產(chǎn)品詳情
15CrMo圓鋼
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15CrMo圓鋼性能
15CrMo鋼系珠光體組織耐熱鋼，在高溫下具有較高的熱強(qiáng)性（δb≥440MPa）和抗氧化性，并具有一定的抗氫腐蝕能力。
中文名
15CrMo圓鋼
特 點
較高的熱強(qiáng)性和抗氧化性
缺 點
焊接性差
伸長率（%）
21
簡介
15CrMo鋼系珠光體組織耐熱鋼，在高溫下具有較高的熱強(qiáng)性（δb≥440MPa）和抗氧化性，并具有一定的抗氫腐蝕能力。由于鋼中含有較高含量的Cr、C和其它合金元素，鋼材的淬硬傾向較明顯，焊接性差。
目錄
1 焊接材料
針對15CrMo鋼的焊接性的工作特點，根據(jù)以往的經(jīng)驗，參照國外提供的焊接工藝卡，我們選擇了兩種方案進(jìn)行焊接試驗。
2 方案Ⅰ：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。
3 方案Ⅱ：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)性能見表1。
4 焊后熱處理
6（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。
7 焊接工藝評定試驗結(jié)果
8 試驗方案 拉伸試驗 彎曲試驗 沖擊韌性試驗aky（J/cm2）
9 抗拉強(qiáng)度δb/Mpa 斷裂部位 彎曲角度 面彎 背彎 焊縫 熔合線 熱影響區(qū)(HAZ)
10 方案Ⅰ 550/530 母材 50。 合格 合格 84.8 162 135.6
11 方案Ⅱ 525/520 母材 50。 合格 合格 79.4 109.2 96.7
2.1 焊接材料
針對15CrMo鋼的焊接性及現(xiàn)場高壓管道的工作特點，
方案Ⅰ：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。
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 δb/Mpa δ,%
ER80S-B2L≤0.05 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-16≤0.12 0.5～2.5 0.9 22.0～25.0 12.0～14.0 2.0～3.0≤0.025≤0.035 550 25
2.2 焊前準(zhǔn)備
試件采用15CrMo鋼管,規(guī)格為φ325×25，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焊六處，每處點固長度應(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Ⅰ焊前需進(jìn)行預(yù)熱，根據(jù)Tto-Bessyo等人提出的計算預(yù)熱溫度公式：
To=350√[C]-0.25（℃） 式中，To——預(yù)熱溫度，℃。
[C]=[C]x [C]p [C]p=0.005S[C]x
[C]x=C （Mn Cr）/9 Ni/18 7Mo/90 式中，
[C]x——成分碳當(dāng)量；
[C]p——尺寸碳當(dāng)量； S——試件厚度（本文中S=25mm）;
[C]x=C （Mn Cr）/9 7/90Mo=0.361
[C]p=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），最后用半導(dǎo)體點溫計測定，測量點至少應(yīng)選擇三點，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Ⅰ和方案Ⅱ的焊接工藝參數(shù)見表3、4。按方案Ⅰ焊
表3 方案Ⅰ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 φ2.4 110 12
填充層 焊條電弧焊E8018-B2 φ3.2 5 85～90 23～25150℃ 715?！?5min
蓋面層 焊條電弧焊 E8018-B2 φ152.~1645~ .1188
表4 方案Ⅱ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 φ2.4 110 12
填充層 焊條電弧焊 E309Mo-16 φ3.2 90～95 22～24 / /
蓋面層 焊條電弧焊 E309Mo-16 φ3.2 90～95 22～24
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Ⅰ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。
3 焊接工藝評定試驗
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，焊縫Ⅰ級合格。按JB4708《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。評定結(jié)果見表5。
