CS253753B1 - Carburizing-resistant alloy - Google Patents
Carburizing-resistant alloy Download PDFInfo
- Publication number
- CS253753B1 CS253753B1 CS839547A CS954783A CS253753B1 CS 253753 B1 CS253753 B1 CS 253753B1 CS 839547 A CS839547 A CS 839547A CS 954783 A CS954783 A CS 954783A CS 253753 B1 CS253753 B1 CS 253753B1
- Authority
- CS
- Czechoslovakia
- Prior art keywords
- weight
- nickel
- carburization
- silicon
- content
- Prior art date
Links
Landscapes
- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
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.The alloy contains carbon from 0.2 to 0.6 wt. %, nickel from 15 to 50 wt. %, phosphorus not more than 0.045 wt. %, sulfur not more than 0.05 wt. %, silicon from 0.5 to 2.5 wt. %, manganese from 0.05 to 0.5 wt. %, the rest iron and common impurities and its essence lies in the fact that it contains chromium in an amount from 18.1 to 35 wt. %. It also preferably contains aluminum in an amount from 0.3 to 1.5 wt. %. The alloy finds application in furnace systems of the chemical and petrochemical industries, especially in the conditions of pyrolysis furnaces.
Description
Vynález se týká slitiny, odolné proti nauhličení, zejména v podmínkách pyrolýzních pecí.The invention relates to an alloy resistant to carburization, especially under pyrolysis furnace conditions.
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.In a carburizing environment such as pyrolysis gas, long-term exposure to high temperatures, i.e. up to 1,100 °C, leads to carbon saturation of steels and high-alloy alloys. This process is accompanied by an increase in the volume of the metal, which causes internal stress and, together with the degradation of other material properties and the existence of external forces in pyrolysis loops, causes damage to the pipes.
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.Currently, the service life of pyrolysis tubes is about 2 to 5 years and ends with the fracture of the brittle carbonized steel, or the tubes are discarded as a precaution after carburizing about 60% of the wall thickness. The decisive factor for the service life of the tubes is therefore the resistance to carburization in the pyrolysis environment.
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.In operation, in addition to carburization from pyrolysis gases, carbon also deposits on the surface of the pipes. This carbon is burned off at certain time intervals, e.g. by water vapor and air. During this oxidation period or even during operation, an oxide film forms on the surface, which prevents the diffusion of carbon into the steel. If this oxide film is stable, adherent and free of defects, then the steel has greater resistance to carburization.
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.Therefore, steels or alloys for pyrolysis tubes are alloyed with elements that create good protective layers. It is mainly silicon, aluminum and chromium that guarantee the formation of a stable oxide film. Elements that reduce the solubility of carbon in steel, such as an increased nickel content, also have a positive effect in this sense. To improve heat resistance, these steels are also alloyed with carbide-forming elements, such as niobium and tungsten.
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.Currently, centrifugally cast pipes made of chromium-nickel steels and alloys with a chromium content of 25% by weight and nickel of 20% by weight, or chromium of 25% by weight and nickel of 35% by weight, alloyed with niobium and with a carbon content of approximately 0.4% by weight and a silicon content of no more than 2% by weight, are used for these purposes.
Rovněž jsou známy ocelí s vyšším obsahem křemíku, případně dále legované i hliníkem.Steels with a higher silicon content, or possibly alloyed with aluminum, are also known.
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.In addition to the above types of steel, there is also information on the production of steels with a different ratio of chromium and nickel, containing, for example, 30% by weight of chromium and 30% by weight of nickel, or even wrought steels containing 21% by weight of chromium, 32% by weight of nickel and alloyed with titanium and aluminum.
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.However, when choosing a chemical composition, it is necessary to consider, in addition to carburization resistance, heat resistance, structural stability, thermal fatigue resistance and mechanical properties. One of the important prerequisites is good weldability.
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.Given the difficulty of direct field testing, laboratory testing methodology is essential for evaluating materials against carburization. So far, most considerations about the importance of individual elements on carburization resistance have come from the results of backfill tests.
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.The carburizing atmosphere in the backfill does not correspond to the carburizing atmosphere during pyrolysis. The conditions created in sealed ampoules containing graphite, a small amount of Fe 2 O 3 , filled with hydrogen are substantially closer to the operational tests. In this case, an atmosphere is created consisting of hydrocarbons with a small content of CO and graphite, i.e. conditions very close to operational ones.
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.Carburization resistance is assessed by the distribution of carbon content in steel depending on the distance from the surface. For comparison of steels and alloys with different content of alloying additives and impurities, not only different maximum carbon content, but also different course of carbon content occur. To evaluate the influence of chemical composition of individual materials, it is optimal to use the size of the relative carburization area, characterized by the original carbon content and the course of carbon content after the carburization test, under constant conditions.
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.Low resistance to carburization is eliminated by an alloy, intended especially for the conditions of pyrolysis furnaces, containing carbon from 0.2 to 0.6 wt. %, nickel from 15 to 50 wt. %, traces of phosphorus up to a maximum of 0.045 wt. %, traces of sulfur up to a maximum of 0.05 wt. %, silicon from 0.5 to 2.5 wt. %, manganese from 0.05 to 0.5 wt. %, the rest iron and common impurities according to the invention, the essence of which lies in the fact that it contains chromium in an amount of from 18.1 to 35 wt. %. The alloy preferably contains aluminum in an amount of from 0.3 to 1.5 wt. %.
