鋼管化學(xué)成份力學(xué)性能及焊接工藝介紹

1、 15CrMo鋼管化學(xué)成份，力學(xué)性能及焊接工藝介紹 化學(xué)成分： C：0.070.15 Si：0.180.37 Mn：0.410.70 Cr：0.901.20 合金熱線o：0.250.35 2949866V：0.150.30 15CrMo化學(xué)成分和力學(xué)性能15CrMo力學(xué)性能 牌號 化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）CMnSiCrMoNiNb+TaSP15CrMo0.120.180.400.700.170.370.801.100.400.550.30_0.0350.03515CrMo力學(xué)性能 牌號拉力強(qiáng)度MPa屈服點(diǎn)MPa伸長率（%）15CrMo44064023521石油、石

2、化、高壓鍋爐等，專門用途的無縫管有鍋爐用無縫管、地質(zhì)用無縫鋼管及石油用無縫管等多種 1. 無縫鋼管 因其制造工藝不同，又分為熱軋（擠壓）無縫鋼管和冷拔（軋）無縫鋼管兩種。冷拔（軋）管又分為圓形管和異形管兩種。 a 工藝流程概述 熱軋（擠壓無縫鋼管）：圓管坯加熱穿孔三輥斜軋、連軋或擠壓脫管定徑（或減徑）冷卻坯管矯直水壓試驗(yàn)（或探傷）標(biāo)記入庫。方案：焊接預(yù)熱，采用ER80S-B2L焊絲，T1G焊打底，E8018-B2焊條，焊條電弧焊蓋面，焊后進(jìn)行局部熱處理。 方案：采用ER80S-B2L焊絲，T1G焊打底，E309Mo-16焊條，焊條填充電弧焊蓋面，焊后不進(jìn)行熱處理。焊絲和焊條的化學(xué)成分及力學(xué)性能

3、見表1。 表1 焊接材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能 型號 C Mn Si Cr Ni Mo S P b/Mpa ,% ER80S-B2L0.05 0.70.41.2 <0.20.5 0.025 0.025 500 25 E8018-B2 0.070.7 0.3 1.1 0.5 0.04 0.03 550 19 E309Mo-160.12 0.52.5 0.9 22.025.0 12.014.0 2.03.00.0250.035 550 25 2.2 焊前準(zhǔn)備 試件采用15CrMo鋼管,規(guī)格為325×25，坡口型式及尺寸見圖1。 焊前用角向磨光機(jī)將坡口內(nèi)外及坡口邊緣50mm范圍內(nèi)打磨至

4、露出金屬光澤，然后用丙酮清洗干凈。 試件為水平固定位置，對口間隙為4mm，采用手工鎢極氬弧焊沿園周均勻點(diǎn)焊六處，每處點(diǎn)固長度應(yīng)不小于20mm。焊條按表2的規(guī)范進(jìn)行烘烤。 表2 焊條烘烤規(guī)范 焊條型號 烘烤溫度 保溫時間 E8018-B2 300 2h E309Mo-16 150 1.5h 2.3 焊接工藝參數(shù) 按方案焊前需進(jìn)行預(yù)熱，根據(jù)Tto-Bessyo等人提出的計(jì)算預(yù)熱溫度公式： To=350C-0.25（） 式中，To預(yù)熱溫度，。 C=Cx Cp Cp=0.005SCx Cx=C （Mn Cr）/9 Ni/18 7Mo/90 式中， Cx成分碳當(dāng)量； Cp尺寸碳當(dāng)量； S試件厚度（本文中

5、S=25mm）; Cx=C （Mn Cr）/9 7/90Mo=0.361 Cp=0.045 則To=138 因此預(yù)熱溫度選為150。采用氧-乙炔焰對試件進(jìn)行加溫，先用測溫筆粗略判斷試件表面的的溫度（以筆跡顏色變化快慢進(jìn)行估計(jì)），最后用半導(dǎo)體點(diǎn)溫計(jì)測定，測量點(diǎn)至少應(yīng)選擇三點(diǎn)，以保證試件整體均達(dá)到所要求的預(yù)熱溫度。 焊接時，第一層采用手工鎢極氬弧焊打底，為避免仰焊處焊縫背面產(chǎn)生凹陷，送絲時采用內(nèi)填絲法，即焊絲通過對口間隙從管內(nèi)送入。其余各層采用焊條電弧焊，共焊6層，每個焊層一條焊道。方案和方案的焊接工藝參數(shù)見表3、4。按方案焊 表3 方案的焊接工藝參數(shù) 焊道名稱 焊接方法 焊接材料 焊材規(guī)格/mm

