大容积钢质无缝气瓶国产化瓶体热处理工艺_设备研究.pdf

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1、大容积钢质无缝气瓶国产化瓶体热处理工艺、设备研究邯郸新兴重型机械有限公司王迁柱摘要?通过对材料?!#管材调质热处理工艺、设备的配置和研究,确定了合理的装备和调质操作工艺关键词?%&!#。管材调质设备配置调质工艺应用一、引言?大容积管瓶运输车中心设备是大容积钢质无缝气瓶,其生产工艺过程严格、技术含量高,过去依赖进口,近年国内企业开始研制生产大容积管瓶运输车(高压气体长管拖车)。大容积钢质无缝气瓶制造业在国内快速发展,质量稳步提升,信誉大幅度提高。并且快速向国产化方向发展其生产设备、工艺控制和检测设备等达到甚至超过国外先进水平。气瓶生产工艺中最主要的环节是瓶口成型和瓶体调质热处理。瓶口成型?是在高

2、温下使瓶口旋压或锻压成所需要的收口形状。热处理?通过淬火和回火使瓶体达到所需优 良的综合机械性能。本文通过对大容积钢质无缝气瓶的材质进行分析,对生产场地和设备进行配置统筹各方面因素提出了较经济的生产设备,并试验研究了气瓶调质热处理工艺通过试生产总结制定了高压气体瓶式压力容器调质处理工艺规程,并通过国家专家组省查 和验收经过生产完全达到设计标准要求。二、国产大容积钢瓶规格系列见表国产大容积钢瓶铆种化学成分见表+国产大容积钢瓶综合力学性能见表%表国产大容积钢瓶规格系列?钢瓶外径,壁厚 +%./0 0 0.1,/1+&/,+%./,1.%./,0.%./,.%+.,.+01,02 2 2表+国产大容

3、积钢瓶钥种化学成分单位?3!#4.!#56!&+.7&%.#8 8&7&1&59&.7&%.!:&2&7&#&.7&+.5簇&.6蕊&+表%国产大容积钢瓶综合力学性能?;#6=蕊2/1;4 血#6=)0.2;!#6=).2&;?瓜3蕊2/&4=9 43)/上(一+&).&蕊+/1三、国产大容积钥瓶技术要求气瓶按照 0+.2一 11 2汽车用压缩天然气钢瓶、气瓶安全监查规定和气瓶安全监查规程的要求进行设计、制造、检验、验收。+气瓶选用优质%&!#无缝钢管制造,无缝钢管应符合 2+2高压容器用无缝钢管)的要求?无缝钢管壁厚必须是正偏差钢管应由钢厂逐根探伤交货,按.00 0或 厅+/&/进行探伤合格

4、级别为!5或5 钢瓶制造厂应按炉罐号对无缝钢管的化学成分进行复验,按&3进行无损探伤复验。%气瓶采用热旋压或热锻压方式成形。气瓶应进行整体淬火和回火热处理,淬火温度蕊1%&!,回火温度).%2!。.气瓶整体热处理后逐只进行硬度检测。/气瓶整体热处理后逐只进行超声波无损探伤,不得有裂纹或裂纹性缺陷,按 汀0%&标准级合格。0气瓶无损探伤合格后,应按照 仰+.气瓶水压试验方法进行水压试验。水压试验压力为%田=,在保压分钟内,压力表指针不回降,容积残余变形率不得大于%3。瓶体泄漏或明显变形即为不合格。2瓶体内外表面应光滑,不得有裂纹、折叠、波浪、重皮、夹渣、沟痕等影响强度的缺陷。四、铆瓶的硬度和抗拉

5、强度与钢瓶的塑性和韧性的相互关系。钢瓶的硬度和抗拉强度是密切相关的,钢瓶的硬度反映的是瓶体的强度状况。为了控制瓶体的强度必须控制瓶体的硬度不超过规定的指标。为此,国产大容积钢瓶采取了如下措施?控制钢瓶的硬度。瓶体热处理后逐只进行硬度检测,硬度值最大不超过+/1。且同一环向截面外表面的硬度值偏差不大于%&。(9?94+&限定的硬度上限与抗拉强度相适应 562&1要求硬度上限不得超过+/1)研究表明,钢中的氢含量在.&一/以上,随着氢含量的增加,钢的脆性增大,断裂应力、断面收缩率和延伸率都降低,所以,适当提高钢材的塑性和韧性,有助于防止氢脆。国产大容积钢瓶要求瓶体材料有较高的塑性和韧性。钢瓶瓶体热

6、处理后要求对试验环或瓶体进行压扁试验。压扁间距+等于/倍样环的平均实测厚度,压扁处无裂纹为合格同时,瓶体热处理后,要求对瓶体料进行夏比型缺口低温冲击试验,三个标准试样冲击功的平均值从).&)。五、避免氢脆和应力集中氢脆容 易发生在高强度材料中,钢的抗拉强度和屈服强度越高,氢脆敏感性越大。因此,国产大容积钢瓶为了降低氢脆敏感度,必须对钢的强度加以限制。控制钢瓶材料的最终抗拉强度和屈强比。瓶体调质热处理后,气瓶的抗拉强度保证值不能超过2/1#6=,屈强比不得超过2/3。(.&+&要求?抗拉强度保证值不能超过1.=,屈强比不能超过1&3 562&1要求?抗拉强度保证值不能超过2/1#6=,屈强

