本發(fā)明公開了一種乙烯裂解爐管及其制備方法，特別涉及一種乙烯裂解耐熱鋼爐管及其制備方法，屬于耐熱鋼制備技術領域。

背景技術：

乙烯裂解爐管廣泛應用于石化、電力、冶金、燃氣等國民經濟的支柱領域，一旦發(fā)生失效將嚴重影響整套裝置的長周期安全運行。近年來，乙烯裂解爐逐漸向高參數(shù)和大型化方向發(fā)展，乙烯裂解爐管服役工況越加復雜和苛刻，對乙烯裂解爐管的高溫性能提出更高的要求。目前市場上投用的國產乙烯裂解爐管的實際服役壽命良莠不齊，大量爐管的實際服役壽命甚至只有原來設計壽命的三分之一，失效事故時有發(fā)生，給石化行業(yè)制氫裝置的長周期安全運行帶來了極大隱患。因此，如何提高乙烯裂解爐管的高溫性能成為目前亟待解決的現(xiàn)實問題。

HG/T2601-2011《高溫承壓用離心鑄造合金爐管》中規(guī)定對25Cr35NiNb+微合金材料的高溫持久性能要求為1100℃、17MPa條件下，高溫持久斷裂時間大于100小時。然而，目前國內爐管的高溫持久斷裂時間尚不能完全滿足以上要求，導致爐管質量穩(wěn)定性較差，頻繁發(fā)生早期失效，嚴重影響裝置長周期安全運行。為了提高乙烯裂解爐管的性能，中國發(fā)明專利CN 105081605公開了一種乙烯裂解爐管用微合金化25Cr35NiNb焊絲，其特征在于：以質量百分比為單位，含有C：0.40～0.45，Si：1.70～1.90，Mn：1.20～1.50，P：0.005～0.010，S：0.002～0.010，Cr：25～26，Ni：34～36，Nb：1.00～1.20，W：0.50～1.00，Mo：0.10～0.30，Cu：0.025～0.050，Al：0.10～0.20，Ti：0.05～0.15，Co：0.04～0.06，B:0.0010～0.0050，Pb:0～0.0020，Bi:0～0.0001，余量為Fe。該發(fā)明能有效提升乙烯裂解爐管焊接接頭的高溫持久性能，使其滿足在1050℃、25MPa試驗條件下高溫持久斷裂時間大于100小時的要求，從而達到保障乙烯裂解爐裝置長周期安全運行的目的。中國發(fā)明專利CN 105033501還公開了一種乙烯裂解爐管用微合金化35Cr45NiNb焊絲，以質量百分比為單位，含有C：0.40～0.50，Si：1.20～1.50，Mn：0.80～1.20，P：0.005～0.020，S：0.002～0.010，Cr：34～36，Ni：44～46，Nb：0.80～1.50，W：0.30～0.80，Mo：0.10～0.30，Cu：0.025～0.080，Al：0.05～0.20，Ti：0.05～0.15，Co：0.005～0.05，B:0.0010～0.0050，Pb:0～0.0020，Bi:0～0.0001，余量為Fe。該發(fā)明能有效提升乙烯裂解爐管焊接接頭的高溫持久性能，使其滿足在1100℃、17MPa試驗條件下高溫持久斷裂時間大于100小時的要求，從而達到保障乙烯裂解爐裝置長周期安全運行的目的。中國發(fā)明專利CN 105039827還公開了一種乙烯裂解爐管用微合金化35Cr45NiNb合金鋼，以質量百分比為單位，含有C：0.40～0.50，Si：1.20～1.80，Mn：0.60～1.20，P：0.001～0.020，S：0.001～0.010，Cr：35～36，Ni：45～46，Nb：0.80～1.50，W：0.005～0.20，Mo：0.005～0.20，Cu：0.005～0.30，Al：0.005～0.20，Ti：0.05～0.10，Zr：0.05～0.10，B：0.0010～0.0050，As：0～0.0020，Sn：0～0.0020，Pb：0～0.0020，Bi：0～0.0001，余量為Fe。該合金鋼要求柱狀晶占壁厚百分比大于70％，晶粒度等級為5～6級。該發(fā)明能有效提升乙烯裂解爐管的高溫持久性能，使其滿足在1100℃、17MPa條件下，高溫持久斷裂時間大于100小時的要求，從而達到保障乙烯裂解爐裝置長周期安全運行的目的。中國發(fā)明專利CN105039873還公開了一種乙烯裂解爐管用微合金化25Cr35NiNb合金鋼，以質量百分比為單位，含有C：0.40～0.45，Si：1.5～1.8，Mn：1.0～1.5，P：0.001～0.020，S：0.001～0.010，Cr：25～26，Ni：35～36，Nb：0.75～1.0，W：0.01～0.20，Mo：0.01～0.20，Cu：0.01～0.30，Al：0.01～0.20，Ti：0.05～0.15，Zr：0.05～0.15，B：0.0010～0.0050，As：0～0.0020，Sn：0～0.0020，Pb：0～0.0020，Bi：0～0.0001，余量為Fe。該合金鋼要求柱狀晶占壁厚百分比大于70％，晶粒度等級為5～6級。該發(fā)明能有效提升乙烯裂解爐管的高溫持久性能，使其滿足在1100℃、17MPa條件下，高溫持久斷裂時間大于100小時的要求，從而達到保障乙烯裝置長周期安全運行的目的。中國發(fā)明專利CN 101348887還公開了一種爐管用高鋁耐熱鋼，涉及用于乙烯裂解爐管以及制氫轉化爐管耐熱鋼，主要工作在高溫碳氫氣和水蒸氣或氫氣的混合高壓氣氛中，按質量百分數(shù)計，其成分為：Ni：20～35％，Cr：25％，Al：3～15％，Si：1.5％，C：0.4％，余量為Fe；該發(fā)明以HP40合金為基礎，在合金中加鋁代替部分的鎳，由于鋁的加入，在熔煉過程中，它與鐵和鎳發(fā)生相互作用，最終在合金中生成了(Fe，Ni)Al金屬間化合物強化相，從而大大的提高了合金的室溫、高溫力學性能。