CN105328406B - 用双相不锈钢无缝钢管制备高压气钢瓶的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种使用双相不锈钢无缝钢管制备高压气钢瓶的方法，首先将直径及厚度一定的双相不锈钢无缝钢管切割为所需的长度，对切割的毛坯进行机械抛光；再用加热炉对毛坯的两端口分别进行加热并进行旋压收底及旋压收口，旋压完成冷却至室温进行瓶口钻孔；然后在固溶炉中进行加热、保温处理，加热保温后进行快速水冷却；最后对瓶内冲洗。本发明首次将双相不锈钢无缝钢管用于高压气钢瓶的制造，明显减小了钢瓶本身的厚度，减少了材料的使用、降低了生产及运输成本，提高了气瓶的强度、耐腐蚀性和内壁洁净度；制备过程中对成型钢瓶进行固溶热处理、快速水冷却，能够保证气瓶的各项机械性能及金相组织的含量比例不发生变化。

Description

用双相不锈钢无缝钢管制备高压气钢瓶的方法
技术领域
本发明属于双相不锈钢材料的应用技术领域，具体涉及一种双相不锈钢无缝钢管在制备高压气钢瓶中的应用及制备方法。
背景技术
双相不锈钢材料是指其金相组织铁素体与奥氏体各约占50%，一般较少相的含量最少也需要达到30%的不锈钢，该类钢兼有奥氏体和铁素体不锈钢的特点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475摄氏度脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。基于以上优良特点，双相不锈钢在航空材料、船舶材料等方面具有广泛的应用，但是目前未见在高压钢瓶中的应用。
高压气体钢瓶作为我国应用最多的特种设备，广泛的应用在消防、医疗、化工科研、食品、城建、机械等方面具有广泛的应用。早期，高压气钢瓶大部分用碳钢材料制备，碳钢制备的高压气钢瓶虽然强度高达700MPa，但是其耐腐蚀性能很差。目前制备气体钢瓶的材料常用的有奥氏体不锈钢、锰钢、铬钼钢，目前很多钢瓶制备中用奥氏体不锈钢材料作为钢瓶的制备材料，奥氏体不锈钢强度比较低，为了保证钢瓶在高压工作情况的安全性及使用寿命，其厚度要增加1.5~2倍，因此，奥氏体不锈钢材料的应用虽然改善了钢瓶的耐腐蚀性和内壁的洁净度，但是明显增加了钢瓶的厚度，增加了材料的用量，增加了生产成本，而且由于厚度的增加，钢瓶质量也大大增加提高了运输成本，降低了工作效率。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种双相不锈钢无缝钢管在制备高压气钢瓶中的应用，采用双相不锈钢材料作为高压气钢瓶的材料不仅减轻了钢瓶本身的质量，而且降低了生产成本，提高了社会效益。
本发明还提供了一种用双相不锈钢无缝钢管制备高压气钢瓶的方法，该方法在收口、收底之前对钢管进行机械抛光处理，操作简单，消除了钢瓶内壁的缺陷和锈蚀，保证钢瓶内盛装的高纯度气体不被污染；最后对初步成型的钢瓶进行固溶热处理，以使在热旋压过程中金相组织发生改变的双相不锈钢材料的金相组织得以恢复。
本发明是由以下技术方案实现的
双相不锈钢无缝钢管在高压气钢瓶制备中的应用。
上述的双相不锈钢无缝钢管制备高压气钢瓶的方法，包括以下步骤：
（1）取双相不锈钢无缝钢管，按要求，切割为下料毛坯；
（2）将步骤（1）切割之后的钢管进行机械抛光；
（3）对抛光后的双相不锈钢无缝钢管毛坯进行加热旋压收底、铣瓶底，加热收口、瓶口钻孔，得到钢瓶瓶体；
