CN105864427A - 一种超高压容器及制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超高压容器及制造方法，该容器包括容器本体和端塞，容器本体由筒体、过渡肩部及瓶口组成，所述瓶口经过渡肩部连接在筒体的两端，过渡肩部与筒体及瓶口圆滑过渡连接，瓶口设有内螺纹，端塞设置在瓶口内，且与瓶口螺纹连接；该制造方法选用铬钼钢钢管采取两端热旋压收口成型后，再经过调质热处理、机加工和检测工序后制成，本发明满足了我国对超高压容器的需求，填补国内超高压容器的制造工艺技术空白，产生良好的社会和经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及超高压容器制造技术领域，具体的说是一种超高压容器及制造方法。
背景技术
目前我国压力容器是按照标准GB 150的要求进行设计和制造的，其制造工艺为：一方面将一定厚度的钢板卷成筒形，通过纵缝焊接形成筒体；另一方面采用冲压方法将一定厚度的钢板冲压成封头形状；最后将封头与筒体两端通过环缝焊接在一起制成压力容器，焊接的压力容器主要有一条纵焊缝和两条环焊缝。这种压力容器生产工艺存在与焊缝有关的不连续、强度降低、脆断和应力集中等缺陷，安全性不高，而且容器的气密性和耐压性能较低，一般只能生产压力不大于35MPa的压力容器，而对于压力大于35MPa的超高压容器的制造却不适用。目前我国对超高压容器的需求越来越多，亟需超高压容器的制造工艺技术来填补国内空白。
发明内容
针对上述现有的超高压容器的需求越来越多，亟需超高压容器的制造工艺技术来填补国内空白的问题，本发明提供一种超高压容器及制造方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种超高压容器，该容器包括容器本体和端塞，容器本体由筒体、过渡肩部及瓶口组成，所述瓶口经过渡肩部连接在筒体的两端，过渡肩部与筒体及瓶口圆滑过渡连接，瓶口设有内螺纹，过渡肩部为半球形圆弧，圆弧直径与筒体的直径相等，瓶口内螺纹长度不小于50mm。
所述端塞与瓶口之间设有密封垫片。
所述的端塞为碳素钢端塞。
一种如上所述的超高压容器的制造方法，该方法选用铬钼钢钢管采取两端热旋压收口成型后，再经过调质热处理、机加工和检测工序后制成，具体包括以下步骤：
1）选取壁厚不小于11mm、S含量≤0.010%、P含量≤0.015%的铬钼钢热轧无缝钢管为基材，并进行100%超声波探伤检测和测厚；
2）对通过超声波检测合格的无缝钢管进行两端热旋压收口成型，得容器本体；
3）对容器本体淬火加热温度为850~920℃、保温90~180min后出炉淬火，完成淬火后立即进行回火处理，回火加热温度为620~720℃、保温100~240min后出炉空冷；
4）对经过调质热处理后的容器本体进行硬度测试；
5）对容器本体外表面进行抛丸处理；
6）对容器本体两端平头、磨削加工去除瓶肩内外部出现的皱褶，实现从容器本体的筒体段至瓶口端的圆滑过渡，并对瓶口的端面、内螺纹进行精密加工保证配合精度；
7）对容器本体及两端内螺纹进行100%磁粉检测；
8）对容器本体进行5/3倍公称压力下的水压试验后，再次对容器本体及两端内螺纹进行100%磁粉检测；
9）对容器本体内表面进行喷丸处理，并利用内窥镜进行容器本体内表面质量检查；
10）对容器本体瓶口内螺纹旋上带螺纹的端塞，端塞和容器本体的瓶口内螺纹通过密封垫片进行密封；
11）对所得容器在公称压力下进行气密试验；
12）对所得容器外表面进行抛丸处理；
13）对所得容器进行100%超声波探伤检测和测厚；
14）对所得容器外表面喷涂防锈漆；
15）对以上处理后的容器内部充氮气保存待用。
所述步骤1）中铬钼钢热轧无缝钢管为屈服强度Rp0.2≥760MPa的铬钼钢4142热轧无缝钢管。
