和少量的Cr7C3型碳化物（保证良好的高温力学性能），内层为Cr7C3型碳化物和微量的奥氏体（保证优异的高温抗蚀性能）的乙烯裂解炉管。其具有良好的高温力学性能和抗氧化、抗硫化、抗增碳的性能，适合用于高温环境下服役的乙烯裂解炉管（1cm≤壁厚≤3cm）。在1000℃下使用时，其使用寿命较H40耐热钢提高2.5倍以上。
附图说明
图1为本发明热处理工艺示意图。
具体实施方式
本发明是在HP40化学成分（C：0.58%；Si：1.8%；Mn：1.8%；Mo：0.5%；S≤0.03%；P≤0.03%；Cr：26%；Ni：35%；Fe：其余）的基础上，通过改变其的化学成分，然后通过离心铸造的方法和辅以一定的热处理工艺来进行的。
本发明首先提出的乙烯裂解炉管材质用耐热钢的重量百分比成分为：C：0.5-1.5%，Si：0.5-1.5%，Mn：0.5-1.5%，Cr：30-35%，Ni：15-20%，Nb：0.1-0.5%，稀土Ce：0.05-0.1%，S≤0.03%，P≤0.03%，其余为Fe。
上述双稀土耐热钢制备成乙烯裂解炉管的方法，包括以下步骤：
（1）按照上述乙烯裂解炉管材质用耐热钢的重量百分比成分，计算并称重上述耐热钢熔炼用原材料：废钢、锰铁和硅铁、铬铁、纯镍、铌铁、稀土铈，进行配料。
（2）将废钢在电炉中加热至1400℃熔化，待钢水熔清后，依次加入锰铁和硅铁熔清后使温度达到1500℃，并采用铝丝脱氧后，依次加入纯镍、铌铁、铬铁后使此时钢水温度达到1600℃，再次采用铝丝脱氧并在钢水液面除渣后，将钢水迅速出炉倒入底端混合放置稀土铈（平均粒度约为8-10mm）的浇包中，静置使钢水温度为1500℃-1550℃时，再次用铝丝脱氧处理，扒渣处理。
（3）随后在浇注温度≥1450℃时快速浇入到卧式离心机中，离心机的工作参数：金属铸型转速：800-1300r/min；金属型喷刷锆英粉涂料（厚度小于1.5cm），金属型壁厚确定为2.5cm；金属型长度为1.5m。
（4）浇注完成3-5分钟停止离心机转动，停机后2-3小时脱模取出铸造耐热钢管。
（5）将铸造耐热钢管壁内外杂物清理干净后，放入热处理炉中进行热处理，热处理工艺示意图见图1所示（其中保温时间取决于管壁厚度）。最后得到乙烯裂解管外层主要为奥氏体和少量Cr7C3型碳化物，发挥良好的高温力学性能；内层为主要为Cr7C3型碳化物和微量奥氏体，发挥优异的高温抗氧化、抗硫化和抗增碳结焦性能。在1000℃下使用时，其使用寿命较HP40耐热钢提高2.5倍以上。
以下通过实施例对本发明进一步说明
实施例1
1）本实施例的耐热钢乙烯裂解炉管材质用耐热钢的化学成分，其重量百分比成分为：0.5C，1.5Si，1.5Mn，30Cr，20Ni，0.5Nb，0.1稀土Ce，S≤0.03%、P≤0.03%，其余为Fe。
2）计算并称重上述耐热钢熔炼用原材料：废钢、锰铁和硅铁、铬铁、纯镍、铌铁、稀土铈，进行配料。
3）将废钢在电炉中加热至1400℃熔化，待钢水熔清后，依次加入锰铁和硅铁熔清后使温度达到1500℃，并采用铝丝脱氧后，依次加入纯镍、铌铁、铬铁后使此时钢水温度达到1600℃，再次采用铝丝脱氧并在钢水液面除渣后，将钢水迅速出炉倒入底端混合放置稀土铈（平均粒度约为8-10mm）的浇包中，静置使钢水温度为1500℃-1550℃时，再次用铝丝脱氧处理，扒渣处理。
4）随后，在浇注温度在1550℃时快速浇入到卧式离心机中，离心机的工作参数：金属铸型转速：1300r/min；金属型喷刷锆英粉涂料（厚度约1.0-1.5cm），金属型壁厚确定为2.5cm；金属型长度为1.5m。
5）浇注完成5分钟停止离心机转动，停机后2.5小时脱模取出铸态耐热钢管（壁厚为1cm；管内径10cm）。
6）将铸造耐热钢管壁内外杂物清理干净后，放入热处理炉中进行热处理，热处理工艺示意图见图1所示（750℃下保温0.5小时；850℃保温0.5小时；950℃下保温0.5小时）。最后得到乙烯裂解管外层主要为奥氏体和少量Cr7C3型碳化物，发挥良好的高温力学性能；内层为主要为Cr7C3型碳化物和微量奥氏体，发挥优异的高温抗氧化、抗硫化和抗增碳结焦性能。在1000℃下使用时，其使用寿命较HP40耐热钢提高约2.7倍。
实施例2
1）本实施例的耐热钢乙烯裂解炉管材质用耐热钢的化学成分，其重量百分比成分为：1.5C，0.5Si，0.5Mn，35Cr，15Ni，0.1Nb，0.05稀土Ce，S≤0.03%、P≤0.03%，其余为Fe。
2）计算并称重上述耐热钢熔炼用原材料：废钢、锰铁和硅铁、铬铁、纯镍、铌铁、稀土铈，进行配料。
3）将废钢在电炉中加热至1400℃熔化，待钢水熔清后，依次加入锰铁和硅铁熔清后使温度达到1500℃，并采用铝丝脱氧后，依次加入纯镍、铌铁、铬铁后使此时钢水温度达到1600℃，再次采用铝丝脱氧并在钢水液面除渣后，将钢水迅速出炉倒入底端混合放置稀土铈（平均粒度约为8-10mm）的浇包中，静置使钢水温度为1500℃-1550℃时，再次用铝丝脱氧处理，扒渣处理。
