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我廠生產的無縫鋼管出廠要經過3到檢測工序 第一磁粉探傷 第二 渦流探傷 第三 水壓試驗 無縫鋼管能承受多大的水壓 取決于該無縫鋼管執行哪一種標準 普通的8163輸送流體管標準 3087低中壓標準 和5310高壓鍋爐管
化學成分
| 牌號 | 化學成分(質量分數)(%) | |||||||
| C | Si | Mn | Cr | Mo | Ni | B | V | |
| 15CrMo | 0.12-0.18 | 0.17-0.37 | 0.40-0.70 | 0.80-1.10 | 0.40-0.55 | - | - | - |
力學性能
| 牌號 | 拉力強度MPa | 屈服點MPa | 斷后伸長率(%) | 斷面收縮率(%) |
| 15CrMo | 440 | 295 | 22 | 60 |
15CrMo無縫鋼管
15CrMo鋼是電力工業中廣泛使用的鋼種，在500℃-550℃使用具有較高的熱強性能。當使用溫度大于550℃，其熱強性能顯著降低。通常15CrMo鋼主要用于蒸汽參數為510℃的高中壓管道、導汽管，管壁溫度為550℃的熱器管等。
國外同類型鋼種，有前蘇聯的15XM，美國牌號T12、P12，日本牌號STBA22、STPA22和德國牌13CrMo44等。
15CrMo鋼正常供貨狀態的顯微組織為鐵素體加珠光體，15CrMo鋼在工作溫度500℃-550℃范圍長期運行過程中，會產生珠光體的球化、合金元素在固溶體和碳化物間的再分配及碳化物相結構的改變，15CrMo鋼的熱強性能和力學性能隨著珠光體球化程度和固溶體是合金元素貧化程度的加大而逐漸降低，以致材質漸趨劣化甚至失效。因此，長期以來15CrMo鋼組織中珠光體球化程度常被廣泛用于判定該類鋼使用可靠性的重要判據之一。
15CrMo合金管是合金碳素鋼，鋼組CrMo，序號15
| 牌號 | 試樣 毛坯 尺寸 /mm | 熱處理 | 力學特性 | 鋼材退火或 高溫回火供應狀態 布氏硬度 HBS100/3000 | 用途 | ||||||||
| 淬火 | 回火 | 抗拉 強度 | 屈服點 | 斷后 伸長率δ5(%) | 斷面 收縮率 ψ(%) | 沖擊 吸收功 Aku2/J | |||||||
| 第一次淬火 | 第二次淬火 | 冷卻劑 | 加熱溫度 ℃ | 冷卻劑 | |||||||||
| 加熱溫度℃ | |||||||||||||
| 15CrMo | 30 | 900 | － | 空 | 650 | 空 | ≥: 440 | ≥: 295 | ≥: 22 | ≥: 60 | ≥: 94 | ≤: 179 | 高溫環境下使用， 并且承受一定的壓力 |
15CrMo焊接工藝
2.1 焊接材料
針對15CrMo鋼的焊接性及現場高壓管道的工作特點，根據以往的經驗，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。焊絲和焊條的化學成分及力學性能見表1。
表1 焊接材料的化學成分和力學性能
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 焊前準備
試件采用15CrMo鋼管,規格為φ325×25，坡口型式及尺寸見圖1。
焊前用角向磨光機將坡口內外及坡口邊緣50mm范圍內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，每處點固長度應不小于20mm。焊條按表2的規范進行烘烤。
表2 焊條烘烤規范
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
按方案Ⅰ焊前需進行預熱，根據Tto-Bessyo等人提出的計算預熱溫度公式：
To=350√[C]-0.25（℃） 式中，To——預熱溫度，℃。
[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——成分碳當量；
[C]p——尺寸碳當量； 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），最后用半導體點溫計測定，測量點至少應選擇三點，以保證試件整體均達到所要求的預熱溫度。
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生凹陷，送絲時采用內填絲法，即焊絲通過對口間隙從管內送入。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的焊接工藝參數見表3、4。按方案Ⅰ焊
表3 方案Ⅰ的焊接工藝參數 
焊道名稱 焊接方法 焊接材料 焊材規格/mm 焊接電流/A 電弧電壓/V 預熱及層間溫度 熱處理規范
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。×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
焊道名稱 焊接方法 焊接材料 焊材規格/mm 焊接電流/A 電弧電壓/V 預熱及層間溫度 熱處理規范
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，層間溫度應不低于150℃，為防止中斷焊接而引起試件的降溫，施焊時應由二名焊工交替操作，焊后應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。
