乙烯裂解爐管材質(zhì)用耐熱鋼及乙烯裂解爐管的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種乙烯裂解爐管材質(zhì)用耐熱鋼及乙烯裂解爐管的制備方法，該耐熱鋼的重量百分比成分為：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%，其余為Fe。本發(fā)明通過改變化學(xué)成分，然后通過離心鑄造的方法和輔以一定的熱處理工藝，可制備出外層為奧氏體和少量的Cr7C3型碳化物，內(nèi)層為Cr7C3型碳化物和微量的奧氏體的乙烯裂解爐管。
【專利說明】乙烯裂解爐管材質(zhì)用耐熱鋼及乙烯裂解爐管的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于耐熱鋼【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種乙烯裂解爐用耐熱鋼，尤其是一種乙烯裂解爐管材質(zhì)用耐熱鋼及乙烯裂解爐管的制備方法。
【背景技術(shù)】[0002]耐熱鋼作為重油冶煉設(shè)備中乙烯裂解爐管耐蝕環(huán)境十分惡劣。使用溫度約在923~1423K甚至更高，同時存在硫化+滲碳+氧化等多因素交互侵蝕結(jié)焦作用。除要求耐熱鋼具有良好的高溫力學(xué)性能(如蠕變極限和持久強度)外，還需優(yōu)異的抗復(fù)雜介質(zhì)侵蝕能力。目前國內(nèi)多采用國外耐熱鋼爐管材質(zhì)和制備技術(shù)，幾乎受到國外耐熱鋼生產(chǎn)廠商的壟斷(如日本久保田公司生產(chǎn)的HP40耐熱鋼)。實際上，國內(nèi)外關(guān)于新型耐熱鋼材質(zhì)的開發(fā)水平與國外存在較大差距。目前關(guān)于具備各種特點耐熱鋼的專利和文獻(xiàn)報道甚多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種乙烯裂解爐管材質(zhì)用耐熱鋼及乙烯裂解爐管的制備方法，本發(fā)明通過改變耐熱鋼的化學(xué)成分，然后通過離心鑄造的方法和輔以熱處理工藝，制備的耐熱鋼具有良好的高溫力學(xué)性能和抗氧化、抗硫化、抗增碳的性能，適合用于高溫環(huán)境下服役的乙烯裂解爐管。
[0004]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:
[0005]本發(fā)明首先提供一種乙烯裂解爐管材質(zhì)用耐熱鋼，其重量百分比成分為:C:0.5-1.5%, Si:0.5-1.5%, Mn:0.5-1.5%, Cr:30-35%, N1: 15-20%，Nb:0.1-0.5%,稀土 Ce:0.05-0.1%，S ≤ 0.03%, P ≤ 0.03%，其余為 Fe。
[0006]本發(fā)明還提出一種乙烯裂解爐管的制備方法，包括以下步驟:
[0007]I)計算并稱重耐熱鋼熔煉用原材料:廢鋼、錳鐵、硅鐵、鉻鐵、純鎳、鈮鐵和稀土鈰進(jìn)行配料；各原材料按照以下重量百分比配料:
[0008]C:0.5-1.5%, Si:0.5-1.5%, Mn:0.5-1.5%, Cr:30-35%, N1: 15-20%，Nb:0.1-0.5%,稀土 Ce:0.05-0.1%，S ≤ 0.03%, P ≤ 0.03%，其余為 Fe ；
