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80mm 15CrMR低合金热强钢高压锅炉筒体
80mm 15CrMoR低合金热强钢高压锅炉筒体
设计依据
本次对80mm 15CrMoR低合金热强钢高压锅炉筒体的焊接工艺的设计,主要是依据国际焊接标准体系和国内焊接标准体系。其中主要应用了焊接材料及其检验、焊接的试验和检验、一般要求、健康与安全等标准。
焊接接头的基本要求
力学性能(见表1)
表1 力学性能
σb/MPa
δ5(%)
弯曲角度/(°)(d=3a)
冲击试验
其它
缺口变形
试验温度/℃
Akv/J
≥560
—
100
V
50
≥49
σb(350℃)≥420MPa
σs(350℃)≥365MPa
Cr-Mo低合金钢简介
Cr-Mo钢是目前世界上广泛使用的热强钢和抗氢钢。由于在低碳钢中加入了Cr,Mo等合金元素,大大的提高了钢的综合性能。如:具有良好的高温力学性能,抗高温氧化性能,抗腐蚀性能,良好的韧性,工艺性能和可焊性,故广泛用于制造石油化工,煤转化,核电,汽轮机缸体,火电等使用条件苛刻,腐蚀介质复杂的大型设备。本次设计的15CrMoR低合金热强钢的化学成分、力学性能和冷弯性能、高温持久强度和基本许用应力分别见表2,表3,表4和表5。
表2 15CrMoR低合金热强钢的化学成分
C
Si
Mn
P
S
Cr
Mo
0.12-0.18
0.15-0.40
0.40-0.70
≤0.025
≤0.010
0.80-1.20
0.45-0.60
表3 15CrMoR低合金热强钢的力学性能和冷弯性能
钢板状态
力学性能和冷弯性能
正火加回火
板厚(mm)
抗拉强度
屈服强度
拉伸率
温度
冷弯试验180°b=2a
>60-100
450-590
≥275
≥19
20
d=3a
表4 15CrMoR低合金热强钢的高温持久强度
温度(℃)
480
500
530
550
600
104h
349
180
163
120
49
105h
329
120
119
81
29
表5 15CrMoR低合金热强钢的基本许用应力σ(MPa)
温度(℃)
20
100
200
300
400
500
15CrMoR
149.9
149
148
143.1
129.4
96
焊接材料的选择及工艺措施
焊缝的组织和性能在很大程度上取决于焊接材料,Cr-Mo耐热钢焊接接头应具有与母材相同的抗氧化性和热强性,应选用焊缝性能与母材匹配的焊接材料,并且不低于产品的最低性能指标。15CrMoR钢的焊接材料通常有两种,一种为选用与母材相匹配的耐热钢焊条,另一种采用奥氏体钢焊条。采用奥氏体焊条由于焊缝金属与母材的膨胀系数不同,长期高温工作还可能发生碳的扩散迁移现象,容易导致在熔合区发生破坏。因此,该焊接工艺较多应用于局部补焊或者焊后不易进行热处理的部位,15CrMoR钢焊接较普遍采用耐热钢焊条。另外,为了满足高温抗氢腐蚀要求,焊接材料必须保证Cr和Mo的含量,尽量降低焊缝中C、S、P的含量;为了减小焊缝回火脆性,还要控制焊接材料中的含Si量,并限制微量元素Sn、Sb、As等的含量。但为了防止结晶裂纹倾向,焊缝含碳量往往要比母材低(一般不低于0.07%)。
⒈焊条电弧焊的焊条选取E5515-B2(化学成分见表6,力学性能见表7,烘干时间温度见表8),埋弧焊焊丝和焊剂选用H13CrMoA+HJ250G(化学成分见表9)
依据标准:
GB/T5118-1995 《低合金钢焊条》
GB10045-88 《碳钢药芯焊丝》
GB12470-90 《低合金钢埋弧焊用焊剂》
表6 E5515-B2的化学成分
C
Mn
Si
Cr
Mo
P
S
规范
0.05-0.12
≤0.09
≤0.06
0.80-1.50
0.40-0.65
≤0.035
≤0.035
表7 E5515-B2的力学性能
焊条
参数
σ0.2(MPa)
σb(MPa)
σs(MPa)
△s(%)
Akv(20℃)(J)
规格
≥440
≥540
≥440
≥17
≥27
2.工艺措施
为了防止焊缝产生再热裂纹,应注意:
⑴适当提高预热温度和道间温度;
⑵采用低热输入焊接方法和工艺,以缩小焊接接头过热区的宽度,限制晶粒长大;
⑶选择合理的热处理工艺,尽量缩短在敏感温度区间的停留时间。因此如何选择合适的焊接热输入、焊接方法和工艺、合理的热处理工艺及接头形式是保证焊接接头能否安全运行的关键所在。
表8 E5515-B2使用前烘干时间温度表
牌号
规格
烘干温度(℃)
烘干时间(h)
E5515-B2
Φ4.0×400
350
1
表9 H13CrMoA化学成分
C
Mn
Si
Cr
Mo
P
S
规范
0.11-0.16
0.04-0.70
0.15-0.35
0.80-1.10
0.40-0.60
≤0.030
≤0.030
坡口选择与加工
筒体纵缝坡口采用
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