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大口徑不銹鋼管
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45公斤級的強度鋼是在大口徑鋼管的基礎(chǔ)上加入適量的氮,使之與釩生成氮化釩(VN),從而達到強化基體、細化晶粒的作用,同時也提高了厚鋼板的機械性能。氮的合金化是通過在爐內(nèi)或缸內(nèi)加入氮化錳鐵實現(xiàn)的。
在大口徑厚壁鋼管中,碳,錳、硅限量遵守一般低合金鋼的規(guī)律。釩、鋁、氮是根據(jù)下述理由確定的:所含釩從0.0200和氮從0.008%起,鋼材強度和韌性會隨釩、氮含量的增加而提高,但氮含量大予0.025%會惡化鋼的表面質(zhì)量;釩除保證與氮充分化合外,尚有余量與碳化合,含釩過多也會降低塑性;加鋁會改善鋼的韌性,但過多也會產(chǎn)生大量氮化鋁( AIN),因之,失掉氮化釩的強化作用,從而導致強度的降低。冶標(YB)13-69規(guī)定的15錳釩氮的化學成分及機械性能如表所示。
大口徑厚壁鋼管的相變點見表6-2。
縱軋的15錳釩氮厚鋼板(大于20毫米)綜合機械性能不佳,強度較高,屈服強度大于50公斤/毫米2,但塑性和韌性較低,故必須采用熱處理來提高鋼板的綜合性能。實踐表明,大口徑厚壁鋼管通過正火處理能改善其塑性,韌性。但正火后,強度有所下降。為使其保持一定的屈服強度,正火溫度一定要超過930℃,一般為970- 980℃。在輥底式爐加熱時間按2~2.5分/毫米計算。在必須做重正火處理時,則要提高正火溫度至1000℃以上。常化處理后大口徑厚壁鋼管機械性能見表6-3。根據(jù)鍋爐汽包及容器的制造特點,要求大口徑厚壁鋼管具有一定的中溫性能(見表6-4)。此鋼種基本滿足了制造中壓鍋爐及容器的要求。
大口徑厚壁鋼管中雖然含氮量較多,但仍有較好的抗時效性能。經(jīng)正火處理的鋼板抗時效性能優(yōu)于熱軋鋼板,甚至在低溫下也具有較滿意的時效沖擊值,其時效性能見表6-5。
第二節(jié) 大口徑厚壁鋼管的冷、熱加工工藝性能
一、氣割性能
用氧-乙炔焰切割是制造金屬結(jié)構(gòu)的重要工藝過程。氣割熱循環(huán)對大口徑厚壁鋼管硬化程度影響的試驗結(jié)果列于表6—6。
氣割邊裂紋試驗結(jié)果列于表6-7。
由表可見,15錳釩氮可以用氧一乙炔焰進行切割,在鋼結(jié)構(gòu)制造中不需要刨邊,可以直接進行焊接。二、氧一乙焰加熱性能
火焰加熱對大口徑鋼管機械性能的影響如表6~8所示。加熱系沿著軋制方向,寬30毫米,試樣冷后沿橫向切取性能試樣。由表可見,火焰加熱對大口徑厚壁鋼管性能無不良影響,制造過程中可以采用火焰加工及矯正。
三、其它
某廠在用熱軋狀態(tài)的大口徑厚壁鋼管制造罐車時,對鋼材進行剪切,滾圓、刨邊、熱壓等均無困難,但冷作時,對缺口敏感性較大。施工時應予以注意。
四、可焊性
大口徑厚壁鋼管的強度較高,它的可焊性是大家比較關(guān)心的問題。對鏹材焊后熱影響區(qū)的裂紋傾向及脆化傾向等方面進行了試驗。
1。熱影響區(qū)的裂紋傾向
用大口徑厚壁鋼管制造我國第一臺大型罐車時,用最高硬度法、鐵研式、C.T.S法及十字接頭抗裂試驗等方法進行了試驗,所用焊條為結(jié)607。試驗結(jié)果分別列予表6--9、8-10、6~n及5-12。
以上幾種抗裂試驗,無論是試件的表面或斷面均未發(fā)現(xiàn)裂紋,而且顯微硬度值一般較低。因此,可以認為,大口徑厚壁鋼管焊后熱影響區(qū)硬化不嚴重,裂紋傾向較小。
