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各种因素对大口径45号钢厚壁无缝钢管性能的影响
作者: 来源: 日期:2018-09-25 09:11:28

各种因素对45号钢厚壁无缝钢管性能的影响

大口径45号钢厚壁无缝钢管碳素结构钢,常规的化学成分分析是指碳、硅、锰、硫、磷(n、S、P)五元素。其中碳是形成钢材强度的主要元素,并直接影响钢材的可焊性,随着含碳量的增加,钢材的硬度和耐磨性、屈服点和抗拉强度都将提高,但塑性和韧性,尤其是负温冲击韧性下降很多,冷弯性能明显下降,可焊性恶化,因此钢结构选用钢材的含碳量不宜太高,一般不应超过0.22%,对于焊接结构的钢材,更须控制含碳量和碳当量硅(Si)通常作为脱氧剂加人普通碳素钢中,用以治炼质量较高的镇静钢.适量的硅对钢材的塑性、冲击韧性、冷弯及可焊性均无显著的不良影响。一般镇静锅的含硅量为0.10%~0.30%,半镇静钢的含硅量为0.05%~0.10%,而沸腾钢的含硅量只有痕迹(不大于0.07%)。

锰(Mn)是一种弱脱氧剂,适当的含锰量可以有效地增加钢材的强度、硬度和耐磨性,同时又能消除硫、氧对钢材的热脆影响,但若含量过高,冷裂放形成倾向将成为主要问题,所以含锰量有上限限制.

我国大口径45号钢厚壁无缝钢管的含锰量范固为0.25%-0.80%,钢材成品的允许偏差是+0.05%和-0.03%硫(S)和磷(P)在碳素结构钢中都属于杂质,是有害元素。硫的存在可能导致钢材的热脆现象,同时硫又是钢中偏析最严重的杂质之一,片状硫化物的夹液存在,常常是钢板产生层状撕裂的原因,因此,质量愈好的钢材对含硫量控制愈严格,一殷情况,含硫量应小于0.05%,要求最严格的可低于0.008%。磷的存在虽可提尚钢材的强度和抗腐蚀性能,但会严重降低钢材的塑性、冲击韧性、冷弯性能和可焊性,特在低温时,使钢材变得很脆(冷脆性)。磷亦是一个易于偏析的元素,比硫的偏析还严重,因此磷的含量也必须严格限制,不应超过0.045%。但值得一提的是,当铜、磷两元素在钢中共有时,其弊端会相互抵消,再适当降低含碳量(C≤0.12%)后,其强度、韧性、可焊性等均有较好实现,铜磷钢是在国内外现在都已得到公认的耐候钢系列之一,其含磷量可高达0.07%~0.15%。低合金结构钢中的合金元素以锰(Mn)、钒(V)、铌(Nb)、钛(T)和铬(Cr)、镍(Ni)等为主。钒、铌、钛等元素全属添加元素,都能明显提高钢材强度,细化晶粒改善可焊性。

镍和铬属于残余元素,是来自废钢中的合金元素,都是不锈钢的主要元素,能提高强度淬硬性、耐性等综合性能,但对可焊性不利。为改善低合金结构钢的性能,尚允许加入少量钼(Mo)和稀土(RE)元素,可改善其综合性能作为常用脱氧剂成分的铝元素,既能脱氧又能脱氮,并有细化晶粒、提高韧性、减小时效倾向性的功能。国家标准中要求,当将铝元素视为细化品粒元素时,则钢的化学成分中酸溶铝含量不小于0.015%或全铝含量不小于0.20%.

热处理

钢的热处理就是将钢在固态范围内施以不同的加热、保温和冷却,藉以改变其性能的种工艺。根据加热和冷却方法的不同,热处理可分为很多种类,与建筑钢结构(包括其所用钢材)有关的大致有以下几种

(1)退火处理:退火种类很多,大体上可分为重结晶退火和低温退火两类。重结晶退火是将钢加热到相变临界点以上30~50℃,保温一段时间,然后缓慢冷却(随炉冷却、坑冷、灰冷)到500℃以下后,在空气中冷却。退火是一种时间漫长的热处理工艺,其目的是细化晶粒、降低硬度、提高塑性、消除组织缺陷和改善力学性能等。低温退火是将钢加热到相变临界点以下(500~650℃),保温一段时间后缓冷到300-200℃以下出炉,钢在这个过程中无组织变化,消除内应力的处理即属低温退火。

(2)正火处理:将钢加热到临界点(AC3)以上30~50℃,保温一段时间,进行完全奥氏体化,然后在空气中冷却。正火与退火的加热条件相同,只是冷却条件不同,正火在空气中冷却速度要快于回火,故正火钢有较高的强度和硬度,甚至有较大的塑性和韧性正火的目的是细化晶粒、消除缺陷、改善性能,故对于碳素结构钢、低合金结构钢均可以正火处理状态交货。

(3)淬火处理:将钢材加热到相变临界点以上(一般为900℃以上),保温一段时间然后在水或油等冷却介质中快速冷却,使奥氏体组织转变为马氏体,得到高硬度、高强度,但需要随后的回火处理,以获得良好的综合力学性能。

(4)回火处理:将淬火钢重新加热到相变临界点以下的预定温度,保温预定时间,然后冷却。这种操作称为回火处理,其日的是减小淬火生成的内应力、促使金相组织获得充分的转变,减小淬火钢的脆性。淬火钢回火后的力学性能,取决于回火温度和时间,可依据需要分别选择低温回火(150~200℃)、中温回火(300-500℃)和高温回火(500650℃)。钢材的淬火加高温回火的综合操作称为调质,调质处理可让钢材获得强度、塑性和韧性都较好的综合性能。对于高强度钢材,如现行国家标准《低合金高强度结构钢》中的Q420、Q460的C、D、E级钢,其交货状态中包括有淬火加回火的状态,《焊接结构用耐候钢》标准中Q460NH也可有淬火加回火状态交货。其他强度级别一般只是热轧、控轧或正火处理状态



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