6、 焊接電流/A 電弧電壓/V 預(yù)熱及層間溫度 熱處理規(guī)范 打底層 鎢板氬弧焊 ER80S-B2L 2.4 110 12 填充層 焊條電弧焊 E8018-B2 3.2 5 8590 2325150 715。×75min 蓋面層 焊條電弧焊 E8018-B2 3.2 5 8590 2325 表4 方案的焊接工藝參數(shù) 焊道名稱 焊接方法 焊接材料 焊材規(guī)格/mm 焊接電流/A 電弧電壓/V 預(yù)熱及層間溫度 熱處理規(guī)范 打底層 鎢板氬弧焊 ER80S-B2L 2.4 110 12 填充層 焊條電弧焊 E309Mo-16 3.2 9095 2224 / / 蓋面層 焊條電弧焊 E309Mo-1

7、6 3.2 9095 2224 接時，層間溫度應(yīng)不低于150，為防止中斷焊接而引起試件的降溫，施焊時應(yīng)由二名焊工交替操作，焊后應(yīng)立即采取保溫緩冷措施。 2.4 焊后熱處理 采用方案焊接的試件，焊后應(yīng)進(jìn)行局部高溫回火處理。熱處理的工藝為：升溫速度為200/h，升到715保溫1小時15分鐘，降溫速度100/h，降到300后空冷。具體采用JL-4型履帶式電加熱器（1146×310）包繞焊縫，用硅酸鋁棉層保溫，保溫層厚度50mm，溫度控制采用DJK-A型電加熱器自動控溫儀。 3 焊接工藝評定試驗(yàn) 試件焊后按JB4730-94壓力容器無損檢測標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行100%的超聲波探傷檢驗(yàn)，焊縫級合格。按JB

8、4708鋼制壓力容器焊接工藝評定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行焊接工藝評定試驗(yàn)。評定結(jié)果見表5。 表5 焊接工藝評定試驗(yàn)結(jié)果 試驗(yàn)方案 拉伸試驗(yàn) 彎曲試驗(yàn) 沖擊韌性試驗(yàn)aky（J/cm2） 抗拉強(qiáng)度b/Mpa 斷裂部位 彎曲角度 面彎 背彎 焊縫 熔合線 熱影響區(qū)(HAZ) 方案 550/530 母材 50。 合格 合格 84.8 162 135.6 方案 525/520 母材 50。 合格 合格 79.4 109.2 96.7 從拉伸試驗(yàn)結(jié)果可知，兩種方案的拉伸試樣全部斷在母材，說明焊縫的抗拉強(qiáng)度高于母材；彎曲試驗(yàn)全部合格，說明焊縫的塑性較好。根據(jù)表5中的沖擊韌性試驗(yàn)結(jié)果可知，方案的沖擊韌性明顯高于方案，證明方案

9、的焊后熱處理規(guī)范比較理想，高溫回火不僅達(dá)到了改善接頭組織和性能目的，而且使韌性與強(qiáng)度配合適當(dāng)。從室溫機(jī)械性能結(jié)果可知，所推薦的兩種焊接工藝方案均可用于現(xiàn)場施工。方案采用了與母材成分接近的焊條，焊縫性能同母材匹配，焊縫應(yīng)具有較高的熱強(qiáng)性，焊縫在高溫下長期使用不易破壞。難點(diǎn)是焊后熱處理規(guī)范較為嚴(yán)格，回火溫度和保溫時間及加熱和冷卻速度控制不當(dāng)反而會引起焊縫性能下降。方案采用了奧氏體不銹鋼焊條施焊，雖然可以省去焊后熱處理，但由于焊縫與母材膨脹系數(shù)不同，長期高溫工作時可發(fā)生碳的擴(kuò)散遷移現(xiàn)象，容易導(dǎo)致焊縫在熔合區(qū)發(fā)生破壞。因此，從使用可靠性考慮，現(xiàn)場采用方案施焊更為穩(wěn)妥。 4 結(jié)論 15CrMo鋼厚壁高壓