[0009]2)將廢鋼在電爐中加熱至1400°C熔化，待鋼水熔清后，依次加入錳鐵和硅鐵熔清后使溫度達(dá)到1500°C，并采用鋁絲脫氧后，依次加入純鎳、鈮鐵、鉻鐵后使此時鋼水溫度達(dá)到160(TC，再次采用鋁絲脫氧并在鋼水液面除渣后，將鋼水迅速出爐倒入底端混合放置稀土鈰的澆包中，靜置使鋼水溫度為1500°C _1550°C時，再次用鋁絲脫氧處理，扒渣處理；
[0010]3)隨后在澆注溫度≥1450°C時快速澆入到離心機中，離心機的工作參數(shù):金屬鑄型轉(zhuǎn)速:800-1300r/min ;金屬型噴刷鋯英粉涂料厚度小于1.5cm,金屬型壁厚確定為
2.5cm ;金屬型長度為1.5m ；
[0011]4)澆注完成3-5分鐘停止離心機轉(zhuǎn)動，停機后2-3小時脫模取出鑄造耐熱鋼管；
[0012]5)將鑄造耐熱鋼管壁內(nèi)外雜物清理干凈后，放入熱處理爐中進(jìn)行熱處理，最后得到乙烯裂解爐管。[0013]進(jìn)一步，上述步驟2)中，稀土鈰的平均粒度約為8-10mm。
[0014]進(jìn)一步，上述步驟3)中，所述離心機為臥式離心機。
[0015]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0016]本發(fā)明在HP40 化學(xué)成分(C:0.58% ；S1:1.8% ；Mn:1.8% ；Mo:0.5% ；S ( 0.03% ；P≥0.03% ；Cr:26% ；N1:35% ;其余為Fe)的基礎(chǔ)上，通過改變其的化學(xué)成分，然后通過離心鑄造的方法(由于Cr7C3型碳化物的密度小于鋼液密度，在離心力作用下其會向管內(nèi)壁偏聚)和輔以一定的熱處理工藝，可制備出外層為奧氏體和少量的Cr7C3型碳化物(保證良好的高溫力學(xué)性能)，內(nèi)層為Cr7C3型碳化物和微量的奧氏體(保證優(yōu)異的高溫抗蝕性能)的乙烯裂解爐管。其具有良好的高溫力學(xué)性能和抗氧化、抗硫化、抗增碳的性能，適合用于高溫環(huán)境下服役的乙烯裂解爐管(IcmS壁厚< 3cm)。在1000°C下使用時，其使用壽命較H40耐熱鋼提高2.5倍以上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明熱處理工藝示意圖。
【具體實施方式】
[0018]本發(fā)明是在HP40 化學(xué)成分(C:0.58% ；Si:1.8% ；Mn:1.8% ；Mo:0.5% ；S ( 0.03% ；
0.03% ；Cr:26% ；N1:35% ；Fe:其余)的基礎(chǔ)上，通過改變其的化學(xué)成分，然后通過離心鑄
造的方法和輔以一定的熱處理工藝來進(jìn)行的。
[0019]本發(fā)明首先提出的乙烯 裂解爐管材質(zhì)用耐熱鋼的重量百分比成分為:C:
0.5-1.5%, Si:0.5-1.5%, Mn:0.5-1.5%, Cr:30-35%, N1: 15-20%，Nb:0.1-0.5%,稀土 Ce:
0.05-0.1%，S ≥ 0.03%, P ≥ 0.03%，其余為 Fe。
[0020]上述雙稀土耐熱鋼制備成乙烯裂解爐管的方法，包括以下步驟:
[0021](I)按照上述乙烯裂解爐管材質(zhì)用耐熱鋼的重量百分比成分，計算并稱重上述耐熱鋼熔煉用原材料:廢鋼、錳鐵和硅鐵、鉻鐵、純鎳、鈮鐵、稀土鈰，進(jìn)行配料。
