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金属学报    DOI: 10.11900/0412.1961.2025.00268
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Fe-Ni-Cr-W-Al合金高温蠕变与相演变规律研究

陈 涛1   连晓明1   吴志刚1   刘春娇1   王兴雷2   王建涛2

1 合肥通用机械研究院有限公司 国家压力容器与管道安全工程技术研究中心 中国石化炉管质量检测检验与评估中心  合肥 230031

2 青岛新力通工业有限责任公司  青岛 266700

Study on high-temperature creep and phase evolution of the Fe-Ni-Cr-W-Al alloy ethylene pyrolysis furnace tubes

CHEN Tao 1, LIAN Xiaoming 1, WU Zhigang 1, LIU Chunjiao 1, WANG Xinglei 2, WANG Jiantao 2

1 National Engineering & Technical Research Center on Pressure Vessels and Piping Safety, Sinopec Inspection and Assessment Center on Furnace Tube, Hefei General Machinery Research Institute Co., Ltd., Hefei 230031, China

2 Qingdao NPA Industry Co. Ltd., Qingdao 266700, China

引用本文:

陈涛, 连晓明, 吴志刚, 刘春娇, 王兴雷, 王建涛. Fe-Ni-Cr-W-Al合金高温蠕变与相演变规律研究[J]. 金属学报, DOI: 10.11900/0412.1961.2025.00268.

全文: PDF(16146 KB)  
摘要: 
为探究乙烯裂解炉辐射段炉管用离心铸造Fe-Ni-Cr-W-Al合金材料高温蠕变行为与微观组织、析出相之间的对应关系,采用高温蠕变试验机、OM、FESEM、TEM等技术开展900~1200 ℃、10~48 MPa 条件下的蠕变行为研究。结果表明,27Cr44Ni5W3Al+MA合金原始铸态组织为γ+共晶析出相,共晶析出相主要为鱼骨状M7C3和块状或条状M23C6,以及γ基体中含相干析出的弥散分布γ′粒子和少量块状γ′。Larson-Miller参数图显示该合金具有优异蠕变性能,高温蠕变数据点的拟合主曲线lgs=3.67436-0.04401P-0.00121P2,主曲线与高温蠕变实验数据相关性较好。随着蠕变实验温度的升高,M7C3M23C6平均宽度逐渐增加,分别从原始铸态的0.9 μm和4.6 μm增加到1200 ℃时的1.8 μm和8.1 μm;在900~1050 ℃、10~48 MPa蠕变过程中,M7C3逐渐转变为块状M23C6,并与块状γ′相间析出,其中950 ℃时块状γ′析出最强烈,平均宽度也从原始铸态的1.4 μm增加到3.3 μm,蠕变空洞主要在粗大块状的M23C6、块状γ′和细条状M7C3等共晶析出相与γ界面处萌生;1100~1200 ℃蠕变过程中,M7C3继续转变为块状M23C6,未见块状γ′析出,蠕变空洞依然在粗大块状M23C6或细条状M7C3共晶析出相与奥氏体界面处萌生,均为沿晶开裂。
关键词 Fe-Ni-Cr-W-Al合金裂解炉管蠕变相演变M7C3M23C6γ′    
Abstract

The relationship between the high-temperature creep behavior and microstructure of an Fe–Ni–Cr–W–Al alloy used as the centrifugal casting material for the radiant section tubes of ethylene pyrolysis furnaces was investigated, along with the precipitate phases. Analyses were performed using a high-temperature creep testing machine, OM, SEM, TEM, and other instruments. The creep behavior was evaluated at 900–1200 ℃ and 10–48 MPa. The data reveal that the as-cast microstructure of the 27Cr44Ni5W3Al+MA alloy consists of γ and eutectic precipitates, where the eutectic precipitates mainly comprise herringbone-shaped M7C3 and blocky or lamellar M23C6, as well as coherently precipitated, dispersed γ′ particles and a small number of blocky γ′ particles within the γ matrix. A plot of the Larson-Miller parameters indicates that this alloy has excellent creep performance, where the high-temperature creep data fit a master curve according to the relation lgs = 3.67436 –0.04401P–0.00121P2. As the temperature in the creep test increases, the average widths of the M7C3 and M23C6 precipitates gradually increase from 0.9 and 4.6 μm for the original as-cast state to 1.8 and 8.1 μm at 1200 ℃, respectively. During the creep process at 900℃–1050℃ and 10–48 MPa, M7C3 is gradually transformed into blocky M23C6, which precipitates with blocky γ′. The precipitation of γ′ is most pronounced at 950 ℃ and the average particle width also increases from 1.4 μm for the as-cast state to 3.3 μm. The creep cavities mainly nucleate at the interfaces between the coarse, blocky M23C6, blocky γ′, and thin, lamellar M7C3 eutectic precipitates and the γ matrix. During the creep process at 1100℃–1200℃, M7C3 is further transformed into blocky M23C6, with no observed precipitation of blocky γ′. The creep cavities undergo further nucleation at the interfaces of the coarse, blocky M23C6 or thin, lamellar M7C3 eutectic precipitates with the austenite matrix, all of which are intergranular fractures.

Key wordsFe-Ni-Cr-W-Al alloy    Pyrolysis furnace tube    Creep    Phase evolution    M7C3    M23C6    γ′
收稿日期: 2025-09-12     
基金资助:中国石油化工股份有限公司科技开发项目(323120); 青岛新力通工业有限责任公司科技开发项目(2021030194)
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