15CrMo合金管、15CrMo合金鋼管

15CrMo合金管力學性能

牌號 拉力強度MPa屈服點MPa 斷后伸長率（%）斷面收縮率（%）

15crmo合金管化學成分

牌號 化學成分

（質量分數）（%）

C Si Mn Cr Mo Ni B V

15CrMo 0.12~0.18 0.17~0.370.40~0.70 0.80~1.10 0.40~0.55 — — —

[(外徑-壁厚)*壁厚]*0.02486=kg/米(每米的重量）無縫鋼管，因其用途不同而分為如下若干品種：GB/T8162-2008（結構用無縫鋼管）。主要用于一般結構和機械結構。其代表材質（牌號）：碳素鋼20、45號鋼；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備上輸送流體管道。代表材質（牌號）為20、Q345等。GB3087-2008（低中壓鍋爐用無縫鋼管）。主要用于工業鍋爐及生活鍋爐輸送低中壓流體的管道。代表材質為10、20號鋼。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。代表材質為20G、12Cr1MoVG、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級耐壓管等。代表材質為360、410、460鋼級等。GB6479-2000（高壓化肥設備用無縫鋼管）。主要用于化肥設備上輸送高溫高壓流體管道。代表材質為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。其代表材質為20、12CrMo、1Cr5Mo、1Cr19Ni11Nb等。GB18248-2000（氣瓶用無縫鋼管）。主要用于制作各種燃氣、液壓氣瓶。其代表材質為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。其代表材質為20、45、27SiMn等。GB3093-1986（柴油機用高壓無縫鋼管）。主要用于柴油機噴射系統高壓油管。其鋼管一般為冷拔管，其代表材質為20A。GB/T3639-1983（冷拔或冷軋精密無縫鋼管）。主要用于機械結構、碳壓設備用的、要求尺寸精度高、表面光潔度好的鋼管。其代表材質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構件和零件，其材質為優質碳素結構鋼和低合金結構鋼。GB/T8713-1988（液壓和氣動筒用精密內徑無縫鋼管）。主要用于制作液壓和氣動缸筒用的具有精密內徑尺寸的冷拔或冷軋無縫鋼管。其代表材質為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。其代表材質為0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni12Mo2Ti等。GB/T14975-1994（結構用不銹鋼無縫鋼管）。主要用于一般結構（賓館、飯店裝飾）和化工企業機械結構用的耐大氣、酸腐蝕并具有一定強度的鋼管。其代表材質為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的管道。代表材質為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動橋橋殼軸管用的優質碳素結構鋼和合金結構鋼熱軋無縫鋼管。其代表材質為45、45Mn2、40Cr、20CrNi3A等。　15CrMo合金管可回收，符合環保、節能、節約資源的國家戰略，國家政策鼓勵擴大15CrMo合金管的應用領域。 目前我國15CrMo合金管消費量占鋼材總量的比重僅為發達國家的一半，15CrMo合金管使用領域擴大為行業發展提供更廣闊的空間。根據中國特鋼協會15CrMo合金管分會的研究，未來我國高壓15CrMo合金管長材的需求年均增長可達10-12%。

新型的15CrMo合金鋼管以低碳（≤0.1%）和低硫（≤0.015%）為主要特征。常用的合金元素按其在15CrMo合金鋼管的強化機制中的作用可分為：固溶強化元素（Mn、Si、Al、Cr、Ni、Mo、Cu等）；細化晶粒元素（Al、Nb、V、Ti、N等）；沉淀硬化元素（Nb、V、Ti等）以及相變強化元素（Mn、Si、Mo等）（見金屬的強化）。
　　C ；在15CrMo合金鋼管中形成珠光體或彌散析出的合金碳化物，使鋼得到強化。在微合金鋼中為形成一定量的碳－氮化物，碳的含量只需要0.01～0.02%；所以降碳是這類鋼發展的必然趨勢，從而可大大改善15CrMo合金鋼管的韌性和焊接性能^[1]。
　　Mn ；高的Mn/C比對提高15CrMo合金鋼管的屈服強度和沖擊韌性有好處。錳能降低γ→α 轉變溫度；有利于針狀鐵素體的形核；在加熱過程中可增大碳-氮化物形成元素在γ-Fe中的溶解度，從而增加了鐵素體中碳化物的彌散析出量。此外，由于高錳導致15CrMo合金鋼管的應力/應變特性的變化，可以抵銷鮑欣格效應的強度損失。
　　Si ；多數低合金高強度鋼不用硅合金化，但在熱軋鐵素體-馬氏體多相鋼中，硅是不可缺少的添加元素。
　　Mo ；含鉬15CrMo合金鋼管（～0.15%Mo）有較高的強度，比傳統的鐵素體－珠光體鋼又有較高的韌性。鉬對鋼在冷卻過程中珠光體轉變有抑制作用。在針狀鐵素體鋼和超低碳貝氏體鋼中的含鉬量一般在0.2～0.4%。
　　Nb、V、Ti ；在低碳的錳鋼或低碳的錳-鉬鋼中添加0.05～0.15% Nb（或V、Ti），有明顯的晶粒細化和沉淀硬化作用。鈦在鋼中形成硫化物，改善沖擊吸收功的各向異性和冷成型性。
　　稀土元素（RE) ；微量（0.001%左右）稀土金屬，不影響15CrMo合金鋼管的強度。其主要作用是脫硫，它又是最有效的硫化物形態控制元素，減小韌性的各向異性，防止鋼的層狀撕裂。
　　其他元素Ni、Cr、Cu等，在微合金鋼中固溶硬化并不十分有效，在非調質鋼中一般控制在較低的含量范圍。
　　低合金高強度鋼按其主要性能和用途，可分為高強度用鋼、低溫用鋼和耐蝕用鋼三類：
　　高強度用鋼 ；這類鋼除高強度外還兼有優良的低溫韌性，其主要特點和用途見表。這類15CrMo合金鋼管的產量在中國占低合金高強度鋼產量的80%以上，其中屈服強度35～40kgf/mm平方級的鋼種占大多數，應用最為廣泛的是16Mn鋼。
　　低溫用鋼 ；它們屬于鐵素體型低溫用鋼。通過提高鋼的純凈度和降低鋼中磷、硫含量得到較低的韌性－脆性轉變溫度。這類鋼主要有09Mn2V（－70℃）、06MnNb(-90℃）、3.5%Ni(-100℃）和06AlNbCuN(-120℃），用于制作低溫設備的零部件。
　　耐蝕用鋼 ；這類鋼對大氣、海水、硫化氫等環境有一定程度的抗蝕能力，如10MnPNbRE鋼耐海洋大氣和海水腐蝕，用于船舶、板樁、井架；12MoAlV鋼適于制造煉油廠高溫硫化氫設備；10MoWVNb鋼在用于400℃氫、氮、氨高壓管方面效果較好。