[0022](2)將廢鋼在電爐中加熱至1400°C熔化，待鋼水熔清后，依次加入錳鐵和硅鐵熔清后使溫度達(dá)到1500°C，并采用鋁絲脫氧后，依次加入純鎳、鈮鐵、鉻鐵后使此時鋼水溫度達(dá)到160(TC，再次采用鋁絲脫氧并在鋼水液面除渣后，將鋼水迅速出爐倒入底端混合放置稀土鈰(平均粒度約為8-10mm)的澆包中，靜置使鋼水溫度為1500°C _1550°C時，再次用鋁絲脫氧處理，扒渣處理。
[0023](3)隨后在澆注溫度≥1450°C時快速澆入到臥式離心機中，離心機的工作參數(shù):金屬鑄型轉(zhuǎn)速:800-1300r/min ;金屬型噴刷鋯英粉涂料(厚度小于1.5cm)，金屬型壁厚確定為2.5cm ;金屬型長度為1.5m。
[0024](4)澆注完成3-5分鐘停止離心機轉(zhuǎn)動，停機后2-3小時脫模取出鑄造耐熱鋼管。
[0025](5)將鑄造耐熱鋼管壁內(nèi)外雜物清理干凈后，放入熱處理爐中進(jìn)行熱處理，熱處理工藝示意圖見圖1所示(其中保溫時間取決于管壁厚度)。最后得到乙烯裂解管外層主要為奧氏體和少量Cr7C3型碳化物，發(fā)揮良好的高溫力學(xué)性能；內(nèi)層為主要為Cr7C3型碳化物和微量奧氏體，發(fā)揮優(yōu)異的高溫抗氧化、抗硫化和抗增碳結(jié)焦性能。在1000°C下使用時，其使用壽命較HP40耐熱鋼提高2.5倍以上。[0026]以下通過實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明
[0027]實施例1
[0028]I)本實施例的耐熱鋼乙烯裂解爐管材質(zhì)用耐熱鋼的化學(xué)成分，其重量百分比成分為:0.5C, 1.5Si, 1.5Mn，30Cr，20Ni，0.5Nb，0.1 稀土 Ce, S ≤ 0.03%、P ≤ 0.03%，其余為 Fe。
[0029]2)計算并稱重上述耐熱鋼熔煉用原材料:廢鋼、錳鐵和硅鐵、鉻鐵、純鎳、鈮鐵、稀土鈰，進(jìn)行配料。
[0030]3)將廢鋼在電爐中加熱至1400°C熔化，待鋼水熔清后，依次加入錳鐵和硅鐵熔清后使溫度達(dá)到1500°C，并采用鋁絲脫氧后，依次加入純鎳、鈮鐵、鉻鐵 后使此時鋼水溫度達(dá)到160(TC，再次采用鋁絲脫氧并在鋼水液面除渣后，將鋼水迅速出爐倒入底端混合放置稀土鈰(平均粒度約為8-10mm)的澆包中，靜置使鋼水溫度為1500°C _1550°C時，再次用鋁絲脫氧處理，扒渣處理。
[0031]4)隨后，在澆注溫度在1550°C時快速澆入到臥式離心機中，離心機的工作參數(shù):金屬鑄型轉(zhuǎn)速:1300r/min ;金屬型噴刷鋯英粉涂料(厚度約1.0-1.5cm),金屬型壁厚確定為2.5cm ;金屬型長度為1.5m。
[0032]5)澆注完成5分鐘停止離心機轉(zhuǎn)動，停機后2.5小時脫模取出鑄態(tài)耐熱鋼管(壁厚為Icm ;管內(nèi)徑10cm)。
[0033]6)將鑄造耐熱鋼管壁內(nèi)外雜物清理干凈后，放入熱處理爐中進(jìn)行熱處理，熱處理工藝示意圖見圖1所示(750°C下保溫0.5小時；850°C保溫0.5小時；950°C下保溫0.5小時)。最后得到乙烯裂解管外層主要為奧氏體和少量Cr7C3型碳化物，發(fā)揮良好的高溫力學(xué)性能；內(nèi)層為主要為Cr7C3型碳化物和微量奧氏體，發(fā)揮優(yōu)異的高溫抗氧化、抗硫化和抗增碳結(jié)焦性能。在1000°C下使用時，其使用壽命較HP40耐熱鋼提高約2.7倍。