10、管的焊接采用兩種焊接方案均為可行。為了保證焊縫性能同母材匹配且具有較高的熱強(qiáng)性，采用方案效果更佳，關(guān)鍵是要嚴(yán)格控制焊后熱處理工藝。 方案雖可省去焊后熱處理，但焊縫在高溫下發(fā)生碳的遷移擴(kuò)散而導(dǎo)致焊縫破壞的可能性不容忽視，因此，只有在焊后無法進(jìn)行熱處理時才慎重采用。材質(zhì)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格合金管15CrMoGGB5310-2008840×120合金管15CrMoGGB5310-2008426×20-22-30合金管15CrMoGGB5310-2008426×12-14-16合金管15CrMoGGB5310-2008377×24-45合金管15CrMoGGB5310-

11、2008377×10-12-16合金管15CrMoGGB5310-2008325×25-32合金管15CrMoGGB5310-2008325×16-20合金管15CrMoGGB5310-2008325×10-12-14合金管15CrMoGGB5310-2008273×16-20合金管15CrMoGGB5310-2008273×10-12-14合金管15CrMoGGB5310-2008219×14-16-20合金管15CrMoGGB5310-2008219×8-9-10-12合金管15CrMoGGB5310-2008

12、168×8-12-16-20合金管15CrMoGGB5310-2008159×8-10-12-16合金管15CrMoGGB5310-2008133×6-8-10-14合金管15CrMoGGB5310-2008114×6-8-10合金管15CrMoGGB5310-200889×6-8-10合金管15CrMoGGB5310-200876×6-8-10-12合金管15CrMoGGB5310-200863.5×4-6合金管15CrMoGGB5310-200860×4-5-9合金管15CrMoGGB5310-200857&#

13、215;4-6-8合金管15CrMoGGB5310-200851×3.5-4-5-6金管管15CrMoGGB5310-200848×3.5-5-6-8合金管15CrMoGGB5310-200845×3.5-6-7合金管15CrMoGGB5310-200842×3.5-5-6合金管15CrMoGGB5310-200838×3.5-4-5合金管15CrMoGGB5310-200832×4-5-6合金管15CrMoGGB5310-200828×4-6合金管15CrMoGGB5310-200825×3.5冷拔（軋）無縫鋼管

14、：圓圓管坯加熱穿孔打頭退火酸洗涂油（鍍銅）多道次冷拔（冷軋）坯管熱處理矯直水壓試驗(yàn)（探傷）標(biāo)記入庫。 b無縫鋼管，因其用途不同而分為如下若干品種： GB/T8162-2008（結(jié)構(gòu)用無縫鋼管）。主要用于一般結(jié)構(gòu)和機(jī)械結(jié)構(gòu)。其代表材質(zhì)（牌號）：碳素鋼20、45號鋼；合金鋼Q345、20Cr、40Cr、20CrMo、30-35CrMo、42CrMo等。 GB/T8163-2008（輸送流體用無縫鋼管）。主要用于工程及大型設(shè)備上輸送流體管道。代表材質(zhì)（牌號）為20、Q345等。 GB3087-2008（低中壓鍋爐用無縫鋼管）。主要用于工業(yè)鍋爐及生活鍋爐輸送低中壓流體的管道。代表材質(zhì)為10、20號鋼。

