概述
15CrMoG無縫管可回收，符合環保、節能、節約資源的國家戰略，國家政策鼓勵擴大15CrMoG無縫鋼管的套用領域。 目前我國 15CrMoG無縫管15CrMoG無縫管消費量占鋼材總量的比重僅為已開發國家的一半，15CrMoG無縫鋼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15CrMoG無縫鋼管分會的研究，未來我國高壓15CrMoG無縫鋼管長材的需求年均增長可達10-12%。
無縫管15CrMoG無縫管純化氫的原理是，在300—500℃下，把待純化的氫通入15CrMoG無縫管的一側時，氫被吸附在15CrMoG無縫管壁上，由於鈀的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15CrMoG無縫管，在鈀的作用下質子又與電子結合併重新形成氫分子，從15CrMoG合金鋼管的另一側逸出。在15CrMoG無縫管表面，未被離解的氣體是不能透過的，故可利用15CrMoG無縫管獲得高純氫。
雖然鈀對氫有獨特的透過性能，但純鈀的機械性能差，高溫時易氧化，再結晶溫度低，易使15CrMoG鋼無縫管變形和脆化，故不能用純鈀作透過膜。在鈀中添加適量的IB族和Ⅷ族元素，製成鈀合金，可改善鈀的機械性能11.汽車半軸套管用無縫鋼管（GB3088-82）是製造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鈀合金中，銀約占20—30%，其他成分（如金等）的含量<5%。
15CrMoG無縫管表示方法
① 鋼號開頭的兩位數字表示鋼的碳含量，以平均碳含量的萬分之幾表示，如40Cr。
②鋼中主要合金元素，除個別微合金元素外，一般以百分之幾表示。當平均合金含量<1.5%時，鋼號中一般只標出元素符號，而不標明含量，但在特殊情況下易致混淆者，在元素符號後亦可標以數字"1"，例如鋼號"12CrMoV"和"12Cr1MoV"，前者鉻含量為0.4-0.6%，後者為0.9-1.2%，其餘成分全部相同。當合金元素平均含量≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%……時，在元素符號後面應標明含量，可相應表示為2、3、4……等。例如18Cr2Ni4WA。
③鋼中的釩V、鈦Ti、鋁AL、硼B、稀土RE等合金元素，均屬微合金元素，雖然含量很低，仍應在鋼號中標出。例如20MnVB鋼中。釩為0.07-0.12%，硼為0.001-0.005%。
④高級優質鋼應在鋼號最後加"A"，以區別於一般優質鋼。
⑤專門用途的合金結構鋼，鋼號冠以（或後綴）代表該鋼種用途的符號。例如鉚螺專用的30CrMnSi鋼，鋼號表示為ML30CrMnSi。
合金管與無縫管兩者既有關係又有區別，不能混為一談。
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，區別於無縫管的就是有縫管，包括直縫焊管和螺鏇管。
15CrMoVG無縫管執行標準
GB/T5310-2008 高壓合金用無縫管
合金管的材質：
35CrMo、16-50Mn、27SiMn、40Cr、Cr5Mo 12Cr1MoV 12Cr1MovG 15CrMo 15CrMoG 15CrMoV 13CrMo44 T91 27SiMn 25CrMo 30CrMo 35CrMoV 40CrMo 45CrMo 20G Cr9Mo 10CrMo910 15Mo3 A335P11. P22.P91. T91、鋼研102、ST45.8-111、A106B。