2.熱影響區(qū)的脆化傾向某些單位對l5錳釩氮鋼的熱影響區(qū)脆化傾向進行了試驗。試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),不論是正火狀態(tài)或熱軋狀態(tài)的鋼板,由于焊接熱的影響,從熔合線到離熔合線0.5毫米區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了脆化現(xiàn)象,此區(qū)的特點,表現(xiàn)為硬度增高,晶粒長大,沖擊值下降,形成了焊接接頭中的韌性薄弱帶。此區(qū)的低濕沖擊比母材低30~63%,其中尤以- 40℃沖擊值下降得更多,但以后又選一步試驗發(fā)現(xiàn),只要母材內(nèi)釩、氨保持一定的比例, (釩、氮比大予或等于12—.i 3時),鋼材經(jīng)正火處理,焊后沒有脆化傾向,沖擊韌性也不下降(但熱軋狀態(tài)鋼板仍有脆化傾向)。因此,大口徑厚壁鋼管中、厚板應以正火狀態(tài)使用。
自動焊時,不同焊接規(guī)范(即不同的焊接單位能)對熱影響區(qū)沖擊韌性的影響見表6-13。
由表6-13可見,大口徑厚壁鋼管對焊接規(guī)范的適應范圍較廠‘。熱影響區(qū)的沖擊值隨焊接單位能的增加而有所下降,即大口徑厚壁鋼管淬硬傾向不大。但需注意避免過熱,不宜采用過大的焊接規(guī)范。
第三節(jié) 大口徑厚壁鋼管的焊接
手工焊可選用結(jié)507焊條,焊縫金屬的化學成分及機械性能如表6-14所示。
自動焊和電渣焊焊絲采用H08MnMoA及HlOMn2MoVA,具體成分見附錄Ⅲ。焊縫金屬機械性能及化學成分列于表6~16。有的單位在焊薄板時用H10Mn2焊絲,焊縫的塑性和韌性稍低。大口徑厚壁鋼管用于制造鋼梁、桁梁、橋梁和動載結(jié)構(gòu)時,要求
母材和焊接接頭有一定的疲勞強度。疲勞試驗時,由于母材原始狀態(tài)、焊接質(zhì)量、加工質(zhì)量等的不同,往往有時數(shù)據(jù)很分散。某些單位對大口徑厚壁鋼管的疲勞強度進行了試驗。試驗分母材、對接自動焊、十字形半自動焊、T型手工焊和高強度螺栓聯(lián)接等五組。疲勞試驗用鋼板為熱軋狀態(tài),其性能與成分如表6-i5 F示。
母材試件系將原15毫米厚的鋼板從兩面共刨去5毫米,而成厚度為10毫米的試件,其疲勞試件尺寸見圖6一1。
對接焊試件,是采用將厚板從一側(cè)刨去5毫米,而后用直徑為4毫米的H08MnSiVTiA焊絲配合焊劑431采用自動焊焊成,其對接自動焊疲勞試件見圖6-2。焊縫表面用砂輪沿焊縫縱向磨平。
十字形半自動焊試件是采用H08A配合焊劑431焊接而成。其十字形半自動焊試件見圖6~3。7{1型手工焊試件(圖6~4)是采用結(jié)427焊條焊成。
圖6-5所示的高強度螺栓連接試件,是將15毫米厚的鋼板從一側(cè)刨去3毫米,制成厚度為12毫米的試件。刨過的板面,光潔度為V3,試件加工后進行磨擦面噴砂,而后進行噴鋅,疲勞試驗結(jié)果列予表6-17。由試驗結(jié)果看出,未經(jīng)正火的大口徑厚壁鋼管,其焊接接頭對應力集中的敏感性較大,用于重要結(jié)構(gòu)時,應盡量避免受力焊縫的出現(xiàn)。經(jīng)試驗,正火后的大口徑厚壁鋼管的疲勞強度低于熱軋鋼板,對應力集中的敏感性有所改善。
第四節(jié) 大口徑厚壁鋼管的產(chǎn)品應用舉例
大口徑厚壁鋼管目前已用于制造新式大型罐車、大直徑蓄力器、大直徑的貯氧球罐、大型沉降塔等產(chǎn)品、現(xiàn)以罐車為例簡介如下:
某廠的廣大工人和技術(shù)人員,遵照偉大領(lǐng)袖毛主席“自力更生”、“艱苦奮斗,的教導,用大口徑厚壁鋼管制造了我國第一臺大型罐車。它比用鍋爐鋼板節(jié)省了34%鋼材,自重系數(shù)減少為0.674,達到了世界先進水平。
罐車焊接采用HlOMn2和HlOMnSi自動焊絲,配合焊劑431,16毫米厚板不開坡口。手工焊采用結(jié)607焊條。自動焊和常溫下手工焊不預熱。當?shù)陀?/span>10℃時,手工焊可適當預熱(預熱溫度不大于50℃)。
試制成的新產(chǎn)品,已在各種氣候條件下使用(最低達- 40℃),安全運行了二萬五千多公里。
文章作者:不銹鋼管|304不銹鋼無縫管|316L不銹鋼厚壁管|不銹鋼小管|大口徑不銹鋼管|小口徑厚壁鋼管-浙江至德鋼業(yè)有限公司
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