中國發(fā)明專利CN 102399570還公開了一種抑制乙烯裂解爐輻射段爐管結焦和滲碳的方法。該發(fā)明的方法包括將石油烴引入乙烯裂解爐中，使其通過所述的乙烯裂解爐的輻射段爐管進行熱裂解；所述的裂解爐管內表面具有一層至少包含下列中一種元素的氧化物膜：Cr、Ni、Fe、Mn、La、Ce、Y；所述的金屬氧化物薄膜的厚度為0.1～20μm。使用該發(fā)明的方法，可以顯著抑制裂解爐輻射段爐管結焦和滲碳，不需要對現(xiàn)有的乙烯裝置進行改造，只是在裂解爐需要更換爐管時更換該發(fā)明的內表面具有金屬氧化物膜的爐管即可；效果顯著，可以減少焦炭在裂解爐輻射段爐管內壁的沉積60％以上。中國發(fā)明專利CN102399571還公開了一種減緩乙烯裂解爐管結焦和滲碳的裂解爐管及其制造方法。所述的裂解爐管內表面具有一層至少包含下列中一種元素的氧化物膜：Cr、Ni、Fe、Mn、Al、Si、B。其制造方法包括將包含有Cr、Ni、Fe、Mn、C元素的鎳鉻合金在裂解爐管常規(guī)制造過程中直接加入選自Al、Si或B中的至少一種元素制成管材，再將所述的管材在低氧分壓氣氛下進行熱處理，在其內表面生成一層金屬和/或非金屬的氧化物薄膜。該發(fā)明的裂解爐管用于石油烴裂解爐生產低碳數(shù)烯烴時，可以減少焦炭在爐管內壁的沉積70％以上。中國發(fā)明專利CN103469096還公開了一種乙烯裂解爐管材質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。該發(fā)明通過改變化學成分，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，內層為Cr₇C₃型碳化物和微量的奧氏體的乙烯裂解爐管。中國發(fā)明專利CN101475827還公開了一種用于石油烴裂解的裂解爐管。該發(fā)明所述的爐管是含有使石油烴進行催化裂解反應的活性組分的具有催化裂解活性的爐管；將具有催化活性的鋁酸鉀、釩酸鈣、堿土金屬、過渡金屬氧化物、硅鋁沸石等組分和/或具有抗結焦作用的堿金屬等組分通過涂敷、滲透、燒結、等離子噴涂等方法加入或者附著在管內部或者表面或者在管制造過程中直接加入，從而得到具有內表面涂層或者從內到外的整個管層中含有具有催化活性的組分和/或具有抗結焦作用的組分的爐管。使用該發(fā)明的爐管，不需要對現(xiàn)有的乙烯裝置進行任何改造，只是更換該發(fā)明的具有催化作用的爐管或者對已經在裂解爐中的爐管進行處理即可，因此，可以在現(xiàn)有裂解裝置非常容易的實現(xiàn)工業(yè)化。中國發(fā)明專利CN 101824333還公開了一種用于乙烯裂解爐輻射段的爐管，其特征在于，爐管管壁上均勻分布有數(shù)個向內凸起的、沿軸向呈螺旋形的圓弧形導流槽，爐管在物料流動方向上依次為引導段和穩(wěn)定段，引導段的螺旋角度是逐漸增大的，其角度變化范圍在0～60度，引導段長度為爐管內徑的5～50倍，當達到一定角度時進入穩(wěn)定段，穩(wěn)定段的導流槽螺旋角度是恒定的，并與引導段末端的螺旋角度相同。導流槽向內凸起的高度不超過管內徑的1/6。通過分布于管壁的螺旋形導流槽使物料在管內產生徑向二次流，在二次流作用下，形成有利于裂解反應進行的濃度、密度梯度，以達到降低管壁溫度、提高乙烯收率、減少結焦的目的。中國發(fā)明專利CN 101724827還公開了減少乙烯裂解爐爐管結焦并提高乙烯選擇性的方法，屬于裂解技術，該方法是在500℃～1000℃下向處于水蒸氣熱備期間的裂解爐管中在線注入含有Si、Al、Ca、B等陶瓷元素以及Ag、Cr、Cu、Ti、Mn等具有催化活性元素的預處理溶液，讓它們氣相沉積到爐管內壁，然后在700℃～1100℃下以惰性氣體為主要成分的載氣氛圍中對爐管進行恒溫熱處理，最終在爐管內表面形成一種陶瓷涂層，該涂層減少焦炭在爐管內壁的沉積80％以上，并且提高了乙烯選擇性。中國發(fā)明專利CN 101928868還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：0.7－1.5、W：≤0.5、Ti：0.05－0.1、Zr：0.03－0.05，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℃。中國發(fā)明專利CN 101638742還公開了一種裂解爐爐管用鎳基高溫合金，其化學成份重量百分比為：C：0.40－0.60，Si：1.00－1.80，Mn：0.80－1.50，P＜0.03，S＜0.02，Cr：34.00－37.00，Ni：43.00－47.00，Nb：0.80－1.50，Mo≤0.5，Zr：0.02－0.20，Ti：0.02－0.20，Ce：0.02－0.20，其余為Fe和微量雜質；該發(fā)明解決了采用現(xiàn)有HK40或HPNb材質生產的裂解爐爐管在使用過程中出現(xiàn)裂紋、高溫熱變形大，抗?jié)B碳能力差，易結焦，鼓包等缺陷，主要用于制造石化乙烯裂解爐輻射室爐管及其它高溫裝置。