（4）对步骤（3）钻孔后的钢瓶瓶体进行固溶热处理；
（5）步骤（4）处理之后的钢瓶进行瓶肩内面加工，螺纹加工，瓶内冲洗，得到高压气钢瓶。
所述的双相不锈钢无缝钢管制备高压气钢瓶的方法，步骤（1）所述的双相不锈钢无缝钢管的直径为159~350 mm，厚度为3~8mm；切割得到毛坯的长度为800~1800mm。
所述的双相不锈钢无缝钢管制备高压气钢瓶的方法，步骤（3）所述的加热收底、铣瓶底，加热收口、瓶口钻孔具体操作步骤为：
a．将已经切割的双相不锈钢无缝钢管毛坯的一端置于加热炉中，加热长度为从端口开始长度在230~300mm处，加热温度为1150~1350℃，加热时间为5~10min；
b．将加热后的毛坯立即进行旋压收底，旋压主轴转速为600~800r/s，一次完成收底，收底时间为80~120s；收底时的起始温度为1100~1200℃，旋压过程中用燃气喷嘴进行补热，旋压后空冷成型，最后铣瓶底、修切；
c．重复步骤a、b对毛坯的另一端进行热旋压，加热收口；
d．步骤c所述的加热收口完成之后待瓶体冷却至室温，在瓶口上钻孔。
所述的双相不锈钢无缝钢管制备高压气钢瓶的方法，步骤b所述的旋压所用的仪器是滚轮式旋压机。
所述的双相不锈钢无缝钢管制备高压气钢瓶的方法，步骤b所述的旋压机进行旋转收底时，旋压主轴旋转，模具旋转中心线与毛坯旋转中心线间呈100°，模具沿模具旋转中心线旋转100°。
所述的双相不锈钢无缝钢管制备高压气钢瓶的方法，步骤b所述的燃气为乙炔、天然气或氧气。
在钢管加热收底过程中，为弥补因温度降低导致的钢管塑性变差问题，用天然气、乙炔或氧气喷嘴进行补热；旋压主轴的转速为600~800r/s，收底所用时间为80~120s。
所述的双相不锈钢无缝钢管制备高压气钢瓶的方法，步骤（4）所述的固溶热处理具体过程为：将瓶口钻孔之后的瓶体在固溶炉中加热，用3~5小时从室温加热至1050~1100℃，加热至1050~1100℃之后保温30~40min，然后立即从1050~1100℃进行快速水冷却。
与现有技术相比，本发明具有以下积极有益效果
（1）双相不锈钢无缝钢管基于其优良的机械性能和防腐蚀性能，具有广泛的应用，但是没有发现在制备高压气钢瓶中的应用。目前使用奥氏体不锈钢制备的高压钢瓶屈服强度只能达到170 ~200 MPa，使用奥氏体不锈钢钢管制备的高压钢瓶要达到压力要求，其瓶壁厚度要为锰钢或铬钼钢的1.5~2倍，厚度大大增加，增加了材料的使用量，大大增加了生产成本，而且由于厚度的增加也增加了钢瓶重量，给运输带来不便，增加了运输成本。本发明使用双相不锈钢制造的高压氧气钢瓶的壁厚比常用的奥氏体减少50%以上，降低了生产成本同时也降低了运输成本，而且双相不锈钢无缝钢管强度远远高于奥氏体不锈钢，具有优良的耐腐蚀性。
（2）本发明使用双相不锈钢无缝钢管制备高压气钢瓶过程中，首先对钢瓶进行机械抛光，提高了瓶内壁的洁净度，大大减少了对钢瓶内气体纯度的影响；制备过程中对钢瓶进行了固溶热处理，以保证在热旋压过程中双相不锈钢已经发生改变的金相组织（奥氏体，铁素体）得以恢复，保持双相不锈钢原来的各项性能，即减少了淬火、回火的复杂操作步骤同时也保证了所制备的钢瓶的优良性能。
具体实施方式
下面用具体实施例对本发明进行更进一步的说明，但本发明的具体实施方式并不限于下列实施例。
实施例1
