CS253753B1

CS253753B1 - Slitina odolná proti nauhličení

Info

Publication number: CS253753B1
Application number: CS839547A
Authority: CS
Inventors: Miloslav Vyklicky; Hanus Tuma; Jaroslav Kudlicka; Petr Ondracek; Karel Chalupa; Valdimir G Djakov; Jurij S Medvedev; Chaja I Ceskis; Nadezda M Levtonova; Jevgenij V Gerlivanov
Original assignee: Miloslav Vyklicky; Hanus Tuma; Jaroslav Kudlicka; Petr Ondracek; Karel Chalupa; Valdimir G Djakov; Jurij S Medvedev; Chaja I Ceskis; Nadezda M Levtonova; Jevgenij V Gerlivanov
Priority date: 1983-12-16
Filing date: 1983-12-16
Publication date: 1987-12-17
Also published as: CS954783A1

Abstract

Slitina obsahuje uhlík od 0,2 do 0,6 % hmot., nikl od 15 do 50 i hmot., fosfor nejvýše 0,045 % hmot., síru nejvýše do 0,05 i hmot., křemík od 0,5 do 2,5 % hmot., mangan od 0,05 do 0,5 % hmot., zbytek železo a běžné nečistoty a její podstata spočívá v tom, že obsahuje chrom v množství od 18,1 do 35 % hmot. Dále s výhodou obsahuje hliník v množství od 0,3 do 1,5 Ϊ hmot. Slitina najde využití v pecních systémech chemického a petrochemického průmyslu, zejména v podmínkách pyrolýzních pecí.

Description

Vynález se týká slitiny, odolné proti nauhličení, zejména v podmínkách pyrolýzních pecí.

V nauhličujícím prostředí, jakým je pyrolýzní plyn, dochází při dlouhodobé expozici za vysokých teplot, tj. až 1 100 °C k sycení ocelí i vysokolegovaných slitin uhlíkem. Tento proces je provázen vzrůstem objemu kovu, který způsobuje vnitřní pnutí a společně s degradací dalších vlastnostní materiálu a existencí vnějších sil u pyrolýzních smyček, způsobuje poškození trub.

V současné době je životnost pyrolýzních trub asi 2 až 5 let a končí lomem křehké nauhličené oceli, nebo jsou trubky vyřazovány preventivně po nauhličení asi 60 % tlouštky stěny. Rozhodující pro životnost trub je tedy odolnost proti nauhličení v pyrolýzním prostředí.

V provozu dochází kromě nauhličení z plynů pyrolýzního prostředí i k usazování uhlíku na povrchu trub. Tento uhlík je v určitých časových intervalech vypalován, např, vodní párou a vzduchem. V této oxidační periodě nebo i během provozu vzniká na povrchu oxidický film, který brání difúzi uhlíku do oceli. Jestliže je tento oxidický film stálý, přilnavý a bez defektů, pak má ocel větší odolnost proti nauhličení.

Proto jsou oceli, resp. slitiny pro pyrolýzní trubky legovány prvky, vytvářející dobré ochranné vrstvy. Je to především křemík, hliník a chrom, které zaručují vznik stabilního oxi.dického filmu. Příznivě v tomto smyslu působí i prvky, snižující rozpustnost uhlíku v oceli, jako zvýšený obsah niklu. Pro zlepšení žárupevnosti se tyto oceli dále legují i karbidotvornými prvky, jako niobem a wolframem.

V současné době jsou pro tyto účely používány odstředivě lité trubky z chromniklových ocelí a slitin s obsahem chrómu ve výši 25 Ϊ hmot. a niklu ve výši 20 % hmot., nebo chrómu ve výši 25 % hmot. a niklu ve výši 35 % hmot. legované niobem a s obsahem uhlíku cca 0,4 % hmot. a s óbsahem křemíku nejvýše 2 % hmot.

Rovněž jsou známy ocelí s vyšším obsahem křemíku, případně dále legované i hliníkem.

Kromě uvedených typů ocelí existují údaje i o výrobě ocelí s jiným poměrem chrómu a niklu, obsahující např. 30 % hmot. chrómu a 30 í hmot. niklu, nebo i tvářené oceli, obsahující 21 % hmot. chrómu, 32 % hmot. niklu a legované titanem a hliníkem.