但目前所開發(fā)的乙烯裂解爐爐管或存在鎳含量太高，生產成本過高，或存在高溫使用過程中出現(xiàn)裂紋、高溫熱變形大，抗?jié)B碳能力差，易結焦，鼓包等缺陷。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，一種乙烯裂解耐熱鋼爐管及其制備方法。本發(fā)明以2520雙相不銹鋼廢料(如國內牌號：0Cr25Ni20，美國牌號：310S)和鎳鐵軟磁合金廢料為主要原料，并加入適量金屬鋁、鉻鐵、鈮鐵、鎢鐵和稀土、硼、鎂等元素，從而實現(xiàn)乙烯裂解爐爐管性能的大幅度提高。

本發(fā)明一種乙烯裂解耐熱鋼爐管的制備方法，可以通過以下具體工藝步驟來實現(xiàn)：

(1)采用質量分數(shù)28～31％的2520雙相不銹鋼廢料、35～38％的鎳鐵軟磁合金廢料、1.0～1.2％的鈮鐵、3.0～3.5％的鎢鐵、2.5～2.8％的金屬鋁和26.5～27.5％的中碳鉻鐵進行原料配料；先將部分鎳鐵軟磁合金廢料置于電爐底部，然后將質量分數(shù)1.0～1.2％的鈮鐵、3.0～3.5％的鎢鐵和26.5～27.5％的中碳鉻鐵依次加入爐內，最后將剩余的鎳鐵軟磁合金廢料放在爐料最上層，并在中頻感應電爐內混合加熱熔化，電爐底部的鎳鐵軟磁合金廢料為總原料配料質量分數(shù)的10～13％，剩余最上層的鎳鐵軟磁合金廢料為總原料配料質量分數(shù)的25～28％，電爐底部的鎳鐵軟磁合金廢料和最上層的鎳鐵軟磁合金廢料的總量為總原料配料質量分數(shù)的35～38％；鋼水熔清后加入質量分數(shù)28～31％的2520雙相不銹鋼廢料，當2520雙相不銹鋼廢料全部熔化后，將鋼水溫度升溫至1645～1665℃，然后加入質量分數(shù)2.5～2.8％的金屬鋁，保溫5～8分鐘后，將爐內鋼水出爐至鋼包；鋼包底部預先加入了顆粒尺寸均為9～12mm的釔基稀土硅鐵、鎳鎂合金、鋯硅鐵和含氮鉻鐵及顆粒尺寸均為5～8mm的硼鐵和鑭鈰混合稀土金屬；釔基稀土硅鐵、鎳鎂合金、鋯硅鐵、含氮鉻鐵、硼鐵和鑭鈰混合稀土金屬加入量分別占進入鋼包內鋼水質量分數(shù)的0.5～0.8％、0.21～0.28％、0.30～0.45％、0.42～0.50％、0.020～0.035％和0.16～0.22％，其中硼鐵和鑭鈰混合稀土金屬用厚度小于0.20mm的低碳薄鋼片包覆；

(2)鋼水進入鋼包后，經扒渣、靜置處理后，當鋼水溫度降至1465～1490℃時，快速澆入到臥式離心機上的金屬鑄型中進行離心鑄造，離心鑄造的工藝參數(shù)優(yōu)選：金屬鑄型轉速950-1300r/min；金屬鑄型內層噴刷鋯英粉涂料厚度3.5～6.0mm，金屬鑄型壁厚60～80mm，金屬鑄型長度為1400～2550mm，金屬鑄型溫度240～280℃，進一步優(yōu)選金屬鑄型的化學組成及其質量分數(shù)是0.19～0.25％C,0.60～0.88％Mn,0.29～0.47％Si,0.03～0.06％Nb,0.03～0.06％V,0.25～0.39％Mo,1.14～1.37％Ni,<0.030％S,<0.035％P,余量Fe；

