[发明专利]一种乙烯裂解炉管用微合金化35Cr45NiNb焊丝

说明书

技术领域

本发明属于乙烯裂解炉管焊接材料技术领域，具体涉及一种乙烯裂解炉管用微合金化35Cr45NiNb焊丝。

背景技术

乙烯是石化工业领域中最重要的基础原料之一,随着乙烯装置规模的不断扩大,乙烯装置中关键设备裂解炉的大型化已成为乙烯工业发展的必然趋势。乙烯裂解炉管是石化乙烯装置的核心设备，一旦发生失效甚至爆炸事故，将严重影响整套装置的长周期安全运行。焊接接头的质量问题成为了乙烯裂解炉管早期失效的原因之一。根据调研发现，在乙烯装置投产后的3～4年，甚至在1～2年内开始出现焊接接头失效现象，尤其在投产后4～6年内集中出现焊缝开裂的问题。

焊材的选择对焊接接头的影响主要表现在影响焊接接头的高温性能，高温工况对乙烯裂解炉管焊接接头具有多方面的影响，主要为高温蠕变。焊缝金属蠕变性能与母材不匹配，在蠕变过程中会发生应力的再分布，较弱的母材将其承受的一部分应力卸放到焊缝中，引起应力集中，使得焊缝的损伤发展更快而成为薄弱环节。

虽然，HG/T2601-2011《高温承压用离心铸造合金炉管》中规定焊接接头力学性能符合母材的要求，即在1100℃、17MPa条件下高温持久断裂时间大于100小时。然而，根据调研及相关检测，炉管焊接接头的高温持久断裂时间不满足该标准要求，且远低于母材，导致裂纹易在焊缝部位萌生及扩展，最终导致炉管失效。

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焊接接头的高温持久性能、进而保障乙烯裂解炉装置长周期安全运行的乙烯裂解炉管用微合金化35Cr45NiNb焊丝。

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。

优选的，以质量百分比为单位，含有C：0.434，Si：1.24，Mn：1.02，P：0.019，S：0.0090，Cr：34.24，Ni：44.00，Nb：0.93，W：0.30，Mo：0.109，Cu：0.056，Al：0.195，Ti：0.099，Co：0.014，B：0.0026，Pb：0.0010，Bi：0.000005，余量为Fe。

优选的，以质量百分比为单位，含有C：0.417，Si：1.26，Mn：0.96，P：0.02，S：0.0091，Cr：35.74，Ni：45.04，Nb：0.92，W：0.347，Mo：0.100，Cu：0.050，Al：0.084，Ti：0.132，Co：0.0085，B：0.0026，Pb：0.0010，Bi：0.000004，余量为Fe。

上述各元素对乙烯裂解炉管用微合金化35Cr45NiNb焊丝耐高温持久性能的影响如下：

1.C(0.40～0.50质量％)

C与Cr、Mo、Ti、V、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，该焊丝中的含碳量为0.40～0.50质量％。

2.Si(1.20～1.50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溶于奥氏体中提高钢的硬度和强度，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，恶化钢的焊接性能。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，该焊丝中的含Si量为1.20～1.50质量％。

3.Mn(0.80～1.20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，该焊丝中的含Mn量为0.80～1.20质量％。