一種乙烯裂解爐管用微合金化25Cr35NiNb焊絲的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于乙烯裂解爐管焊接材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種乙烯裂解爐管用微合 金化25Cr35NiNb焊絲。
【背景技術(shù)】
[0002] 乙烯是石化工業(yè)領(lǐng)域中最重要的基礎(chǔ)原料之一，隨著乙烯裝置規(guī)模的不斷擴(kuò)大， 乙烯裝置中關(guān)鍵設(shè)備裂解爐的大型化已成為乙烯工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。乙烯裂解爐管是石 化乙烯裝置的核心設(shè)備，一旦發(fā)生失效甚至爆炸事故，將嚴(yán)重影響整套裝置的長(zhǎng)周期安全 運(yùn)行。焊接接頭的質(zhì)量問(wèn)題成為了乙烯裂解爐管早期失效的原因之一。根據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在 乙烯裝置投產(chǎn)后的3~4年，甚至在1~2年內(nèi)開(kāi)始出現(xiàn)焊接接頭失效現(xiàn)象，尤其在投產(chǎn)后 4~6年內(nèi)集中出現(xiàn)焊縫開(kāi)裂的問(wèn)題。
[0003] 焊材的選擇對(duì)焊接接頭的影響主要表現(xiàn)在影響焊接接頭的高溫性能，高溫工況對(duì) 乙烯裂解爐管焊接接頭具有多方面的影響，主要為高溫蠕變。焊縫金屬蠕變性能與母材不 匹配，在蠕變過(guò)程中會(huì)發(fā)生應(yīng)力的再分布，較弱的母材將其承受的一部分應(yīng)力卸放到焊縫 中，引起應(yīng)力集中，使得焊縫的損傷發(fā)展更快而成為薄弱環(huán)節(jié)。
[0004] 雖然，HG/T2601-2011《高溫承壓用離心鑄造合金爐管》中規(guī)定焊接接頭力學(xué)性能 符合母材的要求，即在1050°C、25MPa條件下高溫持久斷裂時(shí)間大于100小時(shí)。然而，根據(jù) 調(diào)研及相關(guān)檢測(cè)，爐管焊接接頭的高溫持久斷裂時(shí)間不滿(mǎn)足該標(biāo)準(zhǔn)要求，且遠(yuǎn)低于母材，導(dǎo) 致裂紋易在焊縫部位萌生及擴(kuò)展，最終導(dǎo)致?tīng)t管失效。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種有效提升乙烯裂解爐管焊接接 頭的高溫持久性能、進(jìn)而保障乙烯裂解爐裝置長(zhǎng)周期安全運(yùn)行的乙烯裂解爐管用微合金化 25Cr35NiNb 焊絲。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：
[0007] -種乙烯裂解爐管用微合金化25Cr35NiNb焊絲，以重量百分比為單位，含有C : 0· 40 ~0· 45，Si :L 70 ~L 90，Mn :L 20 ~L 50，P :0· 005 ~0· 010，S :0· 002 ~0· 010，Cr : 25 ~26, Ni :34 ~36, Nb :1. 00 ~I. 20, W :0. 50 ~I. 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, Β:0· 0010 ~0· 0050, Pb:0 ~ 0· 0020, Bi:0 ~0· 0001，余量為 Fe。
[0008] 優(yōu)選的，以質(zhì)量百分比為單位，含有 C :0. 443, Si :1. 86, Mn :1. 25, P :0. 0070, S : 0· 0043, Cr :25· 66, Ni :34· 01，Nb :1· 11，W :0· 94, Mo :0· 115, Cu :0· 045, Al :0· 123, Ti : 0· 097, Co :0· 056, B :0· 0029, Pb :0· 0011，Bi :0· 000006,余量為 Fe。
