[发明专利]一种乙烯裂解炉管用微合金化25Cr35NiNb合金钢

说明书

技术领域

本发明属于乙烯裂解炉管材料技术领域，具体涉及一种乙烯裂解炉管用微合金化25Cr35NiNb合金钢。

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。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术的不足，提供了一种有效提升乙烯裂解炉管的高温持久性能、进而保障乙烯装置长周期安全运行的乙烯裂解炉管用微合金化25Cr35NiNb合金钢。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种乙烯裂解炉管用微合金化25Cr35NiNb合金钢，以质量百分比计，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。

优选的，柱状晶占壁厚百分比大于70％，晶粒度等级为5～6级。

上述各元素对乙烯裂解炉管用微合金化25Cr35NiNb合金钢耐高温持久性能的影响如下：

1. C(0.40～0.45质量％)

C与Cr、Mo、Ti、Nb等形成一次碳化物M₇C₃和NbC等，提高材料高温强度。在高温时效过程中，基体中的过饱和固溶碳以细小弥散的M₂₃C₆析出，会降低合金的韧性，恶化焊接性，因此，该材料中的含碳量为0.40～0.45质量％。

2. Si(1.5～1.8质量％)

Si是冶炼时必要的脱氧剂，可以提高钢液在铸造时的流动性。Si溶于奥氏体中提高材料的硬度和强度，同时，在高温氧化气氛中，Si与O结合形成SiO₂薄膜，提高炉管的高温抗氧化性能。Si在Ni含量较高的环境中易于产生偏析，在晶界上形成低熔点共晶物，容易导致焊接热裂纹倾向，恶化材料的焊接性能。Si是促进σ相析出元素在，加入量过多将降低持久强度。因此，该材料中的含Si量为1.5～1.8质量％。

3. Mn(1.0～1.5质量％)

Mn是扩大奥氏体相区元素，与S生成球化的MnS，可消除S的危害，也能改善焊接性能。但Mn元素促进σ相析出，加入量过多会降低合金的抗氧化性能。因此，该材料中的含Mn量为1.0～1.5质量％。

4. P(0.001～0.020质量％)

P元素对高温持久强度有显著影响，随着P元素含量增加，高温持久强度降低，由于P元素在热处理过程中会产生偏聚，促进空洞的形核。因此，综合考虑高温持久断裂时间要求和经济成本因素，该材料中的含P量为0.001～0.020质量％。

5. S(0.001～0.010质量％)

S元素含量对高温持久寿命有显著影响，随着S元素的增加，高温持久强度降低。这是由于在热处理过程中硫偏聚到晶界形成硫化物，由于硫化物和基体的结合力较差，空洞很容易形核，在高温状态下由于局部应力集中导致空洞连接从而产生微裂纹，导致炉管快速失效。因此，综合考虑高温持久断裂时间要求和经济成本因素，该材料中的含S量为0.001～0.010质量％。

6. Cr(25～26质量％)