CN106498121A - 一种乙烯裂解耐热钢炉管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种乙烯裂解耐热钢炉管及其制备方法，属于耐热钢制备技术领域。采用中频感应电炉熔炼，采用质量分数28～31％的2520双相不锈钢废料、35～38％的镍铁软磁合金废料、1.0～1.2％的铌铁、3.0～3.5％的钨铁、2.5～2.8％的金属铝和26.5～27.5％的中碳铬铁配料，熔化后出炉到钢包，并用颗粒尺寸9～12mm的稀土硅铁、镍镁合金、锆硅铁和含氮铬铁及颗粒尺寸5～8mm的硼铁和镧铈混合稀土金属复合处理，大幅度提高了炉管的综合性能，推广应用具有良好的经济和社会效益。

Description

一种乙烯裂解耐热钢炉管及其制备方法
技术领域
本发明公开了一种乙烯裂解炉管及其制备方法，特别涉及一种乙烯裂解耐热钢炉管及其制备方法，属于耐热钢制备技术领域。
背景技术
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。
HG/T2601-2011《高温承压用离心铸造合金炉管》中规定对25Cr35NiNb+微合金材料的高温持久性能要求为1100℃、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。为了提高乙烯裂解炉管的性能，中国发明专利CN 105081605公开了一种乙烯裂解炉管用微合金化25Cr35NiNb焊丝，其特征在于：以质量百分比为单位，含有C：0.40～0.45，Si：1.70～1.90，Mn：1.20～1.50，P：0.005～0.010，S：0.002～0.010，Cr：25～26，Ni：34～36，Nb：1.00～1.20，W：0.50～1.00，Mo：0.10～0.30，Cu：0.025～0.050，Al：0.10～0.20，Ti：0.05～0.15，Co：0.04～0.06，B:0.0010～0.0050，Pb:0～0.0020，Bi:0～0.0001，余量为Fe。该发明能有效提升乙烯裂解炉管焊接接头的高温持久性能，使其满足在1050℃、25MPa试验条件下高温持久断裂时间大于100小时的要求，从而达到保障乙烯裂解炉装置长周期安全运行的目的。中国发明专利CN 105033501还公开了一种乙烯裂解炉管用微合金化35Cr45NiNb焊丝，以质量百分比为单位，含有C：0.40～0.50，Si：1.20～1.50，Mn：0.80～1.20，P：0.005～0.020，S：0.002～0.010，Cr：34～36，Ni：44～46，Nb：0.80～1.50，W：0.30～0.80，Mo：0.10～0.30，Cu：0.025～0.080，Al：0.05～0.20，Ti：0.05～0.15，Co：0.005～0.05，B:0.0010～0.0050，Pb:0～0.0020，Bi:0～0.0001，余量为Fe。该发明能有效提升乙烯裂解炉管焊接接头的高温持久性能，使其满足在1100℃、17MPa试验条件下高温持久断裂时间大于100小时的要求，从而达到保障乙烯裂解炉装置长周期安全运行的目的。中国发明专利CN 105039827还公开了一种乙烯裂解炉管用微合金化35Cr45NiNb合金钢，以质量百分比为单位，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，Al：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。该合金钢要求柱状晶占壁厚百分比大于70％，晶粒度等级为5～6级。该发明能有效提升乙烯裂解炉管的高温持久性能，使其满足在1100℃、17MPa条件下，高温持久断裂时间大于100小时的要求，从而达到保障乙烯裂解炉装置长周期安全运行的目的。中国发明专利CN105039873还公开了一种乙烯裂解炉管用微合金化25Cr35NiNb合金钢，以质量百分比为单位，含有C：0.40～0.45，Si：1.5～1.8，Mn：1.0～1.5，P：0.001～0.020，S：0.001～0.010，Cr：25～26，Ni：35～36，Nb：0.75～1.0，W：0.01～0.20，Mo：0.01～0.20，Cu：0.01～0.30，Al：0.01～0.20，Ti：0.05～0.15，Zr：0.05～0.15，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。该合金钢要求柱状晶占壁厚百分比大于70％，晶粒度等级为5～6级。该发明能有效提升乙烯裂解炉管的高温持久性能，使其满足在1100℃、17MPa条件下，高温持久断裂时间大于100小时的要求，从而达到保障乙烯装置长周期安全运行的目的。