CN105132813A - 用于焦炉上升管换热器的合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于焦炉上升管换热器的合金材料及其制备方法，用于焦炉上升管换热器的合金材料，如下的组分：C：1.10～1.50%，Si：0.35～0.55%，Mn：1.10～1.40%，Ce：0.0030～0.008%，La：0.0024～0.0065%，Cu：1.50～4.50%，Cr：5.0～6.5%，Mo：0.0020～0.007%，Ti：6.5～8.5%，Y：0.08-0.15%，Sm：0.10-0.15%，余量为不可避免的杂质和Fe，杂质含量≤0.05%，本发明为一种含有稀土的铁基合金，具有优异的机械力学性能，提高了焦炉上升管换热器的使用寿命，提高了焦炉的工作效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于焦炉上升管换热器的金属合金材料，具体的说涉及一种含有稀土的铁铝基合金。
背景技术
焦炉生产过程过程中，会产生大量的高温荒煤气，为了实现节能减排，多年来，焦化企业在焦炉荒煤气余热回收利用方面做了很多努力和尝试。早期的焦炉上升管换热热能回收装置，主要是通过在上升管外侧设置水夹套来完成换热，采用这种换热形式在常温水进入上升管换热器换热的过程中，往往会因管壁温度降低而使高温荒煤气中的焦油等成分冷凝下来，粘黏在换热器内壁上，在高温焦炭的烘烤过程中，形成半焦或石墨，极大地影响换热效率，而且不能保证换热装置的长期稳定运行。为了解决这个问题，出现了在上升管内壁加设衬砖的结构，中国专利申请号为200710158683.3的专利公开的一种焦炉用上升管换热装置，能够保证荒煤气中的焦油物不冷凝、上升管换热装置内壁不发生堵塞现象，但是也大大降低了热量回收效率。
还有许多专利公开了各自的技术，但是，到目前为止，几乎所有的专利公开的技术，其目的也仅仅是提高热能回收的效率和防止结焦。焦炉上升管换热器的金属，均为普通的碳钢或者是普通的不锈钢。
由于高温荒煤气中，含有腐蚀性物质硫化氢，会对普通的碳钢或者是不锈钢产生严重的应力腐蚀开裂，而焦炉生产过程为一种连续性生产过程，当焦炉上升管换热器由于腐蚀被损坏时，需要停工检修，将大大影响生产效率。
为了解决该问题，有专利采用在焦炉上升管换热器的换热管内壁涂覆防腐材料的方法，但是，该方法不仅加工难度高，而且涂层容易破损，难以确保安全。
发明内容
本发明的目的是公开一种用于焦炉上升管换热器的合金材料及其制备方法，以克服现有技术存在的上述缺陷。
本发明所述的用于焦炉上升管换热器的合金材料，以重量百分比计，由如下的组分组成：
C：1.10～1.50%，Si：0.35～0.55%，Mn：1.10～1.40%，Ce：0.0030～0.008%，La：0.0024～0.0065%，Cu：1.50～4.50%，Cr：5.0～6.5%，Mo：0.0020～0.007%，Ti：6.5～8.5%，Y：0.08-0.15%，Sm：0.10-0.15%，余量为不可避免的杂质和Fe，所述的杂质含量≤0.05%；
优选的，所述的用于焦炉上升管换热器的合金材料，以重量百分比计，由如下的组分组成：
C：1.20～1.40%，Si：0.40～0.50%，Mn：1.20～1.30%，Ce：0.0050～0.0070%，La：0.0035～0.0055%，Cu：2.0～4.0%，Cr：5.50～6.0%，Mo：0.0030～0.0040%，Ti：7.50～8.0%，Y：0.01-0.13%，Sm：0.12-0.13%，余量为不可避免的杂质和Fe，所述的杂质含量≤0.05%；
优选的，所述的用于焦炉上升管换热器的合金材料，以重量百分比计，由如下的组分组成：