(3)鋼水凝固完畢后，停止離心機轉動，從鑄型中取出爐管鑄件，對爐管鑄件毛坯進行清理、打磨，隨后放入熱處理爐中進行熱處理，先隨爐加熱至750～780℃，保溫0.5～1.0h，繼續(xù)加熱至850～880℃，保溫0.5～1.0h，再加熱至950～980℃，保溫0.5～1.0h，出爐空冷至室溫，即可獲得乙烯裂解耐熱鋼爐管。

如上所述2520雙相不銹鋼廢料的化學組成及其質量分數(shù)是:19.00-22.00％Ni,24.00-26.00％Cr,≤1.50％Si,≤2.00％Mn,≤0.08％C,≤0.030％S,≤0.035％P,余量為Fe及不可避免的雜質。

進一步優(yōu)選：

如上所述鎳鐵軟磁合金廢料的化學組成及其質量分數(shù)是:80-83％Ni,1.5～2.5％Mo,余量為Fe及不可避免的雜質。

如上所述鈮鐵的化學組成及其質量分數(shù)是:60～66％Nb,≤2.5％Ta,≤3.0％Al,≤3.0％Si,≤0.3％C,≤0.06％S,≤0.08％P,≤1.0％W,余量Fe。

如上所述鎢鐵的化學組成及其質量分數(shù)是:72％～77％W,≤0.20％C,≤0.04％P,≤0.08％S,≤0.5％Si,≤0.25％Mn,余量Fe。

如上所述中碳鉻鐵的化學組成及其質量分數(shù)是:68～73％Cr,1.5～2.0％C,<1.50％Si,<0.030％P,<0.025％S,余量Fe。

如上所述硼鐵的化學組成及其質量分數(shù)是:19.0-21.0％B,≤0.5％C,≤2％Si,≤0.5％Al,≤0.01％S,≤0.10％P,余量Fe。

如上所述鋯硅鐵的化學組成及其質量分數(shù)是:15～22％Zr,45～55％Si,余量為Fe及不可避免的雜質。

如上所述釔基稀土硅鐵的化學組成及其質量分數(shù)是:8-10％Y,2.5-5％Ca,3.0-.5.5％Ba,55-60％Si,余量為Fe及不可避免的雜質。

如上所述鎳鎂合金的化學組成及其質量分數(shù)是:80～85％Ni,15～20％Mg。

如上所述含氮鉻鐵的化學組成及其質量分數(shù)是:60～63％Cr,5.0～6.5％N,≤0.1％C,≤2.5％Si,≤0.03％P,≤0.04％S,余量Fe。

如上所述鑭鈰混合稀土金屬的化學組成及其質量分數(shù)是:98-99％RE,余量為Si及不可避免的雜質，其中RE組成為Ce和La，Ce/RE的質量百分比>45％,La/RE質量百分比>25％。

本發(fā)明采用質量分數(shù)28～31％的2520雙相不銹鋼廢料、35～38％的鎳鐵軟磁合金廢料、1.0～1.2％的鈮鐵、3.0～3.5％的鎢鐵、2.5～2.8％的金屬鋁和26.5～27.5％的中碳鉻鐵配料。以2520雙相不銹鋼廢料和鎳鐵軟磁合金廢料為主要原料，其中鎳鐵軟磁合金通常以帶材形式使用，0.15～0.35mm厚的帶材主要用來制作使用頻率為50～400Hz的疊片鐵芯，0.10～0.25mm厚的，主要制作使用頻率低于25kHz的卷繞切割鐵芯和卷繞鐵芯，0.003～0.025mm的極薄帶則可用于制造使用頻率高達500kHz的軸繞鐵芯。用這些廢料制造爐管，可以大幅度降低生產成本。但是廢料中夾雜物多，為了確保爐管性能，本發(fā)明還在原材料中加入26.5～27.5％的中碳鉻鐵，用于提高爐管的鉻含量，從而提高其抗高溫腐蝕性能。還加入1.0～1.2％的鈮鐵、3.0～3.5％的鎢鐵，利用鎢和鈮進入基體，可以提高爐管的高溫強度，還加入2.5～2.8％的金屬鋁，除了起脫氧作用外，鋁還與鐵和鎳發(fā)生相互作用，最終在耐熱鋼爐管中可生成了(Fe,Ni)₃Al金屬間化合物強化相，從而可以明顯提高耐熱鋼爐管的室溫、高溫力學性能，但是金屬鋁加入量過多，(Fe,Ni)₃Al相數(shù)量增加，但是(Fe,Ni)₃Al相是脆性相，數(shù)量過多，會增大耐熱鋼爐管的脆性，降低其塑性和韌性，爐管使用過程中易出現(xiàn)裂紋，會影響爐管的正常使用。