中国发明专利CN 101348887还公开了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；该发明以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。中国发明专利CN 102399570还公开了一种抑制乙烯裂解炉辐射段炉管结焦和渗碳的方法。该发明的方法包括将石油烃引入乙烯裂解炉中，使其通过所述的乙烯裂解炉的辐射段炉管进行热裂解；所述的裂解炉管内表面具有一层至少包含下列中一种元素的氧化物膜：Cr、Ni、Fe、Mn、La、Ce、Y；所述的金属氧化物薄膜的厚度为0.1～20μm。使用该发明的方法，可以显著抑制裂解炉辐射段炉管结焦和渗碳，不需要对现有的乙烯装置进行改造，只是在裂解炉需要更换炉管时更换该发明的内表面具有金属氧化物膜的炉管即可；效果显著，可以减少焦炭在裂解炉辐射段炉管内壁的沉积60％以上。中国发明专利CN102399571还公开了一种减缓乙烯裂解炉管结焦和渗碳的裂解炉管及其制造方法。所述的裂解炉管内表面具有一层至少包含下列中一种元素的氧化物膜：Cr、Ni、Fe、Mn、Al、Si、B。其制造方法包括将包含有Cr、Ni、Fe、Mn、C元素的镍铬合金在裂解炉管常规制造过程中直接加入选自Al、Si或B中的至少一种元素制成管材，再将所述的管材在低氧分压气氛下进行热处理，在其内表面生成一层金属和/或非金属的氧化物薄膜。该发明的裂解炉管用于石油烃裂解炉生产低碳数烯烃时，可以减少焦炭在炉管内壁的沉积70％以上。中国发明专利CN103469096还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。该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。中国发明专利CN101475827还公开了一种用于石油烃裂解的裂解炉管。该发明所述的炉管是含有使石油烃进行催化裂解反应的活性组分的具有催化裂解活性的炉管；将具有催化活性的铝酸钾、钒酸钙、碱土金属、过渡金属氧化物、硅铝沸石等组分和/或具有抗结焦作用的碱金属等组分通过涂敷、渗透、烧结、等离子喷涂等方法加入或者附着在管内部或者表面或者在管制造过程中直接加入，从而得到具有内表面涂层或者从内到外的整个管层中含有具有催化活性的组分和/或具有抗结焦作用的组分的炉管。使用该发明的炉管，不需要对现有的乙烯装置进行任何改造，只是更换该发明的具有催化作用的炉管或者对已经在裂解炉中的炉管进行处理即可，因此，可以在现有裂解装置非常容易的实现工业化。中国发明专利CN 101824333还公开了一种用于乙烯裂解炉辐射段的炉管，其特征在于，炉管管壁上均匀分布有数个向内凸起的、沿轴向呈螺旋形的圆弧形导流槽，炉管在物料流动方向上依次为引导段和稳定段，引导段的螺旋角度是逐渐增大的，其角度变化范围在0～60度，引导段长度为炉管内径的5～50倍，当达到一定角度时进入稳定段，稳定段的导流槽螺旋角度是恒定的，并与引导段末端的螺旋角度相同。导流槽向内凸起的高度不超过管内径的1/6。通过分布于管壁的螺旋形导流槽使物料在管内产生径向二次流，在二次流作用下，形成有利于裂解反应进行的浓度、密度梯度，以达到降低管壁温度、提高乙烯收率、减少结焦的目的。中国发明专利CN 101724827还公开了减少乙烯裂解炉炉管结焦并提高乙烯选择性的方法，属于裂解技术，该方法是在500℃～1000℃下向处于水蒸气热备期间的裂解炉管中在线注入含有Si、Al、Ca、B等陶瓷元素以及Ag、Cr、Cu、Ti、Mn等具有催化活性元素的预处理溶液，让它们气相沉积到炉管内壁，然后在700℃～1100℃下以惰性气体为主要成分的载气氛围中对炉管进行恒温热处理，最终在炉管内表面形成一种陶瓷涂层，该涂层减少焦炭在炉管内壁的沉积80％以上，并且提高了乙烯选择性。中国发明专利CN101928868还公开了一种石油化工制氢转化炉和乙烯裂解炉上使用的小口径超薄壁微合金离心铸造炉管材料，各元素的重量含量(％)为C：0.40－0.50、Si：1.20－2.00、Mn：0.50－1.50、Ni：43.0－47.0、Cr：33.0－37.0、P：≤0.025、S：≤0.025、Nb：0.7－1.5、W：≤0.5、Ti：0.05－0.1、Zr：0.03－0.05，余量为Fe。采用该微合金离心铸造合金材料浇铸炉管，可进一步降低炉管的壁厚和管径，其最小壁厚达到5mm，最小管径为50mm，降低炉管的制造成本。采用该微合金离心铸造合金材料浇铸炉管，可提高炉管的高温性能，其最高使用温度达到1100℃。中国发明专利CN 101638742还公开了一种裂解炉炉管用镍基高温合金，其化学成份重量百分比为：C：0.40－0.60，Si：1.00－1.80，Mn：0.80－1.50，P＜0.03，S＜0.02，Cr：34.00－37.00，Ni：43.00－47.00，Nb：0.80－1.50，Mo≤0.5，Zr：0.02－0.20，Ti：0.02－0.20，Ce：0.02－0.20，其余为Fe和微量杂质；该发明解决了采用现有HK40或HPNb材质生产的裂解炉炉管在使用过程中出现裂纹、高温热变形大，抗渗碳能力差，易结焦，鼓包等缺陷，主要用于制造石化乙烯裂解炉辐射室炉管及其它高温装置。
