直径914mm大容积钢质无缝气瓶生产工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及压缩天然气压力容器的生产技术领域，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生产方法。
技术背景
[0002]钢质无缝气瓶材料总趋势是从低碳钢向中碳钢、碳锰钢、铬钼钢及合金钢发展，材料的屈服强度提高，这意味着在相同的设计参数下气瓶壁厚下降，质量减轻。20世纪60年代，美国CPI公司采用冲拔收口的方式成功开发出单体容积500L的大容积钢质无缝气瓶;20世纪90年代，德国曼内斯曼、美国CP1、意大利Dalmine和韩国NK公司使用铬钼合金钢以旋压收口的方法制造出容积达2000L以上的大容积钢质无缝气瓶。
[0003]我国气瓶制造业兴起较晚，直到20世纪90年代，我国大容积钢质无缝气瓶还主要依赖进口，21世纪初，我国开始自主制造大容积钢质无缝气瓶。
[0004]目前市场上的大容积钢质无缝气瓶直径多为559mm和715mm，如，邯郸重型机械有限公司和石家庄安瑞科气体机械有限公司以旋压收口的方法制造出最大直径559mm最大公称容积可达2000L的大容积钢质无缝气瓶，才实现大容积钢质无缝气瓶的国产化。大直径、大容积钢质无缝气瓶发展是大势所趋。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提出一种制作直径达到914_大容积钢质无缝气瓶生产工艺。
[0006]本发明从管坯原材料锯切下料开始，先对管坯进行锯切下料，加热后穿孔、热乳，得到荒管;将荒管退火矫直后再经920多辊冷乳机冷乳机冷乳，取得无缝气瓶管，再经退火、矫直、磨削得到无缝气瓶管成品;经旋压收口后得到的无缝气瓶半成品，再经淬火和回火热处理后，对无缝气瓶进行内外表面抛丸，并对瓶口进行螺纹加工，再经检测，取合格品烘干充N2保护，得到直径914mm大容积钢质无缝气瓶。
[0007]本发明相比传统大容积钢质无缝气瓶生产方法其优点有:
1、采用的斜乳穿孔专用装备，通过内置顶头工模具、外部导板斜乳辊形成封闭变形空间，产生巨大剪切力、乳制力，实现特有的内挤外压双面乳制，接触面积大，变形均匀，最大限度地消除了柱状晶、偏析等铸造缺陷，提高等轴晶率、细化晶粒，实现晶界强化、马氏体板条强化、析出强化，获得性能优异的大直径气瓶钢无缝管。
[0008]2、替代传统气瓶管冷拔工艺，采用920多辊冷乳机冷乳后的钢管表面质量和壁厚质量明显提高，尤其对大直径、薄壁厚的无缝钢管产品效果更加明显。冷乳后所得到的成品管表面精度能够达到1.6，外径尺寸精度达到±1%，壁厚精度可以控制在±4%范围，达到机床切削加工精度要求。
[0009]另外，壁厚纠偏能力达75%;生产流程缩短60%，污染减少50%，节能25%，成材率高达95%，工模具寿命长，孔型寿命长达300吨，可改制多次使用；
3、采用的双旋轮旋压收口方式，具有良好的成型质量，成型效率高，能够适应大尺寸的无缝气瓶生产，生产的无缝气瓶表面光洁度好，且性能稳定。能够有效避免出现钢管收口成形尺寸、瓶口增厚、瓶口裂纹、折叠等旋压缺陷，确保直径914mm无缝钢管旋压收口质量。
[0010] 4、采用的双面淬火和回火工艺，可以避免由于本发明的产品的直径较大，相应的气瓶内部空间也较大，会存在内部热量难以快速释放的问题。使得气瓶内外表面温差减小，因而产生的应力较小。而且，双面淬火时气瓶的平均冷却速度快于临界淬火速度，冷却结束后气瓶的温度接近Ms点，马氏体转变更加完全，气瓶淬火后所得到的组织和性能更加优异和均勾。
[0011 ] 本发明所述管坯为4130Q连铸圆管坯，管坯直径为Φ 700mm，管坯每米弯曲度<6mm，总弯曲度不大于总长度的0.6%。
