石油化工管式炉用ZG35Cr24Ni7SiN耐热钢铸件在石油化工生产的心脏地带——管式加热炉中，高温、腐蚀与复杂应力的三重考验时刻威胁着设备的寿命与安全。作为承受这种工况的关键构件，炉管支撑件、吊架、辐射段管板等铸件的材料选择至关重要。

石油化工管式炉中ZG35Cr24Ni7SiN耐热钢铸件在石油化工生产的心脏地带——管式加热炉中，高温、腐蚀与复杂应力的三重考验时刻威胁着设备的寿命与安全。作为承受这种工况的关键构件，炉管支撑件、吊架、辐射段管板等铸件的材料选择至关重要。ZG35Cr24Ni7SiN耐热钢正是为这类挑战而生的高性能材料，堪称守护管式炉稳定运行的“高温卫士"。

一、 严苛挑战：管式炉内的材料试炼场

管式炉内的关键铸件服役环境极为恶劣：

* 高温持久： 操作温度常年在800°C至1100°C区间波动（尤其在裂解炉辐射段）。

* 强氧化侵蚀： 高温烟气中的O₂、CO₂、H₂O等会不断侵蚀材料表面。

* 渗碳/渗氮威胁： 烃类气氛可能导致材料渗碳脆化；含氮气氛可能诱发渗氮。

* 复杂应力环境： 承受自身及所支撑管系的重量载荷、热胀冷缩引起的热应力，以及可能的振动载荷。

* 潜在腐蚀介质： 烟气中可能含有少量S、Cl等元素及其化合物。

传统材料在此环境下极易发生氧化剥落、蠕变变形开裂、高温脆化、热疲劳破坏等失效，严重影响装置运行效率和安全性。ZG35Cr24Ni7SiN应运而生，其设计直击这些痛点。

二、 ZG35Cr24Ni7SiN：性能的合金密码解析

ZG35Cr24Ni7SiN属高铬镍奥氏体型耐热铸钢，其成分设计和组织结构奠定了其的高温性能基础：石油化工管式炉用ZG35Cr24Ni7SiN耐热钢铸件

1. 高铬含量 (~35%)： 核心保障。铬在高温下优先形成极其致密且化学性质稳定的Cr₂O₃氧化膜，成为抵御高温氧化（皮）和燃气腐蚀的第一道坚固屏障，有效将基体金属与侵蚀性环境隔绝开来。其抗高温氧化能力（通常在1000°C下氧化速率< 1.3 g/m²·h）远优于低铬钢和部分传统高合金钢。

2. 关键元素优化配比：

   * 镍 (~24%)： 稳定奥氏体基体，显著提升材料的高温强度和抗蠕变性能（在950°C/25MPa条件下，1000小时持久强度>40 MPa），同时保证优异的韧性和抗热疲劳能力。

   * 硅 (~7%)： 强化抗氧化能力，特别在高温CO、CH₄等还原性或渗碳性气氛中，促进SiO₂在氧化层内富集，形成更复杂的(Cr, Si)氧化物保护膜，有效抵御氧化和渗碳。

   * 氮 (0.15-0.30%)： 显著增强材料固溶强化效果，进一步提高高温强度，抑制碳化物聚集长大和σ相析出（σ相在650-950°C温度范围内易形成并造成严重脆化），延长使用寿命。

