一種抗結焦合金材料及應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及合金材料領域，更進一步說，涉及一種抗結焦合金材料及應用。
【背景技術】
[0002] 乙烯生產過程中，裂解爐管內壁不可避免的會產生表面結焦和金屬基體滲碳，其 會造成兩種不良后果。一方面，結焦會導致爐管內徑變小，壓降增加，裝置處理量減少和導 致管壁熱阻增加，爐管傳熱系數降低，能耗增加。為此，裂解爐通常必須每隔30-60天停工 停產一次進行清焦處理。這種頻繁的清焦處理嚴重降低了生產效率，增加了生產成本。另 一方面，爐管表面所沉積的碳會擴散到金屬基體形成碳化物，增加材料的脆性，并進而會引 起金屬粉末化。這些因滲碳引起的材料損傷會與清焦處理過程中的熱循環相互作用，大大 縮短裂解爐管的壽命。因此，爐管結焦問題是乙烯生產過程中迫切解決的難題。
[0003] 依據結焦機理，目前國內外主要釆用的抑制結焦方法有添加結焦抑制劑、表面預 處理技術、新型爐管、強化傳熱技術。無論是添加結焦抑制劑、表面預處理，還是強化傳熱 的方法，其主要針對的是現常使用的HK-40、HP-40、HP-45、35Cr45Ni鋼材質爐管，而改善爐 管材料不僅可以抑制表面催化結焦，還可以有效的提高爐管傳熱效率，明顯地的減少結焦。 最具典型的是S&W公司以及Linde公司研制的陶瓷裂解爐管可以從結焦機理上可避免結 焦問題。111(3〇1〇7公司開發的合金獻956$6-20〇-45六1-〇.511-〇.5￥203)不僅具有很高的 耐蠕變強度，而且能夠有效地抑制結焦和滲碳。在實驗室規模上，這種新爐管材料與普通 的25Cr35Ni合金相比，其結焦速度降低了 50%，且幾乎不發生滲碳；瑞典Sandvik公司開 發了一種改良型輻射管APMT，由Fe-Cr-Al合金通過迅速凝固工藝制成，具有優越的抗滲碳 性，可以減輕焦的形成，延長運行周期，增加乙烯收率；由JGC公司和Special Metals公司 聯合開發的鐵基熱抗氧化擴散的增強（ODS)合金，有高的抗蠕變強度和高的抗腐蝕性，可 延長裂解爐運行周期和提高生產能力；美國Oak Ridgel國家實驗室開發了一種裂解爐管 新材料，這種新材料爐管表面覆蓋有一層3. 2mm厚的鋁化合物，在爐管制造過程中，通過共 擠出、共鑄造把鋁化合物摻入爐管中，與普通的Cr-Ni不銹鋼爐管相比，在抑制結焦和防滲 碳性能上提高了一個數量級。
[0004] US5630887、US6824883、US7488392、CN200810104741. 9、CN200810104742. 3、 CN201210190196. 6專利均介紹了一種在特定氣氛中處理不銹鋼表面提高其抗結焦滲碳性 能的技術。以上專利的主要技術創新要點是在特別建造的處理爐內和在特定的氧化處理條 件下，在不銹鋼表面形成以MnxCr3 x04尖晶石為主的氧化膜，并未對不銹鋼合金材料中Μη、 Si的含量和關系進行詳細界定。
【發明內容】
[0005] 為解決現有技術中出現的問題，本發明提供了一種抗結焦合金材料及應用。通過 控制Fe-Cr-Ni耐高溫不銹鋼材料中Mn和Si的含量，可顯著提高合金材料的抗結焦性能。
[0006] 本發明的目的之一是提供一種抗結焦合金材料。
[0007] 合金材料的元素成分包括：Cr、Ni、Fe、Μη、Si、C和微量元素；
[0008] 微量元素為Al、Nb、Ti、W、Mo、稀土和痕量元素中的一種或幾種；痕量元素指的是 在高溫合金中含有的P、S等元素。
[0009] 其中，錳和硅的重量百分含量滿足以下關系：
[0013] 錳和硅滿足以上條件，合金材料中其他元素含量優選：