本發(fā)明材料在冶煉過程中，先將易熔化且不易氧化的部分鎳鐵軟磁合金廢料置于電爐底部，并將熔點高、難熔化的鈮鐵和鎢鐵放在電爐下部，部分鎳鐵軟磁合金廢料的快速熔化，可以加速鈮鐵和鎢鐵的熔化速度。并將中碳鉻鐵置于鈮鐵和鎢鐵的上層。在中碳鉻鐵的上層加入質量分數(shù)25～28％的鎳鐵軟磁合金廢料放在爐料最上層，可以防止鉻、鎢、鈮等元素的氧化燒損，提高合金元素的冶煉收得率。本發(fā)明在中頻感應電爐內混合加熱熔化，工藝簡便，生產效率高。

當鋼水熔清后加入質量分數(shù)28～31％的2520雙相不銹鋼廢料，這樣可以確保2520雙相不銹鋼廢料中的鉻元素具有高的收得率，大于99％以上。當2520雙相不銹鋼廢料全部熔化后，將鋼水溫度升溫至1645～1665℃，然后加入質量分數(shù)2.5～2.8％的金屬鋁，用于脫氧和合金化。

金屬鋁全部加入后將鋼水保溫5～8分鐘，隨后將爐內鋼水出爐至鋼包。鋼包底部預先加入了顆粒尺寸9～12mm的稀土硅鐵、鎳鎂合金、鋯硅鐵和含氮鉻鐵及顆粒尺寸5～8mm的硼鐵和鑭鈰混合稀土金屬；釔基稀土硅鐵、鎳鎂合金、鋯硅鐵、含氮鉻鐵、硼鐵和鑭鈰混合稀土金屬加入量分別占進入鋼包內鋼水質量分數(shù)的0.5～0.8％、0.21～0.28％、0.30～0.45％、0.42～0.50％、0.020～0.035％和0.16～0.22％。加入這些合金可以細化晶粒，清除鋼水中的夾雜物，還可以提高耐熱鋼爐管的室溫和高溫力學性能。特別是可以明顯改善耐熱鋼爐管的抗氧化、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。硼鐵和鑭鈰混合稀土金屬極易氧化，直接加入鋼水中，收得率低，且穩(wěn)定性差，本發(fā)明硼鐵和鑭鈰混合稀土金屬用厚度小于0.20mm的低碳薄鋼片包覆后，再加入鋼水中，收得率高，且穩(wěn)定性好。

本發(fā)明在鋼水進入鋼包后，進行扒渣、靜置處理，當鋼水溫度降至1465～1490℃時，快速澆入到臥式離心機上的金屬鑄型中，離心鑄造的工藝參數(shù)是：金屬鑄型轉速950-1300r/min；金屬鑄型噴刷鋯英粉涂料厚度3.5～6.0mm，金屬鑄型壁厚60～80mm，金屬鑄型長度為1400～2550mm，金屬鑄型溫度240～280℃。采用離心鑄造生產耐熱鋼爐管，組織致密，有利于提高爐管綜合性能。本發(fā)明金屬鑄型的化學組成及其質量分數(shù)是0.19～0.25％C,0.60～0.88％Mn,0.29～0.47％Si,0.03～0.06％Nb,0.03～0.06％V,0.25～0.39％Mo,1.14～1.37％Ni,<0.030％S,<0.035％P,余量Fe，選用上述成分制造鑄型，可以確保鑄型使用過程中不開裂，不變形，有利于確保爐管生產的安全及爐管質量的穩(wěn)定。

本發(fā)明當鋼水凝固完畢后，停止離心機轉動，從鑄型中取出爐管鑄件，對爐管鑄件毛坯進行清理、打磨，隨后放入熱處理爐中進行熱處理。先隨爐加熱至750～780℃，保溫0.5～1.0h，使爐管內溫度均勻化，有利于消除爐管內的鑄造應力。繼續(xù)加熱至850～880℃保溫0.5～1.0h，可以進一步使爐管溫度均勻化，再加熱至950～980℃，保溫0.5～1.0h，可以使凝固過程中析出的Cr₇C₃型碳化物固溶于基體，提高基體的耐蝕性和抗高溫蠕變性能，最后出爐空冷至室溫，即可獲得乙烯裂解耐熱鋼爐管。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點：

1)本發(fā)明耐熱鋼爐管以2520雙相不銹鋼廢料和鎳鐵軟磁合金廢料為主要原料，可以大幅度降低爐管生產成本；

2)本發(fā)明耐熱鋼爐管具有優(yōu)良的室溫和高溫力學性能，室溫抗拉強度大于520MPa，室溫伸長率大于10％，1100℃、17MPa試驗條件下高溫持久斷裂時間大于150小時；