但目前所开发的乙烯裂解炉炉管或存在镍含量太高，生产成本过高，或存在高温使用过程中出现裂纹、高温热变形大，抗渗碳能力差，易结焦，鼓包等缺陷。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，一种乙烯裂解耐热钢炉管及其制备方法。本发明以2520双相不锈钢废料(如国内牌号：0Cr25Ni20，美国牌号：310S)和镍铁软磁合金废料为主要原料，并加入适量金属铝、铬铁、铌铁、钨铁和稀土、硼、镁等元素，从而实现乙烯裂解炉炉管性能的大幅度提高。
本发明一种乙烯裂解耐热钢炉管的制备方法，可以通过以下具体工艺步骤来实现：
(1)采用质量分数28～31％的2520双相不锈钢废料、35～38％的镍铁软磁合金废料、1.0～1.2％的铌铁、3.0～3.5％的钨铁、2.5～2.8％的金属铝和26.5～27.5％的中碳铬铁进行原料配料；先将部分镍铁软磁合金废料置于电炉底部，然后将质量分数1.0～1.2％的铌铁、3.0～3.5％的钨铁和26.5～27.5％的中碳铬铁依次加入炉内，最后将剩余的镍铁软磁合金废料放在炉料最上层，并在中频感应电炉内混合加热熔化，电炉底部的镍铁软磁合金废料为总原料配料质量分数的10～13％，剩余最上层的镍铁软磁合金废料为总原料配料质量分数的25～28％，电炉底部的镍铁软磁合金废料和最上层的镍铁软磁合金废料的总量为总原料配料质量分数的35～38％；钢水熔清后加入质量分数28～31％的2520双相不锈钢废料，当2520双相不锈钢废料全部熔化后，将钢水温度升温至1645～1665℃，然后加入质量分数2.5～2.8％的金属铝，保温5～8分钟后，将炉内钢水出炉至钢包；钢包底部预先加入了颗粒尺寸均为9～12mm的钇基稀土硅铁、镍镁合金、锆硅铁和含氮铬铁及颗粒尺寸均为5～8mm的硼铁和镧铈混合稀土金属；钇基稀土硅铁、镍镁合金、锆硅铁、含氮铬铁、硼铁和镧铈混合稀土金属加入量分别占进入钢包内钢水质量分数的0.5～0.8％、0.21～0.28％、0.30～0.45％、0.42～0.50％、0.020～0.035％和0.16～0.22％，其中硼铁和镧铈混合稀土金属用厚度小于0.20mm的低碳薄钢片包覆；
(2)钢水进入钢包后，经扒渣、静置处理后，当钢水温度降至1465～1490℃时，快速浇入到卧式离心机上的金属铸型中进行离心铸造，离心铸造的工艺参数优选：金属铸型转速950-1300r/min；金属铸型内层喷刷锆英粉涂料厚度3.5～6.0mm，金属铸型壁厚60～80mm，金属铸型长度为1400～2550mm，金属铸型温度240～280℃，进一步优选金属铸型的化学组成及其质量分数是0.19～0.25％C,0.60～0.88％Mn,0.29～0.47％Si,0.03～0.06％Nb,0.03～0.06％V,0.25～0.39％Mo,1.14～1.37％Ni,<0.030％S,<0.035％P,余量Fe；
(3)钢水凝固完毕后，停止离心机转动，从铸型中取出炉管铸件，对炉管铸件毛坯进行清理、打磨，随后放入热处理炉中进行热处理，先随炉加热至750～780℃，保温0.5～1.0h，继续加热至850～880℃，保温0.5～1.0h，再加热至950～980℃，保温0.5～1.0h，出炉空冷至室温，即可获得乙烯裂解耐热钢炉管。
如上所述2520双相不锈钢废料的化学组成及其质量分数是:19.00-22.00％Ni,24.00-26.00％Cr,≤1.50％Si,≤2.00％Mn,≤0.08％C,≤0.030％S,≤0.035％P,余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步优选：
如上所述镍铁软磁合金废料的化学组成及其质量分数是:80-83％Ni,1.5～2.5％Mo,余量为Fe及不可避免的杂质。
如上所述铌铁的化学组成及其质量分数是:60～66％Nb,≤2.5％Ta,≤3.0％Al,≤3.0％Si,≤0.3％C,≤0.06％S,≤0.08％P,≤1.0％W,余量Fe。
如上所述钨铁的化学组成及其质量分数是:72％～77％W,≤0.20％C,≤0.04％P,≤0.08％S,≤0.5％Si,≤0.25％Mn,余量Fe。
如上所述中碳铬铁的化学组成及其质量分数是:68～73％Cr,1.5～2.0％C,<1.50％Si,<0.030％P,<0.025％S,余量Fe。
