一种大容积钢质无缝气瓶热处理方法技术

一种大容积钢质无缝气瓶的热处理方法，属于钢质无缝气瓶的生产技术领域，将大容积钢质无缝气瓶随炉加热后，以淬火液进行双面淬火，然后，再将干燥的大容积钢质无缝气瓶进行回火热，最后出炉空冷。本发明专利技术解决了传统钢质无缝气瓶热处理由产生的裂纹、硬度分布不均匀、淬火变形、淬透性差、耐腐蚀性差等问题。得到的大容积钢质无缝气瓶产品具有良好的机械性能，且在高强度条件下抗腐蚀性能优异。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及压缩天然气压力容器，尤其涉及一种用冷乳无缝管制备的大容积钢质 无缝气瓶的热处理方法。 技术背景 现代社会能源消费不断增长，燃烧石化能源造成的二氧化碳、硫化物排放量激增， 生态环境日益恶化，在这种形势下优化调整能源结构，强化"节能减排"成为必然举措，天 然气能源正日益受到重视，发展天然气工业成为世界各国改善环境和可持续发展的最佳选 择。天然气运输成为天然气工业发展的重要一环，除适合远距离运输和用量大的用户采用 的管道运输方式外，对于用量小的用户由于单个储存量小，且使用分散，则使用气瓶输送气 体更为经济。随着近年来像双燃料汽车和加气站普及，这类用量较小的用户逐渐增加，对气 瓶的需求量越来越大。 钢质无缝气瓶由于制造周期短，无焊缝和耐高压等优点，市场占有率越来越高，已 成为天然气输送装备中不可或缺的组成部分。目前，就天然气气瓶运输方式而言，其趋势是 扩大单支气瓶容积，以提高容重比，降低单位运输成本。钢质无缝气瓶基于钢铁的材料特质 在与缠绕瓶等其他气瓶制造方面相比，在扩大气瓶容积时以制造工艺更成熟，流程更简单， 更具竞争优势，并且安全更加可靠。大容积钢质无缝气瓶目前主要用于压缩天然气运输，亦 可用于，如氢气、氦气、氮气、氩气等多种高压气体的存储和运输。应用领域可覆盖天然气、 特种气体运输、加气站、石油化工等多领域。 由于大容积钢质无缝气瓶贮存介质多为高压气体，其工作压力往往达到20MPa以 上，因此，在如此高的压力条件下如何保证其优异的机械性能，使得大容积钢质无缝气瓶的 热处理方法成为必须要解决的关键问题。对无缝气瓶进行整体热处理，通过淬火加回火的 方式改变无缝气瓶整体的机械性能，但热处理温度过高或过低、热处理工艺不当，都会改变 材料的组织，进而影响其力学性能，导致无缝气瓶安全性大打折扣。 目前大容积钢质无缝气瓶热处理大多采用的都是单面淬火方式，即将无缝气瓶两 端焊接密封，仅使无缝气瓶外壁与淬火液接触进行淬火，这种方式往往会存在淬透性差、内 外表面受热不均导致淬火变形、甚至开裂的隐患。本专利技术针对上述问题，确定了合理的热处 理工艺，独创的大容积钢质无缝气瓶双面淬火技术，使得热处理后的大容积钢质无缝气瓶 具有在高抗拉强度下仍保持较高的延伸率，较好的抗腐蚀能力，硬度分布均匀等良好的力 学特性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于优化现有大容积钢质无缝气瓶热处理方法设计，改善大容积钢 质无缝气瓶存在的淬透性差、淬火变形和机械性能不均匀等问题，而提出一种大容积钢种 无缝气瓶热处理方法。 本专利技术对钢制无缝气瓶热处理方法是:将大容积钢质无缝气瓶随炉加热后，以淬 火液进行双面淬火，然后，再将干燥的大容积钢质无缝气瓶进行回火热，最后出炉空冷。 本专利技术相比传统大容积钢质无缝气瓶热处理方法其优点有： 1、克服大容积钢质无缝气瓶产品单面淬火由于其内部空间大，内部空气比热小，热量 传递效果差的问题。双面淬火能够将内部热量迅速交换，保证足够的冷却速率，达到良好的 淬火的效果。 2、淬火池中各个喷嘴位置的布置和压力在建立流体模型研究基础上，证明能够达 到良好的冷却效果。 本专利技术解决了传统钢质无缝气瓶热处理由产生的裂纹、硬度分布不均匀、淬火变 形、淬透性差、耐腐蚀性差等问题。进一步地，本专利技术将无缝气瓶送入热处理炉中，随炉加热至870时开始保温，保温 时间30min后，将无缝气瓶置于淬火池内，使淬火液快速充满无缝气瓶的内部。以实现无缝 气瓶双面同时均匀淬火。 