C：1.23%，Si：0.45%，Mn：1.25%，Ce：0.006%，La：0.0045%，Cu：3.0%，Cr：5.55，Mo：0.0035%，Ti：7.55，Y：0.02%，Sm：0.125%，余量为不可避免的杂质和Fe，所述的杂质含量为0.04%；
本发明的用于焦炉上升管换热器的合金材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）采用电弧炉熔炼，然后采用真空铸造，开浇时，模温为400～450℃，开浇温度为1600～1900℃，浇完后冷却至80～100℃脱模；
（2）将步骤（1）获得的产物，在惰性气氛中，加热至1000~1200℃，保温3～5小时，随炉冷却至800～850℃，保温7～10小时，出炉，淬油，在油中冷却到410～430℃，取出，自然冷却到室温；
（3）将步骤（2）的产物，置于退火炉中，加热到600～650℃，保温2～4小时，随炉冷却到410～430℃，取出，空气中，冷却到室温，即可获得所述的用于焦炉上升管换热器的合金材料。
所获得用于焦炉上升管换热器的合金材料，可用于制备上述焦炉上升管换热器与高温荒煤气相接触部分的配件，如法兰、换热管等。
本发明的用于焦炉上升管换热器的合金材料，为一种含有稀土的铁基合金，具有优异的机械力学性能，不仅能够耐高温，耐磨擦，而且具有良好的耐腐蚀性能，尤其能够防止硫化氢的应力开裂腐蚀，并具有优异的导热性能，提高了传热效率，大大提高了焦炉上升管换热器的使用寿命，进而提高了焦炉的工作效率。
具体实施方式
实施例1
配方：重量百分比：
C：1.10%，Si：0.35%，Mn：1.40%，Ce：0.0030%，La：0.0024%，Cu：4.50%，Cr：6.5%，Mo：0.007%，Ti：8.5%，Y：0.15%，Sm：0.10%，余量为不可避免的杂质和Fe，所述的杂质含量为0.05%；
制备方法：
（1）采用电弧炉熔炼，然后采用真空铸造，开浇时，模温为450℃，开浇温度为1900℃，浇完后冷却至100℃脱模；
（2）将步骤（1）获得的产物，在惰性气氛中，加热至1200℃，保温3～小时，随炉冷却至850℃，保温7小时，出炉，淬油，在油中冷却到430℃，取出，自然冷却到室温；
（3）将步骤（2）的产物，置于退火炉中，加热到650℃，保温2小时，随炉冷却到430℃，取出，空气中，冷却到室温，即可获得所述的用于焦炉上升管换热器的合金材料。
机械力学性能：屈服强度(Rp0.2)(MPa)为碳钢的1.1倍，抗拉强度(Rm)(MPa)为碳钢的1.3倍，延伸率(A50)(%)为碳钢的1.3倍。
导热系数：78W/m·℃，25℃；
耐高温性能如下：在700℃下放置24小时，采用上述的合金材料制备的试验样条不变形，样条尺寸：100×50×20mm；
耐腐蚀性能采用如下的方法进行检测：
将上述的样条悬挂于硫化氢含量为500ppm的高温荒煤气中，温度为800℃，悬挂时间为100天，取出观察，无腐蚀开裂现象。
实施例2
C：1.23%，Si：0.45%，Mn：1.25%，Ce：0.006%，La：0.0045%，Cu：3.0%，Cr：5.55，Mo：0.0035%，Ti：7.55，Y：0.02%，Sm：0.125%，余量为不可避免的杂质和Fe，所述的杂质含量为0.04%；
制备方法：
（1）采用电弧炉熔炼，然后采用真空铸造，开浇时，模温为400℃，开浇温度为1600℃，浇完后冷却至80℃脱模；
（2）将步骤（1）获得的产物，在惰性气氛中，加热至1000℃，保温5小时，随炉冷却至800℃，保温10小时，出炉，淬油，在油中冷却到410℃，取出，自然冷却到室温；
（3）将步骤（2）的产物，置于退火炉中，加热到600℃，保温4小时，随炉冷却到410℃，取出，空气中，冷却到室温，即可获得所述的用于焦炉上升管换热器的合金材料。
机械力学性能：屈服强度(Rp0.2)(MPa)为碳钢的1.2倍，抗拉强度(Rm)(MPa)为碳钢的1.1倍，延伸率(A50)(%)为碳钢的1.2倍。