15CrMoG鋼系珠光體組織耐熱鋼，在高溫下具有較高的熱強性（δb≥440MPa）和抗氧化性，並具有一定的抗氫腐蝕能力。由於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，焊接性差。 15CrMoG焊接性 焊接材料 針對15CrMoG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。 方案Ⅰ：焊接預熱，採用ER80S-B2L焊絲，T1G焊打底，E8018-B2焊條，焊條電弧焊蓋面，焊後進行局部熱處理。 方案Ⅱ：採用ER80S-B2L焊絲，T1G焊打底，E309Mo-16焊條，焊條填充電弧焊蓋面，焊後不進行熱處理。焊絲和焊條的化學成分及力學性能見表1。 焊後熱處理 採用方案Ⅰ焊接的試件，焊後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℃後空冷。具體採用JL-4型履帶式電加熱器（1146×310）包繞焊縫，用矽酸鋁棉層保溫，保溫層厚度50mm，溫度控制採用DJK-A型電加熱器自動控溫儀。 焊接工藝評定試驗結果 試驗方案 拉伸試驗 彎曲試驗 衝擊韌性試驗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) 方案Ⅰ 550/530 母材 50。 合格 合格 84.8 162 135.6 方案Ⅱ 525/520 母材 50。 合格 合格 79.4 109.2 96.7 15CrMo焊接工藝 2.1 焊接材料 針對15CrMo鋼的焊接性及現場高壓管道的工作特點，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。 方案Ⅰ：焊接預熱，採用ER80S-B2L焊絲，T1G焊打底，E8018-B2焊條，焊條電弧焊蓋面，焊後進行局部熱處理。 方案Ⅱ：採用ER80S-B2L焊絲，T1G焊打底，E309Mo-16焊條，焊條填充電弧焊蓋面，焊後不進行熱處理。焊絲和焊條的化學成分及力學性能見表1。 表1 焊接材料的化學成分和力學性能 型號 C Mn Si Cr Ni Mo S P δb/Mpa δ,% ER80S-B2L≤0.05 0.70.41.2 <0.20.5 ≤0.025 ≤0.025 ≤500 25 E8018-B2 0.070.7 0.3 1.1 0.5 ≤0.04 ≤0.03 550 19 E309Mo-16≤0.12 0.5～2.5 0.9 22.0～25.0 12.0～14.0 2.0～3.0≤0.025≤0.035 550 25 2.2 焊前準備 試件採用15CrMoG無縫鋼管,規格為φ325×25，坡口型式及尺寸見圖1。 焊前用角向磨光機將坡口內外及坡口邊緣50mm範圍內打磨至露出金屬光澤，然後用丙酮清洗乾淨。 試件為水平固定位置，對口間隙為4mm，採用手工鎢極氬弧焊沿園周均勻點焊六處，每處點固長度應不小於20mm。焊條按表2的規範進行烘烤。 表2 焊條烘烤規範 焊條型號 烘烤溫度 保溫時間 E8018-B2 300 ℃ 2h E309Mo-16 150 ℃ 1.5h 2.3 焊接工藝參數 按方案Ⅰ焊前需進行預熱，根據Tto-Bessyo等人提出的計算預熱溫度公式： To=350√[C]-0.25（℃） 式中，To——預熱溫度，℃。 [C]=[C]x [C]p [C]p=0.005S[C]x [C]x=C （Mn Cr）/9 Ni/18 7Mo/90 式中， [C]x——成分碳當量； [C]p——尺寸碳當量； S——試件厚度（本文中S=25mm）; [C]x=C （Mn Cr）/9 7/90Mo=0.361 [C]p=0.045 則To=138℃ 因此預熱溫度選為150℃。採用氧-乙炔焰對試件進行加溫，先用測溫筆粗略判斷試件表面的的溫度（以筆跡顏色變化快慢進行估計），最後用半導體點溫計測定，測量點至少應選擇三點，以保證試件整體均達到所要求的預熱溫度。 