規(guī)格:齊全
所屬類型:結(jié)構(gòu)鋼
品牌:
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。
中文名15CrMo特點(diǎn)有較高的熱強(qiáng)性和抗氧化性執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3077-2006鋼板標(biāo)準(zhǔn)GB/T11251-2009
GB/T 3077-2006 鋼板標(biāo)準(zhǔn)GB/T11251-2009、舞陽企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、軍工標(biāo)準(zhǔn)。
針對(duì)15CrMo鋼的焊接性的工作特點(diǎn),根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn),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(yàn)。
方案Ⅰ:焊接預(yù)熱,采用ER80S-B2L焊絲,TIG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Ⅱ:采用ER80S-B2L焊絲,TIG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。
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
方案Ⅰ:焊接預(yù)熱,采用ER80S-B2L焊絲,TiG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Ⅱ:采用ER80S-B2L焊絲,TiG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。
表1 焊接材料的化學(xué)成分和力學(xué)性能
型號(hào) C Mn Si Cr Ni Mo S P δb/Mpa δ,% ;
ER80S-B2L≤0.05 <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(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(duì)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。
焊條烘烤規(guī)范
焊條型號(hào) 烘烤溫度 保溫時(shí)間
E8018-B2 300 ℃ 2h
E309Mo-16 150 ℃ 1.5h
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(jì)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(duì)試件進(jìn)行加溫,先用測(cè)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)),后用半導(dǎo)體點(diǎn)溫計(jì)測(cè)定,測(cè)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(shí),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(shí)采用內(nèi)填絲法,即焊絲通過對(duì)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(gè)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。×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(shí),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(shí)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。
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(shí)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(dòng)控溫儀。
試件焊后按JB4730-94《壓力容器無損檢測(cè)》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的超聲波探傷檢驗(yàn),焊縫Ⅰ級(jí)合格。按JB4708《鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行焊接工藝評(píng)定試驗(yàn)。評(píng)定結(jié)果見表5。
表5 焊接工藝評(píng)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(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(chǎng)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(diǎn)是焊后熱處理規(guī)范較為嚴(yán)格,回火溫度和保溫時(shí)間及加熱和冷卻速度控制不當(dāng)反而會(huì)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(shí)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(chǎng)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(shí)才慎重采用。
熱處理是提高與改攣15CrMo合金圓鋼性能的極為有效措施,它對(duì)于產(chǎn)品的可靠性與經(jīng)濟(jì)性均起到十分重要的作用。15CrMo合金圓鋼的熱處理通常包括普通熱處理(退火、正火、淬火、回火)和表面熱處理(表面淬火及化學(xué)熱處理一滲碳、氮化、滲金屬等)兩大類。
在機(jī)械工程中,許多機(jī)器零件,例如內(nèi)燃機(jī)的曲軸、齒輪、凸輪軸以及重要減速器中的齒輪等,不僅要求心部有足夠的韌性、塑性和抗彎強(qiáng)度,且要求表面一定厚度內(nèi)有高硬度、高耐磨性和高的疲勞強(qiáng)度。前述的各種整體熱處理方式難以同時(shí)滿足上述各項(xiàng)性能要求,采用表面熱處理則是同時(shí)達(dá)到這些性能要求的有效方法。