所述步骤3）中出炉淬火所用的淬火液为浓度为10~18%的Aqua-Quench251型淬火液。
所述高压容器经调质热处理后的屈服强度Rp0.2≥760MPa，抗拉强度Rm≥960MPa，硬度不得高于HB330；容器热处理后的金相组织为回火索氏体，晶粒度不得小于6级。
所述抛丸处理是采用外抛丸机进行外表面的处理，应达到Sa2.5级，表面粗糙度30~50μm；喷丸处理是采用内喷丸机进行内表面的处理，应达到Sa2.5级，表面粗糙度30~50μm。
所述无缝钢管和容器本体的任一部位的壁厚均不得小于11mm。
所述充氮气是采用0.05MPa压力和室温下氮气吹洗3~5min，然后用0.1MPa氮气气封容器。
本发明的有益效果：
本发明提供的超高压容器，容器设计压力大于35MPa，材料选用的是屈服强度Rp0.2≥760MPa的特级优质高强度钢，解决现有压力容器制造技术中与焊缝有关的不连续、强度降低、脆断和应力集中等缺陷，安全性更高；不仅满足应用时的强度指标检验，同时在整体设计时适当提高了材料的低温韧性，以有助于防止低温脆断现象的发生；另外，容器在服役过程中需经历反复的充气、放气过程，容器材料在此期间承受高强度的交变应力载荷，影响到整体的抗疲劳性能。以上两点是本发明所关注的焦点，也是本发明产生的最显著的积极效果。使用本发明制作方法所得到的容器热处理后的低温韧性，是从试验环上取样后所实际测出的；容器的疲劳性能是根据对容器整体的疲劳试验所实际测出的。经过反复试验可以证实：经本发明的工艺所处理的产品试验环，取样进行夏比V型缺口-40℃的低温冲击试验，三个标准试样冲击功的平均值KV2≥40J，且单个试样的冲击功KV2≥32J；经本发明的工艺所处理的容器整体在常压和工作压力的循环加载下，疲劳寿命≥12000次；以上试验结果说明本发明工艺所处理的产品具有良好的抗低温脆断和疲劳断裂能力；本发明提供的高强度钢无缝超高压容器的制造方法，满足了我国对超高压容器的需求，填补国内超高压容器的制造工艺技术空白，产生良好的社会和经济效益。
附图说明
图1 本发明超高压容器结构主视图；
图2 本发明超高压容器结构侧视图；
附图标记：1、筒体，2、过渡肩部，3、瓶口，4、端塞，5、密封垫片。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的阐述。
如图所示：一种超高压容器，该容器包括容器本体和端塞4，容器本体由筒体1、过渡肩部2及瓶口3组成，所述瓶口3经过渡肩部2连接在筒体1的两端，过渡肩部2与筒体1及瓶口3圆滑过渡连接，瓶口3设有内螺纹，端塞4设置在瓶口3内，且与瓶口3螺纹连接；过渡肩部2为半球形圆弧，圆弧直径与筒体1的直径相等，瓶口3内螺纹长度不小于50mm，所述端塞4与瓶口3之间设有密封垫片5；所述的端塞为碳素钢端塞。
一种如上所述的超高压容器的制造方法，该方法选用铬钼钢钢管采取两端热旋压收口成型后，再经过调质热处理、机加工和检测工序后制成，具体包括以下步骤：
1）选取壁厚为30mm、S含量≤0.010%、P含量≤0.015%的铬钼钢热轧无缝钢管为基材，并进行100%超声波探伤检测和测厚；
2）对通过超声波检测合格的无缝钢管进行两端热旋压收口成型，得容器本体；
3）对容器本体淬火加热温度为880~900℃、保温90~180min后出炉淬火，完成淬火后立即进行回火处理，回火加热温度为630~650℃、保温200min后出炉空冷；
4）对经过调质热处理后的容器本体进行硬度测试；
5）对容器本体外表面进行抛丸处理；
6）对容器本体两端平头、磨削加工去除瓶肩内外部出现的皱褶，实现从容器本体的筒体段至瓶口端的圆滑过渡，并对瓶口的端面、内螺纹进行精密加工保证配合精度；
7）对容器本体及两端内螺纹进行100%磁粉检测；
8）对容器本体进行5/3倍公称压力下的水压试验后，再次对容器本体及两端内螺纹进行100%磁粉检测；
