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2017年SA-213T91合金管與SA-335P91合金管的區(qū)別 SA-213T91化學(xué)成份|SA-213T91力學(xué)性能|SA-213T91價(jià)格 T91合金管, T91合金管是美國(guó)國(guó)立像樹嶺實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)燃燒工程公司冶金材料實(shí)驗(yàn)室合作研制的新型馬氏體耐熱鋼。它是在9Cr1MoV鋼的基礎(chǔ)上降低含碳量,嚴(yán)格限制硫、磷的含量,添加少量的釩、鈮元素進(jìn)行合金化。根據(jù)ASTM213/A213M-85C, SA-213T91合金管的化學(xué)成份見表1。 與 SA-213T91合金管對(duì)應(yīng)的德國(guó)鋼號(hào)為X10CrMoVNNb91,日本鋼號(hào)為HCM95,法國(guó)則為TUZ10CDVNb0901。 SA-213T91合金管中各合金元素分別起到固溶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化和提高鋼的抗氧化性、抗腐蝕性能,具體分析如下。 ①碳是鋼中固溶強(qiáng)化作用明顯的元素,隨含碳量的增加,鋼的短時(shí)強(qiáng)度上升,塑性、韌性下降,對(duì)SA-213T91這類馬氏體鋼而言,含碳量的上升會(huì)加快碳化物球化和聚集速度,加速合金元素的再分配,降低鋼的焊接性、耐蝕性和抗氧化性,故耐熱鋼一般都希望降低含碳量,但含碳太低,鋼的強(qiáng)度將降低。 SA-213T91合金管與12Cr1MoV鋼相比,含碳量降低20%,這是綜合考慮上述因素的影響而決定的。 ②SA-213T91合金管中含微量氮,氮的作用體現(xiàn)在兩個(gè)方面。一方面起固溶強(qiáng)化作用,常溫下氮在鋼中的溶解度很小, SA-213T91合金管焊后熱影響區(qū)在焊接加熱和焊后熱處理過程中,將先后出現(xiàn)VN的固溶和析出過程:焊接加熱時(shí)熱影響區(qū)內(nèi)已形成的奧氏體組織由于VN的溶入,氮含量增加,此后常溫組織中的過飽和程度提高,在隨后的焊后熱處理中有細(xì)小的VN析出,這增加了組織穩(wěn)定性,提高了熱影響區(qū)的持久強(qiáng)度值。另一方面, SA-213T91合金管中還含有少量A1,氮能與其形成A1N,A1N在1 100℃以上才大量溶入基體,在較低溫度下又重新析出,能起到較好的彌散強(qiáng)化效果。 ③加入鉻主要是提高耐熱鋼的抗氧化性、抗腐蝕能力,含鉻量小于5%時(shí),600℃開始劇烈氧化,而含鉻量達(dá)5%時(shí)就具有良好的抗氧化性。12Cr1MoV鋼在580℃以下具有良好的抗氧化性,腐蝕深度為0.05 mm/a,600℃時(shí)性能開始變差,腐蝕深度為0.13 mm/a。SA-213T91含鉻量提高到9%左右,使用溫度能達(dá)到650℃,主要措施就是使基體中溶有更多的鉻。 ④釩與鈮都是強(qiáng)碳化物形成元素,加入后能與碳形成細(xì)小而穩(wěn)定的合金碳化物,有很強(qiáng)的彌散強(qiáng)化效果。 ⑤加入鉬主要是為了提高鋼的熱強(qiáng)性,起到固溶強(qiáng)化的作用。 2.2 熱處理工藝 SA-213T91的終熱處理為正火+高溫回火,正火溫度為1040℃,保溫時(shí)間不少于10 min,回火溫度為730~780℃,保溫時(shí)間不少于1h,終熱處理后的組織為回火馬氏體。 2.3 機(jī)械性能 SA-213T91合金管的常溫抗拉強(qiáng)度≥585 MPa,常溫屈服強(qiáng)度≥415 MPa,硬度≤250 HB,伸長(zhǎng)率(50 mm標(biāo)距的標(biāo)準(zhǔn)圓形試樣)≥20%,許用應(yīng)力值〔σ]650℃=30 MPa。 2.4 焊接性能 按照國(guó)際焊接學(xué)會(huì)的碳當(dāng)量公式算得SA-213T91的碳當(dāng)量為 可見SA-213T91的焊接性較差。 