[发明专利]一种炉管用高铝耐热钢

说明书

技术领域

本发明涉及用于乙烯裂解炉管以及制氢转化炉管耐热钢，主要工作在高温碳氢气和水蒸气或氢气的混合高压气氛中。

背景技术

目前乙烯裂解炉管以及制氢转化炉管所选用的材料都是以HP系列为主，成分为Ni：33～37％，Cr：24～27％，Si：1.0～2.0％，C：0.4％，余量为Fe。随着技术的发展，使得其操作温度逐渐提高，被加热介质的出口温度在840～885℃之间，炉管表面温度已达到1100℃。这将对管材的要求进一步提高，尤其是抗高温氧化能力、抗渗碳能力、抗蠕变强度、高温延展性以及制造成本等。

现在使用的HP40炉管材料不足之处主要有：抗高温氧化性能一般、炉管易发生结焦渗碳以及制造成本高等。以上这些不足使得合金钢的使用寿命下降，而且增加了备件的消耗，降低了生产效率，增加了工人的劳动强度。

发明内容

本发明的目的是提供一种种炉管用高铝耐热钢制备方法。

本发明是一种炉管用高铝耐热钢制备方法，按质量百分数计，其成分为：Ni：20～35％，Cr：25％，Al：3～15％，Si：1.5％，C：0.4％，余量为Fe，其制备步骤为：

(1)按以上所述成分准备炉料，炉料为低碳Fe-Cr合金、工业镍板、25^#钢、电极碳棒、工业铝锭；

(2)将炉料在中频无芯感应炉中在大气中环境下加热到700℃时，保温半小时，熔炼温度控制在1530℃、保温20分钟；

(3)将熔融态钢水浇注到铸型中。

为使本发明具有良好的综合性能，采用了沉淀强化理论：即以HP40合金为基础，在合金中加铝代替部分的镍。由于铝的加入，在熔炼过程中，它与铁和镍发生相互作用，最终在合金中生成了(Fe，Ni)Al金属间化合物强化相，从而大大的提高了合金的室温、高温力学性能。

目前使用的HP40Nb-M钢，其抗氧化能力主要依赖于Cr₂O₃氧化膜的形成。但合金表面的a-Cr₂O₃膜与基体之间热膨胀系数相差较大，在热应力作用时容易剥落，塑性也差，在炉管表面变形时容易造成裂纹，同时在温度高于900℃的条件下，易氧化成挥发性的CrO₃，挥发引起氧化膜的变薄(这是形成Cr₂O₃膜的合金和涂层只能在1000℃以下使用的主要原因之一)。当在合金中加入铝时，由于生成了Al₂O₃氧化膜是不挥发的，比Cr₂O₃具有更好的抗氧化能力和较低的氧化速率，可以用于更高的温度。新合金钢中同时含有铬和铝，由于两者的协同作用，抗氧化的性能将非常明显。在提高材料综合性能的同时，降低了合金的生产成本。

具体实施方式

本发明是一种炉管用高铝耐热钢制备方法，按质量百分数计，其成分为：Ni：20～35％，Cr：25％，Al：3～15％，Si：1.5％，C：0.4％，余量为Fe。

按以上所述成分准备炉料，炉料为低碳Fe-Cr合金、工业镍板、25^#钢、电极碳棒、工业铝锭；然后将炉料在中频无芯感应炉中在大气中环境下加热到700℃时，保温半小时，熔炼温度控制在1530℃、保温20分钟；最后将熔融态钢水浇注到铸型中。采用铸型为呋喃树脂石英砂型，试块为标准契形状。为增强合金组织的致密性，在试块砂型底部预埋20mm厚的冷铁。

本发明的铸态组织基体为Y相加上强度和硬度都很高的(Fe，Ni)Al金属间化合物相，含有少量的碳化铬，形成了良好的铸态组织，具有很好的铸态性能。

本发明的铸态性能与HP40性能对比如下表：

拉伸实验在岛津AT10t万能材料实验机上进行，最大载荷为10吨，拉伸速度2ktf/mm²·s；硬度在HBRVU-187.5型布洛维氏光学硬度计上测定，其测试条件为，载荷298N，加载持续时间30s；高温氧化实验是在AZ2000快速升温箱式电炉中进行，温度为1200℃，氧化时间为30小时。

从表中可以看出，本发明的室温和高温屈服强度、硬度都比HP40合金高，同时高温抗氧能力得到明显的提高，其高温氧化增重比原来的合金降低了3倍左右；而合金中由于强化相的生成，使得合金的延伸率有所下降。上述的这些性能指数都是严格按照国家标准来执行的。同时、本发明的新型耐热钢也具有良好的焊接性能。

下面结合实施例对本发明进行进一步的说明。

实施例1：