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低合金鋼焊接結構的零部件通常需要經過加工成形—焊接—焊后熱處理等工序,這就要求鋼材具有良好的工藝性能。工藝性能包括金屬的焊接性,切削性能,冷、熱加工性能,熱處理性能,可鍛性,組織均勻穩定性及大截面的淬透性等。在考慮材料成本的同時還應考慮材料加工、焊接難易程度不同對制造費用的影響。
低合金鋼在工程機械、船舶、橋梁、高層建筑、鍋爐及壓力容器、電力、各種車輛的制造中得到了廣泛的應用。這與它的特性是分不開的。圖集中展示了一些常見的低合金鋼的用途和特性。鋼結構件的屈服點決定了結構所能承受的不發生變形的應力。典型碳素結構鋼的小屈服點為235MPa。而典型低合金度鋼的小屈服點為345MPa。因此,根據其屈服點的比例關系,低合金度鋼的使用允許應力比碳素結構鋼高1.4倍。
在碳素鋼里添加了各種合金元素而組成了合金鋼,合金鋼會由于含碳量的高低不同,會組成低碳合金鋼、中碳合金鋼、高碳合金鋼。隨著合金鋼的含碳量的高低不同,淬火后的硬度也會不同,高碳合金鋼的硬度高可以達到HRC60以上。比如高速鋼的硬度可以達到HRC67。合金鋼管主要用途是用于電廠,核電,高壓鍋爐,高溫過熱器和再熱器等高壓高溫的管道上及設備上,它是采用優質碳素鋼,合金結構鋼和不銹耐熱鋼做材質,經熱軋(擠、擴)或冷軋(拔)而成。
合金管的材質大致有:16-50Mn、27SiMn、40Cr、12-42CrMo 16Mn12Cr1MoV、T91 27SiMn 30CrMo 15CrMo 20G Cr9Mo 10CrMo910 15Mo3 15CrMoV 35CrMoV 45CrMo 、15CrMoG、12CrMoV、45Cr、50Cr、45CrNiMo等。
合金管具有中空截面,大量用作輸送流體的管道,如輸送石油、天然氣、煤氣、水及某些固體物料的管道等。合金鋼管與圓鋼等實心鋼材相比,在抗彎抗扭強度相同時,重量較輕,合金鋼管是一種經濟截面鋼材,廣泛用于制造結構件和機械零件,如石油鉆桿、汽車傳動軸、自行車架以及建筑施工中用的鋼腳手架等。用合金鋼管制造環形零件,可提高材料利用率,簡化制造工序,節約材料和加工工時,如滾動軸承套圈、千斤頂套等,當前已廣泛用鋼管來制造。合金鋼管還是各種常規武器不可缺少的材料,槍管、炮筒等都要鋼管來制造。合金鋼管按橫截面積形狀的不同可分為圓管和異型管。由于在周長相等的條件下,圓面積大,用圓形管可以輸送更多的流體。此外,圓環截面在承受內部或外部徑向壓力時,受力較均勻,因此,絕大多數鋼管是圓管。
目前我國合金管消費量占鋼材總量的比重僅為發達的一半,合金管使用領域擴大為行業發展提供更廣闊的空間。根據中國特鋼協會合金管分會專家組的研究,未來我國高壓合金管長材的需求年均增長可達10-12%。合金管是鋼管按照生產用料(也就是材質)來定義的,顧名思義就是合金做的管子;而無縫管是鋼管按照生產工藝(有縫無縫)來定義的,區別于無縫管的就是有縫管,包括直縫焊管和螺旋管。
鋼是以鐵為基本成分的多元素金屬。純鐵有很好的塑性及韌性,但強度很低。所以,總要根據不同需要加入不同的元素,以改善鋼的性能。主要元素的作用如下:碳(C)碳是鋼中的主要元素,隨著鋼中含碳量的增加,鋼的常溫強度、硬度提高,但塑性、韌性及焊接能降低。所以,鍋爐承壓元件用鋼的含碳量一般為0.1%~0.25%。錳(Mn)錳可以提高鋼的常溫強度、硬度及耐磨性,含量高時,焊接應力增加。錳可使鋼的高溫短時強度提高,但對持久強度和蠕變極限及沒有明顯的影響。鉬(Mo)和鉻(Cr)鉬和鉻都能提高鋼的強度。鉻對提高鋼的高溫組織穩定性能——抵制珠光體球化、石墨化、抗高溫氧化有明顯效果。并能提高抗腐蝕性。但含鉻高的鋼,焊接裂紋敏感性強,溫差應力也大。鉬對提高鋼的持久強高度有明顯作用。鉬有石墨化傾向可加鉻防病止,鉻的脆化可用鉬化可用防止,二者共存可以提高鋼的綜合性能。
為了合金化而有意識地加入一定范圍含量的元素煉制的鋼才是合金鋼。由于加入的合金元素不同,合金鋼的性能也不一樣。幾種主要合金元素對合金鋼性能的影響如下:硅:鋼中常含有0.2~0.3%的硅,但當含量超過0.5%時,硅就成為合金元素,這種鋼稱為硅鋼。硅能顯著地提高鋼的強度極限,在調質結構鋼中,硅能增加鋼的滲透性及淬火后的抗回火性,所以硅鋼常被用作調質結構鋼。但鋼中含硅量的增加,使其可焊性變差。錳:當鋼中錳含量超過1%時,錳就成為合金元素,這種鋼稱為錳鋼。錳鋼具有足夠的韌性和較高的強度和硬度,錳能由含硫而引起的熱脆性,改善鋼的熱加工性能。
為了防止合金鋼管在運輸、儲存過程中的銹蝕,出廠前都要涂以彥層防腐。一般對涂層的防腐時間要求為大于3個月。合金鋼管等老廠在設計時,涂層都采用瀝青,將瀝青在專門的容器中通以蒸汽加熱熔化后,再以壓縮空氣通過噴嘴噴涂在輥道上的管 子上。成都無縫鋼管廠則以溶劑將瀝青溶化后,再采用高壓無氣噴I 涂方法將其涂在管子上。包鋼合金鋼管曾采用煉焦的副產品科馬龍刷涂在管子上。這類涂層的主要缺點都是散發的氣味嗆人、有毒,還容易著 火,同時濺落在設備周圍的殘余瀝青很臟,且不易。另外,咬字涂標要等合金鋼管的涂層自然晾干后才可進行。為此3個老廠先后灰 涂層進行了很多選擇和研究工作,鞍鋼后來采用HA-半透明防腐 涂料,用靜電噴涂在管子上取得了較好的效果。
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