CN113265519B - 一种厚壁站用瓶式容器的淬火装置及其淬火方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种厚壁站用瓶式容器的淬火装置及其淬火方法，其中淬火对象的瓶式容器的壁厚达40‑50mm。该装置由基于淬火槽布局装设的双表面喷淋机构、旋转机构和压紧机构组成，其中旋转机构利用所设一组托辊支撑待冷却产品底侧并驱动待冷却产品转动，压紧机构利用所设气缸驱动的下压轮抵接待冷却产品上表面定位旋转轴向，双表面喷淋机构包含相对待冷却产品分布在外的外表面喷淋单元和分布在两端对准瓶口向内的内表面喷淋单元，面向待冷却产品同步内外均匀冷却。应用本发明该瓶式容器的淬火解决方案，在设备机构优化的淬火工艺下，提高了成本利用率，能实现产品通过氢气环境下的测试并达到稳定可靠的性能，从而满足加氢站用瓶式容器需求量剧增的要求。

Description

一种厚壁站用瓶式容器的淬火装置及其淬火方法

技术领域

本发明涉及一种用于钢管产品结构强化的淬火解决方案，尤其涉及一种针对厚壁产品淬透性达到40-50mm范围的全新淬火设备及其实施方法，属于钢质应用工艺领域。

背景技术

当前社会发展离不开各种能源的开发应用，虽然当前依然以石油开采、化工冶炼后投放使用。然而越来越多的国家和地区着力关注可再生能源及绿色能源的开发利用。例如太阳能广泛应用于人们生活和工业生产之中，核能广泛用于发电站及各类军事舰艇类的动力源。而随着科学技术的不断进步，尤其是与人们生活息息相关的机动车动力方面，人们越发发现氢能的利用价值。例如部分国家发布的产业白皮书中披露了氢能及燃料电池产业的总体目标。

目前加氢站压力等级为35MPa和70MPa两种，而对于基础建设刚起步的地区，则使用较低等级的加氢站。与之对应，需要采用厚度大于40mm钢质瓶式容器。

新形势下对传统工艺提出了更高的要求，然而现有常用的淬火机构越来越无法满足，主要体现在两方面：1）、现有工艺一般淬透性仅能满足20mm以下的钢管，当壁厚增加后性能便无法满足设计要求，而瓶式容器设计压力等级的升高是必然趋势，因此需要解决淬透性提升的技术瓶颈。2）、现有针对产品的淬火都是外表面淬火，即瓶体外表面接触淬火介质，瓶口两头封闭，瓶体内表面不接触淬火介质，冷却水无法实现表里均匀，因此造成了阻碍淬透性提升的客观障碍；一定程度上也容易使得产品发生变形，由此可见，相关生产工艺的攻关显得迫在眉睫。

发明内容

鉴于上述现有技术的需求，为了满足淬透性提升得以效果很好地实现，本发明旨在提出一种厚壁站用瓶式容器的淬火装置及其淬火方法，以求获得瓶式容器的高压力需求。

本发明实现上述目的之一的技术解决方案是，一种厚壁站用瓶式容器的淬火装置，所述瓶式容器的壁厚达40-50mm，其特征在于：由基于淬火槽布局装设的双表面喷淋机构、旋转机构和压紧机构组成，其中所述旋转机构利用所设一组托辊支撑待冷却产品底侧并驱动待冷却产品转动，所述压紧机构利用所设气缸驱动的下压轮抵接待冷却产品上表面定位旋转轴向，所述双表面喷淋机构包含相对待冷却产品分布在外的外表面喷淋单元和分布在两端对准瓶口向内的内表面喷淋单元，面向待冷却产品同步内外均匀冷却。

进一步地，所述外表面喷淋单元包含两根以上平行于待冷却产品轴向且内部淬火液流通的喷管，所述喷管在待冷却产品下侧180°的周向范围内均匀分布，且朝向待冷却产品开设有均匀分布、冲刷表面的喷液槽或喷液孔。