3)本發(fā)明耐熱鋼爐管具有優(yōu)異的高溫抗氧化、抗硫化和抗增碳結焦性能，在1000℃下使用時，其使用壽命較HP40耐熱鋼爐管提高3.5倍以上。

具體實施方式

以下結合實施例對本發(fā)明做進一步詳述，但本發(fā)明并不限于以下實施例。

實施例1：

一種乙烯裂解耐熱鋼爐管及其制備方法，其特征在于采用1000公斤中頻感應電爐熔煉，具體制備工藝步驟是：

①采用質量分數(shù)28％的2520雙相不銹鋼廢料(2520雙相不銹鋼廢料的化學組成及其質量分數(shù)是:19.23％Ni,25.85％Cr,1.21％Si,1.69％Mn,0.06％C,0.021％S,0.028％P,余量為Fe及不可避免的雜質)、38％的鎳鐵軟磁合金廢料(鎳鐵軟磁合金廢料的化學組成及其質量分數(shù)是:80.29％Ni,2.46％Mo,余量為Fe及不可避免的雜質)、1.0％的鈮鐵(鈮鐵的化學組成及其質量分數(shù)是:61.57％Nb,1.80％Ta,1.94％Al,2.01％Si,0.19％C,0.038％S,0.047％P,0.55％W,余量Fe)、3.5％的鎢鐵(鎢鐵的化學組成及其質量分數(shù)是:72.50％W,0.13％C,0.026％P,0.052％S,0.30％Si,0.17％Mn,余量Fe)、2.5％的金屬鋁和27％的中碳鉻鐵(中碳鉻鐵的化學組成及其質量分數(shù)是:69.52％Cr,1.65％C,1.38％Si,0.028％P,0.024％S,余量Fe)配料；先將質量分數(shù)13％的鎳鐵軟磁合金廢料置于1000公斤中頻感應電爐底部，然后將質量分數(shù)1.0％的鈮鐵、3.5％的鎢鐵和27％的中碳鉻鐵依次加入爐內，最后將質量分數(shù)25％的鎳鐵軟磁合金廢料放在爐料最上層，并在1000公斤中頻感應電爐內混合加熱熔化；鋼水熔清后加入質量分數(shù)28％的2520雙相不銹鋼廢料，當2520雙相不銹鋼廢料全部熔化后，將鋼水溫度升溫至1646℃，然后加入質量分數(shù)2.5％的金屬鋁，保溫8分鐘后，將爐內鋼水出爐至鋼包；鋼包底部預先加入了顆粒尺寸9～12mm的釔基稀土硅鐵(釔基稀土硅鐵的化學組成及其質量分數(shù)是:8.39％Y,4.66％Ca,3.27％Ba,55.83％Si,余量為Fe及不可避免的雜質)、鎳鎂合金(鎳鎂合金的化學組成及其質量分數(shù)是:80.24％Ni,19.76％Mg)、鋯硅鐵(鋯硅鐵的化學組成及其質量分數(shù)是:15.63％Zr,52.70％Si,余量為Fe及不可避免的雜質)和含氮鉻鐵(含氮鉻鐵的化學組成及其質量分數(shù)是:60.18％Cr,5.41％N,0.08％C,1.52％Si,0.026％P,0.033％S,余量Fe)及顆粒尺寸5～8mm的硼鐵(硼鐵的化學組成及其質量分數(shù)是:19.15％B,0.26％C,1.39％Si,0.38％Al,0.007％S,0.062％P,余量Fe)和鑭鈰混合稀土金屬(鑭鈰混合稀土金屬的化學組成及其質量分數(shù)是:98.51％RE,余量為Si及不可避免的雜質，其中Ce/RE:62.53％,La/RE:37.47％)；釔基稀土硅鐵、鎳鎂合金、鋯硅鐵、含氮鉻鐵、硼鐵和鑭鈰混合稀土金屬加入量分別占進入鋼包內鋼水質量分數(shù)的0.5％、0.28％、0.30％、0.50％、0.020％和0.22％，其中硼鐵和鑭鈰混合稀土金屬用厚度0.16mm的低碳薄鋼片包覆；

②鋼水進入鋼包后，經扒渣、靜置處理后，當鋼水溫度降至1468℃時，快速澆入到臥式離心機上的金屬鑄型中，離心鑄造的工藝參數(shù)是：金屬鑄型轉速990r/min；金屬鑄型噴刷鋯英粉涂料厚度3.7mm，金屬鑄型壁厚60mm，金屬鑄型長度為1400mm，金屬鑄型溫度243℃，金屬鑄型的化學組成及其質量分數(shù)是0.19％C,0.88％Mn,0.29％Si,0.06％Nb,0.03％V,0.25％Mo,1.37％Ni,0.019％S,0.031％P,余量Fe；

③鋼水凝固完畢后，停止離心機轉動，從鑄型中取出爐管鑄件，對爐管鑄件毛坯進行清理、打磨，隨后放入熱處理爐中進行熱處理，先隨爐加熱至750℃，保溫1.0h，繼續(xù)加熱至880℃保溫0.5h，再加熱至950℃，保溫1.0h，出爐空冷至室溫，即可獲得乙烯裂解耐熱鋼爐管，其力學性能見表1。