表5 焊接工藝評定試驗結(jié)果
試驗方案 拉伸試驗 彎曲試驗 沖擊韌性試驗aky（J/cm2）
抗拉強(qiáng)度δb/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Ⅰ 550/530 母材 50。 合格 合格 84.8 162 135.6
方案Ⅱ 525/520 母材 50。 合格 合格 79.4 109.2 96.7
從拉伸試驗結(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中的沖擊韌性試驗結(jié)果可知，方案Ⅰ的沖擊韌性明顯高于方案Ⅱ，證明方案Ⅰ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Ⅰ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Ⅱ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Ⅰ施焊更為穩(wěn)妥。
4 結(jié)論
15CrMo鋼厚壁高壓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Ⅰ效果更佳，關(guān)鍵是要嚴(yán)格控制焊后熱處理工藝。
方案Ⅱ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。
化學(xué)成分
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牌號
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化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）
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||||||||
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C
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Mn
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Si
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Cr
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Mo
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Ni
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Nb+Ta
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S
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P
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15CrMo
|
0.12~0.18
|
0.40~0.70
|
0.17~0.37
|
0.80~1.10
|
0.40~0.55
|
≤0.30
|
_
|
≤0.035
|
≤0.035
|
力學(xué)性能
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牌號
|
拉力強(qiáng)度MPa
|
屈服點MPa
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伸長率（%）
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15CrMo
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440~640
|
235
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21
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應(yīng)用舉例
石油、石化、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
酸洗方式
1.適用于15CrMo合金圓鋼、半成品拉制的酸洗方法
現(xiàn)以15CrMo合金圓鋼為例，敘述幾種常用酸洗工藝。至于經(jīng)過熱處理的半成品，一般不另行剝殼去銹即直接進(jìn)入酸洗。其它操作順序則與15CrMo合金圓鋼相同。
(1)以剝殼、上石灰糊為主的酸洗工藝其工藝流程為。
15CrMo合金圓鋼—→剝殼去銹—→酸洗—→水洗—→高壓水沖洗—→上油脂石灰糊—→干燥
