北京利民美燃气维修中心

钢管的化学成分设计要考虑合金元素对马氏体不锈钢的焊接性、耐蚀性、热加工性和其他特性的影响。无缝管尤其是焊接性的研究根据用于二氧化碳环境的石油管的KO－13Cr(0.20C－13Cr－0.03N)的化学成分，同时在基体材料中保持同等的耐蚀性。根据表1关于化学成分对热加工性和其他特性的影响的研究结果，这种钢的化学成分最终确定为12Cr－5Ni－2Mo－0.01N，0.015C或更低。无缝管由于马氏体不锈钢在焊接时存在产生焊接裂纹的倾向，在实际应用中要进行预热以防止产生裂纹。焊接裂纹是由溶解到焊接金属和焊接热影响区中的氢以及热影响区马氏体相变诱发的硬化和残余应力引起的。因此，在材料方面防止焊接裂纹的有效手段是降低碳和氮的含量以抑制因马氏体相变诱发的硬化。表1所示为低C＋N马氏体不锈钢的Y形坡口焊抗裂试验结果。抗裂试验用钢含碳或氮0.03％，同时将钢中的碳和氮都将低到0.01％，不进行抗裂试验，在30℃下预热。结果说明如果碳和氮的含量降低到0.01％，不经预热进行焊接是可能的。无缝管现有的炼钢技术可以将碳和氮的含量降低到如此低的水平。降低碳含量还能改善钢的耐二氧化碳腐蚀性。试验表明，不同化学成分的马氏体不锈钢具有不同的耐二氧化碳腐蚀性，腐蚀率与二氧化碳指数的关系由Cr－10C＋2Ni确定。提高铬和镍的含量、降低碳的含量可改善钢的耐二氧化碳腐蚀性。这大概是因为降低碳含量就降低了碳化铬的含量，因而提高了铬的溶解量，进而有效地防止了腐蚀。由于马氏体不锈钢的硫化物应力蚀裂始发于点状腐蚀，改善了耐点蚀性即可改善耐硫化物应力蚀裂性。已知合金元素钼可改善钢的耐点蚀性。试验表明，无缝管将镍的含量从4％提高到5％的试验结果无差别，而将钼的含量从1％提高到2％，硫化物应力蚀裂的发生趋向低pH值、高硫化氢分压，或更加恶劣的环境。这一现象说明，添加1％的钼即可充分地确保在5％NaCl，0.001MPaH2S，pH4.0的环境下的耐硫化物应力蚀裂性，这就是开发这种钢的目标。然而，由于热影响区的耐点蚀性可能低于基体金属，添加2％的钼即可确保稳定的耐点蚀性。无缝管对新开发的钢管的特性进行了测试，试样为无缝管，外径为273mm，壁厚12.7mm，其化学成分列于表2，并进行了淬火和回火处理以得到X80级的产品。用这种产品及用25Cr双相不锈钢做焊接材料，第一道次用气体保护钨极电弧焊（GTAW），第二道次用气体保护金属极电弧焊（GMAW）进行环形焊缝焊接。焊接材料的化学成分示于表2，焊接条件示于表3，未进行预热或焊后热处理。表4为抗拉试验结果，强度设定为X80级，无缝管焊接接头断裂在基体金属中，表明性能较高。焊接接头的断面分布表明，热影响区的最大硬度约为HV330，这满足了设计目标HV350或更低的要求。对焊接接头的夏氏冲击试验结果表明，在－80℃和－40℃时的吸收能约为200J，证明了新开发的钢具有优良的低温韧性。