專利名稱：小口徑超薄壁微合金離心鑄造爐管材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種離心鑄造合金爐管，尤其是涉及到一種為石油化工制氫轉化爐和 乙烯裂解爐上使用的節能型小口徑超薄壁微合金爐管的離心鑄造材料。
背景技術：
隨著世界經濟的發展，地球氣溫變暖和異常，世界各國對環境保護十分重視，節能 減排是世界未來經濟發展的方向。我國也提出可持續發展的戰略思想，保護環境、節能減排 和發展低碳經濟是我國可持續發展經濟的必由之路。我國石油化工產業為保民生，為發展農業所需合成氨、尿素、化肥等產品，為發展 工業所需三聚氰胺、甲醇、醋酸等產品，為提高汽油等能源產品的品質所需氫氣、甲醇等 產品，為發展塑料工業所需乙烯產品，這些產品都需要制氫轉化爐和乙烯裂解爐在高達 800-1200°C下進行轉化和裂解取得，要消耗大量的石油和天然氣等能源產品。上述兩種爐 子使用的成千上萬噸耐高溫合金爐管的管徑大小和管壁的厚薄直接影響爐子的能源使用 效率，以及制造這種高溫合金爐管所用貴重金屬鎳和鉻用量。如何提高高溫合金爐管的高 溫性能，使之管徑小型化和管壁薄型化得以實現，科技工作者為此進行了不懈的努力。
發明內容
從下表可以看出，在20年前其管徑最小80毫米左右，壁厚最小15毫米左右。10 年前其管徑最小60毫米左右，壁厚最小8毫米左右。為了適應上述經濟發展的要求，近10 年其管徑最小55毫米左右，壁厚最小5. 5毫米左右。
年代材質使用最 高· "C最小 管徑 πιπ 最小 壁厚 mm制造 方法化學成分發展趨勢(％)CCrNiSiNbTi、Zr1950 以前lCrl8Ni9800Φ 10025乳制0. 1189SS 0. 1--1950-丄970ZG40Cr25Ni20100Φ 8015離心 鑄造0.42520< 2. 0--1970-1985ZG40Cr25Ni35Nb1050Φ 7010離心 鑄造0.42535^ 2. 00. 1-1985-1990ZG42Cr25Ni35NbTiZr1075Φ 606離心 鑄造0. 422535^ 2. 00. 10. 51990 至今本發明材料1100Φ 505離心 鑄造0. 4535451. 2 -2. 00. 10. 5隨著石油化工用制氫轉化爐和乙烯裂解爐的發展和節能擴產的需求，使用溫度要 求越來越高，管徑要求越來越小，材質越來越高，因此，材質的含鎳、鉻越來越高，含碳量越 來越往材料的允許上限，含硅量限制下限。并且加入微量元素鈮、鈦、鋯，這些微量元素加 入，制造成本增加很少，但大大的提高材質的高溫性能。本發明目的在于克服現有技術的不足，提供一種新型小口徑超薄壁微合金離心鑄造爐管材料，在國內外傳統材料ZG42Ni35Cr25Nb&Ti的基礎上，適當提高材料中C、Ni和 Cr的含量，使離心鑄造爐管時，在降低管徑和壁厚的同時，可提高爐管的高溫性能，使澆鑄 的爐管在同樣溫度和應力工況條件下，其蠕變斷裂時間提高10%，起到節能降耗的目的。本發明的技術方案是這樣實現的一種小口徑超薄壁微合金離心鑄造爐管材料，其特征在于各元素的重量含量 (% )為 C :0· 40-0. 50、Si 1. 20-2. 00、Mn 0. 50-1. 50、Ni 43. 0-47. 0、Cr 33. 0-37. 0、P (0. 025, S ^ 0. 025, Nb 0. 7-1. 5K 0. 5, Ti 0. 05-0. UZr 0. 03-0. 05，余量為 Fe。本發明與現有技術相比具有如下優點1.采用該微合金離心鑄造合金材料澆鑄爐管，可進一步降低爐管的壁厚和管徑， 其最小壁厚達到5mm，最小管徑為50mm，降低爐管的制造成本。2.采用該微合金離心鑄造合金材料澆鑄爐管，可提高爐管的高溫性能，其最高使 用溫度達到iioo°c，在同樣溫度和應力工況條件下，其蠕變斷裂時間提高ιο%，常溫下，其 屈服強度和拉伸強度等均大于標準值。
具體實施例方式以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍，所有等同的技術方案 也屬于本發明的范疇，本發明的專利保護范圍應由各項權利要求限定。下表為本發明所述微合金離心鑄造爐管材料與現有技術中ZG42Ni35Cr25Nb&Ti 的合金材料各元素含量的比較。