15CrMo鋼系環光體組織耐熱鋼，在高溫下具有較高的熱強性（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

15crmo合金管焊接性焊接材料

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) 標準：

GB5310--中國國家標準

針對15CrMo鋼的焊接性的工作特點，根據以往的經驗，參照國外提供的焊接工藝，可以采用下面兩種方式焊接：

1、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。

2、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。^[1]

15CrMo合金鋼管組織強化的的三個特點

通常情況下，合金鋼管的微觀組織結構決定的鋼管的結構性能，然而，組織強化決定著微觀組織結構。冷軋合金鋼管在軋制完成后，隨著冷卻環境的改變，組織中各種貝氏體、馬氏體等結構組織也隨之而改變，這也導致的鋼管的結構性能有很大的改變，可以通過這種方法獲得更多的強度不通級別的鋼管，以適應不同的性能需求。 1、組織強化需要母相，即在鋼管的元素中要含有發生組織強化的母相。

2、組織強化是一個過程，包括組織形變及組織擴散，隨著冷卻環境的改變，合金鋼管組織結構可能有兩種變化方式，即有擴散和無擴散，在低溫環境里，無擴散決定著組織形變的過程；在高溫環境中，擴散決定著組織結構的改變。

3、組織強化有兩個重要因素，即組織應變和環境冷卻。例如在加熱環境或者冷卻環境中，合金鋼管的組織會隨著溫度的改變而逐漸改變，能量狀態由低轉變為高。另外，查看鋼管現貨可以知道，在合金鋼管中，少量介質含有極其精細的密度。因此，在調整鋼管的結構性能時，要時刻注意合金鋼管的組織性能。^[1]

用途：

用于高壓鍋爐（工作壓力一般不大于9.8Mpa，工作溫度在450℃-650℃之間）的受熱面管子、集箱、省煤器、過熱器、再熱器等。（P<9.8MPa,450℃<T<650℃）

尺寸公差

方案Ⅰ550/530 母材50。 合格 合格84.8 162 135.6

方案Ⅱ525/520 母材50。 合格 合格79.4 109.2 96.7

15CrMo焊接性　1　焊接材料

針對15CrMo鋼的焊接性的工作特點，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。

2　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。

3　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。

4　焊后熱處理

5　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

6（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。

7　焊接工藝評定試驗結果

8　試驗方案 拉伸試驗 彎曲實驗沖擊任性試驗aky（J/cm2）

9　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)

10　方案Ⅰ550/530 母材50。 合格 合格84.8 162 135.6

11　方案Ⅱ525/520 母材50。 合格 合格79.4 109.2 96.7

化學熱處理是使工件表面滲入一種或幾種化學元素的原子，從而改變15CrMo合金管表面的化學成分、組織和性能。經淬火和低溫回火后，15CrMo合金管表面具有高的硬度、耐磨性和接觸疲勞強度，而15CrMo合金管的芯部又具有高的強韌性^[2]。
　　化學熱處理15CrMo合金管的主要技術參數是硬化層深度和表面硬度。硬化層深度還是要用維氏硬度計來檢測。檢測從15CrMo合金管表面到硬度降到50HRC那一點的距離。這就是有效硬化深度化學熱處理15CrMo合金管的表面硬度檢測與表面淬火熱處理20Cr精密鋼管的硬度檢測相近，都可以用維氏硬度計、表面洛氏硬度計或洛氏硬度計來檢測，只是滲氮厚的厚度較薄，一般不大于0.7mm，這時就不能再采用洛氏硬度計了，可以選用顯微硬度計。

15crmo合金管純化氫的原理是，在300—500℃下，把待純化的氫通入15crmo合金管的一側時，氫被吸附在15crmo合金管壁上，由于鈀的4d電子層缺少兩個電子，它能與氫生成不穩定的化學鍵（鈀與氫的這種反應是可逆的），在鈀的作用下，氫被電離為質子其半徑為1.5×1015m，而鈀的晶格常數為3.88×10－10m（20℃時），故可通過15crmo合金管，在鈀的作用下質子又與電子結合并重新形成氫分子，從15crmo合金管的另一側逸出。^[2]