进一步地，所述内表面喷淋单元的喷口位于待冷却产品的瓶口外侧，且泵流强度满足10秒种内对待冷却产品的内腔注满淬火液。

进一步地，所述旋转机构设有由主动辊和从动辊构成的一组托辊和驱动电机，所述一组托辊与待冷却产品轴向平行且表面相切承托，其中所述主动辊受驱于驱动电机转动，所述待冷却产品和从动辊受传动随转。

更进一步地，所述驱动电机集成有可变频调速的变频器。

进一步地，所述压紧机构沿待冷却产品长度方向分段隔空设置有若干压紧单元，任一所述压紧单元具有与淬火槽顶部一体装接的防水降温层及其内嵌组装且成对的气缸、导向杆及下压轮，所述下压轮受驱导向伸缩且在待冷却产品的纵向轴剖面两侧向与外表面相抵压、滚动滑接。

本发明实现上述目的之二的技术解决方案是，一种厚壁站用瓶式容器的淬火方法，其特征在于：通过控制信号驱动平移机构将待冷却产品自淬火炉转移至淬火槽中，相切承托于旋转机构的一组托辊上，利用压紧机构所设的气缸驱动下压轮沿导向杆伸出并抵压于待冷却产品的上侧外表面、消除浮动状态，再由旋转机构所设驱动电机通过主动辊传动，使得待冷却产品持续旋转，同时启动双表面喷淋机构的泵阀，对待冷却产品的外表面和内表面进行同步喷淋、均匀冷却。

进一步地，在对待冷却产品的样品同步喷淋达到预设温度并高温回火后后，还包括进行性能指标检测步骤，

S1、从样品上分段、分位置实施取样；

S2、对取样实施包含金相、晶粒度、拉伸、脱碳层、冲击的试验，获得空气环境下的一部分性能指标，

S3、对取样在氢气环境下通过至少包含慢应变速率拉伸试验、疲劳断裂扩展速率试验、断裂韧性试验，获得氢气环境下的另一部分性能指标。

更进一步地，所述取样的分段包括沿轴向长度的中部及靠近容器两端圆弧过渡段200mm处的三个环，且取样分析的位置包含各个环相对淬火槽的下面、侧面和上面。

应用本发明淬火装置及其工艺，具备突出的实质性特点和显著的进步性：在对原有淬火设备机构优化及淬火工艺下，对待冷却产品施加转动、压紧的同时配置了内外表面同步淬火液喷淋的措施，提高了冷却均匀性和成本利用率，能实现产品通过氢气环境下的测试并达到稳定可靠的性能，进而满足加氢站用瓶式容器需求量剧增的要求。

附图说明

图1是本发明淬火装置在淬火槽部分的总装结构示意图。

图2是图1另一视角的结构透视图。

具体实施方式

以下便结合实施例详述，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握，从而对本发明的保护范围做出更为清晰的界定。

本发明针对氢能源开发应用对厚壁的瓶式容器灌装性能要求的提升，对传统淬火设备及工艺分析改进，创新提出且请求保护的是一种厚壁站用瓶式容器的淬火装置及其淬火方法，其作业对象为壁厚达40-50mm的瓶式容器。该瓶式容器在进行淬火工段且未进一步封装瓶嘴时，主体呈管状，两端为径向缩小的瓶口状且轴向贯通。

通常而言，淬火工艺包含在加热炉中保温和在淬火槽中急速冷却两大部分。而本发明重点针对后一部分提出改进，具体如图1和图2所示淬火槽部分不同视角的总装结构示意图及结构透视图可见。该淬火装置由基于淬火槽1布局装设的双表面喷淋机构3、旋转机构和压紧机构5组成。从各部分主要功能设计来看，其中旋转机构利用所设一组托辊支撑待冷却产品2底侧并驱动待冷却产品2转动，主要作用是平稳承托淬火对象并带动其转动，以便于外表面各处具有均等机会被喷淋淬火液、得以均匀降温。而压紧机构5利用所设气缸驱动的下压轮抵接待冷却产品上表面定位旋转轴向，主要作用是对淬火对象施加压力，使其向下贴合一组托辊，提升转动稳定性和均匀降温的可靠性。作为改进点中的重点，该双表面喷淋机构包含相对待冷却产品分布在外的外表面喷淋单元31和分布在两端对准瓶口向内的内表面喷淋单元32，其主要作用是通过泵阀控制，能够面向待冷却产品同步内外均匀冷却。由此可见，利用该淬火装置对瓶式容器实施淬火作业，非但产品的内外表面能够同时或接近同时接触淬火液，而且产品保持稳定的轴向自转，使得完全消除了产品表面接触淬火液的死角，切实可靠地实现了产品的均匀冷却，从而能够满足较厚壁瓶式容器的淬透性，符合加氢站灌装需求。