导热系数：96W/m·℃，25℃；
耐高温性能如下：在900℃下放置24小时，采用上述的合金材料制备的试验样条不变形，样条尺寸：100×50×20mm；
耐腐蚀性能采用如下的方法进行检测：
将上述的样条悬挂于硫化氢含量为800ppm的高温荒煤气中，温度为900℃，悬挂时间为100天，取出观察，无腐蚀开裂现象。
Claims (8)
1.用于焦炉上升管换热器的合金材料，其特征在于，以重量百分比计，由如下的组分组成：
C：1.10～1.50%，Si：0.35～0.55%，Mn：1.10～1.40%，Ce：0.0030～0.008%，La：0.0024～0.0065%，Cu：1.50～4.50%，Cr：5.0～6.5%，Mo：0.0020～0.007%，Ti：6.5～8.5%，Y：0.08-0.15%，Sm：0.10-0.15%，余量为不可避免的杂质和Fe，所述的杂质含量≤0.05%。
2.根据权利要求1所述的用于焦炉上升管换热器的合金材料，其特征在于，以重量百分比计，由如下的组分组成：
C：1.20～1.40%，Si：0.40～0.50%，Mn：1.20～1.30%，Ce：0.0050～0.0070%，La：0.0035～0.0055%，Cu：2.0～4.0%，Cr：5.50～6.0%，Mo：0.0030～0.0040%，Ti：7.50～8.0%，Y：0.01-0.13%，Sm：0.12-0.13%，余量为不可避免的杂质和Fe，所述的杂质含量≤0.05%。
3.根据权利要求1所述的用于焦炉上升管换热器的合金材料，其特征在于，所述的用于焦炉上升管换热器的合金材料，以重量百分比计，由如下的组分组成：
C：1.23%，Si：0.45%，Mn：1.25%，Ce：0.006%，La：0.0045%，Cu：3.0%，Cr：5.55，Mo：0.0035%，Ti：7.55，Y：0.02%，Sm：0.125%，余量为不可避免的杂质和Fe，所述的杂质含量为0.04%。
4.根据权利要求1~3任一项所述的用于焦炉上升管换热器的合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）采用电弧炉熔炼，然后采用真空铸造，开浇，浇完后冷却脱模；
（2）将步骤（1）获得的产物，在惰性气氛中，加热，保温，随炉冷却，保温，出炉，淬油，在油中冷却℃，取出，冷却到室温；
（3）将步骤（2）的产物，置于退火炉中，加热，保温，随炉冷却，取出，空气中冷却到室温，即可获得所述的用于焦炉上升管换热器的合金材料。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤（1）中，模温为400～450℃，开浇温度为1600～1900℃，浇完后冷却至80～100℃脱模。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，将步骤（1）获得的产物，在惰性气氛中，加热至1000~1200℃，保温3～5小时，随炉冷却至800～850℃，保温7～10小时，出炉，淬油，在油中冷却到410～430℃，取出，自然冷却到室温。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，将步骤（2）的产物，置于退火炉中，加热到600～650℃，保温2～4小时，随炉冷却到410～430℃，取出，空气中冷却到室温，即可获得所述的用于焦炉上升管换热器的合金材料。
8.根据权利要求1~~3任一项所述的用于焦炉上升管换热器的合金材料的应用，其特征在于，用于制备焦炉上升管换热器与高温荒煤气相接触部分的配件。
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