3 焊接工藝評定試驗
試件焊后按JB4730-94《壓力容器無損檢測》標準進行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》標準進行焊接工藝評定試驗。評定結果見表5。
表5 焊接工藝評定試驗結果
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(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。根據表5中的沖擊韌性試驗結果可知，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。從室溫機械性能結果可知，所推薦的兩種焊接工藝方案均可用于現場施工。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不同，長期高溫工作時可發生碳的擴散遷移現象，容易導致焊縫在熔合區發生破壞。因此，從使用可靠性考慮，現場采用方案Ⅰ施焊更為穩妥。
4 結論
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，但焊縫在高溫下發生碳的遷移擴散而導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。
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→矯直→水壓試驗（或探傷）→標記→入庫 無縫鋼管是用鋼錠或實心管坯經穿孔制成毛管，然后經熱軋、冷軋或冷撥制成。無縫鋼管的規格用外徑*壁厚毫米數表示。無縫鋼管分熱軋和冷軋（撥）無縫鋼管兩類。 熱軋無縫鋼管分一般鋼管，低、中壓鍋爐鋼管，高壓鍋爐鋼管、合金鋼管、不銹鋼管、石油裂化管、地質鋼管和其它鋼管等。冷軋（撥）無縫鋼管除分一般鋼管、低中壓鍋爐鋼管、高壓鍋爐鋼管、合金鋼管、不銹鋼管、石油裂化管、其它鋼管外，還包括碳素薄壁鋼管、合金薄壁鋼管、不銹薄壁鋼管、異型鋼管。熱軋無縫管外徑一般大于32mm，壁厚2.5-75mm，冷軋無縫鋼管處徑可以到6mm，壁厚可到0.25mm，薄壁管外徑可到5mm壁厚小于0.25mm，冷軋比熱軋尺寸精度高。
一般用無縫鋼管是用10、20、30、35、45等優質碳結鋼16Mn、5MnV等低合金結構鋼或40Cr、30CrMnSi、45Mn2、40MnB等合結鋼熱軋或冷軋制成的。10、20等低碳鋼制造的無縫管主要用于流體輸送管道。45、40Cr等中碳鋼制成的無縫管用來制造機械零件，如汽車、拖拉機的受力零件。一般用無縫鋼管要保證強度和壓扁試驗。熱軋鋼管以熱軋狀態或熱處理狀態交貨；冷軋以熱以熱處理狀態交貨。
熱軋，顧名思義，軋件的溫度高，因此變形抗力小，可以實現大的變形量。以鋼板的軋制為例，一般連鑄坯厚度在230mm左右，而經過粗軋和精軋，最終厚度為1~20mm。同時，由于鋼板的寬厚比小，尺寸精度要求相對低，不容易出現板形問題，以控制凸度為主。對于組織有要求的，一般通過控軋控冷來實現，即控制精軋的開軋溫度、終軋溫度
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（探傷）→標記→入庫
鋼材力學性能是保證鋼材最終使用性能（機械性能）的重要指標，它取決于鋼的化學成分和熱處理制度。在鋼管標準中，根據不同的使用要求，規定了拉伸性能（抗拉強度、屈服強度或屈服點、伸長率）以及硬度、韌性指標，還有用戶要求的高、低溫性能等。 
①抗拉強度（σb）
試樣在拉伸過程中，在拉斷時所承受的最大力（Fb），出以試樣原橫截面積（So）所得的應力（σ），稱為抗拉強度（σb），單位為N/mm2（MPa）。它表示金屬材料在拉力作用下抵抗破壞的最大能力。計算公式為：
式中：Fb--試樣拉斷時所承受的最大力，N（牛頓）； So--試樣原始橫截面積，mm2。
②屈服點（σs）
具有屈服現象的金屬材料，試樣在拉伸過程中力不增加（保持恒定）仍能繼續伸長時的應力，稱屈服點。若力發生下降時，則應區分上、下屈服點。屈服點的單位為N/mm2（MPa）。
上屈服點（σsu）：試樣發生屈服而力首次下降前的最大應力； 下屈服點（σsl）：當不計初始瞬時效應時，屈服階段中的最小應力。
屈服點的計算公式為：
式中：Fs--試樣拉伸過程中屈服力（恒定），N（牛頓）So--試樣原始橫截面積，mm2。
③斷后伸長率（σ）
在拉伸試驗中，試樣拉斷后其標距所增加的長度與原標距長度的百分比，稱為伸長率。以σ表示，單位為%。計算公式為：
式中：L1--試樣拉斷后的標距長度，mm； L0--試樣原始標距長度，mm。
④斷面收縮率（ψ）
在拉伸試驗中，試樣拉斷后其縮徑處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比，稱為斷面收縮率。以ψ表示，單位為%。計算公式如下：
式中：S0--試樣原始橫截面積，mm2； S1--試樣拉斷后縮徑處的最少橫截面積，mm2。
133*14.2 5850 5. 85 323.9*40 8000 15.74ГOCT 美國 日本 稀土元素是指元素周期表中原子序數為57-71的15個鑭系元素。這些元素都是金屬，但他們的氧化物很象"土"，所以習慣上稱稀土。鋼中加入稀土，可以改變鋼中夾雜物的組成、形態、分布和性質，從而改善了鋼的各種性能，如韌性、焊接性，冷加工性能。在犁鏵鋼中加入稀土，可提高耐磨性。