该实施例所用双相不锈钢为2205（购自无锡达邦合金管道配件有限公司）。
用双相不锈钢无缝钢管制备高压氧气钢瓶的方法，包括以下步骤：
（1）取直径为159mm、壁厚度为5mm的双相不锈钢钢管，切割为长度为800mm的短管，并进行机械抛光；
（2）对步骤（1）机械抛光之后的钢管进行加热收底、铣瓶底，加热收口、瓶口钻孔的处理，得到钢瓶瓶体；
（3）对步骤（2）钻孔后的钢瓶瓶体进行固溶热处理；
（4）对步骤（3）处理之后的钢瓶肩内面进行加工使之平滑，螺纹加工，瓶内冲洗，得到高压气钢瓶。
其中步骤（2）所述的加热收底、铣瓶底，加热收口、瓶口钻孔操作步骤如下：
将抛光处理之后的双相不锈钢无缝钢管毛坯的一端置于加热炉中，加热长度为从端口开始长度250mm处，加热温度为1150℃，加热时间为10min；将加热后的毛坯立即用滚轮式旋压机进行旋压收底，滚轮式旋压机主轴转速为600r/s，模具旋转中心线与毛坯旋转中心线间呈100°，模具沿模具旋转中心线旋转100°。一次完成收底，旋压收底所用时间为80s，收底时的起始温度为1100~ 1200℃，旋压过程中用天然气喷嘴进行补热，以平衡该过程中降低的温度；旋压完成后空冷成型，然后铣瓶底、修切；重复以上步骤，对毛坯的另一端进行加热收口，收口完成后冷却至室温，进行瓶口钻孔。
步骤（3）所述钻孔之后的钢瓶进行固热熔处理是在固溶炉中进行，在固溶炉中加热3小时、由室温升温至1050~1100℃，然后保温30~40min，30~40min后立即进行快速水冷却。
在加热收底及加热收口过程中，所述的收底长度为150mm，收口所得瓶口的长度是24~26mm、瓶口的直径为φ46~48mm。
该实施例制备的双相不锈钢无缝高压气钢瓶的容积是10L、使用温度是 -20~60℃、设计的压力是15Mpa。
该实施例制备的双相不锈钢高压气钢瓶的性能指标如下：屈服强度为610 N/mm2，抗拉强度为820 N/mm2，断后伸长率为28%。
实施例2
该实施例所用双相不锈钢为2205（购自无锡达邦合金管道配件有限公司）。
用双相不锈钢无缝钢管制备高压气钢瓶的方法，包括以下步骤：
（1）取直径为232mm、壁厚度为6mm的双相不锈钢钢管，切割为长度为1800mm的短管，并进行机械抛光；
（2）对步骤（1）抛光之后的钢管进行加热收底、铣瓶底，加热收口、瓶口钻孔处理，得到钢瓶瓶体；
（3）对步骤（2）钻孔后的钢瓶瓶体进行固溶热处理；
（4）对步骤（3）处理之后的钢瓶肩内面进行加工使之平滑，螺纹加工，瓶内冲洗，得到高压气钢瓶。
其中步骤（2）所述的加热收底、铣瓶底，加热收口、瓶口钻孔操作步骤如下：
将抛光处理之后的双相不锈钢无缝钢管毛坯的一端置于加热炉中，加热长度为从端口开始长度300mm处，加热温度为1350℃，加热时间为5min；将加热后的毛坯立即用滚轮式旋压机进行旋压收底，滚轮式旋压机主轴转速为600r/s，模具旋转中心线与毛坯旋转中心线间呈100°，模具沿模具旋转中心线旋转100°。一次完成收底，旋压收底所用时间为120s，收底时的起始温度为1100~ 1200℃，旋压过程中用天然气喷嘴进行补热以平衡该过程中降低的温度；旋压完成后空冷成型，然后铣瓶底、修切；重复以上步骤，对毛坯的另一端进行加热收口，收口完成后冷却至室温，进行瓶口钻孔。
步骤（3）所述钻孔之后的钢瓶进行固热熔处理是在固溶炉中进行，在固溶炉中加热5小时、由室温升温至1050~1100℃，然后保温30~40min，30~40min后立即进行快速水冷却。