如上所述硼铁的化学组成及其质量分数是:19.0-21.0％B,≤0.5％C,≤2％Si,≤0.5％Al,≤0.01％S,≤0.10％P,余量Fe。
如上所述锆硅铁的化学组成及其质量分数是:15～22％Zr,45～55％Si,余量为Fe及不可避免的杂质。
如上所述钇基稀土硅铁的化学组成及其质量分数是:8-10％Y,2.5-5％Ca,3.0-.5.5％Ba,55-60％Si,余量为Fe及不可避免的杂质。
如上所述镍镁合金的化学组成及其质量分数是:80～85％Ni,15～20％Mg。
如上所述含氮铬铁的化学组成及其质量分数是:60～63％Cr,5.0～6.5％N,≤0.1％C,≤2.5％Si,≤0.03％P,≤0.04％S,余量Fe。
如上所述镧铈混合稀土金属的化学组成及其质量分数是:98-99％RE,余量为Si及不可避免的杂质，其中RE组成为Ce和La，Ce/RE的质量百分比>45％,La/RE质量百分比>25％。
本发明采用质量分数28～31％的2520双相不锈钢废料、35～38％的镍铁软磁合金废料、1.0～1.2％的铌铁、3.0～3.5％的钨铁、2.5～2.8％的金属铝和26.5～27.5％的中碳铬铁配料。以2520双相不锈钢废料和镍铁软磁合金废料为主要原料，其中镍铁软磁合金通常以带材形式使用，0.15～0.35mm厚的带材主要用来制作使用频率为50～400Hz的叠片铁芯，0.10～0.25mm厚的，主要制作使用频率低于25kHz的卷绕切割铁芯和卷绕铁芯，0.003～0.025mm的极薄带则可用于制造使用频率高达500kHz的轴绕铁芯。用这些废料制造炉管，可以大幅度降低生产成本。但是废料中夹杂物多，为了确保炉管性能，本发明还在原材料中加入26.5～27.5％的中碳铬铁，用于提高炉管的铬含量，从而提高其抗高温腐蚀性能。还加入1.0～1.2％的铌铁、3.0～3.5％的钨铁，利用钨和铌进入基体，可以提高炉管的高温强度，还加入2.5～2.8％的金属铝，除了起脱氧作用外，铝还与铁和镍发生相互作用，最终在耐热钢炉管中可生成了(Fe,Ni)3Al金属间化合物强化相，从而可以明显提高耐热钢炉管的室温、高温力学性能，但是金属铝加入量过多，(Fe,Ni)3Al相数量增加，但是(Fe,Ni)3Al相是脆性相，数量过多，会增大耐热钢炉管的脆性，降低其塑性和韧性，炉管使用过程中易出现裂纹，会影响炉管的正常使用。
本发明材料在冶炼过程中，先将易熔化且不易氧化的部分镍铁软磁合金废料置于电炉底部，并将熔点高、难熔化的铌铁和钨铁放在电炉下部，部分镍铁软磁合金废料的快速熔化，可以加速铌铁和钨铁的熔化速度。并将中碳铬铁置于铌铁和钨铁的上层。在中碳铬铁的上层加入质量分数25～28％的镍铁软磁合金废料放在炉料最上层，可以防止铬、钨、铌等元素的氧化烧损，提高合金元素的冶炼收得率。本发明在中频感应电炉内混合加热熔化，工艺简便，生产效率高。
当钢水熔清后加入质量分数28～31％的2520双相不锈钢废料，这样可以确保2520双相不锈钢废料中的铬元素具有高的收得率，大于99％以上。当2520双相不锈钢废料全部熔化后，将钢水温度升温至1645～1665℃，然后加入质量分数2.5～2.8％的金属铝，用于脱氧和合金化。
金属铝全部加入后将钢水保温5～8分钟，随后将炉内钢水出炉至钢包。钢包底部预先加入了颗粒尺寸9～12mm的稀土硅铁、镍镁合金、锆硅铁和含氮铬铁及颗粒尺寸5～8mm的硼铁和镧铈混合稀土金属；钇基稀土硅铁、镍镁合金、锆硅铁、含氮铬铁、硼铁和镧铈混合稀土金属加入量分别占进入钢包内钢水质量分数的0.5～0.8％、0.21～0.28％、0.30～0.45％、0.42～0.50％、0.020～0.035％和0.16～0.22％。加入这些合金可以细化晶粒，清除钢水中的夹杂物，还可以提高耐热钢炉管的室温和高温力学性能。特别是可以明显改善耐热钢炉管的抗氧化、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。硼铁和镧铈混合稀土金属极易氧化，直接加入钢水中，收得率低，且稳定性差，本发明硼铁和镧铈混合稀土金属用厚度小于0.20mm的低碳薄钢片包覆后，再加入钢水中，收得率高，且稳定性好。
本发明在钢水进入钢包后，进行扒渣、静置处理，当钢水温度降至1465～1490℃时，快速浇入到卧式离心机上的金属铸型中，离心铸造的工艺参数是：金属铸型转速950-1300r/min；金属铸型喷刷锆英粉涂料厚度3.5～6.0mm，金属铸型壁厚60～80mm，金属铸型长度为1400～2550mm，金属铸型温度240～280℃。采用离心铸造生产耐热钢炉管，组织致密，有利于提高炉管综合性能。本发明金属铸型的化学组成及其质量分数是0.19～0.25％C,0.60～0.88％Mn,0.29～0.47％Si,0.03～0.06％Nb,0.03～0.06％V,0.25～0.39％Mo,1.14～1.37％Ni,<0.030％S,<0.035％P,余量Fe，选用上述成分制造铸型，可以确保铸型使用过程中不开裂，不变形，有利于确保炉管生产的安全及炉管质量的稳定。