3 SA-213T91焊接時(shí)存在的問題 3.1 熱影響區(qū)淬硬組織的產(chǎn)生 從圖1可以看出,SA-213T91的臨界冷卻速度低,奧氏體穩(wěn)定性很大,冷卻時(shí)不易發(fā)生正常的珠光體轉(zhuǎn)變,從而冷卻到較低溫度時(shí)發(fā)生了馬氏體轉(zhuǎn)變。正由于此,SA-213T91的淬硬和冷裂傾向很大。 由于熱影響區(qū)的各種組織具有不同的密度、膨脹系數(shù)和不同的晶格形式,在加熱和冷卻過程中必然會(huì)伴有不同的體積膨脹和收縮;另一方面,由于焊接加熱具有不均勻和溫度高的特點(diǎn),故而SA-213T91焊接接頭內(nèi)部應(yīng)力很大。 對(duì)于SA-213T91,奧氏體十分穩(wěn)定,要冷卻到較低溫度(約400℃)才能變?yōu)轳R氏體。粗大的馬氏體組織脆而硬,接頭又處在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下。同時(shí),焊縫冷卻過程中氫由焊縫向近縫區(qū)擴(kuò)散,氫的存在促使了馬氏體脆化,其綜合作用的結(jié)果,很容易在淬硬區(qū)產(chǎn)生冷裂紋。 3.2 熱影響區(qū)晶粒長(zhǎng)大 焊接熱循環(huán)對(duì)焊接頭熱影響區(qū)的晶粒長(zhǎng)大有重大的影響,特別是緊鄰加熱溫度達(dá)到的熔合區(qū)。當(dāng)冷卻速度較小時(shí),在焊接熱影響區(qū)會(huì)出現(xiàn)粗大的塊狀鐵素體和碳化物組織,使鋼材的塑性明顯下降;冷卻速度大時(shí),由于產(chǎn)生了粗大的馬氏體組織,也會(huì)使焊接接頭塑性下降。 3.3 軟化層的產(chǎn)生 SA-213T91合金管在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下焊接,熱影響區(qū)產(chǎn)生軟化層不可避免,而且比珠光體耐熱鋼的軟化更為嚴(yán)重。當(dāng)用加熱和冷卻速度均較緩慢的規(guī)范時(shí),軟化程度較大。另外,軟化層的寬度和它離熔合線的距離,不僅與焊接的加熱條件及特點(diǎn)有關(guān),還與預(yù)熱、焊后熱處理等有關(guān)。哈爾濱鍋爐廠曾做過試驗(yàn)得出SA-213T91焊接熱影響區(qū)硬度曲線,見圖2。 3.4 應(yīng)力腐蝕裂紋 SA-213T91合金管在焊后熱處理之前,冷卻溫度一般不低于100℃,如果在室溫下冷卻,而環(huán)境又比較潮濕時(shí),容易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕裂紋。德國(guó)規(guī)定:在焊后熱處理之前必須冷卻至150℃以下。在工件較厚、有角焊縫存在及幾何尺寸不好的情況下,冷卻溫度不低于100℃。如果在室溫下冷卻,嚴(yán)禁潮濕,否則容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋。 4 SA-213T91合金管的焊接工藝 4.1 預(yù)熱溫度的選擇 SA-213T91合金管的Ms點(diǎn)約為400℃,預(yù)熱溫度一般選在200~250℃。預(yù)熱溫度不能太高,否則接頭冷卻速度降低,可能在焊接接頭中引起晶界處碳化物析出和形成鐵素體組織,從而大大降低該鋼材焊接接頭在室溫時(shí)的沖擊韌性。預(yù)熱溫度的下限從哈爾濱鍋爐廠所做過的插銷試驗(yàn)可得到很好的說明。 插銷試棒采用SA-213T91合金管,直徑8 mm,深0.5 mm,底板采用13CrMo鋼,厚20 mm,試驗(yàn)在不預(yù)熱、預(yù)熱150℃、預(yù)熱200℃、預(yù)熱250℃條件下進(jìn)行。焊條采用J707。焊接電流為165~170 A,電弧電壓為21~267 V,試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。 