合金鋼管15CrMo

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

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)范進行烘烤。

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

3 焊接工藝參數(shù)

按方案Ⅰ焊前需進行預(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

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 φ3.2 5 85～90 23～25

3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。

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)進行焊接工藝評定試驗。評定結(jié)果見表5。

4 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，高溫回火不僅達到了改善接頭組織和性能目的，而且使韌性與強度配合適當(dāng)。從室溫機械性能結(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。

合金鋼管15CrMo組織強化的的三個特點

通常情況下，合金鋼管的微觀組織結(jié)構(gòu)決定的鋼管的結(jié)構(gòu)性能，然而，組織強化決定著微觀組織結(jié)構(gòu)。冷軋合金鋼管在軋制完成后，隨著冷卻環(huán)境的改變，組織中各種貝氏體、馬氏體等結(jié)構(gòu)組織也隨之而改變，這也導(dǎo)致的鋼管的結(jié)構(gòu)性能有很大的改變，可以通過這種方法獲得更多的強度不通級別的鋼管，以適應(yīng)不同的性能需求。

1、組織強化需要母相，即在鋼管的元素中要含有發(fā)生組織強化的母相。

2、組織強化是一個過程，包括組織形變及組織擴散，隨著冷卻環(huán)境的改變，合金鋼管組織結(jié)構(gòu)可能有兩種變化方式，即有擴散和無擴散，在低溫環(huán)境里，無擴散決定著組織形變的過程；在高溫環(huán)境中，擴散決定著組織結(jié)構(gòu)的改變。

3、組織強化有兩個重要因素，即組織應(yīng)變和環(huán)境冷卻。例如在加熱環(huán)境或者冷卻環(huán)境中，合金鋼管的組織會隨著溫度的改變而逐漸改變，能量狀態(tài)由低轉(zhuǎn)變?yōu)楦?。另外，查看鋼管現(xiàn)貨可以知道，在合金鋼管中，少量介質(zhì)含有極其精細的密度。因此，在調(diào)整鋼管的結(jié)構(gòu)性能時，要時刻注意合金鋼管的組織性能。

鋼管重量計算公式:[(外徑-壁厚)*壁厚]*0.02466=kg/米(每米的重量)

合金鋼管15CrMo尺寸及允許偏差

合金鋼管15CrMo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性，采用方案Ⅰ效果更佳，關(guān)鍵是要嚴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，只有在焊后無法進行熱處理時才慎重采用。

合金鋼管15CrMo規(guī)格表

合金鋼管15CrMo15CrMo焊接性

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行焊接試驗。

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，焊后進行局部熱處理。

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，焊后不進行熱處理。焊絲和焊條的化學(xué)成分及力學(xué)性能見表1。

合金鋼管15CrMo化學(xué)成份

合金鋼管15CrMoG純化氫的原理是，在300—500℃下，把待純化的氫通入合金鋼管15CrMoG的一側(cè)時，氫被吸附在合金鋼管15CrMoG壁上，由于鈀的4d電子層缺少兩個電子，它能與氫生成不穩(wěn)定的化學(xué)鍵（鈀與氫的這種反應(yīng)是可逆的），在鈀的作用下，氫被電離為質(zhì)子其半徑為1.5×1015m，而鈀的晶格常數(shù)為3.88×10－10m（20℃時），故可通過合金鋼管15CrMoG，在鈀的作用下質(zhì)子又與電子結(jié)合并重新形成氫分子，從合金鋼管15CrMoG的另一側(cè)逸出。在合金鋼管15CrMoG表面，未被離解的氣體是不能透過的，故可利用合金鋼管15CrMoG獲得高純氫。

雖然鈀對氫有獨特的透過性能，但純鈀的機械性能差，高溫時易氧化，再結(jié)晶溫度低，易使合金鋼管15CrMoG變形和脆化，故不能用純鈀作透過膜。在鈀中添加適量的IB族和Ⅷ族元素，制成鈀合金，可改善鈀的機械性能11.汽車半軸套管用無縫鋼管（GB3088-82）是制造汽車半軸套管及驅(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)鋼熱軋無縫鋼管鈀合金中，銀約占20—30%，其他成分（如金等）的含量<5%。

15CrMo大口徑厚壁合金鋼管純化氫的原理是，在300—500℃下，把待純化的氫通入15CrMoG鋼管的一側(cè)時，氫被吸附在15CrMo大口徑厚壁合金鋼管壁上，由于鈀的4d電子層缺少兩個電子，它能與氫生成不穩(wěn)定的化學(xué)鍵（鈀與氫的這種反應(yīng)是可逆的），在鈀的作用下，氫被電離為質(zhì)子其半徑為1.5×1015m，而鈀的晶格常數(shù)為3.88×10－10m（20℃時），故可通過15CrMoG合金鋼管，在鈀的作用下質(zhì)子又與電子結(jié)合并重新形成氫分子，從15CrMoG合金鋼管的另一側(cè)逸出。在15CrMoG合金鋼管表面，未被離解的氣體是不能透過的，故可利用15CrMoG合金鋼管獲得高純氫。

雖然鈀對氫有獨特的透過性能，但純鈀的機械性能差，高溫時易氧化，再結(jié)晶溫度低，易使15CrMoG鋼管變形和脆化，故不能用純鈀作透過膜。在鈀中添加適量的IB族和Ⅷ族元素，制成鈀合金，可改善鈀的機械性能11.汽車半軸套管用無縫鋼管（GB3088-82）是制造汽車半軸套管及驅(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)鋼熱軋無縫鋼管鈀合金中，銀約占20—30%，其他成分（如金等）的含量<5%。