СТАЛЬ ДЛЯ КОРПУСОВ РЕАКТОРОВ ГИДРОКРЕКИНГА И ДРУГОГО НЕФТЕХИМИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Изобретение относится к металлургии конструкционных сталей и сплавов, содержащих в качестве основы железо с различным сочетанием легирующих элементов, и может быть использовано в химическом машиностроении при изготовлении корпусов реакторов гидрокрекинга нефти и другого нефтехимического оборудования.

Известны стали, применяемые в указанной области техники (например, стали типа 2,25Cr-1Mo, 3Сr-1Mо), а также другие аналоги, указанные в патентной и научно-технической литературе [1-5]. Однако известные материалы не обеспечивают требуемого высокого уровня и стабильности физико-механических и служебных свойств, что снижает эксплуатационную надежность и ресурс изготовленного из них нефтехимического оборудования.

Наиболее близкой к заявляемой композиции по назначению и составу компонентов является сталь феррито-перлитного класса по патенту РФ №2139952 [6], содержащая компоненты в следующем соотношении (мас.%):

Углерод 0,10-0,28

Кремний 0,03-0,42

Марганец 0,17-0,70

Хром 2,0-3,3

Молибден 0,6-0,8

Ванадий 0,20-0,40

Никель 0,05-0,40

Медь 0,03-0,30

Кобальт 0,005-0,025

Алюминий 0,05-0,10

Азот 0,005-0,08

Церий 0,002-0,05

Кальций 0,001-0,005

Сера 0,002-0,020

Фосфор 0,002-0,020

Олово 0,001-0,005

Сурьма 0,001-0,005

Мышьяк 0,002-0,040

Железо Остальное

при этом суммарное содержание углерода и азота не превышает 0,3%, суммарное содержание никеля, меди и кобальта не превышает 0,5%, суммарное содержание сурьмы, олова, фосфора и мышьяка не превышает 0,05%.

Данную марку стали рекомендуется использовать для производства корпусов водоохлаждаемых атомных реакторов, сосудов давления и нефтехимического оборудования. Однако известная сталь характеризуется недостаточно высоким сопротивлением водородному охрупчиванию и уровнем длительной прочности, что ограничивает температурные пределы ее применения.

Задачей настоящего изобретения является создание стали, обладающей более высоким сопротивлением воздействию водорода и длительной прочностью по сравнению с известным материалом, что обеспечивает возможность применения ее при более высоких температурах и давлении водорода и повышает эксплуатационную надежность и ресурс работы нефтехимического оборудования.

Поставленная в заявке цель достигается изменением соотношения легирующих элементов и введением в состав заявляемой композиции оптимальных количеств ниобия, циркония и натрия.

Предлагается сталь, содержащая (мас.%):

Углерод 0,10-0,28

Кремний 0,05-0,37

Марганец 0,17-0,50

Хром 2,50-3,30

Молибден 0,60-0,80

Ванадий 0,20-0,40

Никель 0,05-0,40

Медь 0,03-0,30

Алюминий 0,01-0,10

Азот 0,005-0,02

Кальций 0,001-0,005

Сера 0,002-0,015

Фосфор 0,002-0,015

Олово 0,001-0,004

Сурьма 0,001-0,005

Мышьяк 0,002-0,040

Цирконий 0,003-0,010

Ниобий 0,001-0,030

Натрий 0,001-0,005

Железо Остальное

Соотношение указанных легирующих элементов и принятое ограничение суммарного содержания некоторых из них (см. формулу изобретения) выбраны таким образом, чтобы сталь после соответствующей термической обработки обеспечивала требуемый уровень и стабильность важнейших физико-механических свойств, определяющих работоспособность материала в условиях эксплуатации нефтехимического оборудования.

Введение в заявляемую композицию микролегирующих добавок ниобия и циркония при наличии азота улучшает структурную стабильность стали, способствует измельчению зерна и образованию при отпуске достаточного количества мелкодисперсных карбидных и нитридных фаз, термодинамически устойчивых в широком интервале температур технологических, сварочных и эксплуатационных нагревов. При этом повышается длительная прочность, сопротивление ползучести, а также сопротивление тепловому и водородному охрупчиванию при эксплуатационных температурах.

Введение расчетных добавок натрия наряду с кальцием создает возможность дополнительного рафинирования металла от неметаллических включений и газов, за счет чего улучшается однородность материала, уменьшается количество внутренних дефектов и повышаются механические свойства стали.

При легировании стали вне заданных пределов в соответствии с заявленными состав стали становится неоптимальным, что проявляется в усилении склонности к тепловому и водородному охрупчиванию и снижении длительной прочности при некотором снижении также характеристик прочности, пластичности и вязкости в исходном состоянии.

ДГУП ИЦ КМ "Прометей-Атом" совместно с ОАО "Ижорские заводы" и другими предприятиями в соответствии с планом научно-исследовательских работ отрасли проведен комплекс лабораторных и опытно-промышленных работ по выплавке, пластической и термической обработкам осваиваемой марки стали. Металл выплавлялся в основных мартеновских и электродуговых печах с вакуумированием при разливке в слитки массой до 147,5 т. Полученный металл подвергался обработке давлением на промышленном кузнечно-прессовом и прокатном оборудовании.

Химический состав исследованных материалов, а также результаты определения необходимых механических и служебных свойств представлены в табл. 1-5. Термическая обработка была сделана по оптимальным для данных составов режимам и с учетом реальных технологических нагревов при изготовлении сосудов.

Ожидаемый технико-экономический эффект от использования новой марки стали выразится в повышении эксплуатационной надежности и безопасности, а также общего ресурса работы корпусов нефтехимических реакторов нового поколения.

Результаты сравнительных испытаний механических и служебных характеристик стали заявленного состава и прототипа (табл. 2-5) показывают существенные преимущества заявленной стали по сравнению с прототипом.

Источники информации

l. ASTM A387 гр. 22.

2. ASTM A 387 гр. 21.

3. I.Imanaka, S.Sato и дp. Improvement in elevated temperature strenght, hydrogen attack resistivity and stress relief cracking susceptibility of Cr-Mo steel. Nuclear Engineering and Design, 96/1986/, p.195-207.

4. Сталь №7797 20CrMoV13,5 DIN №17006.

5. Сталь №7767 17CrMoV10 DIN №17006.

6. Патент на изобретение №2139952, РФ.