[0014] Crl2-50wt %，更優選 30-40wt % ;Ni20-50wt %，CO. 2-0. 6wt %，微量元素 0. 0001-5wt %，余量為鐵。為了不影響合金材料的機械性能，焊接性能和鑄造性能，合金材 料中Mn、Si的含量不宜過高。
[0015] 本發明的目的之二是提供一種抗結焦合金材料的應用。
[0016] 所述合金材料主要應用于高溫化學加工碳氫化合物的裝置，如制造工業乙烯裂解 爐的反應爐管。
[0017] 本發明通過控制Fe-Cr-Ni耐高溫不銹鋼材料中Mn和Si的含量，可顯著提高合金 材料的抗結焦性能，延長裝置的運行周期一倍以上。
【具體實施方式】
[0018] 下面結合實施例，進一步說明本發明。
[0019] 實施例1~3
[0020] 將對比例試片和實施例1、2、3試片切割成5X5X2mm的掛片小樣，用X射線能量 分散譜儀（H)S)分析試片的元素成分，結果見表1所示。
[0021] 實驗前將稱重好的金屬掛片依次懸掛于爐管內后，通入He氣保護后開始升溫，從 起始室溫溫度升到裂解反應溫度860°C的時間為90min。溫度升到裂解溫度后，停止He氣， 同時將2% C2H6+98% N2氣體經20°C水浴飽和水蒸汽后通入反應爐管發生裂解反應，裂解結 焦反應時間20h，結焦實驗結束后，停止加熱和進料，通He氣保護，自然降溫至室溫。將金 屬材料掛片從爐管中取出，稱重計算結焦量，考察其抑制結焦的性能。結焦量實驗數據見表 2〇
[0022] 表1試片EDS元素成分分析
[0023]
[0026] 從表2的數據可以看出，實施例1~3的結焦量明顯少于對比例，可見本發明的抗 結焦合金材料具有優異的抗結焦性能，尤其適合作為裂解爐管使用。
【主權項】
1. 一種抗結焦合金材料，其特征在于： 合金材料的元素成分包括；化、NiJe、Mn、Si、C和微量元素； 微量元素為^、佩、1'1、胖、]?〇、稀±和痕量元素中的一種或幾種； 其中，儘和娃的重量百分含量滿足W下關系：2. 如權利要求1所述的抗結焦合金材料，其特征在于： 所述抗結焦合金材料中儘和娃的重量百分含量滿足W下關系：3. 如權利要求1所述的抗結焦合金材料，其特征在于： 所述抗結焦合金材料中，化的含量為；12-50wt% ;Ni的含量為；20-50wt% ;C的含量 為；0. 2-0. 6wt%，微量元素 0. 0001-5wt%。4. 如權利要求3所述的抗結焦合金材料，其特征在于： 所述抗結焦合金材料中，化的含量為；30-40wt%。5. 如權利要求1~4之一所述的抗結焦合金材料在高溫化學加工碳氨化合物裝置中的 應用。
【專利摘要】本發明公開了一種抗結焦合金材料及應用。合金材料的元素成分包括：Cr、Ni、Fe、Mn、Si、C和微量元素；微量元素為Al、Nb、Ti、W、Mo、稀土和痕量元素中的一種或幾種；其中，錳和硅的重量百分含量滿足以下關系：<maths num="0001"></maths>本發明通過控制Fe-Cr-Ni耐高溫不銹鋼材料中Mn和Si的含量，可顯著提高合金材料的抗結焦性能。
【IPC分類】C10G9/20, C22C30/00, C22C38/58, C22C38/40, C10G9/16
【公開號】CN105200338
【申請號】CN201410238532
【發明人】王國清, 張永剛, 杜志國, 張兆斌, 周叢, 張主明
【申請人】中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司北京化工研究院
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2014年5月30日