一種大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶熱處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及壓縮天然氣壓力容器，尤其涉及一種用冷乳無縫管制備的大容積鋼質(zhì) 無縫氣瓶的熱處理方法。 技術(shù)背景
[0002] 現(xiàn)代社會(huì)能源消費(fèi)不斷增長，燃燒石化能源造成的二氧化碳、硫化物排放量激增， 生態(tài)環(huán)境日益惡化，在這種形勢(shì)下優(yōu)化調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化"節(jié)能減排"成為必然舉措，天 然氣能源正日益受到重視，發(fā)展天然氣工業(yè)成為世界各國改善環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的最佳選 擇。天然氣運(yùn)輸成為天然氣工業(yè)發(fā)展的重要一環(huán)，除適合遠(yuǎn)距離運(yùn)輸和用量大的用戶采用 的管道運(yùn)輸方式外，對(duì)于用量小的用戶由于單個(gè)儲(chǔ)存量小，且使用分散，則使用氣瓶輸送氣 體更為經(jīng)濟(jì)。隨著近年來像雙燃料汽車和加氣站普及，這類用量較小的用戶逐漸增加，對(duì)氣 瓶的需求量越來越大。
[0003] 鋼質(zhì)無縫氣瓶由于制造周期短，無焊縫和耐高壓等優(yōu)點(diǎn)，市場(chǎng)占有率越來越高，已 成為天然氣輸送裝備中不可或缺的組成部分。目前，就天然氣氣瓶運(yùn)輸方式而言，其趨勢(shì)是 擴(kuò)大單支氣瓶容積，以提高容重比，降低單位運(yùn)輸成本。鋼質(zhì)無縫氣瓶基于鋼鐵的材料特質(zhì) 在與纏繞瓶等其他氣瓶制造方面相比，在擴(kuò)大氣瓶容積時(shí)以制造工藝更成熟，流程更簡(jiǎn)單， 更具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，并且安全更加可靠。大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶目前主要用于壓縮天然氣運(yùn)輸，亦 可用于，如氫氣、氦氣、氮?dú)狻鍤獾榷喾N高壓氣體的存儲(chǔ)和運(yùn)輸。應(yīng)用領(lǐng)域可覆蓋天然氣、 特種氣體運(yùn)輸、加氣站、石油化工等多領(lǐng)域。
[0004] 由于大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶貯存介質(zhì)多為高壓氣體，其工作壓力往往達(dá)到20MPa以 上，因此，在如此高的壓力條件下如何保證其優(yōu)異的機(jī)械性能，使得大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶的 熱處理方法成為必須要解決的關(guān)鍵問題。對(duì)無縫氣瓶進(jìn)行整體熱處理，通過淬火加回火的 方式改變無縫氣瓶整體的機(jī)械性能，但熱處理溫度過高或過低、熱處理工藝不當(dāng)，都會(huì)改變 材料的組織，進(jìn)而影響其力學(xué)性能，導(dǎo)致無縫氣瓶安全性大打折扣。
[0005] 目前大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶熱處理大多采用的都是單面淬火方式，即將無縫氣瓶兩 端焊接密封，僅使無縫氣瓶外壁與淬火液接觸進(jìn)行淬火，這種方式往往會(huì)存在淬透性差、內(nèi) 外表面受熱不均導(dǎo)致淬火變形、甚至開裂的隱患。本發(fā)明針對(duì)上述問題，確定了合理的熱處 理工藝，獨(dú)創(chuàng)的大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶雙面淬火技術(shù)，使得熱處理后的大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶 具有在高抗拉強(qiáng)度下仍保持較高的延伸率，較好的抗腐蝕能力，硬度分布均勻等良好的力 學(xué)特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于優(yōu)化現(xiàn)有大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶熱處理方法設(shè)計(jì)，改善大容積鋼 質(zhì)無縫氣瓶存在的淬透性差、淬火變形和機(jī)械性能不均勻等問題，而提出一種大容積鋼種 無縫氣瓶熱處理方法。
[0007] 本發(fā)明對(duì)鋼制無縫氣瓶熱處理方法是:將大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶隨爐加熱后，以淬 火液進(jìn)行雙面淬火，然后，再將干燥的大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶進(jìn)行回火熱，最后出爐空冷。
[0008] 本發(fā)明相比傳統(tǒng)大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶熱處理方法其優(yōu)點(diǎn)有： 1、克服大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶產(chǎn)品單面淬火由于其內(nèi)部空間大，內(nèi)部空氣比熱小，熱量 傳遞效果差的問題。雙面淬火能夠?qū)?nèi)部熱量迅速交換，保證足夠的冷卻速率，達(dá)到良好的 淬火的效果。
[0009] 2、淬火池中各個(gè)噴嘴位置的布置和壓力在建立流體模型研究基礎(chǔ)上，證明能夠達(dá) 到良好的冷卻效果。
