[发明专利]一种提高炉管材料HP-Nb高温持久力学性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及深冷处理及热处理的技术领域，具体涉及一种提高炉管材料HP-Nb（ZG40Ni35Cr25Nb）高温持久性能的深冷处理方法。

背景技术

制氢转化炉是高温下烃类蒸汽转化制氢装置中最重要的设备，而炉管则是这些设备的心脏。炉管材料目前普遍选用HP-Nb（ZG40Ni35Cr25Nb）高温合金，该合金是在HK-40及其改良型的基础上研制和开发的高温合金炉管管材，近年来在石油化工工业中得到了广泛的使用。炉管通常采用离心铸造，由于该合金含有较高的C、Cr、Ni等合金元素，微观组织呈铸态组织，可在高温及高压的苛刻工作条件下连续工作。

但是, 由于石油化工技术的不断发展及使用条件的苛刻，对炉用高温合金材料ZG40Ni35Cr25Nb的各种性能特别是高温性能提出了更高的要求。如何在不改变原有炉管材料成分的基础上，通过改变材料的处理工艺来提高材料的性能特别是高温性能，从而延长材料的服役时间，将是目前材料工作者的主要研究方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高炉管材料HP-Nb（ZG40Ni35Cr25Nb）的机械性能特别是高温持久力学性能的方法，采用了深冷处理与低温回火相结合的工艺，具体技术方案如下：

一种提高炉管材料HP-Nb（ZG40Ni35Cr25Nb）高温持久力学性能的方法，包括以下步骤：

（1）将ZG40Ni35Cr25Nb材料以2~3℃/min的速率降温至-80℃~-85℃，并保温1h~2h；

（2）待步骤1保温结束后，继续以2~3℃/min的速率降温至-180℃~-185℃，并保温4h~6h；

（3）待步骤2保温结束后，进行低温回火。

进一步地，步骤3中所述低温回火为加热至220~230℃。

再进一步地，加热至220~230℃后，保温2~3小时。

优选地，所述低温回火的升温过程采用2~3℃/min的控温速率。

优选地，所述低温回火后随炉冷却。

本发明采用了深冷处理与低温回火相结合的工艺处理方法。深冷处理，通常指处理温度为-100℃～-196℃的冷处理，它将被处理工件置于特定和可控的低温环境中，使材料的微观组织结构产生变化，在宏观上表现为材料的耐磨性、尺寸稳定性、抗拉强度、残余应力等方面的提高与改善。随着深冷技术的发展和试验手段的不断完善，人们对深冷处理的研究逐步深入，材料除涉及钢铁材料外，现已延伸到硬质合金、粉末冶金、铜合金、铝合金及其它非金属材料(如塑料、尼龙等) ，行业遍布于钢铁五金、航空航天、精密仪器仪表、石油化工、摩擦偶件、工模具、量具、纺织机械零件、汽车工业和军事科学等诸多领域。本发明所述的深冷处理与低温回火相结合的工艺，其优势在于降温及升温过程中速率全程可控，工件温度变化均匀，防止了工件不同部位温度不一的现象，减小了工件内部残余应力。

HP-Nb（ZG40Ni35Cr25Nb）材料经过本发明的工艺方法处理后，材料的机械性能特别是高温（1000℃，40.8Mpa）持久力学性能较原来有了较大的提高，因此在一定程度上提高了材料在高温下的服役时间，延长了使用寿命。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

将ZG40Ni35Cr25Nb离心铸造炉管材料以2℃/min的速率降温至-80℃，保温1h；

然后继续以2℃/min的速率降温至-180℃，保温6h；

随后将该ZG40Ni35Cr25Nb炉管材料以2℃/min的加热速率加热至230℃，保温2h；

低温回火工艺结束后随炉冷却。

对处理后的ZG40Ni35Cr25Nb材料进行室温及高温性能测试，所用测试方法均采用国家标准GB/T228和GB/T4338，测试结果如表1所示。

实施例2

将ZG40Ni35Cr25Nb炉管材料（材料同实施例1）以3℃/min的速率降温至-85℃，保温1h；

然后继续以3℃/min的速率降温至-180℃，保温4h；

随后将该ZG40Ni35Cr25Nb炉管材料以3℃/min的加热速率加热至220℃，保温3h；

低温回火工艺结束后随炉冷却。

对处理后的ZG40Ni35Cr25Nb进行室温及高温持久力学性能测试，所用测试方法均采用国家标准GB/T228和GB/T4338，测试结果如表1所示。