[0034]實施例2
[0035]I)本實施例的耐熱鋼乙烯裂解爐管材質(zhì)用耐熱鋼的化學(xué)成分，其重量百分比成分為:1.5C，0.5Si，0.5Mn,35Cr, 15Ni，0.lNb，0.05 稀土 Ce, S ^ 0.03%,P ( 0.03%，其余為 Fe。
[0036]2)計算并稱重上述耐熱鋼熔煉用原材料:廢鋼、錳鐵和硅鐵、鉻鐵、純鎳、鈮鐵、稀土鈰，進(jìn)行配料。
[0037]3)將廢鋼在電爐中加熱至1400°C熔化，待鋼水熔清后，依次加入錳鐵和硅鐵熔清后使溫度達(dá)到1500°C，并采用鋁絲脫氧后，依次加入純鎳、鈮鐵、鉻鐵后使此時鋼水溫度達(dá)到160(TC，再次采用鋁絲脫氧并在鋼水液面除渣后，將鋼水迅速出爐倒入底端混合放置稀土鈰(平均粒度約為8-10mm)的澆包中，靜置使鋼水溫度為1500°C _1550°C時，再次用鋁絲脫氧處理，扒渣處理。
[0038]4)隨后，在澆注溫度在1450°C時快速澆入到臥式離心機中，離心機的工作參數(shù):金屬鑄型轉(zhuǎn)速:800r/min ;金屬型噴刷鋯英粉涂料(厚度約1.0-1.5cm)，金屬型壁厚確定為
2.5cm ;金屬型長度為1.5mο
[0039]5)澆注完成3分鐘停止離心機轉(zhuǎn)動，停機后2.5小時脫模取出鑄態(tài)耐熱鋼管(壁厚為3cm ;管內(nèi)徑25cm)。
[0040]6)將鑄造耐熱鋼管壁內(nèi)外雜物清理干凈后，放入熱處理爐中進(jìn)行熱處理，熱處理工藝示意圖見圖1所示(750°C下保溫0.5小時；850°C保溫0.5小時；950°C下保溫1.5小時)。最后得到乙烯裂解管外層主要為奧氏體和少量Cr7C3型碳化物，發(fā)揮良好的高溫力學(xué)性能；內(nèi)層為主要為Cr7C3型碳化物和微量奧氏體，發(fā)揮優(yōu)異的高溫抗氧化、抗硫化和抗增碳結(jié)焦性能。在1000°C下使用時，其使用壽命較HP40耐熱鋼提高約3.2倍。
[0041]實施例3
[0042]I)本實施例的耐熱鋼乙烯裂解爐管材質(zhì)用耐熱鋼的化學(xué)成分，按照重量百分比成分為:1.0C, 1.2Si, 1.2Mn,32Cr, 18Ni，0.25Nb，0.08 稀土 Ce, S≤ 0.03%、P ( 0.03%，其余為Fe。
[0043]2)計算并稱重上述耐熱鋼熔煉用原材料:廢鋼、錳鐵和硅鐵、鉻鐵、純鎳、鈮鐵、稀土鈰，進(jìn)行配料。
[0044]3)將廢鋼在電爐中加熱至1400°C熔化，待鋼水熔清后，依次加入錳鐵和硅鐵熔清后使溫度達(dá)到1500°C，并采用鋁絲脫氧后，依次加入純鎳、鈮鐵、鉻鐵后使此時鋼水溫度達(dá)到160(TC，再次采用鋁絲脫氧并在鋼水液面除渣后，將鋼水迅速出爐倒入底端混合放置稀土鈰(平均粒度約為8-10mm)的澆包中，靜置使鋼水溫度為1500°C _1550°C時，再次用鋁絲脫氧處理，扒渣處理。
[0045]4)隨后，在澆注溫度在1480°C時快速澆入到臥式離心機中，離心機的工作參數(shù):金屬鑄型轉(zhuǎn)速:1100r/min ;金屬型噴刷錯英粉涂料(厚度約1.0-1.5cm),金屬型壁厚確定為2.5cm ;金屬型長度為1.5m。
[0046]5)澆注完成5分鐘停止離心機轉(zhuǎn)動，停機后2.5小時脫模取出鑄態(tài)耐熱鋼管(壁厚為3cm ;管內(nèi)徑25cm)。
