15CrMoG無縫鋼管可回收，符合環(huán)保、節(jié)能、節(jié)約資源的戰(zhàn)略，政策鼓勵(lì)擴(kuò)大15CrMoG無縫鋼管的應(yīng)用領(lǐng)域。 目前我國 　　15CrMoG無縫鋼管15CrMoG無縫鋼管消費(fèi)量占鋼材總量的比重僅為發(fā)達(dá)的一半，15CrMoG無縫鋼管使用領(lǐng)域擴(kuò)大為行業(yè)發(fā)展提供更廣闊的空間。根據(jù)中國特鋼協(xié)會(huì)15CrMoG無縫鋼管分會(huì)的研究，未來我國高壓15CrMoG無縫鋼管長材的需求年均增長可達(dá)10-12%。 　　1. 無縫鋼管 　　因其制造工藝不同，又分為熱軋（擠壓）無縫鋼管和冷拔（軋）無縫鋼管兩種。冷拔（軋）管又分為圓形管和異形管兩種。 　　a． 工藝流程概述 　　熱軋（擠壓無縫鋼管）：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→坯管→矯直→水壓試驗(yàn)（或探傷）→標(biāo)記→入庫。 　　冷拔（軋）無縫鋼管：圓圓管坯→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(yàn)（探傷）→標(biāo)記→入庫。 　　b．無縫鋼管，因其用途不同而分為如下若干品種： 　　GB/T8162-2008（結(jié)構(gòu)用無縫鋼管）。主要用于一般結(jié)構(gòu)和機(jī)械結(jié)構(gòu)。其代表材質(zhì)（牌號(hào)）：碳素鋼20、45號(hào)鋼；合金鋼Q345、20Cr、40Cr、20CrMo、30-35CrMo、42CrMo等。 　　GB/T8163-2008（輸送流體用無縫鋼管）。主要用于工程及大型設(shè)備上輸送流體管道。代表材質(zhì)（牌號(hào)）為20、Q345等。 　　GB3087-2008（低中壓鍋爐用無縫鋼管）。主要用于工業(yè)鍋爐及生活鍋爐輸送低中壓流體的管道。代表材質(zhì)為10、20號(hào)鋼。 　　GB5310-2008（高壓鍋爐用無縫鋼管）。主要用于電站及核電站鍋爐上耐高溫、高壓的輸送流體集箱及管道。代表材質(zhì)為20G、15CrMoG、15CrMoG等。 　　GB5312-1999（船舶用碳鋼和碳錳鋼無縫鋼管）。主要用于船舶鍋爐及過熱器用I、II級(jí)耐壓管等。代表材質(zhì)為360、410、460鋼級(jí)等。 　　GB6479-2000（高壓化肥設(shè)備用無縫鋼管）。主要用于化肥設(shè)備上輸送高溫高壓流體管道。代表材質(zhì)為20、16Mn、12CrMo、12Cr2Mo等。 　　GB9948-2006（石油裂化用無縫鋼管）。主要用于石油冶煉廠的鍋爐、熱交換器及其輸送流體管道。其代表材質(zhì)為20、12CrMo、1Cr5Mo、1Cr19Ni11Nb等。 　　GB18248-2000（氣瓶用無縫鋼管）。主要用于制作各種燃?xì)?、液壓氣瓶。其代表材質(zhì)為37Mn、34Mn2V、35CrMo等。 　　GB/T17396-1998（液壓支柱用熱軋無縫鋼管）。主要用于制作煤礦液壓支架和缸、柱，以及其它液壓缸、柱。其代表材質(zhì)為20、45、27SiMn等。 　　GB3093-1986（柴油機(jī)用高壓無縫鋼管）。主要用于柴油機(jī)噴射系統(tǒng)高壓油管。其鋼管一般為冷拔管，其代表材質(zhì)為20A。 　　GB/T3639-1983（冷拔或冷軋精密無縫鋼管）。主要用于機(jī)械結(jié)構(gòu)、碳?jí)涸O(shè)備用的、要求尺寸精度高、表面光潔度好的鋼管。其代表材質(zhì)20、45鋼等。 　　GB/T3094-1986（冷拔無縫鋼管異形鋼管）。主要用于制作各種結(jié)構(gòu)件和零件，其材質(zhì)為碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼。 　　GB/T8713-1988（液壓和氣動(dòng)筒用精密內(nèi)徑無縫鋼管）。主要用于制作液壓和氣動(dòng)缸筒用的具有精密內(nèi)徑尺寸的冷拔或冷軋無縫鋼管。其代表材質(zhì)為20、45鋼等。 　　GB13296-1991（鍋爐、熱交換器用不銹鋼無縫鋼管）。主要用于化工企業(yè)的鍋爐、過熱器、熱交換器、冷凝器、催化管等。用的耐高溫、高壓、耐腐蝕的鋼管。其代表材質(zhì)為0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni12Mo2Ti等。 　　GB/T14975-1994（結(jié)構(gòu)用不銹鋼無縫鋼管）。