實施例2：

一種乙烯裂解耐熱鋼爐管及其制備方法，其特征在于采用1500公斤中頻感應電爐熔煉，具體制備工藝步驟是：

①采用質量分數(shù)30.5％的2520雙相不銹鋼廢料(2520雙相不銹鋼廢料的化學組成及其質量分數(shù)是:21.85％Ni,24.03％Cr,1.46％Si,1.82％Mn,0.07％C,0.025％S,0.033％P,余量為Fe及不可避免的雜質)、35％的鎳鐵軟磁合金廢料(鎳鐵軟磁合金廢料的化學組成及其質量分數(shù)是:82.81％Ni,1.50％Mo,余量為Fe及不可避免的雜質)、1.2％的鈮鐵(鈮鐵的化學組成及其質量分數(shù)是:65.82％Nb,2.38％Ta,2.86％Al,2.95％Si,0.28％C,0.027％S,0.056％P,0.59％W,余量Fe)、3.0％的鎢鐵(鎢鐵的化學組成及其質量分數(shù)是:76.14％W,0.18％C,0.029％P,0.065％S,0.44％Si,0.22％Mn,余量Fe)、2.8％的金屬鋁和27.5％的中碳鉻鐵(中碳鉻鐵的化學組成及其質量分數(shù)是:72.07％Cr,1.99％C,1.42％Si,0.020％P,0.017％S,余量Fe)配料；先將質量分數(shù)10％的鎳鐵軟磁合金廢料置于1500公斤中頻感應電爐底部，然后將質量分數(shù)1.2％的鈮鐵、3.0％的鎢鐵和27.5％的中碳鉻鐵依次加入爐內，最后將質量分數(shù)25％的鎳鐵軟磁合金廢料放在爐料最上層，并在1500公斤中頻感應電爐內混合加熱熔化；鋼水熔清后加入質量分數(shù)30.5％的2520雙相不銹鋼廢料，當2520雙相不銹鋼廢料全部熔化后，將鋼水溫度升溫至1662℃，然后加入質量分數(shù)2.8％的金屬鋁，保溫5分鐘后，將爐內鋼水出爐至鋼包；鋼包底部預先加入了顆粒尺寸9～12mm的釔基稀土硅鐵(釔基稀土硅鐵的化學組成及其質量分數(shù)是:9.91％Y,2.56％Ca,5.47％Ba,59.15％Si,余量為Fe及不可避免的雜質)、鎳鎂合金(鎳鎂合金的化學組成及其質量分數(shù)是:84.31％Ni,15.69％Mg)、鋯硅鐵(鋯硅鐵的化學組成及其質量分數(shù)是:21.09％Zr,45.88％Si,余量為Fe及不可避免的雜質)和含氮鉻鐵(含氮鉻鐵的化學組成及其質量分數(shù)是:62.84％Cr,6.40％N,0.06％C,2.14％Si,0.025％P,0.031％S,余量Fe)及顆粒尺寸5～8mm的硼鐵(硼鐵的化學組成及其質量分數(shù)是:20.84％B,0.49％C,1.63％Si,0.44％Al,0.009％S,0.088％P,余量Fe)和鑭鈰混合稀土金屬(鑭鈰混合稀土金屬的化學組成及其質量分數(shù)是:98.87％RE,余量為Si及不可避免的雜質，其中Ce/RE:70.81％,La/RE:29.19％)；釔基稀土硅鐵、鎳鎂合金、鋯硅鐵、含氮鉻鐵、硼鐵和鑭鈰混合稀土金屬加入量分別占進入鋼包內鋼水質量分數(shù)的0.8％、0.21％、0.45％、0.42％、0.035％和0.16％，其中硼鐵和鑭鈰混合稀土金屬用厚度18mm的低碳薄鋼片包覆；

②鋼水進入鋼包后，經扒渣、靜置處理后，當鋼水溫度降至1485℃時，快速澆入到臥式離心機上的金屬鑄型中，離心鑄造的工藝參數(shù)是：金屬鑄型轉速1260r/min；金屬鑄型噴刷鋯英粉涂料厚度5.8mm，金屬鑄型壁厚80mm，金屬鑄型長度為2550mm，金屬鑄型溫度274℃，金屬鑄型的化學組成及其質量分數(shù)是0.25％C,0.60％Mn,0.47％Si,0.03％Nb,0.06％V,0.39％Mo,1.14％Ni,0.026％S,0.031％P,余量Fe；

③鋼水凝固完畢后，停止離心機轉動，從鑄型中取出爐管鑄件，對爐管鑄件毛坯進行清理、打磨，隨后放入熱處理爐中進行熱處理，先隨爐加熱至780℃，保溫0.5h，繼續(xù)加熱至880℃保溫0.5h，再加熱至980℃，保溫0.5h，出爐空冷至室溫，即可獲得乙烯裂解耐熱鋼爐管，其力學性能見表1。