本发明当钢水凝固完毕后，停止离心机转动，从铸型中取出炉管铸件，对炉管铸件毛坯进行清理、打磨，随后放入热处理炉中进行热处理。先随炉加热至750～780℃，保温0.5～1.0h，使炉管内温度均匀化，有利于消除炉管内的铸造应力。继续加热至850～880℃保温0.5～1.0h，可以进一步使炉管温度均匀化，再加热至950～980℃，保温0.5～1.0h，可以使凝固过程中析出的Cr7C3型碳化物固溶于基体，提高基体的耐蚀性和抗高温蠕变性能，最后出炉空冷至室温，即可获得乙烯裂解耐热钢炉管。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1)本发明耐热钢炉管以2520双相不锈钢废料和镍铁软磁合金废料为主要原料，可以大幅度降低炉管生产成本；
2)本发明耐热钢炉管具有优良的室温和高温力学性能，室温抗拉强度大于520MPa，室温伸长率大于10％，1100℃、17MPa试验条件下高温持久断裂时间大于150小时；
3)本发明耐热钢炉管具有优异的高温抗氧化、抗硫化和抗增碳结焦性能，在1000℃下使用时，其使用寿命较HP40耐热钢炉管提高3.5倍以上。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步详述，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1：
一种乙烯裂解耐热钢炉管及其制备方法，其特征在于采用1000公斤中频感应电炉熔炼，具体制备工艺步骤是：
①采用质量分数28％的2520双相不锈钢废料(2520双相不锈钢废料的化学组成及其质量分数是:19.23％Ni,25.85％Cr,1.21％Si,1.69％Mn,0.06％C,0.021％S,0.028％P,余量为Fe及不可避免的杂质)、38％的镍铁软磁合金废料(镍铁软磁合金废料的化学组成及其质量分数是:80.29％Ni,2.46％Mo,余量为Fe及不可避免的杂质)、1.0％的铌铁(铌铁的化学组成及其质量分数是:61.57％Nb,1.80％Ta,1.94％Al,2.01％Si,0.19％C,0.038％S,0.047％P,0.55％W,余量Fe)、3.5％的钨铁(钨铁的化学组成及其质量分数是:72.50％W,0.13％C,0.026％P,0.052％S,0.30％Si,0.17％Mn,余量Fe)、2.5％的金属铝和27％的中碳铬铁(中碳铬铁的化学组成及其质量分数是:69.52％Cr,1.65％C,1.38％Si,0.028％P,0.024％S,余量Fe)配料；先将质量分数13％的镍铁软磁合金废料置于1000公斤中频感应电炉底部，然后将质量分数1.0％的铌铁、3.5％的钨铁和27％的中碳铬铁依次加入炉内，最后将质量分数25％的镍铁软磁合金废料放在炉料最上层，并在1000公斤中频感应电炉内混合加热熔化；钢水熔清后加入质量分数28％的2520双相不锈钢废料，当2520双相不锈钢废料全部熔化后，将钢水温度升温至1646℃，然后加入质量分数2.5％的金属铝，保温8分钟后，将炉内钢水出炉至钢包；钢包底部预先加入了颗粒尺寸9～12mm的钇基稀土硅铁(钇基稀土硅铁的化学组成及其质量分数是:8.39％Y,4.66％Ca,3.27％Ba,55.83％Si,余量为Fe及不可避免的杂质)、镍镁合金(镍镁合金的化学组成及其质量分数是:80.24％Ni,19.76％Mg)、锆硅铁(锆硅铁的化学组成及其质量分数是:15.63％Zr,52.70％Si,余量为Fe及不可避免的杂质)和含氮铬铁(含氮铬铁的化学组成及其质量分数是:60.18％Cr,5.41％N,0.08％C,1.52％Si,0.026％P,0.033％S,余量Fe)及颗粒尺寸5～8mm的硼铁(硼铁的化学组成及其质量分数是:19.15％B,0.26％C,1.39％Si,0.38％Al,0.007％S,0.062％P,余量Fe)和镧铈混合稀土金属(镧铈混合稀土金属的化学组成及其质量分数是:98.51％RE,余量为Si及不可避免的杂质，其中Ce/RE:62.53％,La/RE:37.47％)；钇基稀土硅铁、镍镁合金、锆硅铁、含氮铬铁、硼铁和镧铈混合稀土金属加入量分别占进入钢包内钢水质量分数的0.5％、0.28％、0.30％、0.50％、0.020％和0.22％，其中硼铁和镧铈混合稀土金属用厚度0.16mm的低碳薄钢片包覆；