4）随后，在浇注温度在1450℃时快速浇入到卧式离心机中，离心机的工作参数：金属铸型转速：800r/min；金属型喷刷锆英粉涂料（厚度约1.0-1.5cm），金属型壁厚确定为2.5cm；金属型长度为1.5m。
5）浇注完成3分钟停止离心机转动，停机后2.5小时脱模取出铸态耐热钢管（壁厚为3cm；管内径25cm）。
6）将铸造耐热钢管壁内外杂物清理干净后，放入热处理炉中进行热处理，热处理工艺示意图见图1所示（750℃下保温0.5小时；850℃保温0.5小时；950℃下保温1.5小时）。最后得到乙烯裂解管外层主要为奥氏体和少量Cr7C3型碳化物，发挥良好的高温力学性能；内层为主要为Cr7C3型碳化物和微量奥氏体，发挥优异的高温抗氧化、抗硫化和抗增碳结焦性能。在1000℃下使用时，其使用寿命较HP40耐热钢提高约3.2倍。
实施例3
1）本实施例的耐热钢乙烯裂解炉管材质用耐热钢的化学成分，按照重量百分比成分为：1.0C，1.2Si，1.2Mn，32Cr，18Ni，0.25Nb，0.08稀土Ce，S≤0.03%、P≤0.03%，其余为Fe。
2）计算并称重上述耐热钢熔炼用原材料：废钢、锰铁和硅铁、铬铁、纯镍、铌铁、稀土铈，进行配料。
3）将废钢在电炉中加热至1400℃熔化，待钢水熔清后，依次加入锰铁和硅铁熔清后使温度达到1500℃，并采用铝丝脱氧后，依次加入纯镍、铌铁、铬铁后使此时钢水温度达到1600℃，再次采用铝丝脱氧并在钢水液面除渣后，将钢水迅速出炉倒入底端混合放置稀土铈（平均粒度约为8-10mm）的浇包中，静置使钢水温度为1500℃-1550℃时，再次用铝丝脱氧处理，扒渣处理。
4）随后，在浇注温度在1480℃时快速浇入到卧式离心机中，离心机的工作参数：金属铸型转速：1100r/min；金属型喷刷锆英粉涂料（厚度约1.0-1.5cm），金属型壁厚确定为2.5cm；金属型长度为1.5m。
5）浇注完成5分钟停止离心机转动，停机后2.5小时脱模取出铸态耐热钢管（壁厚为3cm；管内径25cm）。
6）将铸造耐热钢管壁内外杂物清理干净后，放入热处理炉中进行热处理，热处理工艺示意图见图1所示（750℃下保温0.5小时；850℃保温0.5小时；950℃下保温1.5小时）。最后得到乙烯裂解管外层主要为奥氏体和少量Cr7C3型碳化物，发挥良好的高温力学性能；内层为主要为Cr7C3型碳化物和微量奥氏体，发挥优异的高温抗氧化、抗硫化和抗增碳结焦性能。在1000℃下使用时，其使用寿命较HP40耐热钢提高约2.9倍。
总之，本发明中的乙烯裂解炉管其抗氧化、硫化性能明显较HP40高。这对于耐热钢材质等的发展而言，本专利的发明具有重要的推动作用。
Claims (4)
1.一种乙烯裂解炉管材质用耐热钢，其特征在于，其重量百分比成分为：C：0.5-1.5%，Si：0.5-1.5%，Mn：0.5-1.5%，Cr：30-35%，Ni：15-20%，Nb：0.1-0.5%，稀土Ce：0.05-0.1%，S≤0.03%，P≤0.03%，其余为Fe。
2.一种乙烯裂解炉管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）计算并称重耐热钢熔炼用原材料：废钢、锰铁、硅铁、铬铁、纯镍、铌铁和稀土铈进行配料；各原材料按照以下重量百分比配料：
C：0.5-1.5%，Si：0.5-1.5%，Mn：0.5-1.5%，Cr：30-35%，Ni：15-20%，Nb：0.1-0.5%，稀土Ce：0.05-0.1%，S≤0.03%，P≤0.03%，其余为Fe；
2）将废钢在电炉中加热至1400℃熔化，待钢水熔清后，依次加入锰铁和硅铁熔清后使温度达到1500℃，并采用铝丝脱氧后，依次加入纯镍、铌铁、铬铁后使此时钢水温度达到1600℃，再次采用铝丝脱氧并在钢水液面除渣后，将钢水迅速出炉倒入底端混合放置稀土铈的浇包中，静置使钢水温度为1500℃-1550℃时，再次用铝丝脱氧处理，扒渣处理；
3）随后在浇注温度≥1450℃时快速浇入到离心机中，离心机的工作参数：金属铸型转速：800-1300r/min；金属型喷刷锆英粉涂料厚度小于1.5cm，金属型壁厚确定为2.5cm；金属型长度为1.5m；
4）浇注完成3-5分钟停止离心机转动，停机后2-3小时脱模取出铸造耐热钢管；
5）将铸造耐热钢管壁内外杂物清理干净后，放入热处理炉中进行热处理，最后得到乙烯裂解炉管。
3.根据权利要求2所述的乙烯裂解炉管材质用耐热钢的制备方法，其特征在于，步骤2）中，稀土铈的平均粒度约为8-10mm。
4.根据权利要求2所述的乙烯裂解炉管材质用耐热钢的制备方法，其特征在于，步骤3）中，所述离心机为卧式离心机。
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