9）对容器本体内表面进行喷丸处理，并利用内窥镜进行容器本体内表面质量检查；
10）对容器本体瓶口内螺纹旋上带螺纹的端塞，端塞和容器本体的瓶口内螺纹通过密封垫片进行密封；
11）对所得容器在公称压力下进行气密试验；
12）对所得容器外表面进行抛丸处理；
13）对所得容器进行100%超声波探伤检测和测厚；
14）对所得容器外表面喷涂防锈漆；
15）对以上处理后的容器内部充氮气保存待用。
本发明提供一种高强度钢无缝超高压容器的制造方法，解决现有压力容器制造技术中与焊缝有关的不连续、强度降低、脆断和应力集中等缺陷，安全性更高。
本发明的超高压容器为整体的无缝结构，采用的是轧制成型的无缝钢管经过旋压收口而成，旋压收口成型工艺路线为：选用轧制成型的无缝钢管、两端热旋压收口成型、调质热处理、机加工和检测工序，对选用的无缝钢管、中间半成品到最终成品反复试验后的工艺参数通过归纳总结后而获得的。
实施例
本发明是以设计压力为50MPa的超高压容器为实施目标，选用屈服强度Rp0.2≥760MPa的超高强度优质铬钼钢4142热轧无缝钢管为基材，采取两端热旋压收口成型并经过调质热处理、机加工和检测工序后制成，具体步骤如下：
1）选取壁厚为30mm、S含量≤0.010%、P含量≤0.015%的超高强度优质铬钼钢4142热轧无缝钢管为基材；
2）按照设计要求选取配套长度的无缝钢管，并进行100%超声波探伤检测和测厚；
3）对通过超声波检测合格的无缝钢管进行两端热旋压收口成型，得容器本体；
4）对容器本体淬火加热温度为880~900℃、保温160min后出炉淬火，完成淬火后应立即进行回火处理，回火加热温度为630~650℃、保温200min后出炉空冷，所使用的淬火液是浓度为10~18%的好富顿（上海）高级工业介质有限公司生产的Aqua-Quench251型淬火液；
（5）对经过调质热处理后的容器本体进行硬度测试，屈服强度Rp0.2≥760MPa，抗拉强度Rm≥960MPa，硬度不得高于HB330；容器热处理后的金相组织为回火索氏体，晶粒度不得小于6级；
（6）对容器本体外表面进行抛丸处理；
（7）对容器本体的两端平头、磨削加工去除瓶肩内外部可能出现的皱褶，实现从容器本体的筒体段至瓶口端过渡部位的圆滑过渡，并按照设计要求对瓶口的端面、内螺纹进行精密加工保证配合精度；
（8）对容器及两端内螺纹进行100%磁粉检测；
（9）对容器进行5/3倍公称压力下的水压试验后，再次对容器及两端内螺纹进行100%磁粉检测；
（10）对容器本体内表面进行喷丸处理，并利用内窥镜进行容器内表面质量检查；
（11）对容器本体瓶口内螺纹旋上带螺纹的优质碳素钢端塞，端塞和瓶口内螺纹通过密封垫片进行密封；
（12）对容器在公称压力下进行气密试验；
（13）对容器外表面进行抛丸处理；
（14）对容器进行100%超声波探伤检测和测厚；
（15）对容器外表面喷涂防锈漆；
（16）对以上处理后的容器内部充氮气保存待用。
以上所说的抛丸处理是采用外抛丸机进行外表面的处理，应达到Sa2.5级，表面粗糙度30~50μm；喷丸处理是采用内喷丸机进行内表面的处理，应达到Sa2.5级，表面粗糙度30~50μm。
以上所说的无缝钢管和容器的任一部位的壁厚均不得小于11mm。
以上所说的无缝钢管和容器本体分别进行的100%超声波检测、容器和瓶口内螺纹分别进行的100%磁粉检测的合格标准为：NB/T 47013-2015《承压设备无损检测》规定的I级。
以上所说的容器外表面喷涂的防锈漆是采用洛阳双瑞防腐股份有限公司生产的GS06-1脂肪族聚氨酯底漆和GS52-3脂肪族聚氨酯面漆，防锈漆层总厚度约200μm。
以上所说的高强度钢无缝高压容器充氮气是采用优质氮气吹洗3~5min，在0.05MPa压力和室温下，通过加倍充气（0.1MPa）用氮气气封容器。
