一種乙烯裂解爐管用微合金化35Cr45NiNb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35Cr45NiNb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。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周期安全 運行。焊接接頭的質(zhì)量問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)焊縫開裂的問題。
[0003] 焊材的選擇對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 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，在蠕變過程中會發(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ll〇〇°C、17MPa條件下高溫持久斷裂時間大于100小時。然而，根據(jù) 調(diào)研及相關(guān)檢測，爐管焊接接頭的高溫持久斷裂時間不滿足該標(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展，最終導(dǎo)致爐管失效。

【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、進而保障乙烯裂解爐裝置長周期安全運行的乙烯裂解爐管用微合金化 35Cr45NiNb 焊絲。
[0006] 為實現(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35Cr45NiNb焊絲，以質(zhì)量百分比為單位，含有C : 0· 40 ~0· 50，Si :1· 20 ~I. 50，Mn :0· 80 ~I. 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，A1 :0· 05 ~0· 20，Ti :0· 05 ~0· 15，Co :0· 005 ~0· 05，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. 434, Si :1. 24, Mn :1. 02, P :0. 019, S : 0· 0090, Cr :34· 24, Ni :44· 00, Nb :0· 93, W :0· 30, Mo :0· 109, Cu :0· 056, Al :0· 195, Ti : 0· 099, Co :0· 014, B :0· 0026, Pb :0· 0010, Bi :0· 000005,余量為 Fe。
[0009] 優(yōu)選的，以質(zhì)量百分比為單位，含有C :0. 417, Si :1. 26, Mn :0. 96, P :0. 02, S : 0· 0091，Cr :35· 74, Ni :45· 04, Nb :0· 92, W :0· 347, Mo :0· 100, Cu :0· 050, Al :0· 084, Ti : 0· 132, Co :0· 0085, B :0· 0026, Pb :0· 0010, Bi :0· 000004,余量為 Fe。
[0010] 上述各元素對乙稀裂解爐管用微合金化35Cr45NiNb焊絲耐高溫持久性能的影響 如下：
[0011] I. C(0. 40 ~0· 50 質(zhì)量％ )
[0012] C與Cr、Mo、Ti、V、Nb等形成一次碳化物M7C3和NbC等，提高材料高溫強度。在高 溫時效過程中，基體中的過飽和固溶碳以細(xì)小彌散的M 23C6析出，會降低合金的韌性，惡化焊 接性，因此，該焊絲中的含碳量為0. 40~0. 50質(zhì)量％。
[0013] 2. Si (1. 20 ~1. 50 質(zhì)量％ )
[0014] Si是冶煉時必要的脫氧劑，可以提高鋼液在鑄造時的流動性。Si溶于奧氏體中提 高鋼的硬度和強度，同時，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σ相析出元素在，加入量過多將降低 持久強度。因此，該焊絲中的含Si量為1. 20~1. 50質(zhì)量％。
[0015] 3. Mn (0.80 ~1.20 質(zhì)量％ )
[0016] Mn是擴大奧氏體相區(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元素促進〇相析出，加入量過多會降低合金的抗氧化性能。因此，該焊絲中的 含Mn量為0. 80~1. 20質(zhì)量％。
[0017] 4· Ρ(0· 005 ~0· 020 質(zhì)量％ )
[0018] P元素對高溫持久強度有顯著影響，隨著P元素含量增加，高溫持久強度降低， 由于P元素在熱處理過程中會產(chǎn)生偏聚，促進空洞的形核。因此，該焊絲中的含P量為 0· 005 ~0· 020 質(zhì)量％。
[0019] 5. S(0. 002 ~0· 010 質(zhì)量％ )
[0020] S元素含量對高溫持久壽命有顯著影響，隨著S元素的增加，高溫持久強度降低。 這是由于在熱處理過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)致爐管 快速失效。因此，該焊絲中的含S量為0.002~0.010質(zhì)量％。
[0021] 6. Cr (34 ~36 質(zhì)量％ )
[0022] Cr元素是合金中主要的固溶強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保護膜，對合金的抗氧化、強度、抗?jié)B碳性能起決定性作用。但Cr含量過高 會導(dǎo)致σ相析出，從而降低合金的強度和韌性。因此，該焊絲中的含Cr量為34~36質(zhì) 量％。
[0023] 7. Ni (44 ~46 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、高溫強度和韌性的主要元素， 可提高鋼的強度而不顯著降低其韌性，改善鋼的加工性和可焊性。Ni原子將會降低C原 子在合金中的溶解度，過量加入會導(dǎo)致超量的碳化物會析出。因此，該焊絲中的含Ni量為 44~46質(zhì)量％。
[0025] 8. Nb (0· 80 ~1. 50 質(zhì)量％ )
[0026] Nb元素形成晶界析出的NbC，有效提高材料的強度，同時使晶界碳化鉻均勻彌散 分布，延遲碳化物粗化過程，從而提高合金的高溫強度。因此，該焊絲中的含Nb量為0. 80~ 1. 50質(zhì)量％。
[0027] 9.W(0.30 ~0.80 質(zhì)量％ )
[0028] W元素是固溶強化元素，能提高合金的高溫強度，抑制碳的擴散速度，但是加入過 量則會影響合金的抗氧化性能，并促進σ相析出，降低合金的強度和韌性。因此，該焊絲中 的含W量為〇. 30~0. 80質(zhì)量％。
[0029] 10·Μ〇(0· 10 ~0· 30 質(zhì)量％ )
[0030] Mo元素是固溶強化元素，能提高合金的高溫強度，抑制碳的擴散速度，但是加入過 量則會影響合金的抗氧化性能，并促進σ相析出，降低合金的強度和韌性。因此，該焊絲中 的含Mo量為0. 10~0. 30質(zhì)量％。
[0031] 11. Cu(0. 025 ~0· 080 質(zhì)量％ )
[0032] Cu元素是擴大奧氏體相區(qū)的元素，提高材料強度和屈強比，但是Cu元素含量過 高在熱加工過程中易產(chǎn)生銅脆，導(dǎo)致開裂。因此，該焊絲中的含Cu量為0. 025~0. 080質(zhì) 量％。
[0033] 12. Al (0.05 ~0.20 質(zhì)量％ )
[0034] Al元素在鑄造過程中用來脫氧，同時可與Ni形成化合物，提高熱強性。但是Al元 素含量過高會促進長期蠕變時σ相形成和粗化，降低蠕變壽命。因此，該焊絲中的含Al量 為0.05~(λ 20質(zhì)量％。
[0035] 13. Ti (0.05 ~0· 15 質(zhì)量％ )
[0036] Ti元素含量超過0. 10質(zhì)量％時，可在晶界形成碳化鈦，提高材料強度。因此，該焊 絲中的含Ti量為0.05~0. 15質(zhì)量％。
[0037] 14. Co(0. 005 ~0· 05 質(zhì)量％ )<