[0012]本发明优先选用41300钢是系统研究了胞^1、附、11、3、？等元素对4130成分偏析、晶粒度、低温韧性、耐腐蚀性等的影响规律，在4130钢的基础上，通过添加微量的Al、N1、T i等元素进行微合金化处理，实现晶粒细化、增强析出强化效果；同时降低S、P含量，提高合金纯净度，改善低温韧性及耐腐蚀性。采用Φ700_直径管坯可以优先保证乳制比和金属均匀性，提高显微组织均匀性。弯曲度严格要求保证乳制钢瓶的环状截面壁厚均匀度和尺寸精度，保证产品安全均匀受压。
[0013]所述穿孔、热乳时管坯温度为1220±20°C，穿孔时采用Φ800穿孔机，热乳时采用Φ960乳机。钢管乳制过程中，采用控温控乳，利用主要变形工具Φ 800穿孔机、Φ 960乳机控制乳制，再进行均整机均整，确保组织均匀性，壁厚均匀性，防止了成分偏析，然后进行定减径。能有效抑制曼内斯曼效应，减少穿乳过程中内表撕裂的可能性，确保内表面质量;控制乳制过程中通过对乳制参数不断优化调整来实现毛管控乳技术中的控乳，实现初次产品接近成品要求的尺寸和组织性能控制。经过Φ960乳机乳后的荒管，再对其进行高精度多辊冷乳机乳制。采用以上控温控乳工艺后，穿孔、乳制后冷尺寸公差为:D: 土 1mm; S: 土 2mm ； L:土10mm0
[0014]所述荒管退火矫直的温度条件为720?740°C，保温时间250min，矫直后弯曲度<2mm/m。结合热乳穿孔、高精度冷乳和双面淬火、回火工艺，有效消除偏析，再次细化晶粒，获得晶粒度达6.5?7级的细小晶粒和碳化物均匀细小弥散的回火索氏体组织。综合利用细晶强化、固溶强化、析出强化、形变强化等多种强化手段，使材料力学性能及耐蚀性能大幅度提尚O
[0015]无缝气瓶管的退火温度条件为720?740°C，保温时间250min，退火后对无缝气瓶管进行压力矫矫直。通过720?740°C，保温时间250min的高温退火，加热到Acl-Ac3之间温度，达到不完全奥氏体化，长时间保温后冷却。该退火工艺目的是使钢中部分组织奥氏体化，调整组织，消除组织缺陷，降低硬度，改善冷加工性;消除残余应力，稳定尺寸，保证旋压气瓶管的弯曲度，为后续旋压工序做好准备。
[0016]旋压收口时采用数字化中频电源加热系统对无缝气瓶管成品端部进行局部加热，采用的双旋轮旋压收口方式，共经13道次旋压成形，终旋温度之8200C。本发明的旋压收口工艺，采用数字化中频电源加热系统对无缝钢管端部进行局部加热，该系统可在40?1kHz的频率下运行，利用晶闸管将三相工频交流电能转为几百或几千赫兹的单相交流电能，采用数字电路控制技术，适用于直径914mm大口径无缝钢管加热。运用金属塑性成形原理，对直径914_大容积钢质无缝气瓶产品经13道次旋压成形。
[0017]
无缝气瓶半成品淬火时采用880 0C的水为淬火液进行双面淬火，保温时间30min ；淬火后，将干燥的无缝气瓶半成品置于540°C温度环境中进行回火热，保温时间120min。该无缝气瓶半成品的热处理工艺，可获得优良的综合机械性能，即在获得高强度的情况下，同时具有足够的韧性，从而保证钢瓶的使用安全。
【具体实施方式】
[0018]以下参照实施例对本发明作进一步详细描述，但本发明不限于以下实施例的描述。
[0019]本发明采用4130Q合金钢材、直径为Φ 700的连铸圆管坯制作的Φ 914X 22.5mm规格6500L大容积钢质无缝气瓶，工作压力为25MPa。
[0020]一、原料要求:
采用4130Q合金钢材、直径为Φ 700的连铸圆管坯，管坯每米弯曲度< 6mm，总弯曲度不大于总长度的0.6%。
[0021]4130Q材料成分以重量百分数计，各元素