CN101560631B - 一种钢质无缝气瓶制造用钢坯材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢质无缝气瓶制造用钢坯材料，由主要成分Fe元素和杂质元素组成，杂质元素中P的重量百分含量为0.008％～0.020％；S重量百分含量为0.003％～0.010％；P和S的总重量百分含量为0.010％～0.025％；V、Nb、Ti、B和Zr总重量百分含量为0.006％～0.015％；Cu的重量百分含量为0.01％～0.20％，Al的重量百分含量为0.015％～0.060％。由本发明钢坯材料冲压而成钢质无缝气瓶抗拉强度达到920MPa以上时可以通过相应的应力腐蚀试验，制成的气瓶瓶壁较薄，气瓶整体重量较轻。
Description
技术领域
本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种钢质无缝气瓶制造用钢坯材料。
背景技术
钢质无缝气瓶广泛应用于充装高压空气、氧气、氮气、氩气、二氧化碳以及在汽车动力系统中储存压缩天然气(CNG)。国内大直径钢质无缝气瓶都是采用无缝钢管收底、收口的方法制造而成的，该方法制造的气瓶规格和壁厚都受所使用的钢管限制，而采用钢坯通过冲压可以得到各种直径和壁厚的气瓶。
钢质无缝气瓶应用在汽车中用于储存压缩天然气时，为了使得汽车总重量较小，必须相应地减小钢质无缝气瓶的壁厚，而气瓶材料的抗拉强度是决定壁厚的最关键因素，气瓶材料的抗拉强度是由材料的化学成分和热处理来确定的。
目前，国内车用CNG-1钢瓶标准GB17258-1998要求抗拉强度控制在880MPa以下，这主要是基于现行国家标准GB13447气瓶钢坯材料(30CrMo)在抗拉强度大于880MPa，无法通过应力腐蚀试验。
车用气瓶在使用过程中，内部充装CNG气体，CNG气体中含有H2S，会对气瓶产生应力腐蚀，对气瓶造成破坏。为了保证气瓶的安全使用，气瓶材料必须通过应力腐蚀试验。应力腐蚀程度跟材料的抗拉强度以及材料中的P、S、V、Ti、Nb、B、Zr、Cu、Al元素相关。抗拉强度越大、材料中杂质元素越多，材料抗应力腐蚀能力越弱。
按照国际标准ISO11439-2000规定，车用CNG-1钢瓶抗拉强度在950MPa及以上时，只要气瓶材料能够通过材料应力腐蚀试验，就可按抗拉强度950MPa及以上设计。由目前的钢坯材料制成的气瓶在抗拉强度为950MPa时，均无法通过应力腐蚀试验，因此气瓶壁厚均较厚，瓶体重量较大。
发明内容
本发明提供了一种钢质无缝气瓶制造用钢坯材料，通过该材料可以制得瓶壁薄，瓶体重量轻的钢质无缝气瓶。
一种钢质无缝气瓶制造用钢坯材料，由主要成分Fe元素和杂质元素组成，其中：P的重量百分含量为0.008％～0.020％，S的重量百分含量为0.003％～0.010％；P和S的总重量百分含量为0.010％～0.025％，Cu的重量百分含量为0.01％～0.20％；Al的重量百分含量为0.015％～0.060％，V、Nb、Ti、B和Zr的总重量百分含量为0.006％～0.015％。
上述钢坯材料的制备方法如下：
对高炉炼铁获得的铁水进行脱磷和脱硫处理，主要控制其中硫的含量，然后将铁水与废钢混熔，通过控制废钢加入量来控制除磷、硫之外的其它杂质元素的含量，将混熔后的铁水进行BOF转炉初炼，初炼主要控制其中磷的含量，初炼得到的出刚送入LF炉精炼，精炼主要控制V、Nb、Ti、B、Zr、Al、Cu等杂质元素的含量，精炼得到的出刚经RH真空脱气、模铸、均热、初扎和空冷后得到成品的钢坯材料。
P的重量百分含量优选为0.008％～0.015％；S重量百分含量优选为0.003％～0.006％；P和S的总重量百分含量优选为0.010％～0.019％；V、Nb、Ti、B和Zr总重量百分含量优选为0.006％～0.010％。
由本发明钢坯材料冲压而成钢质无缝气瓶在抗拉强度达到920MPa及其以上时，也可以通过相应的应力腐蚀试验，制得的气瓶瓶壁较薄、瓶体整体重量较轻。
具体实施方式
选取铁矿石，将其进行高炉炼铁，铁水经脱磷和脱硫处理，使其中的硫重量百分含量小于0.005％，将铁水与废钢(铁水与废钢的重量比为9：1)混熔后进行BOF转炉初炼，使出钢中磷重量百分含量不大于0.010％，初炼后的钢水进入LF炉精炼，使其中的V、Nb、Ti、B和Zr总重量百分含量控制在0.010％以下，精炼后的钢水经RH真空脱气、模铸、均热、初扎和空冷后得到成品的钢坯材料。