7、比不能超过2/3。)据资料介绍,氢脆出现在天然气钢瓶中,起因是钢瓶长期有水存在。尽管天然气中 5的含量为0%加%,但因钢瓶中残存的水,使水中溶入大量的?。温度低于+.&,干燥的?不对钢材起腐蚀作用,低于+.&下 5只有与水并存时才对钢材有腐蚀作用。5遇水产生电离,生成的氢向钢中扩散,在局部区域集聚达到极限浓度时导致钢的脆性破坏。钢中任何气穴、夹杂物、夹层都是潜在的鼓包的发源地,在这些地区集聚的氢气压力会逐渐升高,以至在鼓包处引起破裂。特别是在有应力的情况下,会加剧氢脆开裂。实践表明,应力集中区域容易产生应力腐蚀、延迟裂纹和氢脆。所以国产大容积钢瓶在制造过程中采取了避免容易产生氢脆的应力集中的多

8、种措施。如?瓶肩形状圆滑过渡、无突变收口后,去除瓶口附近内壁的皱褶和其他缺陷,并保持圆滑过度用内窥镜或其他专用工具检查瓶肩内部是否存在皱摺或裂纹,其表面不允许有裂纹瓶体内外表面光滑平整螺纹光滑、退刀槽平缓,尽量减小应力集中。六、气瓶调质热处理设备配置。、调质热处理炉?设计新建了燃油气瓶专用调质热处理炉。+、淬火池?设计、制造 了气瓶专用调质热处理淬火池。其具有循环,加热,冷却的附属设备,保持淬火液温度在所需温度范围内,能够不分季节,连续生产。%、淬火液?使用好富顿有机淬火液,调配适当的浓度,保持合适的温度范围其特点?质量稳定冷却性能稳定?使用周期长单位成本低。安全方便,无毒不会发生火灾,中毒事

9、故。、厂房,吊车?利用现有厂房,吊车。节约了投资。七、气瓶调质热处理工艺及方法、热处理之前瓶体外表面应光滑,不得有裂纹、折叠、波浪、重皮、夹渣、沟痕等缺陷。+、气瓶在炉内放置,应离开底面%&一/&8 8 8的距离,气瓶之间离开+&一?4的距离。%、入炉温度应控制在&以下。、为防止氧化,升温速度应较快。.、保温应在20&一1%&之间,根据气瓶规格确定。并且温度要均匀,波动要小,防止过热组织形成。/、保温 时间应根据气瓶规格确定,既要保证组织转变均匀,又要防止组织粗大。0、出炉淬火操作速度要快,入池前温度下降要小,并且减少氧化。气瓶在池中淬火冷却,要有足够的冷却速度因此冷却液温度波动要小,要有匹配

10、的循环冷却装置。2、按批制备热处理试验环,与气瓶同炉热处理。热处理后应用冷加工方法切取试样,不准气割试样。性能试验报告合格后,本批气瓶才能转下道工序加工。相关试验试样见附图如下?拉伸试样断口图?冲击试样断口图?自葱艳翻 润璐冤哪功洲卿嫂77洲 帐终举嵌份撼毛 滩滋 盆 毯 绝 旁将裕滋乡 她一一爆破试验断口图?压扁试样图?1、淬火后检测气瓶硬度值和气瓶直线度,并做好记录。&、回火温度在.2&一/1&,并根据淬火硬度适当调整回火保温1&分钟。、回火后检测气瓶硬度值和气瓶直线度,并做好记录。气瓶表面应无裂纹,及伤痕。+、回火后试样金相组织应为回火索氏体。%、为保证气瓶调质热处理工艺 的稳定,提高气

11、瓶实物质量,热处理操作工应经过培训合格,持证上岗,精心操作。八、结语经过几年生产实践证明,所配置的气瓶调质设备配套合适,适应批量生产,易于操作,安全简便气瓶调质工艺及方法能够完全满足设计要求的各项技术指标和使用性能热处理工艺设备顺利通过国家专家组省查和验收为批量生产气瓶、开拓大容积管瓶运输车国内及国际市场奠定了坚实的基础。参考文献美 1!;夸0 2%0%和%无缝钢瓶规范5+美565旧巧讲8 9 4?=4=团?#=州=9?5=:?而苗?=9 58%.&+&?1 11水容积为.&7%以)可重复使用的无缝钢瓶的设计、制造和试验.高强度钢在常温高压氢气中的氢脆 中国锅炉压力容器安全,11 1,(/).氢气气瓶安全性的讨论压力容器,+的%(1)单位?邯郸新兴重型机械有限公司地址?邯郸市复兴区石化街号邮编?仍/&0电话?&%&一.01 0&/0电子邮箱?=幻以+/