15CrMo合金结构钢性能分析

15CrMo合金结构钢

(一)基本信息

“15”是碳含量成分0.15%，“Cr”是成分含有一定化学元素-铬，“Mo”是成分含有一定化学元素-钼，15CrMo常采用热处理在550以下时，具有较高的持久强度。15CrMo介绍：15CrMo是一种钢系珠光体组织耐热钢，在高温下具有较高的热强性（δb≥440MPa）和抗氧化性，并具有一定的抗氢腐蚀能力。由于钢中含有较高含量的Cr、C和其它合金元素，钢材的淬硬倾向较明显，焊接性差。

（二）执行标准:

GB/T 3077-2006 钢板标准GB/T11251-2009、舞阳企业标准、军工标准。

（三）化学成分

五大元素含量对钢板性能影响：

a、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。  

b、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接性能。

c、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。  

d、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045%，优质钢要求更低些。  

e、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。

（四）力学性能

（五）焊接性

焊接材料

针对15CrMo钢的焊接性的工作特点，根据以往的经验，参照国外提供的焊接工艺卡，我们选择了两种方案进行焊接试验。

方案:焊接预热，采用ER80S-B2L焊丝，TIG焊打底，E8018-B2焊条，焊条电弧焊盖面，焊后进行局部热处理。

方案:采用ER80S-B2L焊丝，TIG焊打底，E309Mo-16焊条，焊条填充电弧焊盖面，焊后不进行热处理。焊丝和焊条的化学成分及力学性能见表1。

（六）试验结果

试验方案 拉伸试验 弯曲试验冲击韧性试验aky(J/cm2)

抗拉强度δb/Mpa 断裂部位 弯曲角度 面弯 背弯 焊缝 熔合线 热影响区(HAZ)

方案 550/530 母材 50。 合格 合格 84.8 162 135.6

方案 525/520 母材 50。 合格 合格 79.4 109.2 96.7

（七）表面热处理

热处理是提高与改挛15CrMo合金圆钢性能的极为有效措施，它对于产品的可靠性与经济性均起到十分重要的作用。15CrMo合金圆钢的热处理通常包括普通热处理(退火、正火、淬火、回火)和表面热处理(表面淬火及化学热处理一渗碳、氮化、渗金属等)两大类。

在机械工程中，许多机器零件，例如内燃机的曲轴、齿轮、凸轮轴以及重要减速器中的齿轮等，不仅要求心部有足够的韧性、塑性和抗弯强度，且要求表面一定厚度内有高硬度、高耐磨性和高的疲劳强度。前述的各种整体热处理方式难以同时满足上述各项性能要求，采用表面热处理则是同时达到这些性能要求的最有效方法。

表面热处理就是通过改变15CrMo合金圆钢表层的组织以改变表面性能的一种热处理方式。

表面淬火一一只改变表层组织，而不改变表层化学成分的热处理。它可以用高频、中频或工频电流感应加热方式或用火焰加热方式实现。其共同特点是设法使15CrMo合金圆钢表面迅速加热到淬火温度，而在热量尚未传至零件心部时，随即迅速冷却，使表面硬度高，而心部仍有较高韧性。

化学处理一一使15CrMo合金圆钢的表层化学成分与组织均发生改变的热处理方式。化学热处理按照15CrMo合金圆钢表面渗入元素的不同，可分为渗碳、氮化、碳氮共渗、渗金属等方法。它对提高和改善15CrMo合金圆钢的耐磨性、抗腐蚀性、抗疲劳性等是十分有效的。当前来化学热处理发展迅速，新技术的应用甚多。

（八）应用举例

石油、石化、高压锅炉等，专门用途的无缝管有锅炉用无缝管、地质用无缝钢管及石油用无缝管等多种