乙烯裂解炉铸管用NiCrNb-Re耐高温耐腐蚀焊丝及其制备方法技术

一种乙烯裂解炉铸管用NiCrNb‑Re耐高温耐腐蚀焊丝及其制备方法，属于焊接材料领域。其各组分及所占重量百分比为：Ni：45～50%，Cr：35～40%，Nb：1.00～1.50%，Re：0.01～0.10%，C：0.30～0.55%，Si：0.50～2.00%，Mn：1.00～2.00%，Al：0.01～0.10%，Ti：0.05～0.20%，Zr 0.01～0.10%，余量为Fe和不可避免的杂质。其制备方法为：合金熔炼—电渣重熔—热锻开坯—热轧退火—机械剥壳—拉拔减径—矫直切断或精密层绕。本发明专利技术焊丝的制备方法绿色环保，不存在酸洗污染；焊接电弧稳定，无飞溅，焊缝成形美观，焊接工艺和力学性能优异，焊缝组织细密，可完全满足乙烯裂解炉铸管的耐高温耐腐蚀的焊接要求。

NiCrNb-Re High Temperature Corrosion Resistant Welding Wire for Casting Pipe of Ethylene Cracking Furnace and Its Preparation Method

The invention relates to a NiCrNb_Re high temperature corrosion resistant welding wire for casting pipe of ethylene cracking furnace and a preparation method thereof, belonging to the field of welding materials. The components and their weight percentages are: Ni: 45-50%, Cr: 35-40%, Nb: 1.00-1.50%, Re: 0.01-0.10%, C: 0.30-0.55%, Si: 0.50-2.00%, Mn: 1.00-2.00%, Al: 0.01-0.10%, Ti: 0.05-0.20%, Zr 0.01-0.10%, the remainder is an inevitable impurity. The preparation method is as follows: alloy smelting - electroslag remelting - hot forging billet - hot rolling annealing - Mechanical shelling - drawing reducing diameter - straightening cutting or precision lamination winding. The preparation method of the welding wire of the invention is green and environmental friendly, without acid pickling pollution, stable welding arc, no spatter, beautiful weld formation, excellent welding technology and mechanical properties, fine weld structure, and can fully meet the welding requirements of high temperature and corrosion resistance of the cast pipe of ethylene cracking furnace.

【技术实现步骤摘要】
乙烯裂解炉铸管用NiCrNb-Re耐高温耐腐蚀焊丝及其制备方法
本专利技术涉及焊接材料领域，具体涉及一种乙烯裂解炉铸管用NiCrNb-Re耐高温耐腐蚀焊丝及其制备方法。技术背景乙烯工业是衡量国家石油化工发展水平的重要标志。乙烯裂解炉是乙烯生产装置的核心设备，裂解炉的辐射段炉管由于承受严苛的温度和腐蚀条件成为设备的关键，一旦发生失效甚至爆炸将严重影响整套装置的长周期安全运行，保证裂解炉辐射炉管的焊接质量尤为关键。乙烯裂解炉管一般选用Cr25Ni20或Cr25Ni35Nb，焊接工艺成熟且容易掌握，但是此炉管抗氧化性和抗腐蚀性能较差，使用寿命较短。我国最新研发的Cr35Ni45Nb的高镍铬乙烯裂解炉铸管可代替最初的材料，解决现有技术瓶颈问题，但由于缺少相匹配焊接材料，使其发展和应用受到了极大的限制。此外，现有镍合金焊丝制造过程中表面氧化皮通常采用酸洗的方式去除，但是会产生大量的废气、废液及固体废弃物，严重污染周边环境，同时焊丝表面光洁度欠佳，进而影响焊接过程送丝和电弧稳定性。
