·1314· 北京科技大学学报 第36卷 表2不同形态的碳化物析出规律统计 Table 2 Statistical characteristics of precipitations of carbides with different morphologies 片层状碳化物 六边形碳化物 八面体碳化物 时间/h 位置/μm 片层厚度/μm片层间距/μm位置/μm 大小/μm 密集程度 位置/μm 大小/μm 密集程度 9~25 1.2-1.41.21.7 29~75 6.5-8 稀疏 26-90 1.7-2.2 密集 9-35 0.9-1.13.3-3.6 28-93 7~9.5 稀疏 26~115 3.5w4 密集 a b 4]Shen L M,Gong J M,Tang J Q,et al.Study on the carburization resistance of Cr25Ni35Nb and Cr35Ni45Nb alloys for ethylene cracking furnace tube at high temperature.Shanghai Jiaotong Unir,2010,44(5):604 (沈利民，巩建鸣，唐建群，等.Cr25N35Nb和C35N45Nb 裂解炉管的抗高温渗碳能力.上海交通大学学报，2010， 44(5):604) 图13规则几何碳化物的空间方位.(a)六边形：(b)八面体 5]Lin X D,Sun Y.A study on the high temperature carburization Fig.13 Spatial orientation of regular geometric carbides:(a)hexa- behavior of pyrolysis fumace tubes.Mater Mech Eng,1994,18 gon:(b)octahedron (6):28 (林学东，孙源.乙烯裂解炉管材料高温渗碳行为研究.机械 4结论 工程材料，1994,18(6)：28) [6 Tari V,Najafizach A,Aghaei M H,et al.Failure analysis of eth- (1)乙炔真空低压渗碳工艺过程中合金表面活 ylene cracking tube.J Failure Anal Prev,2009,9(4):316 性大、渗碳速率快且效率高，渗碳过程中由开始的扩 7] Ul-Hamid A,Tawancyh M,Mohammed A I,et al.Failure analy- 散控制逐渐变为扩散一表面反应综合控制，在炉管 sis of furnace radiant tubes exposed to excessive temperature.Eng Failure Anal,2006,13(6):1005 内表面形成了一段明显的渗碳区 [8]Li H Y,Zhu M L,Zhang J S,et al.Damage simulation of ethyl- (2)裂解炉管高温渗碳过程属多元多相反应扩 ene cracking tube of HK40 and HP steel under interaction of car- 散范畴，渗碳后炉管内侧横截面随深度的不同依次 burization and creep.Mater Mech Eng,2005,29(11):17 出现了表面碳化物层、亚表层贫碳化物区、片层状碳 (李海英，祝美丽，张俊普，等.渗碳，蠕变共同作用下HK40 和HP钢乙烯裂解炉管损伤过程模拟.机槭工程材料，2005， 化物层、规则几何碳化物区、扩散区、弱影响区等六 29(11):17) 个区域，这六个区域共同组成了M,C3、M,C3-MC6 ] Khodamorad S H,Haghshenas Fatmehsari D,Rezaie H,et al. 混合区和MC6的三级垂直层状分布. Analysis of ethylene cracking fumace tubes.Eng Failure Anal, (3)真空低压渗碳较长时间后，表面形成了连 2012,21:1 续的M,C3层：表面碳化物层的形成促使亚表层贫 [10]Sustaita-Torres I A,Haro-Rodriguez S,Guerrero-Mata M P,et al.Aging of a cast 35Cr-45Ni heat resistant alloy.Mater Chem C,使得临界饱和碳浓度增加而形成贫碳化物区；碳 Phs,2012,133(2):1018 在高镍铬合金中的低渗透性以及析出物对于扩散进 [11]Kunzru D.Recent advances in the steam cracking of hydrocar- 步的阻碍效应，使得贫碳化物区下方的片层状碳 bons /Petroleum Refining and Petrochemical Based Industries in 化物通过择尤生长并实现渗碳的加速：渗碳区末端 Eastern India,2000:14 的组织为一次碳化物附近弥散分布的体积微小的碳 02] An J C,Jing H Y,Xu L Y,et al.Creep performance of HP40 alloy for ethylene cracking tube.J Tianjin Univ,2011,44(10): 化物颗粒和少量粗化的规则形态碳化物. 