序 號材料牌號化學元索含量(％)CSiMnNiCrPSNbWMoTiZr1ZG42Ni35Cr 25NbZrTi0.38-0.451.0-2.000.50-1.5033.0-35.024.0-26.0< 0.025< 0.0251.2-1.8< 0.3< 0.50.05 -0.10.03-0.052本發明材料0.40-0.501.2-2.00.50-1.5043.0-47.033.0-37.0< 0.025< 0.0250.7-1.5< 0.3< 0.50.05 -0.10.03-0.05比較結論提尚下限 提尚相同提高10%左右相同基本 相同相同從表中可以看出，本發明所述微合金離心鑄造爐管材料的創新之處如下(l)ZG42Ni35Cr25Nb&Ti的含碳量為0. 38 0.45%。適當將其含碳量提高到 0. 40-0. 50%，增加更多的細小的碳化物彌撒在奧氏體機體上。其在使用過程中阻止高溫蠕 變(晶格的形變)，以及碳化物在高溫下逐漸遷徙聚集，提高其高溫蠕變強度。(2)將其硅含量提高到1. 2-2. 0%，其在高溫下使用進一步提高材料的抗氧化性 能。(3)在該材料中加入鈦，鋯微量元素。這些元素是強氧化元素，加入鋼水中能起到 純凈鋼水，除渣、去氣作用。有效防止離心鑄管成型過程中產生夾渣、氣孔，有利于提高鋼水 的質量。(4)更重要的是，在該材料中加入鈦，鋯微量元素，形成鈦、鋯的化合物，物彌撒在 奧氏體機體上。其在使用過程中進一步阻止高溫蠕變(晶格的形變)，以及碳化物在高溫下逐漸遷徙聚集，進一步提高其高溫蠕變強度。(5)最重要的是，將其含鎳、鉻含量，在ZG42Ni35Cr25Nb&Ti基礎上提高10%左 右，大大的增強其抗氧化能力，以及強化其奧氏體基體，從而大大的提高其高溫性能。(6)綜上所述，從下表可以看出，在同樣溫度和應力工況條件下， ZG42Ni35Cr25NbZrTi其蠕變斷裂時間為大于90小時。本發明所述小口徑超薄壁微合金離 心鑄造爐管材料蠕變斷裂時間為大于100小時，后者比前者提高到蠕變斷裂時間10%。
序 號1050 0CIlOO0C牌 號應力 (MPa)時間> (小時)應力 (MPa)時間> (小時)1ZG42Ni35Cr25NbZrTi279022902本發明材料2710022100
實施例一爐管規格Φ60 X 5. 5 X 3500mm，材質ZG45Ni35Cr25NbTi&(本發明材 料)，數量360根考慮到爐管內壁預留加工量等元素，鋼水60kg，采用全新爐料，其爐料配方如下 表
爐料名稱爐料規格加入重量鉻鐵FeCr69C0.2530-31硅鐵FeSi701. 0-1. 2錳鐵FeMn750. 9-1. 1鎳板Ni (99. 9% )25-27鈮鐵FeNb600. 9-1. 1炭塊0. 16-0. 18硅鋯包中加入0. 10-0. 13鈦屑包中加入0. 13-0. 16離心鑄造的爐管中個元素的重量含量(％ )如下表 爐管常溫機械性能檢驗
爐管高溫持久性能檢驗 實施例二爐管規格Φ55Χ5Χ3500ι πι，材質ZG45Ni35Cr25NbTi&(本發明材 料)，數量560根。考慮到爐管內壁預留加工量等元素，鋼水41kg，采用全新爐料，其爐料配方如下 表 離心鑄造的爐管中個元素的重量含量(％ )如下表 爐管常溫機械性能檢驗 爐管高溫持久性能檢驗
權利要求
一種小口徑超薄壁微合金離心鑄造爐管材料，其特征在于各元素的重量含量(％)為C0.40 0.50、Si1.20 2.00、Mn0.50 1.50、Ni43.0 47.0、Cr33.0 37.0、P≤0.025、S≤0.025、Nb0.7 1.5、W≤0.5、Ti0.05 0.1、Zr0.03 0.05，余量為Fe。
全文摘要
本發明公開了一種石油化工制氫轉化爐和乙烯裂解爐上使用的小口徑超薄壁微合金離心鑄造爐管材料，各元素的重量含量(％)為C0.40-0.50、Si1.20-2.00、Mn0.50-1.50、Ni43.0-47.0、Cr33.0-37.0、P≤0.025、S≤0.025、Nb0.7-1.5、W≤0.5、Ti0.05-0.1、Zr0.03-0.05，余量為Fe。采用該微合金離心鑄造合金材料澆鑄爐管，可進一步降低爐管的壁厚和管徑，其最小壁厚達到5mm，最小管徑為50mm，降低爐管的制造成本。采用該微合金離心鑄造合金材料澆鑄爐管，可提高爐管的高溫性能，其最高使用溫度達到1100℃。
文檔編號C22C30/00GK101928868SQ20101017813
公開日2010年12月29日 申請日期2010年5月20日 優先權日2010年5月20日
發明者何明勝, 浦杰 申請人:浦杰