[0010] 本發(fā)明解決了傳統(tǒng)鋼質(zhì)無縫氣瓶熱處理由產(chǎn)生的裂紋、硬度分布不均勻、淬火變 形、淬透性差、耐腐蝕性差等問題。
[0011]進(jìn)一步地，本發(fā)明將無縫氣瓶送入熱處理爐中，隨爐加熱至870時(shí)開始保溫，保溫 時(shí)間30min后，將無縫氣瓶置于淬火池內(nèi)，使淬火液快速充滿無縫氣瓶的內(nèi)部。以實(shí)現(xiàn)無縫 氣瓶雙面同時(shí)均勻淬火。
[0012] 本發(fā)明還在淬火池底設(shè)置無縫氣瓶旋轉(zhuǎn)裝置，讓無縫氣瓶在淬火池中能夠勻速旋 轉(zhuǎn)保證無縫氣瓶周向冷卻速率均勻。
[0013] 淬火后控凈無縫氣瓶內(nèi)部的淬火液后，再進(jìn)行回火。以保證無縫氣瓶內(nèi)外干燥。
[0014] 回火溫度控制在540°C~560°C溫度范圍，保溫時(shí)間120min，得到的回火馬氏體組 織晶粒均勻且細(xì)小，機(jī)械強(qiáng)度值高。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 以下參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本發(fā)明不限于以下實(shí)施例的描 述。
[0016]以下試驗(yàn)分別采用4130Q合金鋼材、直徑為Φ 700的連鑄圓管坯制作的Φ 914 X 22 · 5mm規(guī)格6500L大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶，工作壓力為25MPa。
[0017] 41300材料成分以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)，各元素含量為：（：：0.30%~0.35%，3丨：0.15%~ 0.30%，Μη: 0.80%~0.90%，Cr: 0.95%~1·10%，Μ〇: 0.20%~0.25%，P<0.013%，S< 0.003%，P+S<0.015%，Als:0.02%~0.04%，Ti : <0.015%，其余為Fe。
[0018] 實(shí)施例:按本發(fā)明進(jìn)行雙面淬火和回火熱處理工藝，采用以下步驟： 1、將大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶用專用托架送入熱處理爐中，隨爐加熱至870~890°C。
[0019] 2、當(dāng)工件溫度達(dá)到870°C時(shí)開始保溫，保溫時(shí)間30min。
[0020] 3、出爐用耐熱吊具吊裝，運(yùn)至翻料托架上，固定工件，防止其在垂直方向位移。啟 動(dòng)翻料托架，將工件浸入充滿淬火液的淬火池中，工件的瓶口對(duì)準(zhǔn)淬火池端部噴頭位置;同 時(shí)底部旋轉(zhuǎn)托輥裝置運(yùn)轉(zhuǎn)，淬火池端部及底部噴頭進(jìn)行高壓噴水，端部噴頭使淬火液快速 充滿工件內(nèi)部，同時(shí)底部噴頭使淬火池中淬火液快速攪動(dòng);底部旋轉(zhuǎn)托輥帶動(dòng)工件整體旋 轉(zhuǎn)，直至工件冷卻。
[0021 ] 4、冷卻后的工件翻至料架上，用行車吊裝控凈工件內(nèi)部的液體。用托架進(jìn)行裝爐， 送入回火爐回火。進(jìn)爐回火時(shí)瓶內(nèi)不得有殘留淬火液，保證工件內(nèi)外干燥。
[0022] 5、回火爐加熱至540~560°C，當(dāng)工件溫度達(dá)到540°C開始保溫，保溫時(shí)間120min。
[0023] 6、完成保溫操作后，工件一一鋼質(zhì)無縫氣瓶出爐空冷。
[0024] 對(duì)比例：按傳統(tǒng)大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶單面淬火和回火熱處理方法，氣瓶瓶口用金 屬板焊接封死，保證瓶體內(nèi)部空間密閉。采用的步驟如下： 1、將大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶用專用托架送入熱處理爐中，隨爐加熱至870~890°C。
[0025] 2、當(dāng)工件溫度達(dá)到870°C時(shí)開始保溫，保溫時(shí)間30min; 3、出爐用耐熱吊具吊裝，運(yùn)至翻料托架上，固定工件，防止其在垂直方向位移；啟動(dòng)淬 火裝置翻料托架，將工件浸入充滿淬火液的淬火池中，同時(shí)底部旋轉(zhuǎn)托輥裝置運(yùn)轉(zhuǎn)，淬火池 端部及底部噴頭進(jìn)行高壓噴水，同時(shí)底部噴頭使淬火池中淬火液快速攪動(dòng);底部旋轉(zhuǎn)托輥 帶動(dòng)工件整體旋轉(zhuǎn)，直至工件冷卻。
[0026] 4、冷卻后的工件翻至料架上，用托架進(jìn)行裝爐，送入回火爐回火?；鼗馉t加熱至 540~560°C，當(dāng)工件溫度達(dá)到540°C開始保溫，保溫時(shí)間120min。
[0027] 5、完成保溫操作后，鋼質(zhì)無縫氣瓶出爐空冷。冷后送鋸床切去瓶口焊接部分。
[0028] 表1列出了用4130Q冷乳無縫管制成的Φ 914 X 22.5mm和Φ 914 X 35.8mm兩種規(guī)格 大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶的雙面淬火、回火和單面淬火、回火兩種熱處理方法及熱處理后的機(jī) 械性能。
[0029] 表 1
根據(jù)表1數(shù)據(jù)分析可知，在相同熱處理溫度、保溫時(shí)間條件下，單面淬火和回火的熱處 理工藝相較雙面淬火和回火的熱處理所得到的產(chǎn)品抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度要低，延伸率和屈 強(qiáng)比相差不大，低溫沖擊(-20°c)試驗(yàn)結(jié)果沖擊吸收功值低。
