一種大容積鋼質無縫氣瓶熱處理方法
【技術領域】
[0001]本發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 無縫氣瓶的熱處理方法。 技術背景
[0002] 現代社會能源消費不斷增長，燃燒石化能源造成的二氧化碳、硫化物排放量激增， 生態環境日益惡化，在這種形勢下優化調整能源結構，強化"節能減排"成為必然舉措，天 然氣能源正日益受到重視，發展天然氣工業成為世界各國改善環境和可持續發展的最佳選 擇。天然氣運輸成為天然氣工業發展的重要一環，除適合遠距離運輸和用量大的用戶采用 的管道運輸方式外，對于用量小的用戶由于單個儲存量小，且使用分散，則使用氣瓶輸送氣 體更為經濟。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，對氣 瓶的需求量越來越大。
[0003] 鋼質無縫氣瓶由于制造周期短，無焊縫和耐高壓等優點，市場占有率越來越高，已 成為天然氣輸送裝備中不可或缺的組成部分。目前，就天然氣氣瓶運輸方式而言，其趨勢是 擴大單支氣瓶容積，以提高容重比，降低單位運輸成本。鋼質無縫氣瓶基于鋼鐵的材料特質 在與纏繞瓶等其他氣瓶制造方面相比，在擴大氣瓶容積時以制造工藝更成熟，流程更簡單， 更具競爭優勢，并且安全更加可靠。大容積鋼質無縫氣瓶目前主要用于壓縮天然氣運輸，亦 可用于，如氫氣、氦氣、氮氣、氬氣等多種高壓氣體的存儲和運輸。應用領域可覆蓋天然氣、 特種氣體運輸、加氣站、石油化工等多領域。
[0004] 由于大容積鋼質無縫氣瓶貯存介質多為高壓氣體，其工作壓力往往達到20MPa以 上，因此，在如此高的壓力條件下如何保證其優異的機械性能，使得大容積鋼質無縫氣瓶的 熱處理方法成為必須要解決的關鍵問題。對無縫氣瓶進行整體熱處理，通過淬火加回火的 方式改變無縫氣瓶整體的機械性能，但熱處理溫度過高或過低、熱處理工藝不當，都會改變 材料的組織，進而影響其力學性能，導致無縫氣瓶安全性大打折扣。
[0005] 目前大容積鋼質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行淬火，這種方式往往會存在淬透性差、內 外表面受熱不均導致淬火變形、甚至開裂的隱患。本發明針對上述問題，確定了合理的熱處 理工藝，獨創的大容積鋼質無縫氣瓶雙面淬火技術，使得熱處理后的大容積鋼質無縫氣瓶 具有在高抗拉強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 學特性。

【發明內容】

[0006] 本發明的目的在于優化現有大容積鋼質無縫氣瓶熱處理方法設計，改善大容積鋼 質無縫氣瓶存在的淬透性差、淬火變形和機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] 本發明對鋼制無縫氣瓶熱處理方法是:將大容積鋼質無縫氣瓶隨爐加熱后，以淬 火液進行雙面淬火，然后，再將干燥的大容積鋼質無縫氣瓶進行回火熱，最后出爐空冷。
[0008] 本發明相比傳統大容積鋼質無縫氣瓶熱處理方法其優點有： 1、克服大容積鋼質無縫氣瓶產品單面淬火由于其內部空間大，內部空氣比熱小，熱量 傳遞效果差的問題。雙面淬火能夠將內部熱量迅速交換，保證足夠的冷卻速率，達到良好的 淬火的效果。
[0009] 2、淬火池中各個噴嘴位置的布置和壓力在建立流體模型研究基礎上，證明能夠達 到良好的冷卻效果。
[0010] 本發明解決了傳統鋼質無縫氣瓶熱處理由產生的裂紋、硬度分布不均勻、淬火變 形、淬透性差、耐腐蝕性差等問題。
[0011]進一步地，本發明將無縫氣瓶送入熱處理爐中，隨爐加熱至870時開始保溫，保溫 時間30min后，將無縫氣瓶置于淬火池內，使淬火液快速充滿無縫氣瓶的內部。以實現無縫 氣瓶雙面同時均勻淬火。
[0012] 本發明還在淬火池底設置無縫氣瓶旋轉裝置，讓無縫氣瓶在淬火池中能夠勻速旋 轉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部的淬火液后，再進行回火。以保證無縫氣瓶內外干燥。
[0014] 回火溫度控制在540°C~560°C溫度范圍，保溫時間120min，得到的回火馬氏體組 織晶粒均勻且細小，機械強度值高。
【具體實施方式】
[0015] 以下參照實施例對本發明作進一步詳細描述，但本發明不限于以下實施例的描 述。
[0016]以下試驗分別采用4130Q合金鋼材、直徑為Φ 700的連鑄圓管坯制作的Φ 914 X 22 · 5mm規格6500L大容積鋼質無縫氣瓶，工作壓力為25MPa。
[0017] 41300材料成分以重量百分數計，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] 實施例:按本發明進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、當工件溫度達到870°C時開始保溫，保溫時間30min。
[0020] 3、出爐用耐熱吊具吊裝，運至翻料托架上，固定工件，防止其在垂直方向位移。啟 動翻料托架，將工件浸入充滿淬火液的淬火池中，工件的瓶口對準淬火池端部噴頭位置;同 時底部旋轉托輥裝置運轉，淬火池端部及底部噴頭進行高壓噴水，端部噴頭使淬火液快速 充滿工件內部，同時底部噴頭使淬火池中淬火液快速攪動;底部旋轉托輥帶動工件整體旋 轉，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部的液體。用托架進行裝爐， 送入回火爐回火。進爐回火時瓶內不得有殘留淬火液，保證工件內外干燥。
