[发明专利]用于生产重整管用的合金的方法

说明书

本发明涉及铁、镍和铬合金的微结构，这些微结构是稳定的，特别是在高温(900℃-1050℃)和/或高压(10-40巴)的条件下，涉及包含这些微结构的合金，涉及用于制造这些合金的方法并且涉及包含这些合金的重整管。

这种类型的合金可用于制造用于生产合成气(H₂和CO的混合物)的重整管，而且还可用于制造炉，例如热处理炉。重整管填充有由负载在氧化铝上的镍组成的催化剂。甲烷的分解反应是吸热的并且需要外部热源，该外部热源通常安装在配备有燃烧器的燃烧室内。这些操作条件对重整管强加两个主要要求，即这些管必须耐高温氧化并且，最重要的是，耐蠕变变形。目前，尽管苛刻的温度和压力条件，工厂使用标准管或微结构不受控制或不稳定。

在这些苛刻的条件下，合金可能快速老化，这将导致过早的压裂并且因此导致合成气的生产损失(经常结合客户支付的对于不间断地提供氢气和一氧化碳的罚款)。

换句话说，如果重整管的合金暴露于大于900℃的温度，则它们展示出有限的蠕变强度。

合金的微结构是非常复杂的并且其成分以不同的比例出现，如图1中所展示的。在宏观水平上，这种类型的合金的晶粒有时是圆柱且等轴型或仅圆柱型但是毫米尺寸。在微观水平上，在树突状晶胞的界线处发现初生碳化物网络。由于使用中的初始微结构的不稳定性，在为奥氏体基体的共晶晶胞中发生精细二次沉淀。考虑到工作条件，可能涉及两种蠕变机制：扩散蠕变和位错蠕变。微结构优化在于控制使用过程中的沉淀过程，因为精细二次沉淀物充当位错运动的屏障，并且以这种方式促进蠕变变形现象的减慢。

这些合金在未加工的状态下的典型微结构是奥氏体基体，该奥氏体基体包括具有共晶结构的初生晶间沉淀物，例如M₇C₃(M＝Fe、Ni、Cr)或M₂₃C₆(M＝Fe、Ni、Cr)类型的碳化铬和MCN(M＝Nb、Ti)类型的铌和钛的碳化物。

从此开始，提出的一个问题是提供一种展示出更好的微结构的合金，该微结构使得能够更好地承受高温和高压。

本发明的解决方案是一种展示出奥氏体基体的用于重整器的管用的合金的微结构，其特征在于：

i)在该合金的凝固期间形成呈M₂₃C₆类型，其中M＝Fe、Ni或Cr，和/或M(C,N)类型，其中M＝Nb或Ti，的碳化物形式的微米级初生沉淀物；

ii)在使该管投入使用期间形成呈M₂₃C₆类型，其中M＝Fe、Ni或Cr，和M(C,N)类型，其中M＝Nb或Ti，的碳化物形式的纳米级二次沉淀物；以及

iii)在该管的使用期间形成在0.1％与0.3％之间的量的Ni₁₆Si₇Nb₆类型的金属间沉淀物。

应注意的是，G(Ni₁₆Si₇Nb₆)相被认为是有害的，因为它在重整过程的温度下引起机械蠕变强度的劣化。

视情况而定，根据本发明的微结构可展示出以下特征中的一个或多个：

-二次沉淀物形成位错簇。以这种方式，它们分散在奥氏体基体中。

-初生沉淀物是微米级的。

-二次沉淀物是纳米级的。

-二次沉淀物是在5nm与50nm之间、优选在10nm与20nm之间。

-M₂₃C₆类型的初生沉淀物占该合金的化学组成的从3％至8％并且M(C,N)沉淀物占该合金的化学组成的从0.5％至2.5％。

-M₂₃C₆类型的二次沉淀物占该合金的化学组成的从1％至3％并且M(C,N)沉淀物占该合金的化学组成的从0.1％至0.5％。

存在于根据本发明的微结构中的沉淀物的特征示于下表1中：

表1本发明的合金微结构的特征

本发明的另一个主题是一种铁、镍和铬的合金，该合金展示出根据本发明的微结构，包含按重量计从22％至30％的Cr、按重量计从20％至45％的Ni和按重量计从0.3％至0.6％的C。优选地，根据本发明的合金将包含如下表2中所示的含量的化学元素。