[0009] 優(yōu)選的，以質(zhì)量百分比為單位，含有 C :0. 441，Si :1. 70, Mn :1. 30, P :0. 0068, S : 0· 0044, Cr :25· 63, Ni :34· 25, Nb :1· 05, W :0· 64, Mo :0· 115, Cu :0· 035, Al :0· 121，Ti : 0· 080, Co :0· 052, B :0· 0028, Pb :0· 0006, Bi :0· 000004,余量為 Fe。
[0010] 上述各元素對(duì)乙烯裂解爐管用微合金化25Cr35NiNb焊絲耐高溫持久性能的影響 如下：
[0011] I. C(0. 40 ~0· 45 質(zhì)量％ )
[0012] C與Cr、Mo、Ti、V、Nb等形成一次碳化物M7C3和NbC等，提高材料高溫強(qiáng)度。在高 溫時(shí)效過(guò)程中，基體中的過(guò)飽和固溶碳以細(xì)小彌散的M 23C6析出，會(huì)降低合金的韌性，惡化焊 接性，因此，該焊絲中的含碳量為0. 40~0. 45質(zhì)量％。
[0013] 2. Si (1.70 ~1.90 質(zhì)量％ )
[0014] Si是冶煉時(shí)必要的脫氧劑，可以提高鋼液在鑄造時(shí)的流動(dòng)性。Si溶于奧氏體中提 高鋼的硬度和強(qiáng)度，同時(shí)，在高溫氧化氣氛中，Si與0結(jié)合形成SiO 2薄膜，提高爐管的高溫 抗氧化性能。Si在Ni含量較高的環(huán)境中易于產(chǎn)生偏析，在晶界上形成低熔點(diǎn)共晶物，容易 導(dǎo)致焊接熱裂紋傾向，惡化鋼的焊接性能。Si是促進(jìn)σ相析出元素在，加入量過(guò)多將降低 持久強(qiáng)度。因此，該焊絲中的含Si量為1. 70~1. 90質(zhì)量％。
[0015] 3. Mn (1. 20 ~1. 50 質(zhì)量％ )
[0016] Mn是擴(kuò)大奧氏體相區(qū)元素，與S生成球化的MnS，可消除S的危害，也能改善焊接 性能。但Mn元素促進(jìn)〇相析出，加入量過(guò)多會(huì)降低合金的抗氧化性能。因此，該焊絲中的 含Mn量為1. 20~1. 50質(zhì)量％。
[0017] 4· Ρ(0· 005 ~0· 010 質(zhì)量％ )
[0018] P元素對(duì)高溫持久強(qiáng)度有顯著影響，隨著P元素含量增加，高溫持久強(qiáng)度降低，由 于P元素在熱處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生偏聚，促進(jìn)空洞的形核。因此，綜合考慮高溫持久斷裂時(shí)間 要求和經(jīng)濟(jì)成本因素，該焊絲中的含P量為0. 005~0. 010質(zhì)量％。
[0019] 5. S(0. 002 ~0· 010 質(zhì)量％ )
[0020] S元素含量對(duì)高溫持久壽命有顯著影響，隨著S元素的增加，高溫持久強(qiáng)度降低。 這是由于在熱處理過(guò)程中硫偏聚到晶界形成硫化物，由于硫化物和基體的結(jié)合力較差，空 洞很容易形核，在高溫狀態(tài)下由于局部應(yīng)力集中導(dǎo)致空洞連接從而產(chǎn)生微裂紋，導(dǎo)致?tīng)t管 快速失效。因此，綜合考慮高溫持久斷裂時(shí)間要求和經(jīng)濟(jì)成本因素，該焊絲中的含S量為 0· 002 ~0· 010 質(zhì)量％。
[0021] 6. Cr (25 ~26 質(zhì)量％ )