主要用于一般結(jié)構(gòu)（賓館、飯店裝飾）和化工企業(yè)機(jī)械結(jié)構(gòu)用的耐大氣、酸腐蝕并具有一定強(qiáng)度的鋼管。其代表材質(zhì)為0-3Cr13、0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni12Mo2Ti等。 　　GB/T14976-1994（流體輸送用不銹鋼無縫鋼管）。主要用于輸送腐蝕性介質(zhì)的管道。代表材質(zhì)為0Cr13、0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、0Cr17Ni12Mo2、0Cr18Ni12Mo2Ti等。 　　YB/T5035-1993（汽車半軸套管用無縫鋼管）。主要用于制作汽車半軸套管及驅(qū)動(dòng)橋橋殼軸管用的碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼熱軋無縫鋼管。其代表材質(zhì)為45、45Mn2、40Cr、20CrNi3A等。 　　API SPEC5CT-1999（套管和油管規(guī)范），是美國石油學(xué)會(huì)（American Petreleum Instiute, 簡稱¨API¨）編制并發(fā)布的在世界各地通用。其中： 套管：由地表面伸進(jìn)鉆井內(nèi)，作為井壁襯的管子，其管子之間通過接箍連接。主要材質(zhì)為J55、N80、P110等鋼級(jí)，以及抗硫化氫腐蝕的C90、T95等鋼級(jí)。其低鋼級(jí)（J55、N80）可為焊接鋼管。油管：由地表面插入套管內(nèi)直至油層的管子，其管子之間通過接箍或整體連接。其作用于是抽油機(jī)將油層石油經(jīng)油管輸送到地面。主要材質(zhì)為J55、N80、P110、以及抗硫化氫腐蝕的C90、 美國石油學(xué)會(huì)編制并發(fā)布的，在世界各地通用。 　　鋼管重量公式:[(外徑-壁厚)*壁厚]*0.02466=kg/米(每米的重量) 　　15CrMoG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。 　　15CrMoG焊接性 　　焊接材料 　　針對(duì)15CrMoG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，T1G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，T1G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。 　　焊后熱處理 　　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。 　　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 　　15CrMo焊接工藝 　　2.1 焊接材料 　　針對(duì)15CrMo鋼的焊接性及現(xiàn)場(chǎng)高壓管道的工作特點(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，T1G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，T1G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 0.70.41.2 ＜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(zhǔn)備 　　試件采用15CrMoG無縫鋼管,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。 　　表2 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 　　2.3 焊接工藝參數(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。 　　2.4 焊后熱處理 　　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。 　　3 焊接工藝評(píng)定試驗(yàn) 　　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。 　　15CrMoG無縫鋼管尺寸及允許偏差 　　偏差等級(jí) 標(biāo)準(zhǔn)化外徑允許偏差 D1 ±1.5%，小±0.75 mm D2 ±1.0%。小±0.50 mm D3 ±0.75%．小±0.30 mm D4 ±0.50%。小±0.10 mm