技术实现思路
本专利技术为了克服上述现有技术的不足，提供了一种乙烯裂解炉铸管用NiCrNb-Re耐高温耐腐蚀焊丝及其制备方法。采用机械剥壳去除焊丝表面氧化皮，生产过程绿色环保，不存在酸洗污染。焊接电弧稳定，无飞溅，焊缝成形美观，焊接工艺和力学性能优异，焊缝组织细密，可完全满足Cr35Ni45Nb乙烯裂解炉铸管的耐高温耐腐蚀的焊接要求。为了实现上述目的，本专利技术采用以下的技术方案：一种乙烯裂解炉铸管用NiCrNb-Re耐高温耐腐蚀焊丝及其制备方法，其特征在于，所述焊丝中各组分及所占重量百分比为：Ni：45～50%，Cr：35～40%，Nb：1.00～1.50%，Re：0.01～0.10%，C：0.30～0.55%，Si：0.50～2.00%，Mn：1.00～2.00%，Al：0.01～0.10%，Ti：0.05～0.20%，Zr0.01～0.10%，余量为Fe和不可避免的杂质。进一步，所述焊丝中原材料主要包括：金属镍，金属铬，金属铌，稀土氧化物，光电碳，单晶硅，电解锰，金属铝，金属钛，锆硅合金，雾化铁粉。进一步，所述焊丝中的Re为Y，Ce，Er，Cs，La等常用稀土元素中的一种或几种。进一步，所述焊丝中Ti/Al的重量含量比值在2～10之间。进一步，所述焊丝中Re/Zr的重量含量比值在1～3之间。进一步，所述焊丝中Mn/Si的重量含量比值在2～4之间。进一步，所述焊丝中各粉末的粒径在60～100目之间。一种乙烯裂解炉铸管用NiCrNb-Re耐高温耐腐蚀焊丝及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）合金熔炼：将原料按照配比投入真空感应炉熔炼，真空度需达到6.5×10-2Pa以上，并浇注成电极棒；（2）电渣重熔：采用电渣重熔设备，将步骤（1）所述电极棒的表面打磨处理后作为电极插入熔渣内重熔，停电冷却时间为5～10min，脱锭，冷却至常温，得到合金锭；（3）热锻开坯：将步骤（2）所述合金锭放入初始温度≤600℃的加热炉内加热，升温至1180～1250℃，保温55～75min，锻造成合金坯，冷却至常温；（4）热轧退火：将步骤（3）所述的合金坯加热至1100～1160℃，热轧成盘圆丝材，冷却至常温；（5）机械剥壳：采用机械剥壳设备，将步骤（4）所述的盘圆丝材表面进行机械剥壳处理，去除表面氧化皮，得到光亮盘圆丝材；（6）拉拔减径：采用现有的冷拉工艺，将步骤（5）所述的光亮盘圆丝材逐步拉拔减径，直至丝材直径为2.0～2.4mm，保证丝材表面洁净光滑，无毛刺，凹坑，划痕，锐弯，打结，油污和其他杂质等；（7）矫直切断或精密层绕：采用矫直切断设备，将步骤（6）所述的丝材矫直切断成长度为860～1000mm的直条，或者采用精密层绕设备，将步骤（6）所述的丝材层绕到焊丝盘上。进一步，电渣重熔时，熔渣采用CaF2-Al2O3-CaO渣系，渣系中CaF2的重量百分比为75～85%，Al2O3的重量百分比为12～18%，CaO的重量百分比含量为4～6%。进一步，矫直切断后焊丝的线经允许偏差为（＋0.1mm，－0.1mm），精密层绕后焊丝的线经允许偏差为（＋0.01mm，－0.04mm），松弛直径为600～1000mm，翘距为0～15mm。本专利技术的设计思路是：在乙烯裂解炉铸管焊接中为得到具有优异耐高温耐腐蚀性能的熔敷金属，通过提供与母材金属化学成分相匹配的熔敷金属层来保证焊缝高温力学性能，通过提高Cr和Ni含量增强合金的抗腐蚀能力，通过加入稀土Re元素改善镍合金焊丝的塑性和耐高温性能，通过提高C，Ni和Si的含量对改善合金的耐高温性能和抗氧化性能起到积极的作用。本专利技术的NiCrNb-Re耐高温耐腐蚀焊丝的成分特点如下：Ni：奥氏体形成元素，向焊缝金属过渡合金元素，对于焊缝的耐高温、抗氧化、韧性起到积极的作用，可提高焊缝金属的强度而不显著降低其韧性。Cr：铁素体形成元素，向焊缝金属过渡合金元素，在氧化氛围中在镍基合金表面加速形成致密的Cr2O3耐腐蚀钝化膜，对焊缝金属的抗氧化、强度、抗渗碳性能起决定性作用。Nb：向焊缝金属过渡合金元素，在晶界析出NbC有效提高焊缝强度，丝晶界碳化铬均匀弥散分布，延迟碳化物粗化，显著改善焊缝金属耐高温性能。Re：脱氧脱硫元素，可以细化焊缝金属中夹杂物，诱导铁素体形核，细化晶粒，同时降低了焊丝生产制备过程中的拉拔难度，提高焊缝金属耐高温性能。C：同焊丝中其他合金元素形成MC、M6C、M23C6等碳化物，起到固溶强化作用，同时分布在晶界阻止晶界滑移，提高焊缝金属抗氧化和耐高温性能。