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

一、 嚴苛挑戰(zhàn)：管式爐內的材料試煉場

管式爐內的關鍵鑄件服役環(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）。

* 強氧化侵蝕： 高溫煙氣中的O?、CO?、H?O等會不斷侵蝕材料表面。

* 滲碳/滲氮威脅： 烴類氣氛可能導致材料滲碳脆化；含氮氣氛可能誘發(fā)滲氮。

* 復雜應力環(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力，以及可能的振動載荷。

* 潛在腐蝕介質： 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，嚴重影響裝置運行效率和安全性。ZG35Cr24Ni7SiN應運而生，其設計直擊這些痛點。

二、 ZG35Cr24Ni7SiN：性能的合金密碼解析

ZG35Cr24Ni7SiN屬高鉻鎳奧氏體型耐熱鑄鋼，其成分設計和組織結構奠定了其的高溫性能基礎：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性質穩(wěn)定的Cr?O?氧化膜，成為抵御高溫氧化（皮）和燃氣腐蝕的第一道堅固屏障，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）遠優(yōu)于低鉻鋼和部分傳統(tǒng)高合金鋼。

2. 關鍵元素優(yōu)化配比：

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

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

   * 氮 (0.15-0.30%)： 顯著增強材料固溶強化效果，進一步提高高溫強度，抑制碳化物聚集長大和σ相析出（σ相在650-950°C溫度范圍內易形成并造成嚴重脆化），延長使用壽命。

3. 鑄件結構優(yōu)勢： 鑄造成型賦予了它的設計靈活性，可制造出結構復雜、形狀不規(guī)則的異形部件，滿足管式爐內緊湊空間和特定功能需求。

三、 性能優(yōu)勢：管式爐應用的立足之本

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

* 優(yōu)異的抗高溫蠕變強度與持久強度： 在高溫高應力下變形小，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，減少脆化風險。

* 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、 制造與應用：性能兌現(xiàn)的關鍵環(huán)節(jié)

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

1. 鑄造工藝：

   * 熔煉與精煉： 嚴格控制原材料和熔煉過程（常采用中頻感應爐或電弧爐加AOD/VOD精煉），確保成分精準、氣體和雜質含量低（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）長時間停留或緩冷。根據(jù)服役環(huán)境與設計要求，也可能輔以穩(wěn)定的去應力退火處理。

2. 焊接與修復：

   * 焊接性一般，主要是凝固裂紋傾向（與高Cr、Ni、Si含量有關）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），焊前需充分預熱（200-350°C），嚴格控制層間溫度，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，恢復性能。重要焊縫需進行無損檢測（RT/UT/PT）。

3. 典型應用場景：

   * 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： 高溫煙氣通道中的調節(jié)部件。

   * 彎頭箱內襯/構件： 裂解爐出口轉油線等高溫部位的保護構件。

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：

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

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

* 成本考量： 高含量的Cr、Ni導致材料成本較高，在非工況下需權衡性價比。

* 苛刻工況的應對： 對于更高溫度（>1150°C）或更強還原性/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）。

結語

ZG35Cr24Ni7SiN耐熱鑄鋼以其高Cr抗氧化、Ni固溶強韌、Si抗?jié)B碳、N增強組織穩(wěn)定性的科學配比，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)定運行提供了堅實的物質保障。隨著石化工業(yè)向更嚴苛工況和高效能目標邁進，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），并推動其在設計中的應用規(guī)范與標準化，對于提升我國重大石化裝備的可靠性和技術水平具有重要意義。它是高溫工業(yè)裝備領域名副其實的“金屬脊梁”，在熱與火的考驗中持續(xù)守護著能源轉化的核心。

本文可用于技術報告、設備選型文檔或工程材料參考，文中數(shù)據(jù)引用需結合具體實驗和生產驗證情況。