②钢水进入钢包后，经扒渣、静置处理后，当钢水温度降至1468℃时，快速浇入到卧式离心机上的金属铸型中，离心铸造的工艺参数是：金属铸型转速990r/min；金属铸型喷刷锆英粉涂料厚度3.7mm，金属铸型壁厚60mm，金属铸型长度为1400mm，金属铸型温度243℃，金属铸型的化学组成及其质量分数是0.19％C,0.88％Mn,0.29％Si,0.06％Nb,0.03％V,0.25％Mo,1.37％Ni,0.019％S,0.031％P,余量Fe；
③钢水凝固完毕后，停止离心机转动，从铸型中取出炉管铸件，对炉管铸件毛坯进行清理、打磨，随后放入热处理炉中进行热处理，先随炉加热至750℃，保温1.0h，继续加热至880℃保温0.5h，再加热至950℃，保温1.0h，出炉空冷至室温，即可获得乙烯裂解耐热钢炉管，其力学性能见表1。
实施例2：
一种乙烯裂解耐热钢炉管及其制备方法，其特征在于采用1500公斤中频感应电炉熔炼，具体制备工艺步骤是：
①采用质量分数30.5％的2520双相不锈钢废料(2520双相不锈钢废料的化学组成及其质量分数是:21.85％Ni,24.03％Cr,1.46％Si,1.82％Mn,0.07％C,0.025％S,0.033％P,余量为Fe及不可避免的杂质)、35％的镍铁软磁合金废料(镍铁软磁合金废料的化学组成及其质量分数是:82.81％Ni,1.50％Mo,余量为Fe及不可避免的杂质)、1.2％的铌铁(铌铁的化学组成及其质量分数是:65.82％Nb,2.38％Ta,2.86％Al,2.95％Si,0.28％C,0.027％S,0.056％P,0.59％W,余量Fe)、3.0％的钨铁(钨铁的化学组成及其质量分数是:76.14％W,0.18％C,0.029％P,0.065％S,0.44％Si,0.22％Mn,余量Fe)、2.8％的金属铝和27.5％的中碳铬铁(中碳铬铁的化学组成及其质量分数是:72.07％Cr,1.99％C,1.42％Si,0.020％P,0.017％S,余量Fe)配料；先将质量分数10％的镍铁软磁合金废料置于1500公斤中频感应电炉底部，然后将质量分数1.2％的铌铁、3.0％的钨铁和27.5％的中碳铬铁依次加入炉内，最后将质量分数25％的镍铁软磁合金废料放在炉料最上层，并在1500公斤中频感应电炉内混合加热熔化；钢水熔清后加入质量分数30.5％的2520双相不锈钢废料，当2520双相不锈钢废料全部熔化后，将钢水温度升温至1662℃，然后加入质量分数2.8％的金属铝，保温5分钟后，将炉内钢水出炉至钢包；钢包底部预先加入了颗粒尺寸9～12mm的钇基稀土硅铁(钇基稀土硅铁的化学组成及其质量分数是:9.91％Y,2.56％Ca,5.47％Ba,59.15％Si,余量为Fe及不可避免的杂质)、镍镁合金(镍镁合金的化学组成及其质量分数是:84.31％Ni,15.69％Mg)、锆硅铁(锆硅铁的化学组成及其质量分数是:21.09％Zr,45.88％Si,余量为Fe及不可避免的杂质)和含氮铬铁(含氮铬铁的化学组成及其质量分数是:62.84％Cr,6.40％N,0.06％C,2.14％Si,0.025％P,0.031％S,余量Fe)及颗粒尺寸5～8mm的硼铁(硼铁的化学组成及其质量分数是:20.84％B,0.49％C,1.63％Si,0.44％Al,0.009％S,0.088％P,余量Fe)和镧铈混合稀土金属(镧铈混合稀土金属的化学组成及其质量分数是:98.87％RE,余量为Si及不可避免的杂质，其中Ce/RE:70.81％,La/RE:29.19％)；钇基稀土硅铁、镍镁合金、锆硅铁、含氮铬铁、硼铁和镧铈混合稀土金属加入量分别占进入钢包内钢水质量分数的0.8％、0.21％、0.45％、0.42％、0.035％和0.16％，其中硼铁和镧铈混合稀土金属用厚度18mm的低碳薄钢片包覆；
②钢水进入钢包后，经扒渣、静置处理后，当钢水温度降至1485℃时，快速浇入到卧式离心机上的金属铸型中，离心铸造的工艺参数是：金属铸型转速1260r/min；金属铸型喷刷锆英粉涂料厚度5.8mm，金属铸型壁厚80mm，金属铸型长度为2550mm，金属铸型温度274℃，金属铸型的化学组成及其质量分数是0.25％C,0.60％Mn,0.47％Si,0.03％Nb,0.06％V,0.39％Mo,1.14％Ni,0.026％S,0.031％P,余量Fe；
③钢水凝固完毕后，停止离心机转动，从铸型中取出炉管铸件，对炉管铸件毛坯进行清理、打磨，随后放入热处理炉中进行热处理，先随炉加热至780℃，保温0.5h，继续加热至880℃保温0.5h，再加热至980℃，保温0.5h，出炉空冷至室温，即可获得乙烯裂解耐热钢炉管，其力学性能见表1。
实施例3：
一种乙烯裂解耐热钢炉管及其制备方法，其特征在于采用1000公斤中频感应电炉熔炼，具体制备工艺步骤是：