更具体细节地，该外表面喷淋单元31包含两根以上平行于待冷却产品轴向且内部淬火液流通的喷管。图示优选实施例中，该喷管为三根，在待冷却产品2下侧180°的周向范围内均匀分布，且分别朝向待冷却产品开设有均匀分布、冲刷表面的喷液槽或喷液孔（未具体图示）。可以理解的是，当喷管内淬火液压强达到一定程度后，即可通过喷液槽或喷液孔向产品外表面喷淋、冲刷并带动淬火槽内的淬火液流动，从而达到迅速降温的目的。

从突破传统淬火工艺仅外表面喷淋降温的做法来看，其中该内表面喷淋单元32的喷口位于待冷却产品的瓶口外侧，且泵流强度满足10秒种内对待冷却产品的内腔注满淬火液。由此当待冷却产品完成压紧、转动后，能配合外表面冷却迅速实现由内而外的同步冷却。

接着，该旋转机构设有由主动41和从动辊42构成的一组托辊和驱动电机43。该组托辊与待冷却产品轴向平行且表面相切承托，且其中主动辊受驱于驱动电机转动。由此则能够带动待冷却产品和从动辊受传动随转，使产品外表面随转动完整、反复地得以喷淋淬火液，避免喷淋不均导致的淬火效果偏差。作为优选设置，该驱动电机43集成有可变频调速的变频器，从而满足淬火冷却过程中不同降温速率下转速对淬透均匀性的要求。

再者，上述压紧机构5沿待冷却产品2长度方向分段隔空设置有若干压紧单元（图示实施例中为五个），任一压紧单元5具有与淬火槽1顶部一体装接的防水降温层51及其内嵌组装且成对的气缸52、导向杆53及下压轮54。其中下压轮54受驱导向伸缩且在待冷却产品的纵向轴剖面两侧向与外表面相抵压、滚动滑接。该压紧机构需要满足两方面的技术要求，其一是与一组托辊对待冷却产品的支承力相对应，需要从相对方向上与该支承力共同作用于产品，以完全克服产品在滚动过程中发生浮动、跳转等不利于淬火效率提升的现象；其二是下压轮与待冷却产品的外表面为滚动接触，除朝侧下方的下压力外，将阻值待冷却产品转动的阻力降低至最小幅度。

在上述淬火装置结构特点基础上，也带来了淬火工艺过程方面的同步改进。概括而言，在进行淬火前段工艺时，产品在890℃的高温加热炉（即淬火炉）内保温一定时间后，快速出淬火炉进入平移机构的料环上，平移机构气缸上升到位，产品脱离淬火炉出料棍棒；再通过控制信号驱动平移机构将待冷却产品自淬火炉快速转移至淬火槽中，相切承托于旋转机构的一组托辊上，利用压紧机构所设的气缸驱动下压轮沿导向杆伸出并抵压于待冷却产品的上侧外表面、消除浮动状态，再由旋转机构所设驱动电机通过主动辊传动，使得待冷却产品持续旋转，同时启动双表面喷淋机构的泵阀，对待冷却产品的外表面和内表面进行同步喷淋、均匀冷却。

而在对待冷却产品的样品同步喷淋达到预设温度并高温回火后后，还包括进行性能指标检测步骤，

S1、从样品上分段、分位置实施取样；其中样品长度约为3280mm，取样的分段包括沿轴向长度的中部及靠近容器两端圆弧过渡段200mm处的三个环，且取样分析的位置包含各个环相对淬火槽的下面、侧面和上面。