930 (安俊超，荆洪阳，徐连勇，等.乙烯裂解炉管HP40合金的 参考文献 蠕变性能.天津大学学报，2011,44(10)：930) Ma L.Development of technology used in ethylene cracking fur- [13]Jiang Y F.Modern Surface Engineering and Technology.Beijing: nace.Process Equip Piping,2010,47(1):12 Chemical Industry Press,2006 (马琳.乙烯裂解炉技术的进展.化工设备与管道，2010， (姜银方.现代表面工程技术。北京：化学工业出版社， 47(1):12) 2006) ]ZhangJS.High Temperature Deformation and Fracture of Materi- [14]Ryzhov N M,Smirnov A E,Fakhurtdinov R S,et al.Special als.Beijing:Science Press,2007 features of vacuum carburizing of heat-resistant steel in acety- (张俊善.材料的高温变形与断裂.北京：科学出版社，2007) lene.Met Sci Heat Treat,2004,46(5/6):230 B]Rahmel A,Grabke HJ,Steinkusch W.Carburization:introducto- 15]Young DJ.High Temperature Oxidation and Corrosion of Metals. ry survey.Mater Corras,1998,49(4):221 Amsterdam:Elsevier,2008北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 表 2 不同形态的碳化物析出规律统计 Table 2 Statistical characteristics of precipitations of carbides with different morphologies 时间/ h 片层状碳化物 六边形碳化物 八面体碳化物 位置/μm 片层厚度/μm 片层间距/μm 位置/μm 大小/μm 密集程度 位置/μm 大小/μm 密集程度 1 9 ～ 25 1. 2 ～ 1. 4 1. 2 ～ 1. 7 29 ～ 75 6. 5 ～ 8 稀疏 26 ～ 90 1. 7 ～ 2. 2 密集 5 9 ～ 35 0. 9 ～ 1. 1 3. 3 ～ 3. 6 28 ～ 93 7 ～ 9. 5 稀疏 26 ～ 115 3. 5 ～ 4 密集 图 13 规则几何碳化物的空间方位． ( a) 六边形; ( b) 八面体 Fig． 13 Spatial orientation of regular geometric carbides: ( a) hexa￾gon; ( b) octahedron 4 结论 ( 1) 乙炔真空低压渗碳工艺过程中合金表面活 性大、渗碳速率快且效率高，渗碳过程中由开始的扩 散控制逐渐变为扩散--表面反应综合控制，在炉管 内表面形成了一段明显的渗碳区． ( 2) 裂解炉管高温渗碳过程属多元多相反应扩 散范畴，渗碳后炉管内侧横截面随深度的不同依次 出现了表面碳化物层、亚表层贫碳化物区、片层状碳 化物层、规则几何碳化物区、扩散区、弱影响区等六 个区域，这六个区域共同组成了 M7C3、M7C3--M23C6 混合区和 M23C6的三级垂直层状分布． ( 3) 真空低压渗碳较长时间后，表面形成了连 续的 M7 C3 层; 表面碳化物层的形成促使亚表层贫 Cr，使得临界饱和碳浓度增加而形成贫碳化物区; 碳 在高镍铬合金中的低渗透性以及析出物对于扩散进 一步的阻碍效应，使得贫碳化物区下方的片层状碳 化物通过择尤生长并实现渗碳的加速; 渗碳区末端 的组织为一次碳化物附近弥散分布的体积微小的碳 化物颗粒和少量粗化的规则形态碳化物． 参 考 文 献 ［1］ Ma L． Development of technology used in ethylene cracking fur￾nace． Process Equip Piping，2010，47( 1) : 12 ( 马琳． 乙烯裂解炉技术的进展． 化工设备与管道，2010， 47( 1) : 12) ［2］ Zhang J S． High Temperature Deformation and Fracture of Materi￾als． Beijing: Science Press，2007 ( 张俊善． 材料的高温变形与断裂． 