①采用质量分数29.6％的2520双相不锈钢废料(2520双相不锈钢废料的化学组成及其质量分数是:20.38％Ni,25.13％Cr,1.06％Si,1.57％Mn,0.08％C,0.021％S,0.029％P,余量为Fe及不可避免的杂质)、37％的镍铁软磁合金废料(镍铁软磁合金废料的化学组成及其质量分数是:82.10％Ni,1.94％Mo,余量为Fe及不可避免的杂质)、1.1％的铌铁(铌铁的化学组成及其质量分数是:63.29％Nb,2.07％Ta,1.65％Al,2.24％Si,0.19％C,0.040％S,0.057％P,0.69％W,余量Fe)、3.2％的钨铁(钨铁的化学组成及其质量分数是:75.26％W,0.17％C,0.029％P,0.064％S,0.35％Si,0.19％Mn,余量Fe)、2.6％的金属铝和26.5％的中碳铬铁(中碳铬铁的化学组成及其质量分数是:69.91％Cr,1.83％C,1.17％Si,0.028％P,0.024％S,余量Fe)配料；先将质量分数10％的镍铁软磁合金废料置于1000公斤中频感应电炉底部，然后将质量分数1.1％的铌铁、3.2％的钨铁和26.5％的中碳铬铁依次加入炉内，最后将质量分数27％的镍铁软磁合金废料放在炉料最上层，并在1000公斤中频感应电炉内混合加热熔化；钢水熔清后加入质量分数29.6％的2520双相不锈钢废料，当2520双相不锈钢废料全部熔化后，将钢水温度升温至1659℃，然后加入质量分数2.6％的金属铝，保温6分钟后，将炉内钢水出炉至钢包；钢包底部预先加入了颗粒尺寸9～12mm的钇基稀土硅铁(钇基稀土硅铁的化学组成及其质量分数是:9.14％Y,3.92％Ca,4.06％Ba,57.51％Si,余量为Fe及不可避免的杂质)、镍镁合金(镍镁合金的化学组成及其质量分数是:82.06％Ni,17.94％Mg)、锆硅铁(锆硅铁的化学组成及其质量分数是:18.56％Zr,49.20％Si,余量为Fe及不可避免的杂质)和含氮铬铁(含氮铬铁的化学组成及其质量分数是:62.37％Cr,5.99％N,0.07％C,2.13％Si,0.026％P,0.035％S,余量Fe)及颗粒尺寸5～8mm的硼铁(硼铁的化学组成及其质量分数是:19.97％B,0.38％C,1.81％Si,0.37％Al,0.008％S,0.053％P,余量Fe)和镧铈混合稀土金属(镧铈混合稀土金属的化学组成及其质量分数是:98.04％RE,余量为Si及不可避免的杂质，其中La/RE:48.77％,Ce/RE:51.23％)；钇基稀土硅铁、镍镁合金、锆硅铁、含氮铬铁、硼铁和镧铈混合稀土金属加入量分别占进入钢包内钢水质量分数的0.65％、0.26％、0.37％、0.46％、0.028％和0.19％，其中硼铁和镧铈混合稀土金属用厚度0.15mm的低碳薄钢片包覆；
②钢水进入钢包后，经扒渣、静置处理后，当钢水温度降至1471℃时，快速浇入到卧式离心机上的金属铸型中，离心铸造的工艺参数是：金属铸型转速1150r/min；金属铸型喷刷锆英粉涂料厚度4.9mm，金属铸型壁厚70mm，金属铸型长度为1850mm，金属铸型温度266℃，金属铸型的化学组成及其质量分数是0.23％C,0.69％Mn,0.36％Si,0.05％Nb,0.04％V,0.28％Mo,1.25％Ni,0.018％S,0.029％P,余量Fe；
③钢水凝固完毕后，停止离心机转动，从铸型中取出炉管铸件，对炉管铸件毛坯进行清理、打磨，随后放入热处理炉中进行热处理，先随炉加热至760℃，保温0.8h，继续加热至870℃保温0.7h，再加热至970℃，保温0.8h，出炉空冷至室温，即可获得乙烯裂解耐热钢炉管，其力学性能见表1。
表1乙烯裂解耐热钢炉管力学性能
本发明耐热钢炉管以2520双相不锈钢废料和镍铁软磁合金废料为主要原料，可以大幅度降低炉管生产成本。本发明耐热钢炉管具有优良的室温和高温力学性能，室温抗拉强度大于520MPa，室温伸长率大于10％，1100℃、17MPa试验条件下高温持久断裂时间大于150小时。本发明耐热钢炉管还具有优异的高温抗氧化、抗硫化和抗增碳结焦性能，在1000℃下使用时，其使用寿命较HP40耐热钢炉管提高3.5倍以上，推广应用具有良好的经济和社会效益。

Claims (9)

1.一种乙烯裂解耐热钢炉管的制备方法，其特征在于采用中频感应电炉熔炼，通过以下具体工艺步骤来实现：
