罗先登
(610069 成都无缝钢管有限责任公司)
摘 要 焊接钢质气瓶渐趋淘汰。60 年代以来, 国内已普遍采用无缝钢管生产高压气瓶。在概述国外高压气瓶用无缝钢管生产的基础上, 阐述了国内该专用管材的的技术要求及生产工艺。介绍了国内高压气瓶用管的生产现状及其进展情况。 关键词 无缝钢管 高压气瓶 技术要求 生产工艺 进展
前言
高压气瓶、蓄能器属瓶式高压容器, 多为钢质, 公称工作压力一般为10～ 30M Pa(国际上已达40M Pa) , 广泛用于工矿企业和建筑、交通、海洋、航空、医疗、军事等国民经济各部门。钢质气瓶有焊接和无缝两种结构, 焊接瓶已逐渐被淘汰。自60年代起, 国内已普遍采用钢质无缝气瓶, 其工作压力一般为～29. 40M Pa, 是一种可重复充气的移动式钢瓶, 用于盛装永久性气体或高压液化气体等。
制造高压气瓶一般有两种方法: 一是用无缝钢管作坯料, 通过热旋压收口收底成型(称为M 法) ; 二是用方钢坯通过冲压拉伸并收口成型(称为E 法)。至今两种方法并存,各有所长。用无缝钢管制造高压气瓶, 由于具有钢质纯净, 组织致密, 外径、壁厚精度高, 表面质量好,尺寸范围广, 所制气瓶容量大, 使用压力高, 瓶体轻, 生产率高, 成本低等特点, 已成为生产高压气瓶的主要方法之一。本文将主要讨论高压气瓶用无缝钢管生产的一些工艺技术问题。
1 高压气瓶用无缝钢管的技术要求
钢质
高压气瓶用钢采用无时效镇静钢,一般由碱性平炉、电炉、吹氧碱性转炉冶炼,有些钢种还需经电渣重熔或真空冶炼。主要钢种为优质锰钢、铬钼钢或其他合金钢,优质碳钢已很少采用。对化学成分的要求是:碳锰钢C≤%,S≤01030%,P≤01035%,S+P≤01060%;铬钼钢及其他合金钢C≤0140%,S拳击架≤01035%,P≤01030%,S+ P≤0. 055%;其他主要成分也作了相应规定。特殊超高强度级轻型气瓶用合金钢的化学成分要求:S≤01010%,P≤01015%,S+P≤01020%对钢的非金属夹杂物和低倍组织均有较严格的要求,非金属夹杂物为:(A+C)类≤310级,B类≤310级,之和≤515级;怎么做一支解压笔低倍组织中不允许有白点、残余缩孔、离层、夹渣等缺陷。
力学性能
气瓶是高压容器, 为保证安全使用, 除要求有相应高的抗拉强度、屈服强度外, 还要求有高的伸长率和冲击韧性。一般地区钢瓶的使用环境温度为- 20～ 60℃, 寒冷地区的使用环境温度为- 40～ 60℃; 前者普遍采用经正火或正火+ 回火处理的碳锰钢钢瓶,后者一般采用经调质处理的铬钼钢或其他合金钢钢瓶。按GB 5099- 94 短期负荷预测标准规定, 两类钢经热处理后需分别做- 20℃, - 50℃V 型低温冲击试验。其冲击韧性、屈强比、伸长率应达到相应的规定值。用作坯料的无缝钢管, 其试样经热处理后的检验结果亦应达到此规定值要求。
工艺性能和金相检验
按气瓶制造厂要求, 需对无缝钢管试样做压扁或冷弯试验, 压扁试验按GB 13440标准执行。
对正火或正火+ 回火处理后的钢管试样, 要求晶粒度(100 倍) ≥6级, 带状组织≤310 级, 魏氏组织≤210 级; 调质处理后的钢管试样, 其组织应为回火索氏体。另外, 对管体脱碳层深度也有相应要求。
尺寸精度
气瓶瓶体壁厚, 在国际上是按最小壁厚设计的。如国际标准ISO 4705, 美国DO T ,德国D IN 4664, 70sec日本J ISB 8230, 8241 等的最小壁厚计算均以屈服强度Rs为依据。我国GB 5099 标准中的最小壁厚计算, 也是从以前的按抗拉强度Rb 或屈服强度Rs 计算, 改为参照ISO 4705 标准, 单按Rs 计算。
最小壁厚给定后, 高压气瓶用无缝钢管主要就是要保证其壁厚偏差不能小于其最小壁厚稀疏编码, 以满足气瓶瓶体安全性的壁厚要求。最
小壁厚的计算公式为: S = (P h·D 0) (2F·Rc+ P h ) , 并同时满足公式高硅铝合金S ≥D 0250+ 1,而且不得小于115mm。式中, P h 为水压试验压力, M Pa; D 0 为瓶体外径, mm; Rc 为瓶体屈服应力保证值, M Pa; F 为设计应力系数(正火或正火+ 回火的锰钢, 取F = 0182; 调质类铬钼钢或其他合金钢, 取F = 0. 77)。在保证最小壁厚的前提下, 壁愈薄, 壁厚精度愈高, 则气瓶重量轻、容积大, 即重容比小,气瓶质量好。按GB 5099 标准要求, 钢管厂所供制造中、小气瓶瓶体的无缝钢管壁厚偏差一般为S + 15/- 10%。
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