北京: 科学出版社，2007) ［3］ Ｒahmel A，Grabke H J，Steinkusch W． Carburization: introducto￾ry survey． Mater Corros，1998，49( 4) : 221 ［4］ Shen L M，Gong J M，Tang J Q，et al． Study on the carburization resistance of Cr25Ni35Nb and Cr35Ni45Nb alloys for ethylene cracking furnace tube at high temperature． J Shanghai Jiaotong Univ，2010，44( 5) : 604 ( 沈利民，巩建鸣，唐建群，等． Cr25Ni35Nb 和 Cr35Ni45Nb 裂解炉管 的 抗 高 温 渗 碳 能 力． 上海交通大学学报，2010， 44( 5) : 604) ［5］ Lin X D，Sun Y． A study on the high temperature carburization behavior of pyrolysis furnace tubes． Mater Mech Eng，1994，18 ( 6) : 28 ( 林学东，孙源． 乙烯裂解炉管材料高温渗碳行为研究． 机械 工程材料，1994，18( 6) : 28) ［6］ Tari V，Najafizaeh A，Aghaei M H，et al． Failure analysis of eth￾ylene cracking tube． J Failure Anal Prev，2009，9( 4) : 316 ［7］ Ul-Hamid A，Tawancyh M，Mohammed A I，et al． Failure analy￾sis of furnace radiant tubes exposed to excessive temperature． Eng Failure Anal，2006，13( 6) : 1005 ［8］ Li H Y，Zhu M L，Zhang J S，et al． Damage simulation of ethyl￾ene cracking tube of HK40 and HP steel under interaction of car￾burization and creep． Mater Mech Eng，2005，29( 11) : 17 ( 李海英，祝美丽，张俊善，等． 渗碳，蠕变共同作用下 HK40 和 HP 钢乙烯裂解炉管损伤过程模拟． 机械工程材料，2005， 29( 11) : 17) ［9］ Khodamorad S H，Haghshenas Fatmehsari D，Ｒezaie H，et al． Analysis of ethylene cracking furnace tubes． Eng Failure Anal， 2012，21: 1 ［10］ Sustaita-Torres I A，Haro-Ｒodríguez S，Guerrero-Mata M P，et al． Aging of a cast 35Cr-45Ni heat resistant alloy． Mater Chem Phys，2012，133( 2) : 1018 ［11］ Kunzru D． Ｒecent advances in the steam cracking of hydrocar￾bons / / Petroleum Ｒefining and Petrochemical Based Industries in Eastern India，2000: 14 ［12］ An J C，Jing H Y，Xu L Y，et al． Creep performance of HP40 alloy for ethylene cracking tube． J Tianjin Univ，2011，44( 10) : 930 ( 安俊超，荆洪阳，徐连勇，等． 乙烯裂解炉管 HP40 合金的 蠕变性能． 天津大学学报，2011，44( 10) : 930) ［13］ Jiang Y F． Modern Surface Engineering and Technology． Beijing: Chemical Industry Press，2006 ( 姜银方． 现 代 表 面 工 程 技 术． 北 京: 化学工业出版社， 2006) ［14］ Ｒyzhov N M，Smirnov A E，Fakhurtdinov Ｒ S，et al． Special features of vacuum carburizing of heat-resistant steel in acety￾lene． Met Sci Heat Treat，2004，46( 5 /6) : 230 ［15］ Young D J． High Temperature Oxidation and Corrosion of Metals． Amsterdam: Elsevier，2008 · 4131 ·