На современных установках нефтехимического синтеза ведется переработка углеводородов в водород, этилен, бензол и другие важные продукты. Конструкции пиролизных установок нефтехимического синтеза, в первую очередь радиантные змеевики, рассчитаны на работу в диапазоне от 900 до 1100°С. Но для повышения глубины переработки нефтепродуктов нужно увеличить температуру до 1150°С. Соответственно, современному нефтехимическому производству необходим жаропрочный материал, который выдержит такие температуры в течение длительного времени — до 100 тысяч часов.
В ЦНИИ КМ "Прометей" жаропрочные сплавы для радиантных змеевиков разрабатывают с начала 1990-х годов. В последние годы ученые работали над созданием сплава 45Х32Н43СБ, который можно использовать при рабочих температурах от 900 до 1150 С. Сплав прошел испытания на длительную прочность, после чего в лабораторных условиях исследовали его фазовый состав и микроструктуру образцов.
"Надежность работы высокотемпературных установок в нефтехимических и металлургических производствах определяется ресурсом реакционных змеевиковых систем, которые эксплуатируются в чрезвычайно жестких условиях, — рассказывает начальник лаборатории Сергей Петров. — Змеевик высокотемпературной секции печи пиролиза представляет собой сварную конструкцию. Чтобы исключить образование трещин при сварке, жаропрочный сплав должен иметь приемлемые пластические свойства. В ходе испытаний мы установили, что пластичность нашего сплава 45Х32Н43СБ при комнатной температуре превышает соответствующие показатели зарубежных аналогов фирм Kubota Corp. и Schmidt + Clemens GmbH".
В процессе изучения микроструктуры сплава ученые создали новые методики исследования с использованием современного электронно-микроскопического оборудования. Они позволяют проводить количественные определения эволюции фазового состава в процессе длительных изотермических выдержек сплава, а также отслеживать изменения, происходящие в дисперсных карбидных и интерметаллидных частицах, определяющих сопротивление деформированию при высоких температурах. Проведенные исследования микроструктуры и фазового состава металла образцов после испытаний показали, что каркас дисперсных выделений карбидно-интерметаллидных частиц сохраняется в процессе длительных высокотемпературных выдержек. Это говорит о структурной и фазовой стабильности разработанного сплава и подтверждает его способность выдерживать рабочие температурные нагрузки до 1150°С.
"В ходе испытаний были установлены гарантированные значения механических свойств разработанного сплава и его сварных соединений. Показатели пластичности соответствуют требованиям свариваемости жаропрочных литых изделий. Длительная прочность разработанного сплава при температуре 1100°С находится на уровне зарубежных сплавов-аналогов", — отметил С. Петров.
Разработанный НИЦ "Курчатовский институт" — ЦНИИ КМ "Прометей" сплав 45Х32Н43СБ включен в технические условия ТУ 1333-048-07516250-2021 и может быть предложен нефтехимическим заводам взамен импортных аналогов, используемых в радиантной части пиролизных печей нового поколения.