焊接時，第一層採用手工鎢極氬弧焊打底，為避免仰焊處焊縫背面產生凹陷，送絲時採用內填絲法，即焊絲通過對口間隙從管內送入。其餘各層採用焊條電弧焊，共焊6層，每個焊層一條焊道。方案Ⅰ和方案Ⅱ的焊接工藝參數見表3、4。按方案Ⅰ焊 表3 方案Ⅰ的焊接工藝參數 焊道名稱 焊接方法 焊接材料 焊材規格/mm 焊接電流/A 電弧電壓/V 預熱及層間溫度 熱處理規範 打底層 鎢板氬弧焊 ER80S-B2L φ2.4 110 12 填充層 焊條電弧焊 E8018-B2 φ3.2 5 85～90 23～25150℃ 715。×75min 蓋面層 焊條電弧焊 E8018-B2 φ3.2 5 85～90 23～25 表4 方案Ⅱ的焊接工藝參數 焊道名稱 焊接方法 焊接材料 焊材規格/mm 焊接電流/A 電弧電壓/V 預熱及層間溫度 熱處理規範 打底層 鎢板氬弧焊 ER80S-B2L φ2.4 110 12 填充層 焊條電弧焊 E309Mo-16 φ3.2 90～95 22～24 / / 蓋面層 焊條電弧焊 E309Mo-16 φ3.2 90～95 22～24 接時，層間溫度應不低於150℃，為防止中斷焊接而引起試件的降溫，施焊時應由二名焊工交替操作，焊後應立即採取保溫緩冷措施。 2.4 焊後熱處理 採用方案Ⅰ焊接的試件，焊後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℃後空冷。具體採用JL-4型履帶式電加熱器（1146×310）包繞焊縫，用矽酸鋁棉層保溫，保溫層厚度50mm，溫度控制採用DJK-A型電加熱器自動控溫儀。 3 焊接工藝評定試驗 試件焊後按JB4730-94《壓力容器無損檢測》標準進行100%的超音波探傷檢驗，焊縫Ⅰ級合格。按JB4708《鋼製壓力容器焊接工藝評定》標準進行焊接工藝評定試驗。評定結果見表5。 表5 焊接工藝評定試驗結果 試驗方案 拉伸試驗 彎曲試驗 衝擊韌性試驗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) 方案Ⅰ 550/530 母材 50。 合格 合格 84.8 162 135.6 方案Ⅱ 525/520 母材 50。 合格 合格 79.4 109.2 96.7 從拉伸試驗結果可知，兩種方案的拉伸試樣全部斷在母材，說明焊縫的抗拉強度高於母材；彎曲試驗全部合格，說明焊縫的塑性較好。根據表5中的衝擊韌性試驗結果可知，方案Ⅰ的衝擊韌性明顯高於方案Ⅱ，證明方案Ⅰ的焊後熱處理規範比較理想，高溫回火不僅達到了改善接頭組織和性能目的，而且使韌性與強度配合適當。從室溫機械性能結果可知，所推薦的兩種焊接工藝方案均可用於現場施工。方案Ⅰ採用了與母材成分接近的焊條，焊縫性能同母材匹配，焊縫應具有較高的熱強性，焊縫在高溫下長期使用不易破壞。難點是焊後熱處理規範較為嚴格，回火溫度和保溫時間及加熱和冷卻速度控制不當反而會引起焊縫性能下降。方案Ⅱ採用了奧氏體不鏽鋼焊條施焊，雖然可以省去焊後熱處理，但由於焊縫與母材膨脹係數不同，長期高溫工作時可發生碳的擴散遷移現象，容易導致焊縫在熔合區發生破壞。因此，從使用可靠性考慮，現場採用方案Ⅰ施焊更為穩妥。 4 結論 15CrMo鋼厚壁高壓管的焊接採用兩種焊接方案均為可行。為了保證焊縫性能同母材匹配且具有較高的熱強性，採用方案Ⅰ效果更佳，關鍵是要嚴格控制焊後熱處理工藝。 方案Ⅱ雖可省去焊後熱處理，但焊縫在高溫下發生碳的遷移擴散而導致焊縫破壞的可能性不容忽視，因此，只有在焊後無法進行熱處理時才慎重採用。
15CrMoG無縫管尺寸及允許偏差
| 偏差等級 | 標準化外徑允許偏差 |
| D1 | ±1.5%，最小±0.75 mm |
| D2 | ±1.0%。最小±0.50 mm |
| D3 | ±0.75%．最小±0.30 mm |
| D4 | ±0.50%。最小±0.10 mm |