Při volbě chemického složení je však třeba kromě odolnosti proti nauhličení uvažovat i o žárupevnosti, strukturní stabilitě, odolností proti tepelné únavě a mechanických vlastnostech. Jedním ze závažných předpokladů je dobrá svařitelnost.

Vzhledem k obtížností přímých provozních zkoušek má zásadní význam pro hodnocení materiálů proti nauhličení metodika laboratorního zkoušení. Prozatím většina úvah o významu jednotlivých prvků na odolnost proti nauhličení pochází z výsledků zkoušek v zásypu.

Nauhličujicí atmosféra v zásypu neodpovídá nauhličující atmosféře při pyrolýze. Podstatně bližší provozním zkouškám jsou podmínky, vytvořené v zatavených ampulích, obsahující grafit, malé množství Fe₂O₃, naplněné vodíkem. V tomto případě vzniká atmosféra, složená z uhlovodíků s malým obsahem CO a grafit, tedy podmínky velmi blízké provozu.

Odolnost proti nauhličení je posuzována podle rozložení obsahu uhlíku v oceli v závislosti na vzdálenosti povrchu. Pro porovnáni ocelí a slitin s různým obsahem legujících přísad a příměsí dochází nejen k rozdílnému maximálnímu obsahu uhlíku, ale i k rozdílnému průběhu obsahu uhlíku. K hodnocení vlivu chemického složení jednotlivých materiálů je optimální používat velikost relativní plochy nauhličení, vyznačené původním obsahem uhlíku a průběhem obsahu uhlíku po zkoušce nauhličení, za konstantních podmínek.

Nízkou odolnost proti nauhličení odstraňuje slitina, určená zejména pro podmínky pyrolýzních pecí, obsahující uhlík od 0,2 do 0.,6 % hmot., nikl od 15 do 50 % hmot., fosfor stopy až nejvýše 0,045 % hmot., síru stopy až nejvýše 0,05 % hmot., křemík od 0,5 do 2,5 i hmot., mangan od 0,05 do 0,5 % hmot., zbytek železo a běžné nečistoty podle vynálezu, jehož podstata spočívá'v tom, že obsahuje chrom v množství od 18,1 do 35 % hmot. Slitina obsahuje s výhodou hliník v množství od 0,3 do 1,5 % hmot.

Ocel podle vynálezu v porovnání s dosud vyráběnými ocelemi má o 50 i vyšší odolnost proti nauhličení při zachování její žárupevnosti, strukturní stability a svařitelnosti.

Chemické složení řady ocelí a slitin, které byly sledovány, je uvedeno v tabulce č. 1. Zvlášt jsou zde vyznačeny tavby podle vynálezu. Bylo potvrzeno, že odolnost proti nauhličení částečně zvyšuje nikl. Zásadní význam má však přísada křemíku a hliníku.

Novým poznatkem podle vynálezu, který vede ke zvýšení odolnosti proti nauhličení v pyrolýzních pecích, je kladný vliv klesajícího manganu. Běžné obsahy manganu v litých ocelích pro pyrolýzu se pohybují kolem 1 až 1,5 i hmot. podle druhu surovin. Jejich výběrem nebo metalurgickým pochodem lze snížit obsah manganu na max. 0,5 % hmot. s dodržením obsahu chrómu od 18,1 do 35 % hmot. a tím podstatně zvýšit odolnost proti nauhličení. Příkladem jsou oceli a slitiny podle tabulky č. 1 s rozdílným obsahem křemíku, manganu, chrómu a niklu bez nebo s přísadou niobu, hliníku a céru. Ukázka výsledků průběhu obsahu uhlíku v závislosti na vzdálenosti od povrchu je na obr. č. 1 a 2. V porovnání s chemickým složením podle tab. č. 1 lze hodnotit vliv některých legujících prvků. Přesněji lze tyto údaje posoudit v závislosti nauhličené plochy na chemickém složení tavby, hodnotíme-li rozdíly v obsahu křemíku a manganu, resp. bereme-li v úvahu součet křemíku a hliníku snížený o obsah manganu - obr. č. 3. Oceli, resp. slitiny s obsahem uhlíku 0,2 až 0,6 % hmot., manganu 0,05 do 0,5 %., niklu od 15 do 50 % hmot., s obsahem fosforu max., 0,045 % hmot., síry max. 0,05 % hmot., křemíku od 0,5 do 2,5 % hmot., zbytek železo a obvyklé nečistoty, vykazují zlepšení odolnosti proti nauhličení s obsahem ohromu v rozsahu od 18,1 do' 35 % hmot.