[0030] 根據(jù)布氏硬度試驗(yàn)結(jié)果分析可知，單面淬火和回火熱處理工藝較雙面淬火和回火 熱處理工藝而言，所得到的布氏硬度值分布不均勻，在對(duì)壁厚薄的氣瓶而言不均勻性還不 是特別明顯，但隨著壁厚增大，所得到的布氏硬度值分布不均勻現(xiàn)象變得突出。根據(jù)金相組 織分析得出雙面淬火+回火熱處理方法相較單面淬火+回火熱處理所得到的產(chǎn)品回火索氏 體晶粒度更加細(xì)小而且均勻，能夠保證產(chǎn)品具有良好的機(jī)械性能。
[0031] 表2列出了實(shí)施例和對(duì)比例工藝后所得到大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶瓶體直線段部分 表面硬度值數(shù)據(jù)。選用KING A3布氏硬度計(jì)進(jìn)行檢測(cè)，在無縫氣瓶瓶體直線段部分，選取頭 中尾三個(gè)截面，每個(gè)截面沿圓周測(cè)4點(diǎn)，相鄰兩點(diǎn)相距90°檢測(cè)硬度值，布氏硬度值數(shù)據(jù)如 下： 表2
根據(jù)表2鋼質(zhì)無縫氣瓶瓶體直線段部分三個(gè)界面布氏硬度值數(shù)據(jù)分析得出，本發(fā)明熱 處理方法較傳統(tǒng)的熱處理方法得到的表面硬度分布更加均勻。
[0032] 本發(fā)明在與傳統(tǒng)大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶工藝保持相同熱處理溫度、保溫時(shí)間和淬火 液條件下，創(chuàng)造性地采用的雙面淬火技術(shù)對(duì)大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶進(jìn)行熱處理。得到的產(chǎn)品 保證了無縫氣瓶各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)對(duì)壓力容器的要求外，使得鋼質(zhì)無縫氣瓶產(chǎn)品整體 的機(jī)械性能均勻性大大提高，避免了傳統(tǒng)大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶熱處理方法存在的淬透性 差、淬火變形甚至開裂等隱患，提高了大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶的生產(chǎn)質(zhì)量，使大容積鋼質(zhì)無縫 氣瓶使用的安全性大大提高。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶的熱處理方法，其特征在于：將大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶隨爐 加熱后，以淬火液進(jìn)行雙面淬火，然后，再將干燥的大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶進(jìn)行回火熱，最后 出爐空冷。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱處理方法，其特征在于:將無縫氣瓶送入熱處理爐中，隨爐 加熱至870時(shí)開始保溫，保溫時(shí)間30min后，將無縫氣瓶置于淬火池內(nèi)，使淬火液快速充滿無 縫氣瓶的內(nèi)部。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱處理方法，其特征在于：在淬火池底設(shè)置無縫氣瓶旋轉(zhuǎn)裝 置。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱處理方法，其特征在于:淬火后控凈無縫氣瓶內(nèi)部的淬火液 后，再進(jìn)行回火。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的熱處理方法，其特征在于：回火溫度為540°C~560 °C，保溫時(shí)間120min。
【專利摘要】一種大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶的熱處理方法，屬于鋼質(zhì)無縫氣瓶的生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，將大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶隨爐加熱后，以淬火液進(jìn)行雙面淬火，然后，再將干燥的大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶進(jìn)行回火熱，最后出爐空冷。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)鋼質(zhì)無縫氣瓶熱處理由產(chǎn)生的裂紋、硬度分布不均勻、淬火變形、淬透性差、耐腐蝕性差等問題。得到的大容積鋼質(zhì)無縫氣瓶產(chǎn)品具有良好的機(jī)械性能，且在高強(qiáng)度條件下抗腐蝕性能優(yōu)異。
【IPC分類】C21D6/00, C21D9/00, C21D1/25
【公開號(hào)】CN105567916
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610108691
【發(fā)明人】李進(jìn), 劉正東, 王如軍, 陳 光, 徐銀庚, 陳偉, 張劍楠, 李強(qiáng), 肖福仁, 呂正南
【申請(qǐng)人】揚(yáng)州誠德鋼管有限公司
【公開日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2016年2月29日