結(jié)論 ① SA-213T91合金管靠合金化原理,尤其是添加了少量鈮、釩等微量元素,高溫強(qiáng)度、抗氧化性較12 Cr1MoV鋼有較大的提高,但其焊接性能較差。 ②插銷試驗(yàn)表明,SA-213T91合金管有較大冷裂傾向,選取預(yù)熱200~250 ℃,層間溫度200~300 ℃,可有效防止冷裂紋產(chǎn)生。 ③SA-213T91焊后熱處理前,必須冷卻至100~150 ℃,保溫1 h;回火溫度730~780 ℃,保溫時(shí)間不少于1 h。 ④以上焊接工藝已應(yīng)用于200 MW、300MW 鍋爐制造生產(chǎn)實(shí)踐中,取得滿意效果,并獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益。 SA-335 P91合金管是用實(shí)心管坯經(jīng)穿孔后軋制的。 1、生產(chǎn)制造方法 按生產(chǎn)方法不同可分為熱軋管、冷軋管、冷拔管、擠壓管等。
據(jù)新華報(bào)業(yè)網(wǎng)報(bào)道,南京理工大學(xué)材料評(píng)價(jià)與設(shè)計(jì)教育部工程研究中心陳光教授團(tuán)隊(duì)在973計(jì)劃等資助下,經(jīng)長(zhǎng)期研究,在新型航空航天材料鈦鋁合金方面取得重大跨越性突破。相關(guān)成果Polysynthetic twinned TiAl single crystals for high-temperature applications(高溫PST鈦鋁單晶)于2016年6月20日在線發(fā)表于Nature Materials(《自然材料》)。 陳光教授在發(fā)布會(huì)上介紹研究成果航空航天技術(shù)是一個(gè)科技、工業(yè)和國(guó)防實(shí)力的重要體現(xiàn)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)被譽(yù)為飛機(jī)的心臟,葉片則是航空發(fā)動(dòng)機(jī)中關(guān)鍵的核心部件,其承溫能力直接決定著發(fā)動(dòng)機(jī)的性能,尤其是推重比 美國(guó)GE公司采用Ti-48Al-2Cr-2Nb(以下簡(jiǎn)稱4822)合金替代原來的鎳基高溫合金制造了GEnx發(fā)動(dòng)機(jī)后兩級(jí)低壓渦輪葉片,使單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)減重約200磅,節(jié)油20%,氮化物(NOx)排放量減少80%,噪音顯著降低,用于波音787飛機(jī),2007年試飛成功,2009年正式投入商業(yè)運(yùn)營(yíng),成為當(dāng)時(shí)航空與材料領(lǐng)域轟動(dòng)性的進(jìn)展。 陳光教授團(tuán)隊(duì)的研究成果在材料性能上實(shí)現(xiàn)了新的大幅度跨越,所制備的PST TiAl單晶室溫拉伸塑性和屈服強(qiáng)度分別高達(dá)6.9%和708MPa,抗拉強(qiáng)度高達(dá)978MPa,實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)高塑的優(yōu)異結(jié)合。更為重要的是,該合金在900℃時(shí)的拉伸屈服強(qiáng)度為637MPa,并具有優(yōu)異的抗蠕變性能,其小蠕變速率和持久壽命均優(yōu)于已經(jīng)成功應(yīng)用于GEnx發(fā)動(dòng)機(jī)的4822合金1~2個(gè)數(shù)量級(jí),有望將目前TiAl合金的使用溫度從650~750℃提高到900℃以上。 通用GEnx發(fā)動(dòng)機(jī) 為縮短我國(guó)與歐美發(fā)達(dá)的差距,已將航空發(fā)動(dòng)機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)列為“重大科技項(xiàng)目”,并于2016年3月正式成立了“中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)有限公司”。 