在加热收底及加热收口过程中，所述的收底长度为180mm，收口所得瓶口的长度为24~26mm、瓶口的直径是φ46~48mm。
该实施例制备的双相不锈钢无缝高压气钢瓶的容积是50L、使用温度是 -20~60℃、设计的压力是15Mpa。
该实施例制备的双相不锈钢高压气钢瓶的性能指标如下：屈服强度为 600N/mm2，抗拉强度为 810 N/mm2，断后伸长率为35%。
实施例3
该实施例所用双相不锈钢为2205（购自无锡达邦合金管道配件有限公司）。
用双相不锈钢无缝钢管制备高压气钢瓶的方法，包括以下步骤：
（1）取直径为219mm、壁厚度为6mm的双相不锈钢钢管，切割为长度为1400mm的短管，并进行机械抛光；
（2）对步骤（1）抛光之后的钢管进行加热收底、铣瓶底，加热收口、瓶口钻孔处理，得到钢瓶瓶体；
（3）对步骤（2）钻孔后的钢瓶瓶体进行固溶热处理；
（4）对步骤（3）处理之后的钢瓶肩内面进行加工使之平滑，螺纹加工，瓶内冲洗，得到高压气钢瓶。
其中步骤（2）所述的加热收底、铣瓶底，加热收口、瓶口钻孔操作步骤如下：
将抛光处理之后的双相不锈钢无缝钢管毛坯的一端置于加热炉中，加热长度为从端口开始长度230mm处，加热温度为1350℃，加热时间为7min；将加热后的毛坯立即用滚轮式旋压机进行旋压收底，滚轮式旋压机主轴转速为600r/s，模具旋转中心线与毛坯旋转中心线间呈100°，模具沿模具旋转中心线旋转100°。一次完成收底，旋压收底所用时间为100s，收底时的起始温度为1100~ 1200℃，旋压过程中用天然气喷嘴进行补热以平衡该过程中降低的温度；旋压完成后空冷成型，然后铣瓶底、修切；重复以上步骤，对毛坯的另一端进行加热收口，收口完成后冷却至室温，进行瓶口钻孔。
步骤（3）所述钻孔之后的钢瓶进行固热熔处理是在固溶炉中进行，在固溶炉中加热4.5小时、由室温升温至1050~1100℃，然后保温30~40min，30~40min后立即进行快速水冷却。
在加热收底及加热收口过程中，所述的收底长度为160mm，收口所得瓶口的长度为24mm、瓶口的直径是φ46mm。
该实施例制备的双相不锈钢无缝高压气钢瓶的容积是30L、使用温度是 -20~60℃、设计的压力是15Mpa。
该实施例制备的双相不锈钢高压气钢瓶的性能指标如下：屈服强度为610N/mm2，抗拉强度为820N/mm2，断后伸长率为31%。
实施例4
该实施例所用双相不锈钢为2205（购自无锡达邦合金管道配件有限公司）。
用双相不锈钢无缝钢管制备高压气钢瓶的方法，包括以下步骤：
（1）取直径为350mm、壁厚度为8mm的双相不锈钢钢管，切割为长度为1350mm的短管，并进行机械抛光；
（2）对步骤（1）抛光之后的钢管进行加热收底、铣瓶底，加热收口、瓶口钻孔处理，得到钢瓶瓶体；
（3）对步骤（2）钻孔后的钢瓶瓶体进行固溶热处理；
（4）对步骤（3）处理之后的钢瓶肩内面进行加工使之平滑，螺纹加工，瓶内冲洗，得到高压气钢瓶。
其中步骤（2）所述的加热收底、铣瓶底，加热收口、瓶口钻孔操作步骤如下：