本专利技术还在淬火池底设置无缝气瓶旋转装置，让无缝气瓶在淬火池中能够匀速旋 转保证无缝气瓶周向冷却速率均匀。 淬火后控净无缝气瓶内部的淬火液后，再进行回火。以保证无缝气瓶内外干燥。 回火温度控制在540°C~560°C温度范围，保温时间120min，得到的回火马氏体组 织晶粒均匀且细小，机械强度值高。【具体实施方式】 以下参照实施例对本专利技术作进一步详细描述，但本专利技术不限于以下实施例的描 述。以下试验分别采用4130Q合金钢材、直径为Φ 700的连铸圆管坯制作的Φ 914 X 22 · 5mm规格6500L大容积钢质无缝气瓶，工作压力为25MPa。 41300材料成分以重量百分数计，各元素含量为：（：：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%，其余为Fe。 实施例:按本专利技术进行双面淬火和回火热处理工艺，采用以下步骤： 1、将大容积钢质无缝气瓶用专用托架送入热处理炉中，随炉加热至870~890°C。 2、当工件温度达到870°C时开始保温，保温时间30min。 3、出炉用耐热吊具吊装，运至翻料托架上，固定工件，防止其在垂直方向位移。启 动翻料托架，将工件浸入充满淬火液的淬火池中，工件的瓶口对准淬火池端部喷头位置;同 时底部旋转托辊装置运转，淬火池端部及底部喷头进行高压喷水，端部喷头使淬火液快速 充满工件内部，同时底部喷头使淬火池中淬火液快速搅动;底部旋转托辊带动工件整体旋 转，直至工件冷却。 4、冷却后的工件翻至料架上，用行车吊装控净工件内部的液体。用托架进行装炉， 送入回火炉回火。进炉回火时瓶内不得有残留淬火液，保证工件内外干燥。 5、回火炉加热至540~560°C，当工件温度达到540°C开始保温，保温时间120min。 6、完成保温操作后，工件一一钢质无缝气瓶出炉空冷。 对比例：按传统大容积钢质无缝气瓶单面淬火和回火热处理方法，气瓶瓶口用金 属板焊接封死，保证瓶体内部空间密闭。采用的步骤如下： 1、将大容积钢质无缝气瓶用专用托架送入热处理炉中，随炉加热至870~890°C。 2、当工件温度达到870°C时开始保温，保温时间30min; 3、出炉用耐热吊具吊装，运至翻料托架上，固定工件，防止其在垂直方向位移；启动淬 火装置翻料托架，将工件浸入充满淬火液的淬火池中，同时底部旋转托辊装置运转，淬火池 端部及底部喷头进行高压喷水，同时底部喷头使淬火池中淬火液快速搅动;底部旋转托辊 带动工件整体旋转，直至工件冷却。 4、冷却后的工件翻至料架上，用托架进行装炉，送入回火炉回火。回火炉加热至 540~560°C，当工件温度达到540°C开始保温，保温时间120min。 5、完成保温操作后，钢质无缝气瓶出炉空冷。冷后送锯床切去瓶口焊接部分。 表1列出了用4130Q冷乳无缝管制成的Φ 914 X 22.5mm和Φ 914 X 35.8mm两种规格 大容积钢质无缝气瓶的双面淬火、回火和单面淬火、回火两种热处理方法及热处理后的机 械性能。 表 1根据表1数据分析可知，在相同热处理温度、保温时间条件下，单面淬火和回火的热处 理工艺相较双面淬火和回火的热处理所得到的产品抗拉强度和屈服强度要低，延伸率和屈 强比相差不大，低温冲击(-20°c)试验结果冲击吸收功值低。 根据布氏硬度试验结果分析可知，单面淬火和回火热处理工艺较双面淬火和回火 热处理工艺而言，所得到的布氏硬度值分布不均匀，在对壁厚薄的气瓶而言不均匀性还不 是特别明显，但随着壁厚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大容积钢质无缝气瓶的热处理方法，其特征在于：将大容积钢质无缝气瓶随炉加热后，以淬火液进行双面淬火，然后，再将干燥的大容积钢质无缝气瓶进行回火热，最后出炉空冷。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李进，刘正东，王如军，陈光，徐银庚，陈伟，张剑楠，李强，肖福仁，吕正南，
申请(专利权)人：扬州诚德钢管有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32