[发明专利]一种离心浇铸炉管及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于离心铸造合金炉管技术领域，具体涉及一种离心浇铸炉管及其制备工艺。

背景技术

在我国，离心铸造炉管于20世纪70年代逐渐国产化，在经历了近二十年才形成一定的生产规模。在石油化工领域，高合金离心浇铸炉管已被广泛用作转化炉和裂解炉的炉管，如南京炼油厂、镇海石化总厂的制氢转化炉，燕山石化公司的裂解炉等。

近年来离心铸造合金炉管逐渐向高参数和大型化方向发展，服役工况越加复杂和苛刻，因而对市场上投用的国产离心铸造合金炉管的性能要求也越来越高，采用传统制备工艺生产的炉管的已不能很好的满足生产需求，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。炉管一旦发生失效，将严重影响整套装置的长周期安全运行。

此外，高温炉管生产厂通常采用中频炉冶炼工艺，该工艺除杂能力差，对于冶金所选用的原材料要求极高。在炉管制造行业中，为了降低生产成本，普遍存在回收石化企业报废的旧炉管来掺炼新炉管的现象。在添加旧炉管冶炼过程中，可能将旧炉管管壁上残留的低熔点杂质带入新制造的炉管中，在炉管长期高温服役过程中，杂质元素会在炉管晶界偏聚，晶界脆化，降低了炉管材料的抗蠕变性能，导致炉管服役寿命大大缩短。

因此，本领域技术人员亟需提供一种具有优异高温力学性能的离心浇铸炉管及其制备工艺。

发明内容

针对上述不足，本发明提供了一种离心浇铸炉管及其制备工艺。本发明不仅能够制备出高温力学性能优异的离心浇铸炉管，而且其制备工艺中也避免了杂质元素在炉管晶界偏聚而导致的晶界脆化，提高了炉管的服役寿命。

为实现上述目的之一提供一种离心浇铸炉管，本发明采用了以下技术方案：

一种离心浇铸炉管，该炉管材料以质量百分比为单位，包含如下含量的组分：

本发明的目的之二是提供一种上述离心浇铸炉管的制备工艺，包括如下步骤：

S1、以废钢、锰铁和硅铁、铬铁、纯镍、钼铁和稀土镍钆、镍铈中间合金为原材料，按照所述各组分的质量百分比，计算并称重各原材料，进行配料；

S2、将上述原材料在电炉中熔化，并且在熔化过程中经过三次铝丝脱氧，两次在钢水液面除渣，然后静置得到熔融态钢水；

S3、根据公式N＝20×(G/r)^1/2，计算出离心铸造的钢管型腔的离心转速。其中N为型腔的离心转速，r为钢管内半径，G为钢管重力系数，G取47～80，离心铸造的钢管G值由以下方式确定：将含碳量最低的钢管G取80，含碳量最高的钢管G取47，由此确定出钢管碳含量与G之间的线性图，而离心铸造的钢管G值通过该线性图按线性比例确定；

S4、待型腔转动到所计算的离心转速时，由钢水包向型腔内浇注钢水，浇注过程采用氩气保证钢水不被氧化，浇注5～10分钟左右；

S5、上述步骤之后脱膜，将离心钢管冷却到室温，根据测量其内含的硫和氧的含量，通过内镗机械加工方法去除钢管内表层的杂质。

进一步的，步骤S2中，三次铝丝脱氧、两次在钢水液面除渣的步骤包括：

S20、将废钢在电炉中加热熔化，待钢水熔清后，依次加入锰铁和硅铁熔清，并进行第一次铝丝脱氧；

S21、第一次铝丝脱氧后依次加入纯镍、钼铁、铬铁，再进行第二次铝丝脱氧，并在钢水液面除渣；

S22、随后依次加入稀土镍钆、镍铈中间合金，再次采用铝丝脱氧并在钢水液面除渣并静置得到熔融态钢水。

进一步的，步骤S4中浇注温度为1523～1573℃。

进一步的，步骤S5中内镗钢管内表层的杂质，直至内镗后的钢管内壁硫含量≤0.020％，氧含量≤12ppm。

本发明的有益效果在于：

1)、本发明离心浇铸炉管的各成分中，成分中含1.0～2.50％的钆和0.20～0.40％的铈。钆元素的存在，一方面在晶界位置阻碍了晶粒的长大，起到了细化晶粒作用，提高了合金的综合力学性能；另一方面，在凝固过程中钆与镍在优先在晶界处形成高温力学性能优良Ni-Gd金属间化合物，并将晶粒包裹起来，使合金的高温力学性能得到了质的提升。少量铈元素的存在，一方面铈元素在晶界位置阻碍了晶粒的长大，起到了细化晶粒作用，提高了合金的综合力学性能；另一方面，铈可以净化钢液，使钢液中杂质含量减少，提高其力学性能。