选取通过上述方法制备的钢坯材料两个批次，检测其中杂质元素的含量，具体如表1和表2所示：
| 元素 | ％ | 元素 | ％ |
| C | 0.32 | Ni | 0.020 |
| Mn | 0.57 | Cu | 0.017 |
| Si | 0.27 | Al | 0.030 |
| S | 0.004 | Ti | 0.0019 |
| P | 0.014 | B | 0.0002 |
| Cr | 0.89 | Nb | 0.0016 |
| Mo | 0.20 | Zr | 0.0003 |
| V | 0.0025 |
表1
| 元素 | ％ | 元素 | ％ |
| C | 0.33 | Ni | 0.036 |
| Mn | 0.54 | Cu | 0.034 |
| Si | 0.25 | Al | 0.016 |
| S | 0.007 | Ti | 0.0014 |
| P | 0.016 | B | 0.0001 |
| Cr | 0.90 | Nb | 0.0003 |
| Mo | 0.19 | Zr | 0.0002 |
| V | 0.0048 |
表2
将上述批次1和批次2的钢坯材料通过冲压、拔伸、缩口、热处理等工艺分别制得Φ232mm和Φ356mm外直径的钢质无缝气瓶，气瓶壁厚分别为5.7mm和8.2mm，其抗拉强度分别为935MPa和965MPa，并对制得的钢质无缝气瓶进行应力腐蚀测试。
测试方法按照美国腐蚀工程师协会NACE TM0177-1996进行；H2S介质为0.5％三水合醋酸钠溶液，用醋酸调节初始pH＝4.0，通入H2S气体，压力保持0.414Pa(42.25mmH2O)；试验荷载按ISO11439-2000附录A3要求。测试结果如下：
批次1钢坯材料制得的气瓶应力腐蚀试验结果：
| 试样号 | 加载 | 浸泡时间 | 断否 | 评定 |
| 1-1 | 0.6σs | 144小时 | 否 | 通过 |
| 1-2 | 0.6σs | 144小时 | 否 | 通过 |
| 1-3 | 0.6σs | 144小时 | 否 | 通过 |
注：σs＝850MPa，对应的σb＝950MPa
批次2钢坯材料制得的气瓶应力腐蚀试验结果
| 试样号 | 加载 | 浸泡时间 | 断否 | 评定 |
| 2-1 | 0.6σs | 144小时 | 否 | 通过 |
| 2-2 | 0.6σs | 144小时 | 否 | 通过 |
| 2-3 | 0.6σs | 144小时 | 否 | 通过 |
注：σs＝820MPa，对应的σb＝920MPa
从上述两个表可以看出，本发明钢坯材料制得的气瓶在935MPa、965MPa抗拉强度下通过了相应的应力腐蚀试验，用它制成的气瓶较传统的气瓶瓶壁薄，气瓶整体重量较小。
Claims (2)
1.一种钢质无缝气瓶制造用钢坯材料，由主要成分Fe元素和杂质元素组成，其特征在于：所述的杂质元素中C的重量百分比为0.32％、Mn的重量百分含量为0.57％、Si的重量百分含量为0.27％、S的重量百分含量为0.004％、P的重量百分含量为0.014％、Cr的重量百分含量为0.89％、Mo的重量百分含量为0.20％、V的重量百分含量为0.0025％、Ni的重量百分含量为0.020％、Cu的重量百分含量为0.017％、Al的重量百分含量为0.030％、Ti的重量百分含量为0.0019％、B的重量百分含量为0.0002％、Nb的重量百分含量为0.0016％、Zr的重量百分含量为0.0003％。
2.一种钢质无缝气瓶制造用钢坯材料，由主要成分Fe元素和杂质元素组成，其特征在于：所述的杂质元素中C的重量百分比为0.33％、Mn的重量百分含量为0.54％、Si的重量百分含量为0.25％、S的重量百分含量为0.007％、P的重量百分含量为0.016％、Cr的重量百分含量为0.90％、Mo的重量百分含量为0.19％、V的重量百分含量为0.0048％、Ni的重量百分含量为0.036％、Cu的重量百分含量为0.034％、Al的重量百分含量为0.016％、Ti的重量百分含量为0.0014％、B的重量百分含量为0.0001％、Nb的重量百分含量为0.0003％、Zr的重量百分含量为0.0002％。
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