[发明专利]多层防结焦耐热金属管及其制造方法

说明书

本发明涉及具有极好的防焦化特性的多层耐热金属管及其制造方法。该多层耐热金属管适合于这样管子：这些管子作为装置的零件而用于高温和可能有高碳势的环境中。

除了耐热之外，某些零件如渗碳-硬化炉的热辐射管、热分解炉的裂解管、特别是乙烯裂解炉管或者精炼油的裂解管或者所有其它石油化学热裂解炉管应用需要高度防结焦和防渗碳。结焦是这样的现象：借助于碳氢化合物热分解到金属管的表面上而产生碳沉积和聚集。这引起炉管的横截面减少的麻烦，而这种麻烦最后可能导致炉管的阻塞。金属渗碳是这样的一种渗碳现象：通过金属表面挤进碳，并且使碳扩散到该金属的内部中。这可能引起结焦，或者借助于从气氛中挤进碳来直接形成。在任何方式中，由于渗碳所引起的防腐蚀性能减少而引起的管腐蚀、由于结焦沉积物所引起的管内径区域减少及因此而引起的可能的脆化对于炉管元件来讲是致命的。

在上面所列出的应用中，存在由Cr-Ni基耐热合金制成的单层固体管。一组传统公知的材料包括公开在待审的日本专利出版物(KoKai)No.05-93240、07-113139、07-258782和07-258783中的40-50wt％Cr-Ni合金。为了提供高温强度，这些合金设计成含有0.1-0.5wt％C和不超过0.2wt％N，并且额外含有Al、Nb、Ti、Zr或者W中的至少一种元素，作为提高高温强度的组分。另一组以以下合金钢为代表，它公开在待审的日本专利出版物(KoKai)No.05-1344中。这种合金钢具有以下合金组成，该合金组成含有用来提供高温强度的0.05-0.3wt％C和0.1-0.6wt％N、作为产生防止渗碳的成分的不超过5.0wt％硅及用来改善延性的不超过0.4wt％锰和0.001-0.02wt％镁。

一方面，这些合金成分可以有效地提供高温强度和改善延性，另一方面，对防结焦和/或防渗碳特性可能相当有害，因此从这些观点出发，传统的材料不能令人满意。

然后，开发了双层铸管，因此基层起着耐高温作用，而表面层起着防结焦或者防渗碳作用。“插入铸造”是用来生产双层管的典型方法。待审的日本专利出版物(KoKai)No.60-170564公开了一种通过下面方法来制造弯管的技术：使用预先加热过的、呈弯管形状的插入物和作为外模的砂型，并且在它们之间浇铸熔化金属从而得到铸件，在该铸件中插入有弯曲管。这种技术的缺点是，与熔化金属接触的插入物表面被熔化了并且污染熔化金属。此外，假如铸件较薄，那么熔化金属的布料不充分，并且常常产生缺陷如表面熔化不完全和气孔。

用来形成双层管的另一方法是离心铸造。未审查的日本专利出版物(KoKai)No.05-93238和05-93249提出了连续铸造，连续铸造包括：首先把高镍的Fe-Ni-Cr耐热钢的熔化金属装到离心式铸造机中，从而给其它层加套管，然后，把Cr-Ni合金的熔化金属装来进行铸造，并且形成内层。然而，为了使离心式铸造机以较高生产率进行工作，在外层完全固化之前，要强制为内层供入熔化金属。已经知道，就结焦而言，铁起着结焦沉积物的催化剂作用，因此是有害的。假如组合上面这些合金成分，那么不可避免的是，含在外管材料中的铁扩散到内层材料中，从而到达内层表面，因此不可能生产出具有优异防焦特性的多层管。另一方面，由于固化期间发生热膨胀-收缩，因此在外层固化之后铸造内层导致开裂，因此生产出具有实际成品率的理想管子非常困难。

生产双层管的另一个可能方法是进行热挤压从而形成覆盖金属的管子。未审查的日本专利出版物(KoKai)No.07-150556提出借助于下面的方法来形成管：热滚压坯料，而该坯料借助于把具有合适合金成分的中空合金钢坯插入到Ni-Fe-Cr耐热合金的中空钢坯中来制备出。但是，目前，生产费用非常高，以致这种覆盖金属的管在这个领域内没有实际用途。

“渗铬”方法是在耐热金属管的表面上形成高铬层的技术。但借助于这种技术所形成的含铬多的层的厚度最多是30μm到50μm，因此，在应用到以下情况的装置零件时存在局限性，其中作为消耗品的表面层借助于氧化或者渗碳而从这些零件中损失掉。