北京航空材料研究院曹春曉院士指出:“通常,鎳基單晶高溫合金的承溫能力每提高25~30℃,即為一代新合金。陳光教授團(tuán)隊(duì)發(fā)明的TiAl單晶合金,一下將承溫能力提高了150~250℃以上,是重大突破,屬引領(lǐng)性成果。這項(xiàng)關(guān)鍵材料技術(shù)誕生于我國(guó),是我們和民族的驕傲與自豪!不僅對(duì)我國(guó)的航空航天事業(yè)的發(fā)展具有重大價(jià)值,有助于中國(guó)飛機(jī)有一顆更強(qiáng)的‘中國(guó)心’,也必將對(duì)維護(hù)世界和平、促進(jìn)社會(huì)發(fā)展起到積極作用。” 科技部先進(jìn)結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料主題專家組組長(zhǎng)、北京航空材料研究院副總工程師張國(guó)慶研究員指出:“高溫合金是‘重點(diǎn)新材料研發(fā)與應(yīng)用’重大工程的關(guān)鍵研發(fā)內(nèi)容之一,輕質(zhì)高強(qiáng)材料是新材料領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。TiAl合金因其優(yōu)異的比強(qiáng)度和高溫性能,已成為有航空航天應(yīng)用前景的新型高溫結(jié)構(gòu)材料及傳統(tǒng)高溫合金的未來替代材料。南京理工大學(xué)陳光教授團(tuán)隊(duì)研究成功的‘PST高溫TiAl合金單晶’大幅度提高了高溫性能,顯著改善了材料塑性,對(duì)于新型輕質(zhì)高溫結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展和應(yīng)用具有非常重要的意義”。 長(zhǎng)期從事高溫結(jié)構(gòu)材料研究的中國(guó)科學(xué)院金屬研究所袁超研究員認(rèn)為:“陳光教授團(tuán)隊(duì)采用納米孿晶強(qiáng)韌化方法制備的單晶TiAl不僅強(qiáng)度高,室溫塑性更是超過6.9%,屬于金屬間化合物研究的重大突破。一方面,這種發(fā)現(xiàn)有可能應(yīng)用于其他金屬間化合物,引領(lǐng)新一輪金屬間化合物研究熱潮,具有重大理論意義。另一方面,高塑性為其真正工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ),具有重大工程意義”。并指出:“該成果是中國(guó)原創(chuàng),。建議加大支持力度,盡快完成該合金性能測(cè)試,真正應(yīng)用于我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片制造”。南京理工大學(xué)材料評(píng)價(jià)與設(shè)計(jì)教育部工程研究中心主任、金屬納米材料與技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室主任,二級(jí)教授,博士生導(dǎo)師。中國(guó)新材料技術(shù)協(xié)會(huì)副會(huì)長(zhǎng)、中國(guó)材料研究學(xué)會(huì)金屬間化合物與非晶合金分會(huì)理事、江蘇省中青年科技領(lǐng)軍人才、江蘇省十大專利發(fā)明人、Intermetallics(金屬間化合物)客座編輯、第六屆(2005年)和第九屆(2016年)金屬間化合物與先進(jìn)材料國(guó)際研討會(huì)主席。 作為主研人主持完成的成果中,榮獲教育部技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、江蘇省科技一等獎(jiǎng)2項(xiàng),并榮獲中國(guó)發(fā)明協(xié)會(huì)發(fā)明創(chuàng)業(yè)獎(jiǎng)·人物獎(jiǎng)、先進(jìn)金屬間化合物與先進(jìn)材料國(guó)際研討會(huì)杰出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)。 >>鈦鋁合金簡(jiǎn)介(據(jù)中國(guó)航空?qǐng)?bào)) TiAl基合金密度低,彈性模量高,綜合性能指標(biāo)優(yōu)于傳統(tǒng)高溫合金,韌性又高于普通的陶瓷材料,在航空航天材料中展現(xiàn)出令人矚目的發(fā)展前景,成為新一代高溫材料的代表之一,被當(dāng)做高推重比先進(jìn)軍用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)及低壓渦輪葉片的材料。歐美和日本等國(guó)已相繼在鈦鋁合金向先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用研究方面取得深入的進(jìn)展,運(yùn)用先進(jìn)的工藝方法,相繼研發(fā)出高壓壓氣機(jī)葉片等零部件,并已交付發(fā)動(dòng)機(jī)裝配測(cè)試。 >>背景 自鎳基合金的研制成功以來,渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)在航空領(lǐng)域的應(yīng)用得到了很大的推進(jìn)。通過改進(jìn)和發(fā)展鎳基超合金和鈦基合金,以及應(yīng)用先進(jìn)的制造工藝,航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能得到了不斷的提高。然而,隨著推重比和渦輪前端溫度不斷提高,渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)和渦輪級(jí)數(shù)逐漸減少,單級(jí)負(fù)荷不斷增大,零件的應(yīng)力水平越來越高,工況越趨惡劣,葉片等關(guān)鍵零件的結(jié)構(gòu)也越趨復(fù)雜,已將傳統(tǒng)的兩種主要高溫結(jié)構(gòu)材料鎳基合金和鈦基高溫合金的使用性能提高到其極限水平,因此必須尋求更先進(jìn)、更可靠的材料和工藝才能滿足未來發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)要求。 γ-TiAl基合金具有優(yōu)良的高溫強(qiáng)度、抗蠕變、抗氧化和阻燃性能,而且密度低,彈性模量高,綜合性能指標(biāo)優(yōu)于不銹鋼和鎳基等傳統(tǒng)的高溫合金,而其韌性又高于普通的陶瓷材料。此外,鈦鋁合金的膨脹系數(shù)可與低膨脹系數(shù)的鎳基合金相比,易燃性也低于鎳基合金。這些優(yōu)點(diǎn)使其成為航空、航天、飛航導(dǎo)彈用發(fā)動(dòng)機(jī)以及汽車的輕質(zhì)耐熱結(jié)構(gòu)件的競(jìng)爭(zhēng)力的材料。 >>TiAl合金應(yīng)用現(xiàn)狀 TiAl基合金目前實(shí)際應(yīng)用的障礙一方面是該類合金的室溫脆性、難變形加工性,另一方面則是850℃以上的抗氧化性不足,制約了TiAl基合金的應(yīng)用和推廣。近期內(nèi)發(fā)展起來的高Nb-TiAl系金屬間化合物在高溫強(qiáng)度及抗氧化性方面已取得了很大進(jìn)展,高熔點(diǎn)組元Nb的加入提高了合金的熔點(diǎn)和有序溫度,從而使合金的使用溫度達(dá)到900℃以上,使得該體系合金顯示出具有代替鎳基合金的潛能。然而,高鈮合金化在大大提高TiAl合金的室溫和高溫強(qiáng)度的同時(shí),也進(jìn)一步降低了其室溫和高溫塑性,尤其是高溫塑性比普通TiAl基合金更低。 20世紀(jì)90年代以來,世界各國(guó)的研究者都把熱塑性加工技術(shù)的研究和開發(fā)作為TiAl基合金的研究重點(diǎn),長(zhǎng)期以來TiAl基合金的熱塑性加工及其相關(guān)領(lǐng)域的研究十分活躍。對(duì)TiAl合金進(jìn)行大變形量熱塑性加工,可以大幅提高TiAl合金的室溫塑性,而經(jīng)過塑性加工后的鍛坯,由于具有細(xì)小而均勻的顯微組織,也能夠進(jìn)一步滿足等溫鍛造成形的需要。