石油化工管式爐中ZG35Cr24Ni7SiN耐熱鋼鑄件在石油化工生產(chǎn)的心臟地帶——管式加熱爐中，高溫、腐蝕與復(fù)雜應(yīng)力的三重考驗(yàn)時(shí)刻威脅著設(shè)備的壽命與安全。作為承受這種工況的關(guān)鍵構(gòu)件，爐管支撐件、吊架、輻射段管板等鑄件的材料選擇至關(guān)重要。ZG35Cr24Ni7SiN耐熱鋼正是為這類挑戰(zhàn)而生的高性能材料，堪稱守護(hù)管式爐穩(wěn)定運(yùn)行的“高溫衛(wèi)士”。

一、 嚴(yán)苛挑戰(zhàn)：管式爐內(nèi)的材料試煉場

管式爐內(nèi)的關(guān)鍵鑄件服役環(huán)境極為惡劣：

* 高溫持久： 操作溫度常年在800°C至1100°C區(qū)間波動（尤其在裂解爐輻射段）。

* 強(qiáng)氧化侵蝕： 高溫?zé)煔庵械腛?、CO?、H?O等會不斷侵蝕材料表面。

* 滲碳/滲氮威脅： 烴類氣氛可能導(dǎo)致材料滲碳脆化；含氮?dú)夥湛赡苷T發(fā)滲氮。

* 復(fù)雜應(yīng)力環(huán)境： 承受自身及所支撐管系的重量載荷、熱脹冷縮引起的熱應(yīng)力，以及可能的振動載荷。

* 潛在腐蝕介質(zhì)： 煙氣中可能含有少量S、Cl等元素及其化合物。

傳統(tǒng)材料在此環(huán)境下極易發(fā)生氧化剝落、蠕變變形開裂、高溫脆化、熱疲勞破壞等失效，嚴(yán)重影響裝置運(yùn)行效率和安全性。ZG35Cr24Ni7SiN應(yīng)運(yùn)而生，其設(shè)計(jì)直擊這些痛點(diǎn)。

二、 ZG35Cr24Ni7SiN：性能的合金密碼解析

ZG35Cr24Ni7SiN屬高鉻鎳奧氏體型耐熱鑄鋼，其成分設(shè)計(jì)和組織結(jié)構(gòu)奠定了其的高溫性能基礎(chǔ)：石油化工管式爐用ZG35Cr24Ni7SiN耐熱鋼鑄件

1. 高鉻含量 (~35%)： 核心保障。鉻在高溫下優(yōu)先形成極其致密且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的Cr?O?氧化膜，成為抵御高溫氧化（皮）和燃?xì)飧g的第一道堅(jiān)固屏障，有效將基體金屬與侵蝕性環(huán)境隔絕開來。其抗高溫氧化能力（通常在1000°C下氧化速率< 1.3 g/m2·h）遠(yuǎn)優(yōu)于低鉻鋼和部分傳統(tǒng)高合金鋼。

2. 關(guān)鍵元素優(yōu)化配比：

   * 鎳 (~24%)： 穩(wěn)定奧氏體基體，顯著提升材料的高溫強(qiáng)度和抗蠕變性能（在950°C/25MPa條件下，1000小時(shí)持久強(qiáng)度>40 MPa），同時(shí)保證優(yōu)異的韌性和抗熱疲勞能力。

   * 硅 (~7%)： 強(qiáng)化抗氧化能力，特別在高溫CO、CH?等還原性或滲碳性氣氛中，促進(jìn)SiO?在氧化層內(nèi)富集，形成更復(fù)雜的(Cr, Si)氧化物保護(hù)膜，有效抵御氧化和滲碳。

   * 氮 (0.15-0.30%)： 顯著增強(qiáng)材料固溶強(qiáng)化效果，進(jìn)一步提高高溫強(qiáng)度，抑制碳化物聚集長大和σ相析出（σ相在650-950°C溫度范圍內(nèi)易形成并造成嚴(yán)重脆化），延長使用壽命。

3. 鑄件結(jié)構(gòu)優(yōu)勢： 鑄造成型賦予了它的設(shè)計(jì)靈活性，可制造出結(jié)構(gòu)復(fù)雜、形狀不規(guī)則的異形部件，滿足管式爐內(nèi)緊湊空間和特定功能需求。

三、 性能優(yōu)勢：管式爐應(yīng)用的立足之本

* 的高溫抗氧化與抗氣體腐蝕性能： 在800-1100°C的高溫?zé)煔猸h(huán)境中長期服役，表現(xiàn)優(yōu)異，顯著延長部件壽命。

* 優(yōu)異的抗高溫蠕變強(qiáng)度與持久強(qiáng)度： 在高溫高應(yīng)力下變形小，不易蠕變破裂。

* 良好的抗?jié)B碳能力： 在烴類裂解氣氛中對滲碳侵蝕有較好抵抗性，減少脆化風(fēng)險(xiǎn)。

* 良好的高溫組織穩(wěn)定性： 通過合理控制成分與熱處理工藝，能有效延緩有害相（主要是σ相和Cr??C?型碳化物）的大量析出，保持良好韌性。

* 一定的抗熱疲勞性： 在溫度周期性變化的工況下，表現(xiàn)優(yōu)于脆性材料。

四、 制造與應(yīng)用：性能兌現(xiàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)

