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常見問題
15CrMo鋼板系珠光體組織,，屬于耐熱鋼類型,，在較高溫度下具有較強的熱強性(δb≥440MPa)和抗氧化性，并具有一定的抗氫腐蝕能力,。15CrMo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,。對材料焊接性有要求的不采用此鋼種。
基本信息
中文名稱：15crmo鋼板,，15表示碳含量,，cr、mo分別表示鋼板中含有一定量的鉻鉬成分,。
焊接性
15CrMo鋼的焊接性的工作特點，
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,，焊后進行局部熱處理。
焊后熱處理
采用方案Ⅰ焊接的試件,，焊后應(yīng)進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,。
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
焊接工藝
折疊2.1焊接材料
對于15CrMo鋼板用于對焊接性能較強的高壓管道,，根據(jù)以以前實踐,，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,。
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
折疊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,。
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
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
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,?！?/span>75min
蓋面層 焊條電弧焊 E8018-B2 φ3.2 5 85~90 23~25
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
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,。
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(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,。
15crmo鋼板重量計算公式:長×寬×厚×0.00785=kg/m
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
|
Cr
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Mo
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Ni
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Nb+Ta
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S
|
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
|
折疊力學(xué)性能
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牌號
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拉力強度MPa
|
屈服點MPa
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伸長率(%)
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|
15CrMo
|
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
常用規(guī)格
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材 質(zhì)
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規(guī)格厚度*寬度*長度(mm) 可定軋
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重量(噸)
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名 稱
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15crmo
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8*1500-4200*6000-18800M
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198.65T
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合金結(jié)構(gòu)鋼板
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|
15crmo
|
12*1500-4200*6000-18800M
|
186.618T
|
合金結(jié)構(gòu)鋼板
|
|
15crmo
|
25*1500-4200*6000-18800M
|
258.366T
|
合金結(jié)構(gòu)鋼板
|
|
15crmo
|
30*1500-4200*6000-18800M
|
241.624T
|
合金結(jié)構(gòu)鋼板
|
|
15crmo
|
45*1500-4200*6000-18800M
|
263.254T
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合金結(jié)構(gòu)鋼板
|
|
15crmo
|
55*1500-4200*6000-18800M
|
283.318T
|
合金結(jié)構(gòu)鋼板
|
|
15crmo
|
60*1500-4200*6000-18800M
|
169.563T
|
合金結(jié)構(gòu)鋼板
|
|
15crmo
|
70*1500-4200*6000-18800M
|
569.356T
|
合金結(jié)構(gòu)鋼板
|
|
15crmo
|
80*1500-4200*6000-18800M
|
231.315T
|
合金結(jié)構(gòu)鋼板
|
|
15crmo
|
90*1500-4200*6000-18800M
|
341.318T
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合金結(jié)構(gòu)鋼板
|
|
15crmo
|
100*1500-4200*6000-18800M
|
461.318T
|
合金結(jié)構(gòu)鋼板
|
|
15crmo
|
110*1500-4200*6000-18800M
|
598.359T
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合金結(jié)構(gòu)鋼板
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|
15crmo
|
120*1500-4200*6000-18800M
|
431.621T
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合金結(jié)構(gòu)鋼板
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|
15crmo
|
130*1500-4200*6000-18800M
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388.654T
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合金結(jié)構(gòu)鋼板
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15crmo
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140*1500-4200*6000-18800M
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348.351T
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合金結(jié)構(gòu)鋼板
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15crmo
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150*1500-4200*6000-18800M
|
645.982T
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合金結(jié)構(gòu)鋼板
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舞陽鋼鐵的15crmo鋼現(xiàn)貨齊全，并且鋼板質(zhì)量優(yōu)秀,。
豫公網(wǎng)安備190167885612254號