(1)采用质量分数28～31％的2520双相不锈钢废料、35～38％的镍铁软磁合金废料、1.0～1.2％的铌铁、3.0～3.5％的钨铁、2.5～2.8％的金属铝和26.5～27.5％的中碳铬铁进行原料配料；先将部分镍铁软磁合金废料置于电炉底部，然后将质量分数1.0～1.2％的铌铁、3.0～3.5％的钨铁和26.5～27.5％的中碳铬铁依次加入炉内，最后将剩余的镍铁软磁合金废料放在炉料最上层，并在中频感应电炉内混合加热熔化，电炉底部的镍铁软磁合金废料为总原料配料质量分数的10～13％，剩余最上层的镍铁软磁合金废料为总原料配料质量分数的25～28％，电炉底部的镍铁软磁合金废料和最上层的镍铁软磁合金废料的总量为总原料配料质量分数的35～38％；钢水熔清后加入质量分数28～31％的2520双相不锈钢废料，当2520双相不锈钢废料全部熔化后，将钢水温度升温至1645～1665℃，然后加入质量分数2.5～2.8％的金属铝，保温5～8分钟后，将炉内钢水出炉至钢包；钢包底部预先加入了颗粒尺寸均为9～12mm的钇基稀土硅铁、镍镁合金、锆硅铁和含氮铬铁及颗粒尺寸均为5～8mm的硼铁和镧铈混合稀土金属；钇基稀土硅铁、镍镁合金、锆硅铁、含氮铬铁、硼铁和镧铈混合稀土金属加入量分别占进入钢包内钢水质量分数的0.5～0.8％、0.21～0.28％、0.30～0.45％、0.42～0.50％、0.020～0.035％和0.16～0.22％，其中硼铁和镧铈混合稀土金属用厚度小于0.20mm的低碳薄钢片包覆；
(2)钢水进入钢包后，经扒渣、静置处理后，当钢水温度降至1465～1490℃时，快速浇入到卧式离心机上的金属铸型中进行离心铸造；
(3)钢水凝固完毕后，停止离心机转动，从铸型中取出炉管铸件，对炉管铸件毛坯进行清理、打磨，随后放入热处理炉中进行热处理，先随炉加热至750～780℃，保温0.5～1.0h，继续加热至850～880℃保温0.5～1.0h，再加热至950～980℃，保温0.5～1.0h，出炉空冷至室温，即可获得乙烯裂解耐热钢炉管。
2.按照权利要求1所述的一种乙烯裂解耐热钢炉管的制备方法，其特征在于，步骤(2)离心铸造的工艺参数：金属铸型转速950-1300r/min；金属铸型内层喷刷锆英粉涂料厚度为3.5～6.0mm，金属铸型壁厚为60～80mm，金属铸型长度为1400～2550mm，金属铸型温度为240～280℃。
3.按照权利要求1所述的一种乙烯裂解耐热钢炉管的制备方法，其特征在于，步骤(2)金属铸型的化学组成及其质量分数是0.19～0.25％C,0.60～0.88％Mn,0.29～0.47％Si,0.03～0.06％Nb,0.03～0.06％V,0.25～0.39％Mo,1.14～1.37％Ni,<0.030％S,<0.035％P,余量Fe。
4.按照权利要求1所述的一种乙烯裂解耐热钢炉管的制备方法，其特征在于，2520双相不锈钢废料的化学组成及其质量分数是:19.00-22.00％Ni,24.00-26.00％Cr,≤1.50％Si,≤2.00％Mn,≤0.08％C,≤0.030％S,≤0.035％P,余量为Fe及不可避免的杂质；
镍铁软磁合金废料的化学组成及其质量分数是:80-83％Ni,1.5～2.5％Mo,余量为Fe及不可避免的杂质。
5.按照权利要求1所述的一种乙烯裂解耐热钢炉管的制备方法，其特征在于，
铌铁的化学组成及其质量分数是:60～66％Nb，≤2.5％Ta，≤3.0％Al，≤3.0％Si，≤0.3％C，≤0.06％S，≤0.08％P，≤1.0％W，余量Fe；
钨铁的化学组成及其质量分数是:72％～77％W,≤0.20％C,≤0.04％P,≤0.08％S,≤0.5％Si,≤0.25％Mn,余量Fe；
中碳铬铁的化学组成及其质量分数是:68～73％Cr,1.5～2.0％C,<1.50％Si,<0.030％P,<0.025％S,余量Fe。
6.按照权利要求1所述的一种乙烯裂解耐热钢炉管的制备方法，其特征在于，
硼铁的化学组成及其质量分数是:19.0-21.0％B,≤0.5％C,≤2％Si,≤0.5％Al,≤0.01％S,≤0.10％P,余量Fe；
锆硅铁的化学组成及其质量分数是:15～22％Zr,45～55％Si,余量为Fe及不可避免的杂质；
钇基稀土硅铁的化学组成及其质量分数是:8-10％Y,2.5-5％Ca,3.0-.5.5％Ba,55-60％Si,余量为Fe及不可避免的杂质。
7.按照权利要求1所述的一种乙烯裂解耐热钢炉管的制备方法，其特征在于，
镍镁合金的化学组成及其质量分数是:80～85％Ni,15～20％Mg；
含氮铬铁的化学组成及其质量分数是:60～63％Cr,5.0～6.5％N,≤0.1％C,≤2.5％Si,≤0.03％P,≤0.04％S,余量Fe。
8.按照权利要求1所述的一种乙烯裂解耐热钢炉管的制备方法，其特征在于，
镧铈混合稀土金属的化学组成及其质量分数是:98-99％RE,余量为Si及不可避免的杂质，其中RE组成为Ce和La，Ce/RE的质量百分比>45％,La/RE质量百分比>25％。
9.一种乙烯裂解耐热钢炉管，其特征在于，按照权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。
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