這種工藝過去應(yīng)用很廣，適用于普碳鋼絲、結(jié)構(gòu)鋼絲、鋼芯鋁絞線鋼絲、一般彈簧鋼絲的毛坯和半成品的拉拔。缺點是粉塵多，已有被其它酸洗工藝取代的趨勢。
(2)以剝殼、銹化為主的酸洗工藝——其工藝流程為。
15CrMo合金圓鋼—→剝殼去銹—→酸洗—→水洗—→高壓水沖洗—→銹化—→沾薄石灰水—→干燥
此種拉絲粉塵較少，是當(dāng)前采用較多的一種。它適用于普碳鋼絲、結(jié)構(gòu)鋼絲、制繩鋼絲、鋼芯鋁絞線鋼絲、一般彈簧鋼絲等的毛坯和半成品的拉拔。有的單位還省去銹化工序，沖洗后直接沾灰。
(3)以剝殼、磷化為主的酸洗工藝。
15CrMo合金圓鋼—→剝殼去銹—→酸洗—→水洗—→高壓水沖洗—→磷化—→沖洗—→皂化—→干燥 有的單位將此種工藝用于一般15CrMo合金圓鋼的毛坯和半成的拉拔。但在熱處理時，僅適用于電接觸爐，而不適用于燃料熱處理爐，因其會引起馬弗磚爐孔的堵塞(電接觸爐則無此病)。
此種工藝并不適用予毛坯的酸洗，對于粗規(guī)格的線材，由于拉拔后殘留的磷化層較厚，還會引起掛鉛，尤其不利于高級鋼絲，并且成本較高。
(4)以正火、銹化為主的酸洗工藝其工藝流程為：
線材—→正火—→酸洗—→水洗—→高壓水沖洗—→銹化—→沾薄石灰水—→干燥
這種工藝與上述不同，它不剝殼去銹而需經(jīng)過正火，適用于較高強(qiáng)度彈簧鋼絲的毛坯和其他鋼絲半成品的拉拔。
2.適用予成品前15CrMo合金圓鋼的酸洗工藝
成品前15CrMo合金圓鋼，一般指最后一道熱處理的鋼絲．
(1)以石灰糊涂層為主的酸洗工藝其工藝流程為。
熱處理鋼絲—→酸洗—→水洗、高壓水沖洗—→浸涂油脂石灰糊—→干燥
這種酸洗工藝仍廣泛用于普碳鋼絲和一般中碳鋼絲成品的拉拔。
(2)以硫酸銅涂層為主的酸洗工藝其工藝流程為：
熱處理15CrMo合金圓鋼—→酸洗—→水洗沖洗—→浸涂硫酸銅—→沖洗—→中和—→干燥
此種工藝適用予普碳鋼絲、一般中碳鋼絲和普通彈簧鋼絲成品的拉拔，但不適用于表面鍍鋅的鋼絲。
(3)以磷化涂層為主的酸洗工藝其工藝流程為：
熱處理鋼絲—→酸洗—→水洗、沖洗—→浸涂磷化層—→水洗、沖洗—→皂化—→干燥
這種酸洗工藝能得到良好的拉拔表面，適用于中碳以上鋼絲和高強(qiáng)度彈簧鋼絲等成品的拉拔。磷化層的厚度根據(jù)拉拔道次而定。
現(xiàn)以15CrMo合金圓鋼為例，敘述幾種常用酸洗工藝。至于經(jīng)過熱處理的半成品，一般不另行剝殼去銹即直接進(jìn)入酸洗。其它操作順序則與15CrMo合金圓鋼相同。
(1)以剝殼、上石灰糊為主的酸洗工藝其工藝流程為。
15CrMo合金圓鋼—→剝殼去銹—→酸洗—→水洗—→高壓水沖洗—→上油脂石灰糊—→干燥
這種工藝過去應(yīng)用很廣，適用于普碳鋼絲、結(jié)構(gòu)鋼絲、鋼芯鋁絞線鋼絲、一般彈簧鋼絲的毛坯和半成品的拉拔。缺點是粉塵多，已有被其它酸洗工藝取代的趨勢。
(2)以剝殼、銹化為主的酸洗工藝——其工藝流程為。
15CrMo合金圓鋼—→剝殼去銹—→酸洗—→水洗—→高壓水沖洗—→銹化—→沾薄石灰水—→干燥
此種拉絲粉塵較少，是當(dāng)前采用較多的一種。它適用于普碳鋼絲、結(jié)構(gòu)鋼絲、制繩鋼絲、鋼芯鋁絞線鋼絲、一般彈簧鋼絲等的毛坯和半成品的拉拔。有的單位還省去銹化工序，沖洗后直接沾灰。
(3)以剝殼、磷化為主的酸洗工藝。
15CrMo合金圓鋼—→剝殼去銹—→酸洗—→水洗—→高壓水沖洗—→磷化—→沖洗—→皂化—→干燥 有的單位將此種工藝用于一般15CrMo合金圓鋼的毛坯和半成的拉拔。但在熱處理時，僅適用于電接觸爐，而不適用于燃料熱處理爐，因其會引起馬弗磚爐孔的堵塞(電接觸爐則無此病)。
此種工藝并不適用予毛坯的酸洗，對于粗規(guī)格的線材，由于拉拔后殘留的磷化層較厚，還會引起掛鉛，尤其不利于高級鋼絲，并且成本較高。
(4)以正火、銹化為主的酸洗工藝其工藝流程為：
線材—→正火—→酸洗—→水洗—→高壓水沖洗—→銹化—→沾薄石灰水—→干燥
這種工藝與上述不同，它不剝殼去銹而需經(jīng)過正火，適用于較高強(qiáng)度彈簧鋼絲的毛坯和其他鋼絲半成品的拉拔。
2.適用予成品前15CrMo合金圓鋼的酸洗工藝
成品前15CrMo合金圓鋼，一般指最后一道熱處理的鋼絲．
(1)以石灰糊涂層為主的酸洗工藝其工藝流程為。
熱處理鋼絲—→酸洗—→水洗、高壓水沖洗—→浸涂油脂石灰糊—→干燥
這種酸洗工藝仍廣泛用于普碳鋼絲和一般中碳鋼絲成品的拉拔。
(2)以硫酸銅涂層為主的酸洗工藝其工藝流程為：
熱處理15CrMo合金圓鋼—→酸洗—→水洗沖洗—→浸涂硫酸銅—→沖洗—→中和—→干燥
此種工藝適用予普碳鋼絲、一般中碳鋼絲和普通彈簧鋼絲成品的拉拔，但不適用于表面鍍鋅的鋼絲。
(3)以磷化涂層為主的酸洗工藝其工藝流程為：
熱處理鋼絲—→酸洗—→水洗、沖洗—→浸涂磷化層—→水洗、沖洗—→皂化—→干燥
這種酸洗工藝能得到良好的拉拔表面，適用于中碳以上鋼絲和高強(qiáng)度彈簧鋼絲等成品的拉拔。磷化層的厚度根據(jù)拉拔道次而定。
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