Slitina podle vynálezu má využití v pecních systémech chemického a petrochemického průmyslu.

Tabulka 1

Chemické složení sledované řady taveb

Chemické složení (hmot. %) Graf. označení

Tavba

	uhlík	mangan	křemík	fosfor	síra	chrom	nikl	niob	hliník	cér	obr. 1, 2	obr 3
1	0,36	0,93	1,74	0,024	0,010	25,09	20,12					o
₂*/	0,32	0,18	1,94	0,027	0,014	24,36	25,24					Δ
3^x/	0,34	0,38	2,16	0,021	0,015	26,30	28,29					Λ
4^x/	0,46	0,25	2,13	0,016	0,017	24,62	26,00	1,46				Δ
5	,0,47	0,99	2,06	0,017	0,016	24,64	25,54	1,45				Λ
6	0,47	0,99	2,06	0,017	0,016	24,64	25,54	1,45		0,200		Δ
7	0,49	1,34	2,47	0,027	0,017	24,67	25,95	1,30			©	Δ
8	0,53	0,56	2,35	0,030	0,019	25,25	25,87	1,29		0,007		Δ
9	0,58	1,46	2,40	0,018	0,031	25,35	26,25	1,65	0,62			Δ
10^x/	0,46	0,25	2,13	0,016	0,017	24,62	26,00	1,46				Δ
ll^x/	0,32	0,23	2,44	0,016	0,012	21,54	30,20	1,51				D
12^x/	0,40	0,25	2,35	0,017	0,016	22,06	34,62	1,48			n	α
13	0,50	0,94	2,02	0,014	0,008	21,11	36,01	1,41		0,026		□
14	0,50	0,89	2,43	0,016	0,007	21,37	35,17	1,38		0,049		□
15^x/	0,37	0,49	1,04	0,019	0,010	20,91	35,41		1,08
16	0,36	0,64	1,13	0,014	0,011	19,88	35,39	1,50	1,13	0,330
17	0,42	0,95	2,35	0,015	0,015	20,85	35,60	1,49	1,32
18	0,49	1,06	2,48	0,016	0,009	21,14	35,31	1,39	1,25		©	0
19	0,49	0,93	2,05	0,014	0,009	21,30	35,01	1,44	1,19			Η

Pokračování tabulky 1

Chemické složení (hmot. %) Graf. označení

Tavba

	uhlík	mangan	křemík	fosfor	síra	chrom	nikl	niob	hliník	cér	obr. 1, 2	obr 3
20	0,56	1,45	1,99	0,019	0,034	20,87	36,23	1,58	1,04			0
21	0,38	1,02	1,48	0,021	0,010	24,85	35,04					O
22	0,35	0,91	1,48	0,017	0,009	24,65	35,18	1,50				O
23	0,35	0,86	1,97	0,017	0,009	24,16	35,68	1,48				o

x /

Tavby podle vynálezu

Claims

1. Slitina odolná proti nauhličení, zejména v podmínkách pyrolýzních pecí, obsahující uhlík od 0,2 do 0,6 % hmot., nikl od 15 do 50 % hmot., fosfor stopy až nejvýše 0,045 % hmot síru stopy až nejvýše 0,05 % hmot., křemík od 0,5 % do 2,5 % hmot., mangan od 0,05 do 0,5 % hmot., zbytek železo a běžné nečistoty, vyznačená tím, že obsahuje chrom v množství od 18,1 do 35 % hmot.

2. Slitina podle bodu 1, vyznačená tím, že obsahuje s výhodou hliník v množství od 0,3 do 1,5 % hmot.