大容积气瓶用4130X 无缝钢管热处理工艺研究

2021-05-10余泽金米永峰姜海龙张行刚贾冬梅裴福莉罗忠辉

钢管 2021年6期

余泽金，米永峰，姜海龙，张行刚，贾冬梅，裴福莉，罗忠辉

（内蒙古包钢钢联股份有限公司，内蒙古包头 014010）

我国有丰富的天然气资源，随着石油、煤炭等能源价格的不断攀升，国内天然气的使用量大幅上升，从而使移动式加气站所需的水容积400～3 000 L 大直径长管气瓶需求迅速增长[1-8]。用于移动式加气站的大直径长管气瓶所充装的介质易燃、易爆、有腐蚀性，且工作压力高、重复充装和流动性大，一旦发生泄漏或爆炸往往引起灾难性事故的发生，这对用于制造大直径长管气瓶产品的无缝钢管质量提出了很高要求。与此同时，随着我国经济建设的飞速发展，特种气体产业规模迅速扩大，用于特种气体运输和存储的大直径长管气瓶需求迅速增长，对制造该类气瓶所用的无缝钢管质量同样提出了很高要求[3，9-11]。

GB 28884—2012《大容积气瓶用无缝钢管》中规定了30CrMoE（4130X）、42CrMoE 钢种用于生产300～3 000 L 气瓶用无缝钢管，通过调质热处理以获得优良的综合机械性能，从而保证钢瓶的安全使用[12]。因GB 28884 标准中未给出相应的热处理工艺，仅对大容积气瓶用无缝钢管性能提出了要求。本文针对4130X 钢进行了热处理工艺研究，以期为气瓶热处理生产提供指导。

1 试验材料和方法

试验材料为4130X 钢Φ457 mm×26.5 mm 无缝钢管，其化学成分（质量分数）见表1。将试样加工成瓦片状小试样，在实验室进行调质热处理试验，随后分析检测母材的轧态性能、非金属夹杂物等级。4130X 试样的淬火工艺为：880 ℃保温40 min，水淬。4130X 试样的回火工艺为：690 ℃、710 ℃、730 ℃保温90 min，空冷。4130X 无缝钢管的轧态性能见表2。4130X 无缝钢管的夹杂物A类（细系）、B 类（细系）、D 类（细系）皆为0.5 级，合计在1.5 级以下，满足GB 28884 标准要求（夹杂物A 类、B 类、C 类、D 类都在2.5 级以下，合计在6.0 级以下）。

表1 4130X 无缝钢管化学成分（质量分数） %

2 热处理试验结果与分析

2.1 力学性能

按照相同淬火工艺、不同回火工艺进行热处理：依据GB 18248—2012《气瓶用无缝钢管》中30CrMo 钢860～900 ℃的淬火温度，将试验钢管加热到880 ℃保温40 min 后，取出水冷至室温，将试样分组后再分别加热到690，710，730 ℃温度回火，保温时间90 min，保温后取出试样空冷至室温。分别对热处理后试样进行加工，检测相关力学性能。

4130X 无缝钢管经不同热处理工艺处理后的力学性能检测结果见表3。

表3 4130X 无缝钢管经不同热处理工艺处理后的力学性能检测结果

由表3 可知，4130X 无缝钢管经不同热处理工艺处理后，材料的强度和硬度随回火温度的升高逐渐降低，伸长率和低温冲击功则提高。

在690 ℃温度回火时，材料的各项力学性能均达到GB 28884 要求，低温冲击韧性在100 J 以上，屈强比满足≤0.86 的GB 28884 要求，材料具有良好的强韧匹配性。

2.2 显微组织

检测分析轧态、淬火态、淬火+回火态4130X无缝钢管的组织及晶粒度，检测结果如图1～4 所示。

图1 4130X 无缝钢管的轧态和淬火态组织

从图1～2 可以看出，轧态组织为贝氏体+少量铁素体组织，淬火后的组织为全马氏体组织，690℃回火后得到的回火索氏体中珠光体片层间距小于710 ℃回火后索氏体中珠光体片层间距（图3）；淬火后及690 ℃回火后的试样的晶粒度均达8.5 级（图4）。回火索氏体中珠光体片层间距越小，以及晶粒度小是试验钢具有良好综合机械性能的原因[13]。经880 ℃保温40 min、水淬+690 ℃回火保温90 min、空冷工艺处理后，4130X 无缝钢管的显微组织、力学性能满足大容积高压气瓶的要求。