[0047]6)將鑄造耐熱鋼管壁內(nèi)外雜物清理干凈后，放入熱處理爐中進(jìn)行熱處理，熱處理工藝示意圖見圖1所示(750°C下保溫0.5小時；850°C保溫0.5小時；950°C下保溫1.5小時)。最后得到乙烯裂解管外層主要為奧氏體和少量Cr7C3型碳化物，發(fā)揮良好的高溫力學(xué)性能；內(nèi)層為主要為Cr7C3型碳化物和微量奧氏體，發(fā)揮優(yōu)異的高溫抗氧化、抗硫化和抗增碳結(jié)焦性能。在1000°C下使用時，其使用壽命較HP40耐熱鋼提高約2.9倍。
[0048]總之，本發(fā)明中的乙烯裂解爐管其抗氧化、硫化性能明顯較HP40高。這對于耐熱鋼材質(zhì)等的發(fā)展而言，本專利的發(fā)明具有重要的推動作用。
【權(quán)利要求】
1.一種乙烯裂解爐管材質(zhì)用耐熱鋼，其特征在于，其重量百分比成分為:C:0.5-1.5%，Si:0.5-1.5%, Mn:0.5-1.5%, Cr:30-35%, N1: 15-20%，Nb:0.1-0.5%,稀土 Ce:0.05-0.1%，S ≤ 0.03%, P ≤ 0.03%，其余為 Fe。
2.—種乙烯裂解爐管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: O計算并稱重耐熱鋼熔煉用原材料:廢鋼、錳鐵、硅鐵、鉻鐵、純鎳、鈮鐵和稀土鈰進(jìn)行配料；各原材料按照以下重量百分比配料:
C:0.5-1.5%, Si:0.5-1.5%, Mn:0.5-1.5%, Cr:30-35%, N1: 15-20%，Nb:0.1-0.5%，稀土Ce:0.05-0.1%，S ≤ 0.03%, P ≤ 0.03%，其余為 Fe ； 2)將廢鋼在電爐中加熱至1400°C熔化，待鋼水熔清后，依次加入錳鐵和硅鐵熔清后使溫度達(dá)到1500°C，并采用鋁絲脫氧后，依次加入純鎳、鈮鐵、鉻鐵后使此時鋼水溫度達(dá)到1600°C，再次采用鋁絲脫氧并在鋼水液面除渣后，將鋼水迅速出爐倒入底端混合放置稀土鈰的澆包中，靜置使鋼水溫度為1500°C _1550°C時，再次用鋁絲脫氧處理，扒渣處理； 3)隨后在澆注溫度>1450°C時快速澆入到離心機中，離心機的工作參數(shù):金屬鑄型轉(zhuǎn)速:800-1300r/min ;金屬型噴刷錯英粉涂料厚度小于1.5cm,金屬型壁厚確定為2.5cm ;金屬型長度為1.5m ； 4)澆注完成3-5分鐘停止離心機轉(zhuǎn)動，停機后2-3小時脫模取出鑄造耐熱鋼管； 5)將鑄造耐熱鋼管壁內(nèi)外雜物清理干凈后，放入熱處理爐中進(jìn)行熱處理，最后得到乙烯裂解爐管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的乙烯裂解爐管材質(zhì)用耐熱鋼的制備方法，其特征在于，步驟2)中，稀土鈰的平均粒度約為8-10mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的乙烯裂解爐管材質(zhì)用耐熱鋼的制備方法，其特征在于，步驟3)中，所述離心機為臥式離心機。
【文檔編號】C10G9/20GK103469096SQ201310331598
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月1日
【發(fā)明者】皇志富, 高義民, 邢建東, 馬勝強, 李燁飛, 符寒光 申請人:西安交通大學(xué)