以上所采取的技术措施可以保证该高强度钢无缝高压容器的质量安全性，容器材料中任何具有潜在威胁的缺陷（如夹层、裂纹、夹杂物、皱褶等）都会在调质热处理后的严格检测中被发现、排除，并采取完善的技术防护措施（如喷涂防锈漆）以预防使用过程中可能出现的缺陷（如锈蚀等）。
Claims (10)
1. 一种超高压容器，该容器包括容器本体和端塞（4），其特征在于：容器本体由筒体（1）、过渡肩部（2）及瓶口（3）组成，所述瓶口（3）经过渡肩部（2）连接在筒体（1）的两端，过渡肩部（2）与筒体（1）及瓶口（3）圆滑过渡连接，瓶口（3）设有内螺纹，端塞（4）设置在瓶口（3）内，且与瓶口（3）螺纹连接，过渡肩部（2）为半球形圆弧，圆弧直径与筒体（1）的直径相等，瓶口（3）内螺纹长度不小于50mm。
2. 如权利要求1所述的超高压容器，其特征在于：所述端塞（4）与瓶口（3）之间设有密封垫片（5）。
3. 如权利要求1所述的超高压容器，其特征在于：所述的端塞为碳素钢端塞。
4. 一种如权利要求1所述的超高压容器的制造方法，其特征在于，该方法选用铬钼钢钢管采取两端热旋压收口成型后，再经过调质热处理、机加工和检测工序后制成，具体包括以下步骤：
1）选取壁厚不小于11mm、S含量≤0.010%、P含量≤0.015%的铬钼钢热轧无缝钢管为基材，并进行100%超声波探伤检测和测厚；
2）对通过超声波检测合格的无缝钢管进行两端热旋压收口成型，得容器本体；
3）对容器本体淬火加热温度为850~920℃、保温90~180min后出炉淬火，完成淬火后立即进行回火处理，回火加热温度为620~720℃、保温100~240min后出炉空冷；
4）对经过调质热处理后的容器本体进行硬度测试；
5）对容器本体外表面进行抛丸处理；
6）对容器本体两端平头、磨削加工去除瓶肩内外部出现的皱褶，实现从容器本体的筒体段至瓶口端的圆滑过渡，并对瓶口的端面、内螺纹进行精密加工保证配合精度；
7）对容器本体及两端内螺纹进行100%磁粉检测；
8）对容器本体进行5/3倍公称压力下的水压试验后，再次对容器本体及两端内螺纹进行100%磁粉检测；
9）对容器本体内表面进行喷丸处理，并利用内窥镜进行容器本体内表面质量检查；
10）对容器本体瓶口内螺纹旋上带螺纹的端塞，端塞和容器本体的瓶口内螺纹通过密封垫片进行密封；
11）对所得容器在公称压力下进行气密试验；
12）对所得容器外表面进行抛丸处理；
13）对所得容器进行100%超声波探伤检测和测厚；
14）对所得容器外表面喷涂防锈漆；
15）对以上处理后的容器内部充氮气保存待用。
5. 如权利要求4所述的超高压容器的制造方法，其特征在于：所述步骤1）中铬钼钢热轧无缝钢管为屈服强度Rp0.2≥760MPa的铬钼钢4142热轧无缝钢管。
6. 如权利要求4所述的超高压容器的制造方法，其特征在于：所述步骤3）中出炉淬火所用的淬火液为浓度为10~18%的Aqua-Quench251型淬火液。
7. 如权利要求4所述的超高压容器的制造方法，其特征在于：所述高压容器经调质热处理后的屈服强度Rp0.2≥760MPa，抗拉强度Rm≥960MPa，硬度不得高于HB330；容器热处理后的金相组织为回火索氏体，晶粒度不得小于6级。
8. 如权利要求4所述的超高压容器的制造方法，其特征在于：所述抛丸处理是采用外抛丸机进行外表面的处理，应达到Sa2.5级，表面粗糙度30~50μm；喷丸处理是采用内喷丸机进行内表面的处理，应达到Sa2.5级，表面粗糙度30~50μm。
9. 如权利要求4所述的超高压容器的制造方法，其特征在于：所述无缝钢管和容器本体的任一部位的壁厚均不得小于11mm。
10. 如权利要求4所述的超高压容器的制造方法，其特征在于：所述充氮气是采用0.05MPa压力和室温下氮气吹洗3~5min，然后用0.1MPa氮气气封容器。
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