3. 铸件结构优势： 铸造成型赋予了它的设计灵活性，可制造出结构复杂、形状不规则的异形部件，满足管式炉内紧凑空间和特定功能需求。

三、 性能优势：管式炉应用的立足之本

* 的高温抗氧化与抗气体腐蚀性能： 在800-1100°C的高温烟气环境中长期服役，表现优异，显著延长部件寿命。

* 优异的抗高温蠕变强度与持久强度： 在高温高应力下变形小，不易蠕变破裂。

* 良好的抗渗碳能力： 在烃类裂解气氛中对渗碳侵蚀有较好抵抗性，减少脆化风险。

* 良好的高温组织稳定性： 通过合理控制成分与热处理工艺，能有效延缓有害相（主要是σ相和Cr₂₃C₆型碳化物）的大量析出，保持良好韧性。

* 一定的抗热疲劳性： 在温度周期性变化的工况下，表现优于脆性材料。

四、 制造与应用：性能兑现的关键环节

ZG35Cr24Ni7SiN铸件的优异性能不仅源于材料本身，其制造与应用过程也至关重要：石油化工管式炉用ZG35Cr24Ni7SiN耐热钢铸件

1. 铸造工艺：

   * 熔炼与精炼： 严格控制原材料和熔炼过程（常采用中频感应炉或电弧炉加AOD/VOD精炼），确保成分精准、气体和杂质含量低（特别是[O]和[S]）。

   * 浇注与成型： 精确控制浇注温度和速度，采用合适的砂型（如铬铁矿砂、锆砂等）或熔模精铸，以获得致密、轮廓清晰、表面光洁的铸件。

   * 热处理： 关键工序。通常采用高温固溶处理（1100-1150°C水冷或空冷），目的是溶解铸造过程中析出的碳化物和脆性相，获得均匀单一的奥氏体组织，保证优良韧性和高温性能。避免在σ相易析出的中温区间（650-950°C）长时间停留或缓冷。根据服役环境与设计要求，也可能辅以稳定的去应力退火处理。

2. 焊接与修复：

   * 焊接性一般，主要是凝固裂纹倾向（与高Cr、Ni、Si含量有关）和焊后σ相析出倾向大。

   * 必须采用特殊工艺：选用专用于高Cr-Ni耐热钢的焊材（镍基合金焊材为），焊前需充分预热（200-350°C），严格控制层间温度，尽可能小电流、窄焊道快速施焊，焊后需立即进行高温（通常不低于固溶温度）回火处理，以优化焊缝及热影响区组织，恢复性能。重要焊缝需进行无损检测（RT/UT/PT）。

3. 典型应用场景：

   * 炉管支撑系统： 辐射段和对流段的炉管支架、管夹、吊架、导向架等，承受高温炉管重量并允许其热膨胀移动。

   * 管板（管栅板）： 固定和分隔辐射段炉管末端的关键大型铸件。

   * 燃烧器喷嘴基座： 承受高温火焰辐射和烟气冲刷。

   * 烟道挡板： 高温烟气通道中的调节部件。

   * 弯头箱内衬/构件： 裂解炉出口转油线等高温部位的保护构件。

五、 挑战与发展：持续优化的方向

尽管ZG35Cr24Ni7SiN性能优异，但仍面临挑战和优化空间：

* 长时高温下的组织劣化： 长时间在850°C以上服役时，σ相和碳化物的析出积累仍是导致脆性增加和性能下降的主要因素。研究更精细的合金化调控（如微合金化Nb, W）和改进热处理/稳定化工艺是方向。

* 焊接修复工艺复杂性： 简化焊接修复程序，开发更易焊或免焊后热处理的同材质（或异质）焊接材料是实际工程中的重要需求。

* 成本考量： 高含量的Cr、Ni导致材料成本较高，在非工况下需权衡性价比。

* 苛刻工况的应对： 对于更高温度（>1150°C）或更强还原性/高H₂S/C1氛围，其性能极限有待突破或需开发/选用更高等级的材料（如更高Ni、N或含Re的合金）。

结语

ZG35Cr24Ni7SiN耐热铸钢以其高Cr抗氧化、Ni固溶强韧、Si抗渗碳、N增强组织稳定性的科学配比，赋予了其在石油化工管式炉高温核心区域服役的能力。它是支撑件、管板、吊架等关键承重与定位部件的理想选择，为装置的长周期安全稳定运行提供了坚实的物质保障。随着石化工业向更严苛工况和高效能目标迈进，深入研究ZG35Cr24Ni7SiN的长期服役行为、优化其制造工艺（尤其是焊接技术），并推动其在设计中的应用规范与标准化，对于提升我国重大石化装备的可靠性和技术水平具有重要意义。它是高温工业装备领域名副其实的“金属脊梁"，在热与火的考验中持续守护着能源转化的核心。

本文可用于技术报告、设备选型文档或工程材料参考，文中数据引用需结合具体实验和生产验证情况。