将抛光处理之后的双相不锈钢无缝钢管毛坯的一端置于加热炉中，加热长度为从端口开始长度300mm处，加热温度为1300℃，加热时间为10min；将加热后的毛坯立即用滚轮式旋压机进行旋压收底，滚轮式旋压机主轴转速为560r/s，模具旋转中心线与毛坯旋转中心线间呈100°，模具沿模具旋转中心线旋转100°。一次完成收底，旋压收底所用时间为100s，收底时的起始温度为1100~ 1200℃，旋压过程中用天然气喷嘴进行补热以平衡该过程中降低的温度；旋压完成后空冷成型，然后铣瓶底、修切；重复以上步骤，对毛坯的另一端进行加热收口，收口完成后冷却至室温，进行瓶口钻孔。
步骤（3）所述钻孔之后的钢瓶进行固热熔处理是在固溶炉中进行，在固溶炉中加热5小时、由室温升温至1050~1100℃，然后保温30~40min，30~40min后立即进行快速水冷却。
在加热收底及加热收口过程中，所述的收底长度为300mm，收口所得瓶口的长度为24~26mm、瓶口的直径是φ46~48mm。
该实施例制备的双相不锈钢无缝高压气钢瓶的容积是50L、使用温度是 -20~60℃、设计的压力是25Mpa。
该实施例制备的双相不锈钢高压气钢瓶的性能指标如下：屈服强度为620N/mm2，抗拉强度为810N/mm2，断后伸长率为32%。

Claims (5)

1.用双相不锈钢无缝钢管制备高压气钢瓶的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）取双相不锈钢无缝钢管，按要求，切割下料毛坯；
（2）将步骤（1）切割之后的钢管进行机械抛光；
（3）对抛光后的双相不锈钢无缝钢管毛坯进行加热旋压收底、铣瓶底，加热收口、瓶口钻孔处理，得到钢瓶瓶体；
所述的加热收底、铣瓶底，加热收口、瓶口钻孔具体操作步骤为：
a．将已经切割机械抛光之后的双相不锈钢无缝钢管毛坯的一端至于加热炉中，加热长度为从端口开始长度在230~300mm处，加热温度为1150~1350℃、加热时间为5~10min；
b．将加热后的毛坯立即进行旋压收底，旋压主轴转速为600~800r/s，一次完成收底，收底时间为80~120s；收底时的起始温度为1100~1200℃，旋压过程中用燃气喷嘴进行补热，旋压后空冷成型，最后铣瓶底、修切；
c．重复步骤a、b对毛坯的另一端进行热旋压，加热收口；
d．步骤c所述的加热收口完成之后，冷却至室温，进行瓶口钻孔；
（4）对步骤（3）钻孔后的钢瓶瓶体进行固溶热处理；所述的固溶热处理具体过程为：将瓶口钻孔之后的瓶体在固溶炉中加热，用3~5小时由室温加热至1050~1100℃，保温30~40min，然后立即进行快速水冷却；
（5）步骤（4）处理之后的钢瓶进行瓶肩内面加工，螺纹加工，瓶内冲洗，得到高压气钢瓶。
2.根据权利要求1所述的双相不锈钢无缝钢管制备高压气钢瓶的方法，其特征在于，步骤（1）所述的双相不锈钢无缝钢管的直径为159~350 mm，厚度为3~8mm；切割得到毛坯的长度为800~1800mm。
3.根据权利要求1所述的双相不锈钢无缝钢管制备高压气钢瓶的方法，其特征在于，步骤b所述的旋压所用的仪器是滚轮式旋压机。
4.根据权利要求1所述的双相不锈钢无缝钢管制备高压气钢瓶的方法，其特征在于：步骤b所述的旋压机进行旋转收底时，旋压主轴旋转，模具旋转中心线与毛坯旋转中心线间呈100°，模具沿模具旋转中心线旋转100°。
5.根据权利要求1所述的双相不锈钢无缝钢管制备高压气钢瓶的方法，其特征在于，步骤b所述的燃气为乙炔、天然气或氧气。
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