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.Compared to steels produced to date, the steel according to the invention has a 50% higher resistance to carburization while maintaining its heat resistance, structural stability and weldability.
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.The chemical composition of a number of steels and alloys that were monitored is given in Table 1. The melts according to the invention are particularly marked here. It was confirmed that nickel partially increases the resistance to carburization. However, the addition of silicon and aluminum is of fundamental importance.
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.The new finding according to the invention, which leads to an increase in resistance to carburization in pyrolysis furnaces, is the positive effect of decreasing manganese. Common manganese contents in cast steels for pyrolysis range from 1 to 1.5 wt. depending on the type of raw materials. By their selection or metallurgical process, the manganese content can be reduced to a maximum of 0.5 wt. % while maintaining the chromium content from 18.1 to 35 wt. % and thus significantly increase the resistance to carburization. Examples are steels and alloys according to Table No. 1 with different contents of silicon, manganese, chromium and nickel without or with the addition of niobium, aluminum and cerium. An example of the results of the course of the carbon content depending on the distance from the surface is shown in Fig. No. 1 and 2. In comparison with the chemical composition according to Table No. 1, the influence of some alloying elements can be evaluated. These data can be assessed more precisely in terms of the dependence of the carburized surface on the chemical composition of the melt, if we evaluate the differences in the content of silicon and manganese, or if we take into account the sum of silicon and aluminum reduced by the manganese content - Fig. No. 3. Steels, or alloys with a carbon content of 0.2 to 0.6% by weight, manganese 0.05 to 0.5%, nickel from 15 to 50% by weight, with a phosphorus content of max. 0.045% by weight, sulfur max. 0.05% by weight, silicon from 0.5 to 2.5% by weight, the rest being iron and common impurities, show improved resistance to carburization with a content of iron in the range from 18.1 to 35% by weight.
Slitina podle vynálezu má využití v pecních systémech chemického a petrochemického průmyslu.The alloy according to the invention has applications in furnace systems of the chemical and petrochemical industries.
Tabulka 1Table 1
Chemické složení sledované řady tavebChemical composition of the monitored series of melts
Chemické složení (hmot. %) Graf. označeníChemical composition (wt. %) Graphic designation
TavbaMelting
Pokračování tabulky 1Continuation of table 1
Chemické složení (hmot. %) Graf. označeníChemical composition (wt. %) Graphic designation
TavbaMelting
x /x /
Tavby podle vynálezuMeltings according to the invention
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS839547A CS253753B1 (en) | 1983-12-16 | 1983-12-16 | Carburizing-resistant alloy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS839547A CS253753B1 (en) | 1983-12-16 | 1983-12-16 | Carburizing-resistant alloy |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CS954783A1 CS954783A1 (en) | 1986-12-18 |
| CS253753B1 true CS253753B1 (en) | 1987-12-17 |
Family
ID=5445331
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CS839547A CS253753B1 (en) | 1983-12-16 | 1983-12-16 | Carburizing-resistant alloy |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CS (1) | CS253753B1 (en) |
-
1983
- 1983-12-16 CS CS839547A patent/CS253753B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CS954783A1 (en) | 1986-12-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| HRP20050728A2 (en) | Thermostable and corrosion-resistant cast nickel-chromium alloy | |
| Tyusenkov et al. | Heat resistance of certain structural steels | |
| NO150611B (en) | Heat resistant alloys based on nickel, chromium, carbon and any iron, as well as the use of the alloy | |
| US3758294A (en) | Rburization refractory iron base alloy resistant to high temperatures and to reca | |
| JP4372243B2 (en) | Corrosion resistance of high temperature alloys | |
| EP1047802B1 (en) | Advanced high temperature corrosion resistant alloy | |
| US2587275A (en) | Furnace element | |
| Lewis | Factors affecting corrosion-resistance of high-temperature alloys in carburising gases | |
| CS253753B1 (en) | Carburizing-resistant alloy | |
| Ackermann et al. | Oxide scale formation on Al containing Ni–Cr‐based high temperature alloys during application as flame tube material in recirculation oil burners | |
| Ennis et al. | Corrosion and creep of nickel-base alloys in steam reforming gas | |
| US2764481A (en) | Iron base austenitic alloys | |
| RU2155821C1 (en) | Heat resistant steel | |
| Skinner et al. | High Temperature Corrosion in Refinery and Petrochemical Service | |
| US3764304A (en) | Carburization and oxidation resistant alloy | |
| Saunders et al. | Behaviour of Fecralloy and Iron Aluminides Alloys in Coal Gasification Atmospheres Containing HCI | |
| US4368172A (en) | Heat resistant cast alloy | |
| US5015535A (en) | Article formed from a low carbon iron alloy having a corrosion resistant diffusion coating thereon | |
| Bricknell et al. | Reply to Comments on: The mechanism of cavity formation during high temperature oxidation of Nickel | |
| JP2992226B2 (en) | Nickel alloys having corrosion resistance and construction members made from these alloys | |
| Ouampan et al. | Sulfidation failure of UMCo-50 protective sheath tube used for a temperature monitoring device exposed to sulfur dioxide bearing hot gas | |
| Leferink et al. | Chromium diffusion coatings for the protection of low-alloy steel in a sulphidizing atmosphere | |
| Clark | Sulfidation Corrosion of Nickel-Base Exhaust Valves | |
| Wong-Moreno et al. | Molten salt corrosion of heat resisting alloys | |
| McDowell Jr et al. | High-Temperature Corrosion of Alloys Exposed in the Superheater of an Oil-Fired Boiler |