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乙烯裂解炉是乙烯生产的核心设备。作为乙烯裂解炉关键构件的乙烯裂解炉管,其不仅是裂解炉的换热件,同时更是裂解介质反应的区域。由于长期在高碳势、低氧压和高温复杂环境下服役,裂解炉管常遭受蠕变损伤、渗碳损伤、氧化损伤、弯曲变形等而提前失效。本文针对作为乙烯裂解炉管关键构建的裂解炉管,开展了高温复杂环境下Cr25Ni35Nb和Cr35Ni45Nb离心铸造奥氏体合金钢炉管性能影响分析。研究结论对保障现场乙烯裂解炉的长期、安全可靠运行具有一定的学术研究意义和工程参考价值。主要研究内容和研究结论如下:(1)真空气体渗碳试验,对Cr25Ni35Nb和Cr35Ni45Nb两种奥氏体耐热合金炉管进行真空渗碳试验。对渗碳后的材料进行宏观样貌以及微观组织观察分析,得到两种材料的微观组织变化规律。实验结果表明:渗碳会导致合金微观组织的的劣化,随着渗碳时间的增长,奥氏体基体中会析出碳化物,这些碳化物会随着服役时间的增加而逐渐聚集、融合和长大。连续的骨架状结构也会渐渐地转变为不连续的链状以及块状结构,并且链端以及块状碳化物结构间的距离也会随着服役时间的增长而不断增大。Cr35Ni45Nb合金的劣化速度比Cr25Ni35Nb合金慢,这表明前者的抗渗碳能力高于后者。(2)渗碳对炉管性能的影响分析。已渗碳的Cr25Ni35Nb和Cr35Ni45Nb合金炉管进行常温拉伸试验和高温拉伸试验。得到两种材料的机械性能变化规律。研究结果表明:随着渗碳时间的增长,Cr25Ni35Nb合金的机械性能呈现持续降低的趋势,Cr35Ni45Nb合金的机械性能的变化规律为先上升后下降的趋势。(3)基于已开发的顺次耦合的热应力耦合程序,利用非线性有限元分析软件ABAQUS,对结焦和渗碳共同影响下的Cr35Ni45Nb合金乙烯裂解炉管开车过程中温度场和应力场分布进行模拟分析,得到Cr35Ni45Nb合金应力场和温度场的变化规律。发现优化升温方式能够有效降低内外壁温差以及热应力。