15CrMo合金钢管元素作用及用途

15CrMo合金钢管元素作用及用途

                   新型的15CrMo合金钢管以低碳(≤0.1%)和低硫(≤0.015%)为主要特征。常用的合金元素按其在15CrMo合金钢管的强化机制中的作用可分为:固溶强化元素(Mn、Si、Al、Cr、Ni、Mo、Cu等);细化晶粒元素(Al、Nb、V、Ti、N等);沉淀硬化元素(Nb、V、Ti等)以及相变强化元素(Mn、Si、Mo等)(见金属的强化)。
  C ;在15CrMo合金钢管中形成珠光体或弥散析出的合金碳化物,使钢得到强化。在微合金钢中为形成一定量的碳-氮化物,碳的含量只需要0.01~0.02%;所以降碳是这类钢发展的必然趋势,从而可大大改善15CrMo合金钢管的韧性和焊接性能[1] 。
  Mn ;高的Mn/C比对提高15CrMo合金钢管的屈服强度和冲击韧性有好处。锰能降低γ→α 转变温度;有利于针状铁素体的形核;在加热过程中可增大碳-氮化物形成元素在γ-Fe中的溶解度,从而增加了铁素体中碳化物的弥散析出量。此外,由于高锰导致15CrMo合金钢管的应力/应变特性的变化,可以抵销鲍欣格效应的强度损失。
  Si ;多数低合金高强度钢不用硅合金化,但在热轧铁素体-马氏体多相钢中,硅是不可缺少的添加元素。
  Mo ;含钼15CrMo合金钢管(~0.15%Mo)有较高的强度,比传统的铁素体-珠光体钢又有较高的韧性。钼对钢在冷却过程中珠光体转变有抑制作用。在针状铁素体钢和超低碳贝氏体钢中的含钼量一般在0.2~0.4%。
  Nb、V、Ti ;在低碳的锰钢或低碳的锰-钼钢中添加0.05~0.15% Nb(或V、Ti),有明显的晶粒细化和沉淀硬化作用。钛在钢中形成硫化物,改善冲击吸收功的各向异性和冷成型性。
  稀土元素(RE) ;微量(0.001%左右)稀土金属,不影响15CrMo合金钢管的强度。其主要作用是脱硫,它又是最有效的硫化物形态控制元素,减小韧性的各向异性,防止钢的层状撕裂。
  其他元素Ni、Cr、Cu等,在微合金钢中固溶硬化并不十分有效,在非调质钢中一般控制在较低的含量范围。
  低合金高强度钢按其主要性能和用途,可分为高强度用钢、低温用钢和耐蚀用钢三类:
  高强度用钢 ;这类钢除高强度外还兼有优良的低温韧性,其主要特点和用途见表。这类15CrMo合金钢管的产量在中国占低合金高强度钢产量的80%以上,其中屈服强度35~40kgf/mm平方级的钢种占大多数,应用最为广泛的是16Mn钢。
  低温用钢 ;它们属于铁素体型低温用钢。通过提高钢的纯净度和降低钢中磷、硫含量得到较低的韧性-脆性转变温度。这类钢主要有09Mn2V(-70℃)、06MnNb(-90℃)、3.5%Ni(-100℃)和06AlNbCuN(-120℃),用于制作低温设备的零部件。
  耐蚀用钢 ;这类钢对大气、海水、硫化氢等环境有一定程度的抗蚀能力,如10MnPNbRE钢耐海洋大气和海水腐蚀,用于船舶、板桩、井架;12MoAlV钢适于制造炼油厂高温硫化氢设备;10MoWVNb钢在用于400℃氢、氮、氨高压管方面效果较好。
15CrMo钢系环光体组织耐热钢,在高温下具有较高的热强性(δb≥440MPa)和抗氧化性,并具有一定的抗氢腐蚀能力。由于钢中含有较高含量的Cr、C和其它合金元素,钢材的淬硬倾向较明显,焊接性
15CrMo合金钢管焊接性焊接材料
焊接工艺评定试验结果
试验方案 拉伸试验 弯曲试验 冲击韧性试验aky(J/cm2)
抗拉强度δb/Mpa 断裂部位 弯曲角度 面弯 背弯 焊缝 熔合线 热影响区(HAZ) 标准:
GB5310--中国国家标准
针对15CrMo钢的焊接性的工作特点,根据以往的经验,参照国外提供的焊接工艺,可以采用下面两种方式焊接:
1、焊接预热,采用ER80S-B2L焊丝,T1G焊打底,E8018-B2焊条,焊条电弧焊盖面,焊后进行局部热处理。
2、采用ER80S-B2L焊丝,T1G焊打底,E309Mo-16焊条,焊条填充电弧焊盖面,焊后不进行热处理。[1]
15CrMo合金钢管组织强化的的三个特点
通常情况下,合金钢管的微观组织结构决定的钢管的结构性能,然而,组织强化决定着微观组织结构。冷轧合金钢管在轧制完成后,随着冷却环境的改变,组织中各种贝氏体、马氏体等结构组织也随之而改变,这也导致的钢管的结构性能有很大的改变,可以通过这种方法获得更多的强度不通级别的钢管,以适应不同的性能需求。 1、组织强化需要母相,即在钢管的元素中要含有发生组织强化的母相。
2、组织强化是一个过程,包括组织形变及组织扩散,随着冷却环境的改变,合金钢管组织结构可能有两种变化方式,即有扩散和无扩散,在低温环境里,无扩散决定着组织形变的过程;在高温环境中,扩散决定着组织结构的改变。
3、组织强化有两个重要因素,即组织应变和环境冷却。例如在加热环境或者冷却环境中,合金钢管的组织会随着温度的改变而逐渐改变,能量状态由低转变为高。另外,查看钢管现货可以知道,在合金钢管中,少量介质含有极其精细的密度。因此,在调整钢管的结构性能时,要时刻注意合金钢管的组织性能。[1]
用途:
用于高压锅炉(工作压力一般不大于9.8Mpa,工作温度在450℃-650℃之间)的受热面管子、集箱、省煤器、过热器、再热器等。

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