ZG35Cr24Ni7SiN鑄件的優(yōu)異性能不僅源于材料本身，其制造與應(yīng)用過程也至關(guān)重要：石油化工管式爐用ZG35Cr24Ni7SiN耐熱鋼鑄件

1. 鑄造工藝：

   * 熔煉與精煉： 嚴(yán)格控制原材料和熔煉過程（常采用中頻感應(yīng)爐或電弧爐加AOD/VOD精煉），確保成分精準(zhǔn)、氣體和雜質(zhì)含量低（特別是[O]和[S]）。

   * 澆注與成型： 精確控制澆注溫度和速度，采用合適的砂型（如鉻鐵礦砂、鋯砂等）或熔模精鑄，以獲得致密、輪廓清晰、表面光潔的鑄件。

   * 熱處理： 關(guān)鍵工序。通常采用高溫固溶處理（1100-1150°C水冷或空冷），目的是溶解鑄造過程中析出的碳化物和脆性相，獲得均勻單一的奧氏體組織，保證最佳韌性和高溫性能。避免在σ相易析出的中溫區(qū)間（650-950°C）長時(shí)間停留或緩冷。根據(jù)服役環(huán)境與設(shè)計(jì)要求，也可能輔以穩(wěn)定的去應(yīng)力退火處理。

2. 焊接與修復(fù)：

   * 焊接性一般，主要是凝固裂紋傾向（與高Cr、Ni、Si含量有關(guān)）和焊后σ相析出傾向大。

   * 必須采用特殊工藝：選用專用于高Cr-Ni耐熱鋼的焊材（鎳基合金焊材為），焊前需充分預(yù)熱（200-350°C），嚴(yán)格控制層間溫度，盡可能小電流、窄焊道快速施焊，焊后需立即進(jìn)行高溫（通常不低于固溶溫度）回火處理，以優(yōu)化焊縫及熱影響區(qū)組織，恢復(fù)性能。重要焊縫需進(jìn)行無損檢測（RT/UT/PT）。

3. 典型應(yīng)用場景：

   * 爐管支撐系統(tǒng)： 輻射段和對流段的爐管支架、管夾、吊架、導(dǎo)向架等，承受高溫爐管重量并允許其熱膨脹移動。

   * 管板（管柵板）： 固定和分隔輻射段爐管末端的關(guān)鍵大型鑄件。

   * 燃燒器噴嘴基座： 承受高溫火焰輻射和煙氣沖刷。

   * 煙道擋板： 高溫?zé)煔馔ǖ乐械恼{(diào)節(jié)部件。

   * 彎頭箱內(nèi)襯/構(gòu)件： 裂解爐出口轉(zhuǎn)油線等高溫部位的保護(hù)構(gòu)件。

五、 挑戰(zhàn)與發(fā)展：持續(xù)優(yōu)化的方向

盡管ZG35Cr24Ni7SiN性能優(yōu)異，但仍面臨挑戰(zhàn)和優(yōu)化空間：

* 長時(shí)高溫下的組織劣化： 長時(shí)間在850°C以上服役時(shí)，σ相和碳化物的析出積累仍是導(dǎo)致脆性增加和性能下降的主要因素。研究更精細(xì)的合金化調(diào)控（如微合金化Nb, W）和改進(jìn)熱處理/穩(wěn)定化工藝是方向。

* 焊接修復(fù)工藝復(fù)雜性： 簡化焊接修復(fù)程序，開發(fā)更易焊或免焊后熱處理的同材質(zhì)（或異質(zhì)）焊接材料是實(shí)際工程中的重要需求。

* 成本考量： 高含量的Cr、Ni導(dǎo)致材料成本較高，在非工況下需權(quán)衡性價(jià)比。

* 苛刻工況的應(yīng)對： 對于更高溫度（>1150°C）或更強(qiáng)還原性/高H?S/C1氛圍，其性能極限有待突破或需開發(fā)/選用更高等級的材料（如更高Ni、N或含Re的合金）。

結(jié)語

ZG35Cr24Ni7SiN耐熱鑄鋼以其高Cr抗氧化、Ni固溶強(qiáng)韌、Si抗?jié)B碳、N增強(qiáng)組織穩(wěn)定性的科學(xué)配比，賦予了其在石油化工管式爐高溫核心區(qū)域服役的能力。它是支撐件、管板、吊架等關(guān)鍵承重與定位部件的理想選擇，為裝置的長周期安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)保障。隨著石化工業(yè)向更嚴(yán)苛工況和高效能目標(biāo)邁進(jìn)，深入研究ZG35Cr24Ni7SiN的長期服役行為、優(yōu)化其制造工藝（尤其是焊接技術(shù)），并推動其在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)化，對于提升我國重大石化裝備的可靠性和技術(shù)水平具有重要意義。它是高溫工業(yè)裝備領(lǐng)域名副其實(shí)的“金屬脊梁”，在熱與火的考驗(yàn)中持續(xù)守護(hù)著能源轉(zhuǎn)化的核心。

本文可用于技術(shù)報(bào)告、設(shè)備選型文檔或工程材料參考，文中數(shù)據(jù)引用需結(jié)合具體實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)驗(yàn)證情況。