表面熱處理就是通過改變15CrMo合金圓鋼表層的組織以改變表面性能的一種熱處理方式。
表面淬火一一只改變表層組織,而不改變表層化學(xué)成分的熱處理。它可以用高頻、中頻或工頻電流感應(yīng)加熱方式或用火焰加熱方式實(shí)現(xiàn)。其共同特點(diǎn)是設(shè)法使15CrMo合金圓鋼表面迅速加熱到淬火溫度,而在熱量尚未傳至零件心部時(shí),隨即迅速冷卻,使表面硬度高,而心部仍有較高韌性。
化學(xué)處理一一使15CrMo合金圓鋼的表層化學(xué)成分與組織均發(fā)生改變的熱處理方式。化學(xué)熱處理按照15CrMo合金圓鋼表面滲入元素的不同,可分為滲碳、氮化、碳氮共滲、滲金屬等方法。它對(duì)提高和改善15CrMo合金圓鋼的耐磨性、抗腐蝕性、抗疲勞性等是十分有效的。當(dāng)前來化學(xué)熱處理發(fā)展迅速,新技術(shù)的應(yīng)用甚多。
| 材質(zhì) | 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) | 規(guī)格 |
合金管 | 15CrMoG | GB5310-2008 | 840×120 |
合金管 | 15CrMoG | GB5310-2008 | 426×20-22-30 |
合金管 | 15CrMoG | GB5310-2008 | 426×12-14-16 |
合金管 | 15CrMoG | GB5310-2008 | 377×24-45 |
合金管 | 15CrMoG | GB5310-2008 | 377×10-12-16 |
合金管 | 15CrMoG | GB5310-2008 | 325×25-32 |
合金管 | 15CrMoG | GB5310-2008 | 325×16-20 |
合金管 | 15CrMoG | GB5310-2008 | 325×10-12-14 |
合金管 | 15CrMoG | GB5310-2008 | 273×16-20 |
合金管 | 15CrMoG | GB5310-2008 | 273×10-12-14 |
合金管 | 15CrMoG | GB5310-2008 | 219×14-16-20 |
合金管 | 15CrMoG | GB5310-2008 | 219×8-9-10-12 |
合金管 | 15CrMoG | GB5310-2008 | 168×8-12-16-20 |
合金管 | 15CrMoG | GB5310-2008 | 159×8-10-12-16 |
合金管 | 15CrMoG | GB5310-2008 | 133×6-8-10-14 |
合金管 | 15CrMoG | GB5310-2008 | 114×6-8-10 |
合金管 | 15CrMoG | GB5310-2008 | 89×6-8-10 |
合金管 | 15CrMoG | GB5310-2008 | 76×6-8-10-12 |
合金管 | 15CrMoG | GB5310-2008 | 63.5×4-6 |
合金管 | 15CrMoG | GB5310-2008 | 60×4-5-9 |
合金管 | 15CrMoG | GB5310-2008 | 57×4-6-8 |
合金管 | 15CrMoG | GB5310-2008 | 51×3.5-4-5-6 |
金管管 | 15CrMoG | GB5310-2008 | 48×3.5-5-6-8 |
合金管 | 15CrMoG | GB5310-2008 | 45×3.5-6-7 |
合金管 | 15CrMoG | GB5310-2008 | 42×3.5-5-6 |
合金管 | 15CrMoG | GB5310-2008 | 38×3.5-4-5 |
合金管 | 15CrMoG | GB5310-2008 | 32×4-5-6 |
合金管 | 15CrMoG | GB5310-2008 | 28×4-6 |
合金管 | 15CrMoG | GB5310-2008 | 25×3.5 |
牌號(hào) | 化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))(%) | ||||||||
| C | Mn | Si | Cr | Mo | Ni | Nb+Ta | S | P |
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 |
牌號(hào) | 拉力強(qiáng)度MPa | 屈服點(diǎn)MPa | 伸長率(%) |
15CrMo | 440~640 | 235 | 21 |
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
品名 | 規(guī)格/mm | 材質(zhì) | 品名 | 規(guī)格/mm | 材質(zhì) |
光亮圓棒 | 3.0-25 | 15CrMo | 熱軋鋼板 | 4-10 | 15CrMo |
熱軋圓鋼 | 12-50 | 15CrMo | 鍛打鋼板 | 8-10 | 15CrMo |
熱軋圓鋼 | Ф100-130 | 15CrMo | 鍛打鋼板 | 12-16 | 15CrMo |
熱軋圓鋼 | Ф140-150 | 15CrMo | 熱軋鋼板 | 18-20 | 15CrMo |
熱軋圓鋼 | Ф160-170 | 15CrMo | 鍛打鋼板 | 22-28 | 15CrMo |
熱軋圓鋼 | Ф16-40 | 15CrMo | 熱軋鋼板 | 30-34 | 15CrMo |
熱軋圓鋼 | Ф16-45 | 15CrMo | 鍛打鋼板 | 35-75 | 15CrMo |
熱軋圓鋼 | Ф180-200 | 15CrMo | 鍛打鋼板 | 75-80 | 15CrMo |
熱軋圓鋼 | Ф200-280 | 15CrMo | 鍛打鋼板 | 80-100 | 15CrMo |
熱軋圓鋼 | 290-500 | 15CrMo | 鍛打鋼板 | 100-150 | 15CrMo |
熱軋圓鋼 | 500-1500 | 15CrMo | 鍛打鋼板 | 150 | 15CrMo |
熱軋圓鋼 | Ф50-70 | 15CrMo | 鍛打鋼板 | 160 | 15CrMo |
熱軋圓鋼 | Ф50-300 | 15CrMo | 鍛打鋼板 | 170 | 15CrMo |
熱軋圓鋼 | Ф50-95 | 15CrMo | 鍛打鋼板 | 180 | 15CrMo |
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