15、 GB5310-2008（高壓鍋爐用無縫鋼管）。主要用于電站及核電站鍋爐上耐高溫、高壓的輸送流體集箱及管道。代表材質(zhì)為20G、12Cr1MoVG、15CrMoG等。 GB5312-1999（船舶用碳鋼和碳錳鋼無縫鋼管）。主要用于船舶鍋爐及過熱器用I、II級耐壓管等。代表材質(zhì)為360、410、460鋼級等。 GB6479-2000（高壓化肥設(shè)備用無縫鋼管）。主要用于化肥設(shè)備上輸送高溫高壓流體管道。代表材質(zhì)為20、16Mn、12CrMo、12Cr2Mo等。 GB9948-2006（石油裂化用無縫鋼管）。主要用于石油冶煉廠的鍋爐、熱交換器及其輸送流體管道。其代表材質(zhì)為20、12CrMo、1Cr5Mo

16、、1Cr19Ni11Nb等。 GB18248-2000（氣瓶用無縫鋼管）。主要用于制作各種燃?xì)狻⒁簤簹馄?。其代表材質(zhì)為37Mn、34Mn2V、35CrMo等。 GB/T17396-1998（液壓支柱用熱軋無縫鋼管）。主要用于制作煤礦液壓支架和缸、柱，以及其它液壓缸、柱。其代表材質(zhì)為20、45、27SiMn等。 GB3093-1986（柴油機(jī)用高壓無縫鋼管）。主要用于柴油機(jī)噴射系統(tǒng)高壓油管。其鋼管一般為冷拔管，其代表材質(zhì)為20A。 GB/T3639-1983（冷拔或冷軋精密無縫鋼管）。主要用于機(jī)械結(jié)構(gòu)、碳壓設(shè)備用的、要求尺寸精度高、表面光潔度好的鋼管。其代表材質(zhì)20、45鋼等。 GB/T3094

17、-1986（冷拔無縫鋼管異形鋼管）。主要用于制作各種結(jié)構(gòu)件和零件，其材質(zhì)為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼。 GB/T8713-1988（液壓和氣動筒用精密內(nèi)徑無縫鋼管）。主要用于制作液壓和氣動缸筒用的具有精密內(nèi)徑尺寸的冷拔或冷軋無縫鋼管。其代表材質(zhì)為20、45鋼等。 GB13296-1991（鍋爐、熱交換器用不銹鋼無縫鋼管）。主要用于化工企業(yè)的鍋爐、過熱器、熱交換器、冷凝器、催化管等。用的耐高溫、高壓、耐腐蝕的鋼管。其代表材質(zhì)為0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni12Mo2Ti等。 GB/T14975-2002（結(jié)構(gòu)用不銹鋼無縫鋼管）。主要用于一般結(jié)構(gòu)（賓館、飯店裝飾）和化工企

18、業(yè)機(jī)械結(jié)構(gòu)用的耐大氣、酸腐蝕并具有一定強(qiáng)度的鋼管。其代表材質(zhì)為0-3Cr13、0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni12Mo2Ti等。 GB/T14976-2002（流體輸送用不銹鋼無縫鋼管）。主要用于輸送腐蝕性介質(zhì)的管道。代表材質(zhì)為0Cr13、0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、0Cr17Ni12Mo2、0Cr18Ni12Mo2Ti等。 YB/T5035-1993（汽車半軸套管用無縫鋼管）。主要用于制作汽車半軸套管及驅(qū)動橋橋殼軸管用的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼熱軋無縫鋼管。其代表材質(zhì)為45、45Mn2、40Cr、20CrNi3A等。 API SPEC5CT-1999（套管和油管規(guī)范），是美國石油學(xué)會（American Petreleum Instiute, 簡稱"API"）編制并發(fā)布的在世界各地通用。其中： 套管：由地表面伸進(jìn)鉆井內(nèi)，作為井壁襯的管子，其管子之間通過接箍連接。主要材質(zhì)為J55、N80、P110等鋼級，以及抗硫化氫腐蝕的C90、T95等鋼級。其低鋼級（J55、N80）可為焊接鋼管。油管：由地表面插入套管內(nèi)直至油層的管子，其管子之間通過接箍或整體連接。其作用于是抽油機(jī)將油層石油經(jīng)油管輸送到地面。主要材質(zhì)為J55、N80、P110、以及抗硫化氫腐蝕的C90、 美國石