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15CrMo鋼板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。

15CrMo焊接性 

 焊接材料

針對15CrMo鋼的焊接性的工作特點(diǎn)，

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。

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15CrMo鋼的焊接性及現(xiàn)場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 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 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-乙炔焰對試件進(jìn)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(jìn)行估計(jì)），最后用半導(dǎo)體點(diǎn)溫計(jì)測定，測量點(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)，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(shí)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(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 

3 焊接工藝評定試驗(yàn)

試件焊后按JB4730-94《壓力容器無損檢測》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行100%的超聲波探傷檢驗(yàn)，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(jìn)行焊接工藝評定試驗(yàn)。評定結(jié)果見表5。

表5 焊接工藝評定試驗(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。

15crmo鋼板重量計(jì)算公式：長×寬×厚×0.00785=kg/m

外圈變黃 

 15CrMo合金鋼板是二軋料軋制一個(gè)道次外圈開始變黃還不是銹這是什么原因？

為清除15CrMo合金鋼板表面的氧化鐵皮,當(dāng)前多用浸漬連續(xù)酸洗法,酸洗后的15CrMo合金鋼板表面常附有酸液,為此,需用冷水或溫水清洗,但洗后15CrMo合金鋼板表面經(jīng)常產(chǎn)生黃銹。嚴(yán)重影響成品表面質(zhì)量。日本為消除這一缺陷,研究了變黃機(jī)理。以鹽酸為例有如下反成:

FeCl_2+2H_2O=Fe(0H)_2+2HCl (1) 酸洗過程

2Fe(OH)_2+O_2=2FeO·OH+H_2O (2) 干燥過程

式(1)表示在濕板表面上于水溶液中的平衡狀態(tài),Fe(OH)_2及HCl不呈現(xiàn)黃色。

式(2)是開始干燥的鋼板,由于空氣中氧的作用,使Fe(OH)_2氧化,呈不溶于水的狀態(tài)。則FeO·OH在15CrMo合金鋼板表面上變成黃銹。

化學(xué)成分 

 化學(xué)成分 

牌號 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

 

力學(xué)性能 

牌號 拉力強(qiáng)度MPa 屈服點(diǎn)MPa 伸長率（%） 

15CrMo 440~640 235 21

 

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 

 材 質(zhì) 規(guī)格厚度*寬度*長度（mm） 可定軋 全國各地鋼廠 重量（噸） 名 稱 

15crmo 8*1500-4200*6000-18800M 198.65T 合金結(jié)構(gòu)鋼板 

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 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 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 合金結(jié)構(gòu)鋼板 

15crmo 120*1500-4200*6000-18800M 431.621T 合金結(jié)構(gòu)鋼板 

15crmo 130*1500-4200*6000-18800M 388.654T 合金結(jié)構(gòu)鋼板 

15crmo 140*1500-4200*6000-18800M 348.351T 合金結(jié)構(gòu)鋼板 

15crmo 150*1500-4200*6000-18800M 645.982T 合金結(jié)構(gòu)鋼板