Si：脱氧剂，提高焊接熔池的流动性，并且能够通过自身形成富硅的氧化保护膜提高炉管的高温抗氧化性能。Mn：可以S形成球化MnS，消除S的危害，改善焊接性能。Al：脱氧元素，同时与Ni形成化合物提高热强性。Ti：脱氮、碳元素，减少自由氮的数量，提高冲击韧性，在晶界形成TiC，提高焊缝金属强度，减少焊缝金属产生气孔、疏松等缺陷。Zr：强碳、氮化物形成元素，也是强氧化物形成元素，可以阻止奥氏体晶粒的长大，与氧结合形成ZrO2非金属夹杂物，促进铁素体形核，细化组织，提高韧性。Fe：在镍基合金中加入Fe，可能起到一定的钝化作用。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：（1）焊丝采用与母材化学成分相当的配方设计，以保证焊丝与母材有同一熔点、同一结晶温度、同一热胀率等，从而避免在焊接中出现焊瘤、裂纹等缺陷；（2）为了保证焊缝的高温力学性能，焊丝中C含量应与母材相当，然而目前市售镍合金焊丝中C含量偏低，不能满足辐射管的工矿条件，本专利技术焊丝与母材的化学成份相匹配，可保证焊缝高温力学性能；（3）提高了铬和镍的含量，显著提高合金的抗腐蚀能力，对抗点蚀和缝隙腐蚀的能力出色；加入稀土元素细化晶粒，提高合金焊丝的塑性和耐高温性能；提高C、Ni、Si含量改善合金的耐高温性能和抗氧化性能；（4）合金熔炼中采用真空冶炼工艺，有利于气体含量的降低，避免合金元素氧化烧损；（5）采用机械剥壳去除焊丝表面氧化皮，生产过程绿色环保，不存在酸洗污染，焊丝表面光洁；（6）焊接过程送丝和电弧稳定，无飞溅，焊缝成形美观，焊接工艺和力学性能优异，焊缝组织细密，可完全满足Cr35Ni45Nb乙烯裂解炉铸管的耐高温耐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 一种乙烯裂解炉铸管用NiCrNb‑Re耐高温耐腐蚀焊丝及其制备方法，其特征在于，所述焊丝中各组分及所占重量百分比为：Ni：45～50%，Cr：35～40%，Nb：1.00～1.50%，Re：0.01～0.10%，C：0.30～0.55%，Si：0.50～2.00%，Mn：1.00～2.00%，Al：0.01～0.10%，Ti：0.05～0.20%，Zr 0.01～0.10%，余量为Fe和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种乙烯裂解炉铸管用NiCrNb-Re耐高温耐腐蚀焊丝及其制备方法，其特征在于，所述焊丝中各组分及所占重量百分比为：Ni：45～50%，Cr：35～40%，Nb：1.00～1.50%，Re：0.01～0.10%，C：0.30～0.55%，Si：0.50～2.00%，Mn：1.00～2.00%，Al：0.01～0.10%，Ti：0.05～0.20%，Zr0.01～0.10%，余量为Fe和不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的一种乙烯裂解炉铸管用NiCrNb-Re耐高温耐腐蚀焊丝及其制备方法，其特征在于，所述焊丝中原材料主要包括：金属镍，金属铬，金属铌，稀土氧化物，光电碳，单晶硅，电解锰，金属铝，金属钛，锆硅合金，雾化铁粉。3.如权利要求1所述的一种乙烯裂解炉铸管用NiCrNb-Re耐高温耐腐蚀焊丝及其制备方法，其特征在于，所述焊丝中的Re为Y，Ce，Er，Cs，La等常用稀土元素中的一种或几种。4.如权利要求1所述的一种乙烯裂解炉铸管用NiCrNb-Re耐高温耐腐蚀焊丝及其制备方法，其特征在于，所述焊丝中Ti/Al的重量含量比值在2～10之间。5.如权利要求1所述的一种乙烯裂解炉铸管用NiCrNb-Re耐高温耐腐蚀焊丝及其制备方法，其特征在于，所述焊丝中Re/Zr的重量含量比值在1～3之间。6.如权利要求1所述的一种乙烯裂解炉铸管用NiCrNb-Re耐高温耐腐蚀焊丝及其制备方法，其特征在于，所述焊丝中Mn/Si的重量含量比值在2～4之间。7.如权利要求1所述的一种乙烯裂解炉铸管用NiCrNb-Re耐高温耐腐蚀焊丝及其制备方法，其特征在于，所述焊丝中各粉末的粒径在60～100目之间。8.如权利要求1所述的一种乙烯裂解炉铸管用NiCrNb-Re耐高温耐腐蚀焊丝及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱新军，张天理，
申请(专利权)人：江苏新航合金科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32