[0022] Cr元素是合金中主要的固溶強(qiáng)化元素和碳化物形成元素。Cr元素在材料表面形 成致密的Cr2O3保護(hù)膜，對(duì)合金的抗氧化、強(qiáng)度、抗?jié)B碳性能起決定性作用。但Cr含量過(guò)高 會(huì)導(dǎo)致σ相析出，從而降低合金的強(qiáng)度和韌性。因此，該焊絲中的含Cr量為25~26質(zhì) 量％。
[0023] 7. Ni (34 ~36 質(zhì)量％ )
[0024] Ni元素是形成和穩(wěn)定奧氏體，提高抗?jié)B碳、抗氧化、高溫強(qiáng)度和韌性的主要元素， 可提高鋼的強(qiáng)度而不顯著降低其韌性，改善鋼的加工性和可焊性。Ni原子將會(huì)降低C原 子在合金中的溶解度，過(guò)量加入會(huì)導(dǎo)致超量的碳化物會(huì)析出。因此，該焊絲中的含Ni量為 34~36質(zhì)量％。
[0025] 8. Nb (I. 00 ~1. 20 質(zhì)量％ )
[0026] Nb元素形成晶界析出的NbC，有效提高材料的強(qiáng)度，同時(shí)使晶界碳化鉻均勻彌 散分布，延遲碳化物粗化過(guò)程，從而提高合金的高溫強(qiáng)度。因此，該焊絲中的含Nb量為 1.0 O ~I. 20 質(zhì)量％。
[0027] 91(0.50~1.00質(zhì)量％)
[0028] W元素是固溶強(qiáng)化元素，能提高合金的高溫強(qiáng)度，抑制碳的擴(kuò)散速度，但是加入過(guò) 量則會(huì)影響合金的抗氧化性能，并促進(jìn)σ相析出，降低合金的強(qiáng)度和韌性。因此，該焊絲中 的含W量為〇. 50~1. 00質(zhì)量％。
[0029] 10·Μ〇(0· 10 ~0· 30 質(zhì)量％ )
[0030] Mo元素是固溶強(qiáng)化元素，能提高合金的高溫強(qiáng)度，抑制碳的擴(kuò)散速度，但是加入過(guò) 量則會(huì)影響合金的抗氧化性能，并促進(jìn)σ相析出，降低合金的強(qiáng)度和韌性。因此，該焊絲中 的含Mo量為0. 10~0. 30質(zhì)量％。
[0031] 11. Cu(0. 025 ~0· 050 質(zhì)量％ )
[0032] Cu元素是擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的元素，提高材料強(qiáng)度和屈強(qiáng)比，但是Cu元素含量過(guò)高 在熱加工過(guò)程中易產(chǎn)生銅脆，導(dǎo)致開(kāi)裂。因此，該焊絲中的含Cu量為0. 25~0. 50質(zhì)量％。
[0033] 12·Α1(0· 10 ~0· 20 質(zhì)量％ )
[0034] Al元素在鑄造過(guò)程中用來(lái)脫氧，同時(shí)可與Ni形成化合物，提高熱強(qiáng)性。但是Al元 素含量過(guò)高會(huì)促進(jìn)長(zhǎng)期蠕變時(shí)σ相形成和粗化，降低蠕變壽命。因此，該焊絲中的含Al量 為0· 10~(λ 20質(zhì)量％。
[0035] 13. Ti (0.05 ~0· 15 質(zhì)量％ )
[0036] Ti元素含量超過(guò)0. 10質(zhì)量％時(shí)，可在晶界形成碳化鈦，提高材料強(qiáng)度。因此，該焊 絲中的含Ti量為0.05~0. 15質(zhì)量％。
[0037] 14. Co(0. 04 ~0· 06 質(zhì)量％ )
[0038] Co元素能提高材料的抗氧化性能，同時(shí)顯著提高材料的熱強(qiáng)性和高溫硬度。因此， 該焊絲中的含Co量為0. 04~0. 06質(zhì)量％。
[0039] 15. Β(0· 0010 ~0· 0050 質(zhì)量％ )
[0040] B元素具有細(xì)化晶粒，改善晶粒形貌，凈化雜質(zhì)等作用。同時(shí)能提高鋼的淬透性和 高溫強(qiáng)度。B的添加不僅可以起到抑制S元素向空位等自由表面偏聚