直徑914mm大容積鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶生產(chǎn)工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及壓縮天然氣壓力容器的生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用冷乳無(wú)縫管制備的大容積鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶的生產(chǎn)方法。
技術(shù)背景
[0002]鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶材料總趨勢(shì)是從低碳鋼向中碳鋼、碳錳鋼、鉻鉬鋼及合金鋼發(fā)展，材料的屈服強(qiáng)度提高，這意味著在相同的設(shè)計(jì)參數(shù)下氣瓶壁厚下降，質(zhì)量減輕。20世紀(jì)60年代，美國(guó)CPI公司采用沖拔收口的方式成功開(kāi)發(fā)出單體容積500L的大容積鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶;20世紀(jì)90年代，德國(guó)曼內(nèi)斯曼、美國(guó)CP1、意大利Dalmine和韓國(guó)NK公司使用鉻鉬合金鋼以旋壓收口的方法制造出容積達(dá)2000L以上的大容積鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶。
[0003]我國(guó)氣瓶制造業(yè)興起較晚，直到20世紀(jì)90年代，我國(guó)大容積鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶還主要依賴進(jìn)口，21世紀(jì)初，我國(guó)開(kāi)始自主制造大容積鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶。
[0004]目前市場(chǎng)上的大容積鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶直徑多為559mm和715mm，如，邯鄲重型機(jī)械有限公司和石家莊安瑞科氣體機(jī)械有限公司以旋壓收口的方法制造出最大直徑559mm最大公稱容積可達(dá)2000L的大容積鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶，才實(shí)現(xiàn)大容積鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶的國(guó)產(chǎn)化。大直徑、大容積鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶發(fā)展是大勢(shì)所趨。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種制作直徑達(dá)到914_大容積鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶生產(chǎn)工藝。
[0006]本發(fā)明從管坯原材料鋸切下料開(kāi)始，先對(duì)管坯進(jìn)行鋸切下料，加熱后穿孔、熱乳，得到荒管;將荒管退火矯直后再經(jīng)920多輥冷乳機(jī)冷乳機(jī)冷乳，取得無(wú)縫氣瓶管，再經(jīng)退火、矯直、磨削得到無(wú)縫氣瓶管成品;經(jīng)旋壓收口后得到的無(wú)縫氣瓶半成品，再經(jīng)淬火和回火熱處理后，對(duì)無(wú)縫氣瓶進(jìn)行內(nèi)外表面拋丸，并對(duì)瓶口進(jìn)行螺紋加工，再經(jīng)檢測(cè)，取合格品烘干充N2保護(hù)，得到直徑914mm大容積鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶。
[0007]本發(fā)明相比傳統(tǒng)大容積鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶生產(chǎn)方法其優(yōu)點(diǎn)有:
1、采用的斜乳穿孔專用裝備，通過(guò)內(nèi)置頂頭工模具、外部導(dǎo)板斜乳輥形成封閉變形空間，產(chǎn)生巨大剪切力、乳制力，實(shí)現(xiàn)特有的內(nèi)擠外壓雙面乳制，接觸面積大，變形均勻，最大限度地消除了柱狀晶、偏析等鑄造缺陷，提高等軸晶率、細(xì)化晶粒，實(shí)現(xiàn)晶界強(qiáng)化、馬氏體板條強(qiáng)化、析出強(qiáng)化，獲得性能優(yōu)異的大直徑氣瓶鋼無(wú)縫管。
[0008]2、替代傳統(tǒng)氣瓶管冷拔工藝，采用920多輥冷乳機(jī)冷乳后的鋼管表面質(zhì)量和壁厚質(zhì)量明顯提高，尤其對(duì)大直徑、薄壁厚的無(wú)縫鋼管產(chǎn)品效果更加明顯。冷乳后所得到的成品管表面精度能夠達(dá)到1.6，外徑尺寸精度達(dá)到±1%，壁厚精度可以控制在±4%范圍，達(dá)到機(jī)床切削加工精度要求。
[0009]另外，壁厚糾偏能力達(dá)75%;生產(chǎn)流程縮短60%，污染減少50%，節(jié)能25%，成材率高達(dá)95%，工模具壽命長(zhǎng)，孔型壽命長(zhǎng)達(dá)300噸，可改制多次使用；
3、采用的雙旋輪旋壓收口方式，具有良好的成型質(zhì)量，成型效率高，能夠適應(yīng)大尺寸的無(wú)縫氣瓶生產(chǎn)，生產(chǎn)的無(wú)縫氣瓶表面光潔度好，且性能穩(wěn)定。能夠有效避免出現(xiàn)鋼管收口成形尺寸、瓶口增厚、瓶口裂紋、折疊等旋壓缺陷，確保直徑914mm無(wú)縫鋼管旋壓收口質(zhì)量。