[0022] 5、回火爐加熱至540~560°C，當工件溫度達到540°C開始保溫，保溫時間120min。
[0023] 6、完成保溫操作后，工件一一鋼質無縫氣瓶出爐空冷。
[0024] 對比例：按傳統大容積鋼質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，保證瓶體內部空間密閉。采用的步驟如下： 1、將大容積鋼質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、當工件溫度達到870°C時開始保溫，保溫時間30min; 3、出爐用耐熱吊具吊裝，運至翻料托架上，固定工件，防止其在垂直方向位移；啟動淬 火裝置翻料托架，將工件浸入充滿淬火液的淬火池中，同時底部旋轉托輥裝置運轉，淬火池 端部及底部噴頭進行高壓噴水，同時底部噴頭使淬火池中淬火液快速攪動;底部旋轉托輥 帶動工件整體旋轉，直至工件冷卻。
[0026] 4、冷卻后的工件翻至料架上，用托架進行裝爐，送入回火爐回火。回火爐加熱至 540~560°C，當工件溫度達到540°C開始保溫，保溫時間120min。
[0027] 5、完成保溫操作后，鋼質無縫氣瓶出爐空冷。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兩種規格 大容積鋼質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 械性能。
[0029] 表 1
根據表1數據分析可知，在相同熱處理溫度、保溫時間條件下，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品抗拉強度和屈服強度要低，延伸率和屈 強比相差不大，低溫沖擊(-20°c)試驗結果沖擊吸收功值低。
[0030] 根據布氏硬度試驗結果分析可知，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象變得突出。根據金相組 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品回火索氏 體晶粒度更加細小而且均勻，能夠保證產品具有良好的機械性能。
[0031] 表2列出了實施例和對比例工藝后所得到大容積鋼質無縫氣瓶瓶體直線段部分 表面硬度值數據。選用KING A3布氏硬度計進行檢測，在無縫氣瓶瓶體直線段部分，選取頭 中尾三個截面，每個截面沿圓周測4點，相鄰兩點相距90°檢測硬度值，布氏硬度值數據如 下： 表2
根據表2鋼質無縫氣瓶瓶體直線段部分三個界面布氏硬度值數據分析得出，本發明熱 處理方法較傳統的熱處理方法得到的表面硬度分布更加均勻。
[0032] 本發明在與傳統大容積鋼質無縫氣瓶工藝保持相同熱處理溫度、保溫時間和淬火 液條件下，創造性地采用的雙面淬火技術對大容積鋼質無縫氣瓶進行熱處理。得到的產品 保證了無縫氣瓶各項性能指標達到標準對壓力容器的要求外，使得鋼質無縫氣瓶產品整體 的機械性能均勻性大大提高，避免了傳統大容積鋼質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，提高了大容積鋼質無縫氣瓶的生產質量，使大容積鋼質無縫 氣瓶使用的安全性大大提高。
【主權項】
1. 一種大容積鋼質無縫氣瓶的熱處理方法，其特征在于：將大容積鋼質無縫氣瓶隨爐 加熱后，以淬火液進行雙面淬火，然后，再將干燥的大容積鋼質無縫氣瓶進行回火熱，最后 出爐空冷。2. 根據權利要求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時開始保溫，保溫時間30min后，將無縫氣瓶置于淬火池內，使淬火液快速充滿無 縫氣瓶的內部。3. 根據權利要求1所述的熱處理方法，其特征在于：在淬火池底設置無縫氣瓶旋轉裝 置。4. 根據權利要求1所述的熱處理方法，其特征在于:淬火后控凈無縫氣瓶內部的淬火液 后，再進行回火。5. 根據權利要求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，保溫時間120min。
【專利摘要】一種大容積鋼質無縫氣瓶的熱處理方法，屬于鋼質無縫氣瓶的生產技術領域，將大容積鋼質無縫氣瓶隨爐加熱后，以淬火液進行雙面淬火，然后，再將干燥的大容積鋼質無縫氣瓶進行回火熱，最后出爐空冷。本發明解決了傳統鋼質無縫氣瓶熱處理由產生的裂紋、硬度分布不均勻、淬火變形、淬透性差、耐腐蝕性差等問題。得到的大容積鋼質無縫氣瓶產品具有良好的機械性能，且在高強度條件下抗腐蝕性能優異。
【IPC分類】C21D6/00, C21D9/00, C21D1/25
【公開號】CN105567916
【申請號】CN201610108691
【發明人】李進, 劉正東, 王如軍, 陳 光, 徐銀庚, 陳偉, 張劍楠, 李強, 肖福仁, 呂正南
【申請人】揚州誠德鋼管有限公司
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2016年2月29日