S2、对取样实施包含金相、晶粒度、拉伸、脱碳层、抗冲击的试验，获得空气环境下的一部分性能指标，试验结果均达到预期，满足了设计要求。

S3、对取样依据GB/T34542、GB/T228等标准，在氢气环境下通过至少包含慢应变速率拉伸试验、疲劳断裂扩展速率试验、断裂韧性试验，获得氢气环境下的另一部分性能指标，且试验结果同样都达到预期。

综上对于本发明实施例的详细说明，使得本发明技术方案的创新实质得以彰显，并且具备突破性提升：在对原有淬火设备机构优化及淬火工艺下，对待冷却产品施加转动、压紧的同时配置了内外表面同步淬火液喷淋的措施，在极短的时间内获得提升均匀性的冷却效果，提高了成本利用率，毛利提升达五倍以上，能实现产品通过氢气环境下的测试并达到稳定可靠的性能，进而满足加氢站用瓶式容器需求量剧增的要求。

除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种厚壁站用瓶式容器的淬火装置，所述瓶式容器的壁厚达40-50mm，其特征在于：由基于淬火槽布局装设的双表面喷淋机构、旋转机构和压紧机构组成，其中所述旋转机构利用所设一组托辊支撑待冷却产品底侧并驱动待冷却产品转动，所述压紧机构利用所设气缸驱动的下压轮抵接待冷却产品上表面定位轴向旋转，所述双表面喷淋机构包含相对待冷却产品分布在外的外表面喷淋单元和分布在两端对准瓶口向内的内表面喷淋单元，面向待冷却产品同步内外均匀冷却；其中所述外表面喷淋单元包含两根以上平行于待冷却产品轴向且内部淬火液流通的喷管，所述喷管在待冷却产品下侧180°的周向范围内均匀分布，且朝向待冷却产品开设有均匀分布、冲刷表面的喷液槽或喷液孔；所述内表面喷淋单元的喷口位于待冷却产品的瓶口外侧，且泵流强度满足10秒种内对待冷却产品的内腔注满淬火液。

2.根据权利要求1所述厚壁站用瓶式容器的淬火装置，其特征在于：所述旋转机构设有由主动辊和从动辊构成的一组托辊和驱动电机，所述一组托辊与待冷却产品轴向平行且表面相切承托，其中所述主动辊受驱于驱动电机转动，所述待冷却产品和从动辊受传动随转。

3.根据权利要求2所述厚壁站用瓶式容器的淬火装置，其特征在于：所述驱动电机集成有可变频调速的变频器。

4.根据权利要求1所述厚壁站用瓶式容器的淬火装置，其特征在于：所述压紧机构沿待冷却产品长度方向分段隔空设置有若干压紧单元，任一所述压紧单元具有与淬火槽顶部一体装接的防水降温层及其内嵌组装且成对的气缸、导向杆及下压轮，所述下压轮受驱导向伸缩且在待冷却产品的纵向轴剖面两侧向与外表面相抵压、滚动滑接。

5.一种厚壁站用瓶式容器的淬火方法，其特征在于：通过控制信号驱动平移机构将待冷却产品自淬火炉转移至淬火槽中，相切承托于旋转机构的一组托辊上，利用压紧机构所设的气缸驱动下压轮沿导向杆伸出并抵压于待冷却产品的上侧外表面、消除浮动状态，再由旋转机构所设驱动电机通过主动辊传动，使得待冷却产品持续旋转，同时启动双表面喷淋机构的泵阀，对待冷却产品的外表面和内表面进行同步喷淋、均匀冷却；在对待冷却产品的样品同步喷淋达到预设温度并高温回火后，还包括进行性能指标检测步骤，

S1、从样品上分段、分位置实施取样，所述取样的分段包括沿轴向长度的中部及靠近容器两端圆弧过渡段200mm处的三个环，且取样分析的位置包含各个环相对淬火槽的下面、侧面和上面；

S2、对取样实施包含金相、晶粒度、拉伸、脱碳层、冲击的试验，获得空气环境下的一部分性能指标，

S3、对取样在氢气环境下通过至少包含慢应变速率拉伸试验、疲劳断裂扩展速率试验、断裂韧性试验，获得氢气环境下的另一部分性能指标。

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