實施例3：

一種乙烯裂解耐熱鋼爐管及其制備方法，其特征在于采用1000公斤中頻感應電爐熔煉，具體制備工藝步驟是：

①采用質量分數(shù)29.6％的2520雙相不銹鋼廢料(2520雙相不銹鋼廢料的化學組成及其質量分數(shù)是:20.38％Ni,25.13％Cr,1.06％Si,1.57％Mn,0.08％C,0.021％S,0.029％P,余量為Fe及不可避免的雜質)、37％的鎳鐵軟磁合金廢料(鎳鐵軟磁合金廢料的化學組成及其質量分數(shù)是:82.10％Ni,1.94％Mo,余量為Fe及不可避免的雜質)、1.1％的鈮鐵(鈮鐵的化學組成及其質量分數(shù)是:63.29％Nb,2.07％Ta,1.65％Al,2.24％Si,0.19％C,0.040％S,0.057％P,0.69％W,余量Fe)、3.2％的鎢鐵(鎢鐵的化學組成及其質量分數(shù)是:75.26％W,0.17％C,0.029％P,0.064％S,0.35％Si,0.19％Mn,余量Fe)、2.6％的金屬鋁和26.5％的中碳鉻鐵(中碳鉻鐵的化學組成及其質量分數(shù)是:69.91％Cr,1.83％C,1.17％Si,0.028％P,0.024％S,余量Fe)配料；先將質量分數(shù)10％的鎳鐵軟磁合金廢料置于1000公斤中頻感應電爐底部，然后將質量分數(shù)1.1％的鈮鐵、3.2％的鎢鐵和26.5％的中碳鉻鐵依次加入爐內，最后將質量分數(shù)27％的鎳鐵軟磁合金廢料放在爐料最上層，并在1000公斤中頻感應電爐內混合加熱熔化；鋼水熔清后加入質量分數(shù)29.6％的2520雙相不銹鋼廢料，當2520雙相不銹鋼廢料全部熔化后，將鋼水溫度升溫至1659℃，然后加入質量分數(shù)2.6％的金屬鋁，保溫6分鐘后，將爐內鋼水出爐至鋼包；鋼包底部預先加入了顆粒尺寸9～12mm的釔基稀土硅鐵(釔基稀土硅鐵的化學組成及其質量分數(shù)是:9.14％Y,3.92％Ca,4.06％Ba,57.51％Si,余量為Fe及不可避免的雜質)、鎳鎂合金(鎳鎂合金的化學組成及其質量分數(shù)是:82.06％Ni,17.94％Mg)、鋯硅鐵(鋯硅鐵的化學組成及其質量分數(shù)是:18.56％Zr,49.20％Si,余量為Fe及不可避免的雜質)和含氮鉻鐵(含氮鉻鐵的化學組成及其質量分數(shù)是:62.37％Cr,5.99％N,0.07％C,2.13％Si,0.026％P,0.035％S,余量Fe)及顆粒尺寸5～8mm的硼鐵(硼鐵的化學組成及其質量分數(shù)是:19.97％B,0.38％C,1.81％Si,0.37％Al,0.008％S,0.053％P,余量Fe)和鑭鈰混合稀土金屬(鑭鈰混合稀土金屬的化學組成及其質量分數(shù)是:98.04％RE,余量為Si及不可避免的雜質，其中La/RE:48.77％,Ce/RE:51.23％)；釔基稀土硅鐵、鎳鎂合金、鋯硅鐵、含氮鉻鐵、硼鐵和鑭鈰混合稀土金屬加入量分別占進入鋼包內鋼水質量分數(shù)的0.65％、0.26％、0.37％、0.46％、0.028％和0.19％，其中硼鐵和鑭鈰混合稀土金屬用厚度0.15mm的低碳薄鋼片包覆；

②鋼水進入鋼包后，經扒渣、靜置處理后，當鋼水溫度降至1471℃時，快速澆入到臥式離心機上的金屬鑄型中，離心鑄造的工藝參數(shù)是：金屬鑄型轉速1150r/min；金屬鑄型噴刷鋯英粉涂料厚度4.9mm，金屬鑄型壁厚70mm，金屬鑄型長度為1850mm，金屬鑄型溫度266℃，金屬鑄型的化學組成及其質量分數(shù)是0.23％C,0.69％Mn,0.36％Si,0.05％Nb,0.04％V,0.28％Mo,1.25％Ni,0.018％S,0.029％P,余量Fe；

③鋼水凝固完畢后，停止離心機轉動，從鑄型中取出爐管鑄件，對爐管鑄件毛坯進行清理、打磨，隨后放入熱處理爐中進行熱處理，先隨爐加熱至760℃，保溫0.8h，繼續(xù)加熱至870℃保溫0.7h，再加熱至970℃，保溫0.8h，出爐空冷至室溫，即可獲得乙烯裂解耐熱鋼爐管，其力學性能見表1。

表1乙烯裂解耐熱鋼爐管力學性能

本發(fā)明耐熱鋼爐管以2520雙相不銹鋼廢料和鎳鐵軟磁合金廢料為主要原料，可以大幅度降低爐管生產成本。本發(fā)明耐熱鋼爐管具有優(yōu)良的室溫和高溫力學性能，室溫抗拉強度大于520MPa，室溫伸長率大于10％，1100℃、17MPa試驗條件下高溫持久斷裂時間大于150小時。本發(fā)明耐熱鋼爐管還具有優(yōu)異的高溫抗氧化、抗硫化和抗增碳結焦性能，在1000℃下使用時，其使用壽命較HP40耐熱鋼爐管提高3.5倍以上，推廣應用具有良好的經濟和社會效益。