[0010] 4、采用的雙面淬火和回火工藝，可以避免由于本發(fā)明的產(chǎn)品的直徑較大，相應(yīng)的氣瓶?jī)?nèi)部空間也較大，會(huì)存在內(nèi)部熱量難以快速釋放的問(wèn)題。使得氣瓶?jī)?nèi)外表面溫差減小，因而產(chǎn)生的應(yīng)力較小。而且，雙面淬火時(shí)氣瓶的平均冷卻速度快于臨界淬火速度，冷卻結(jié)束后氣瓶的溫度接近Ms點(diǎn)，馬氏體轉(zhuǎn)變更加完全，氣瓶淬火后所得到的組織和性能更加優(yōu)異和均勾。
[0011 ] 本發(fā)明所述管坯為4130Q連鑄圓管坯，管坯直徑為Φ 700mm，管坯每米彎曲度<6mm，總彎曲度不大于總長(zhǎng)度的0.6%。
[0012]本發(fā)明優(yōu)先選用41300鋼是系統(tǒng)研究了胞^1、附、11、3、？等元素對(duì)4130成分偏析、晶粒度、低溫韌性、耐腐蝕性等的影響規(guī)律，在4130鋼的基礎(chǔ)上，通過(guò)添加微量的Al、N1、T i等元素進(jìn)行微合金化處理，實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化、增強(qiáng)析出強(qiáng)化效果；同時(shí)降低S、P含量，提高合金純凈度，改善低溫韌性及耐腐蝕性。采用Φ700_直徑管坯可以優(yōu)先保證乳制比和金屬均勻性，提高顯微組織均勻性。彎曲度嚴(yán)格要求保證乳制鋼瓶的環(huán)狀截面壁厚均勻度和尺寸精度，保證產(chǎn)品安全均勻受壓。
[0013]所述穿孔、熱乳時(shí)管坯溫度為1220±20°C，穿孔時(shí)采用Φ800穿孔機(jī)，熱乳時(shí)采用Φ960乳機(jī)。鋼管乳制過(guò)程中，采用控溫控乳，利用主要變形工具Φ 800穿孔機(jī)、Φ 960乳機(jī)控制乳制，再進(jìn)行均整機(jī)均整，確保組織均勻性，壁厚均勻性，防止了成分偏析，然后進(jìn)行定減徑。能有效抑制曼內(nèi)斯曼效應(yīng)，減少穿乳過(guò)程中內(nèi)表撕裂的可能性，確保內(nèi)表面質(zhì)量;控制乳制過(guò)程中通過(guò)對(duì)乳制參數(shù)不斷優(yōu)化調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)毛管控乳技術(shù)中的控乳，實(shí)現(xiàn)初次產(chǎn)品接近成品要求的尺寸和組織性能控制。經(jīng)過(guò)Φ960乳機(jī)乳后的荒管，再對(duì)其進(jìn)行高精度多輥冷乳機(jī)乳制。采用以上控溫控乳工藝后，穿孔、乳制后冷尺寸公差為:D: 土 1mm; S: 土 2mm ； L:土10mm0
[0014]所述荒管退火矯直的溫度條件為720?740°C，保溫時(shí)間250min，矯直后彎曲度<2mm/m。結(jié)合熱乳穿孔、高精度冷乳和雙面淬火、回火工藝，有效消除偏析，再次細(xì)化晶粒，獲得晶粒度達(dá)6.5?7級(jí)的細(xì)小晶粒和碳化物均勻細(xì)小彌散的回火索氏體組織。綜合利用細(xì)晶強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化、形變強(qiáng)化等多種強(qiáng)化手段，使材料力學(xué)性能及耐蝕性能大幅度提尚O
[0015]無(wú)縫氣瓶管的退火溫度條件為720?740°C，保溫時(shí)間250min，退火后對(duì)無(wú)縫氣瓶管進(jìn)行壓力矯矯直。通過(guò)720?740°C，保溫時(shí)間250min的高溫退火，加熱到Acl-Ac3之間溫度，達(dá)到不完全奧氏體化，長(zhǎng)時(shí)間保溫后冷卻。該退火工藝目的是使鋼中部分組織奧氏體化，調(diào)整組織，消除組織缺陷，降低硬度，改善冷加工性;消除殘余應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，保證旋壓氣瓶管的彎曲度，為后續(xù)旋壓工序做好準(zhǔn)備。
[0016]旋壓收口時(shí)采用數(shù)字化中頻電源加熱系統(tǒng)對(duì)無(wú)縫氣瓶管成品端部進(jìn)行局部加熱，采用的雙旋輪旋壓收口方式，共經(jīng)13道次旋壓成形，終旋溫度之8200C。本發(fā)明的旋壓收口工藝，采用數(shù)字化中頻電源加熱系統(tǒng)對(duì)無(wú)縫鋼管端部進(jìn)行局部加熱，該系統(tǒng)可在40?1kHz的頻率下運(yùn)行，利用晶閘管將三相工頻交流電能轉(zhuǎn)為幾百或幾千赫茲的單相交流電能，采用數(shù)字電路控制技術(shù)，適用于直徑914mm大口徑無(wú)縫鋼管加熱。運(yùn)用金屬塑性成形原理，對(duì)直徑914_大容積鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶產(chǎn)品經(jīng)13道次旋壓成形。
[0017]
無(wú)縫氣瓶半成品淬火時(shí)采用880 0C的水為淬火液進(jìn)行雙面淬火，保溫時(shí)間30min ；淬火后，將干燥的無(wú)縫氣瓶半成品置于540°C溫度環(huán)境中進(jìn)行回火熱，保溫時(shí)間120min。該無(wú)縫氣瓶半成品的熱處理工藝，可獲得優(yōu)良的綜合機(jī)械性能，即在獲得高強(qiáng)度的情況下，同時(shí)具有足夠的韌性，從而保證鋼瓶的使用安全。
【具體實(shí)施方式】
[0018]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。
[0019]本發(fā)明采用4130Q合金鋼材、直徑為Φ 700的連鑄圓管坯制作的Φ 914X 22.5mm規(guī)格6500L大容積鋼質(zhì)無(wú)縫氣瓶，工作壓力為25MPa。
[0020]一、原料要求:
采用4130Q合金鋼材、直徑為Φ 700的連鑄圓管坯，管坯每米彎曲度< 6mm，總彎曲度不大于總長(zhǎng)度的0.6%。
[0021]4130Q材料成分以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)，各元素