進(jìn)過熱塑性加工的TiAl合金,通過一定的熱處理工藝,可以獲得各種不同的綜合性能,從而滿足工程應(yīng)用。 美國(guó)GE公司將鑄造的全套98件低壓渦輪葉片安裝在大型商用運(yùn)輸機(jī)CF6-80C2發(fā)動(dòng)機(jī)上,通過了1000個(gè)飛行周期的考核試車。蒂森(Thyssen)與羅羅公司(Rolls-Royce)成功的鍛造出發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)葉片,所使用的合金成分為Ti47Al3.7(Nb,Cr,Mn,Si)0.5B;日本三菱公司采用包套鍛成形出了Ti-42Al-10V合金葉片,該合金具有較好的高溫塑性,該公司還開發(fā)了Ti42Al5Mn合金,并且采用鍛造后機(jī)械加工的方式制造出渦輪葉片等零件;羅羅使用TNB合金系生產(chǎn)出了高壓壓氣機(jī)葉片,并且將這種葉片交付發(fā)動(dòng)機(jī)裝配進(jìn)行測(cè)試。 >>TiAl合金應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì) 鈦鋁合金在航空航天用材料中展現(xiàn)出令人矚目的發(fā)展前景,成為先進(jìn)軍用飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)及低壓渦輪葉片的材料。GE公司計(jì)劃在GE90發(fā)動(dòng)機(jī)中用鈦鋁合金葉片代替鎳基合金,將減輕發(fā)動(dòng)機(jī)重量200~300千克以上。空中客車和波音公司正致力于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的推比,低壓渦輪減重潛力,在不久的將來渦輪后部轉(zhuǎn)子葉片將采用鈦鋁合金葉片。分析表明,未來發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)對(duì)γ-TiAl低壓渦輪葉片的年需求量高達(dá)一百萬件,將代替目前先進(jìn)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)后一級(jí)較重的鎳基葉片。NASA報(bào)告指出,到2020年鈦鋁基合金及其復(fù)合材料的用量在航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)中將占有20%左右的份額。
上海寶鋼SA-213T91無縫鋼管質(zhì)量證實(shí)書 T91(SA213-T91)無縫鋼管作為大型發(fā)電鍋爐過熱器、再熱器的新型鋼種,日趨成熟,今朝被各國(guó)廣泛采取。該鋼的強(qiáng)化機(jī)理除了固溶和沉淀強(qiáng)化外,還經(jīng)由過程微合金化、控軋、形變熱處理及控冷獲得高密度位錯(cuò)和高度細(xì)化晶粒等辦法進(jìn)行強(qiáng)化。該鋼的供貨狀況為正火+回火,顯微組織是回火馬氏體。 1983年ASTM批準(zhǔn)將改進(jìn)型9Cr-1Mo鋼納標(biāo)于A213標(biāo)準(zhǔn)內(nèi),成為工業(yè)用鋼管材料。1984年ASME又將該鋼載入SA-213標(biāo)準(zhǔn)內(nèi),改進(jìn)型9Cr-1Mo鋼作為熱交換小口徑無縫管列標(biāo)在SA-213中,鋼號(hào)為T91。 SA213-T91在世界范圍內(nèi)的新建電廠和在役電廠的改造計(jì)劃中獲得了廣泛應(yīng)用,很多新建電廠大都選用SA213-T91合金鋼管制造電站鍋爐的過熱器、再熱器。 允許使用溫度:主要應(yīng)用于制造金屬壁溫不超過625℃的亞臨界、超臨界的電站鍋爐的高溫過熱器和再熱器等受壓件,也可用作為壓力容器和核電高溫受壓件用鋼。 ASME/ASTM SA-213T91無縫鋼管
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