连铸电磁搅拌和轻压下对气瓶钢34CrMo4冶金质量的影响

气瓶钢34CrMo4的生产工艺流程为铁水预处理-180 t BOF-LF-RH-350 mm×470 mm坯连铸。对4流连铸分别采用结晶器电磁搅拌(M-EMS,480 A,2 Hz);M-EMS+凝固末端电流搅拌(E-EMS,320 A,6 Hz);M-EMS+轻压下(LR,3 mm-4 mm-3 mm)以及M-EMS+E-EMS+LR进行工业试验,得出M-EMS(480 A,2 Hz)+E-EMS(320A,6 Hz)+3-4-3(mm)轻压下工艺,有效提升连铸坯内部冶金质量。9炉生产结果表明,该流程生产的气瓶钢34CrMo4的抗拉强度达1 070~1 159 MPa,钢中氧含量≤0.002 0%,采用M-EMS+E-EMS+LR连铸工艺时,该钢具有高致密度,铸坯中心疏松级别≤1.0。

34CrMo4无缝钢气瓶的热处理工艺改进

CNG(Compressed natural gas)气瓶是一种常用的储存和运输天然气的特种设备,工作中不断的承受循环变化的高压应力,易因材料内部缺陷、热加工工艺不当等原因导致在某些区域产生变形、失稳甚至爆破失效。本研究以34CrMo4气瓶为例,对实际失效气瓶的破口区进行了宏观形貌检测、厚度检测、断口处显微金相组织检测等,并进行了理化数据分析,发现瓶体破裂的主要原因是由于材料的热处理调质工艺不当,造成整体强度韧性降低。通过在淬火阶段中加入压缩空气搅拌机构,可以加快介质流动速度,破坏淬火过程中在钢瓶表面形成的气膜,提高气瓶与介质的热交换速率,增大合金固态金属的相变推动力,从而减少铁素体的含量,提高气瓶整体的强度和韧性等力学性能。

高压气瓶用34CrMo4钢的抗氢脆性能及影响因素

为保证具有氢脆风险的高压气瓶的安全使用,对国内两个钢厂生产的高压气瓶用34CrMo4钢进行了化学成分分析、力学性能测试和抗氢脆性能试验,对比研究了不同厂家34CrMo4钢的抗氢脆性能及影响因素。结果表明:不同钢厂生产的34CrMo4钢中的主要化学成分基本一致,但由于钢中气体元素氧、氮、氢,有害元素磷、硫和微量元素(钒+铌+钛+硼+锆)的含量,非金属夹杂物级别,以及钢的冲击性能相差较大,导致其通过氢脆试验的抗拉强度不同,分别为901,968 MPa,对应的最大氢脆化指数分别为1.93,1.92;对具有氢脆风险的高压气瓶,除应限定材料最大抗拉强度与屈强比外,还应限定有害元素磷、硫和微量元素(钒+铌+钛+硼+锆)的含量。

高压气瓶用34CrMo4钢抗氢脆性能及影响因素

为保证具有氢脆危险性的高压气瓶安全使用,对不同P、S含量和强度的高压气瓶用34Cr Mo4钢进行了力学性能和抗氢脆性能的圆盘片压力试验,对比研究了三个不同P、S含量和强度34Cr Mo4钢的抗氢脆性能及影响因素。结果表明:当34Cr Mo4钢中P=0.008%、S=0.002%、抗拉强度为1035MPa时,最大氢脆化指数为1.97,满足ISO 11114-4:2005标准抗氢脆要求。并且随着钢中P、S含量增加,适应氢环境的最大抗拉强度越低。材料屈服强度取值定义对材料氢脆危险性判定标准影响较大。

回火温度对高压气瓶用钢34CrMo4屈强比的影响

采用770℃进行亚温淬火且用不同回火温度对高压气瓶用钢34CrMo4进行热处理,然后借助OM、SEM、XRD以及JMatPro等手段研究了不同回火温度对34Cr Mo4钢组织及屈强比的影响。结果表明:不同回火温度处理后得到回火索氏体+铁素体组织,屈强比相对调质处理后的明显降低;随着回火温度的升高,铁素体相占比基本不变,晶格畸变程度相似,M_(3)C和M_(2)(C,N)发生回溶,M_(23)C_(6)和M_(7)C_(3)长大,在630℃时变化最明显,因此钢的抗拉强度逐渐降低,屈服强度及屈强比均先增加后降低,屈强比在630℃时得到最小值0.776。

34CrMo4钢气瓶瓶底开裂分析

采用热旋压工艺将34CrMo4钢无缝钢管成形为气瓶后,在气瓶封头底部熔合处出现裂纹,严重影响了气瓶质量。通过光学显微镜、扫描电镜、直读光谱仪等方法对气瓶裂纹部位进行了金相组织观察及夹杂物分析。分析结果表明:该气瓶在收底时存在熔合不良现象,致使收底三角形区域存在裂纹,该裂纹在经过后续的淬火时进一步扩展,最终形成气瓶底部裂纹。

34CrMo4大直径无缝气瓶的热处理研究

通过对34CrMo4材料进行完全淬火和高温回火,采用金相观察、扫描电镜以及能谱仪分析等方法,研究淬火温度和回火温度对34CrMo4材料的组织和性能的影响。研究结果表明,试样经过930℃淬火,保温60 min,560℃回火,保温120 min最佳工艺热处理后综合性能达到最佳,从而有利于34CrMo4大直径无缝钢质气瓶的应用以及安全性的提高。

淬火对34CrMo4钢显微组织与力学性能的影响

对34CrMo4钢进行不同温度、不同淬火介质的淬火,再统一进行680℃回火处理。采用OM、硬度测试和冲击试验等研究了淬火温度与淬火介质对34CrMo4钢组织与力学性能的影响。结果表明:随着淬火温度的升高,回火态34CrMo4钢的硬度先降低后升高,冲击功先升高后降低。820℃淬火,油冷+680℃回火34CrMo4钢的冲击功明显大于其他温度淬火试验钢,综合力学性能最好,其组织为细小回火索氏体及少量铁素体。采用油冷淬火的34CrMo4钢的综合力学性能优于水冷、空冷的试验钢。

34CrMo4钢淬火开裂分析

本文就西德生产的34CrMo4钢在榆验过程中淬火开裂问题进行分析。依据淬火裂纹产生的形式及汴火在两种不同的冷却状态下产生的不同结果,分析其汴火组织应力及热应力对淬火裂纹的影响,确定其影响淬火裂纹的主要因素,并提出了防止淬火开裂的有效措施。本文还就该钢热处理后强度偏低问题进行探讨,指出该钢在不同的回火温度下其强度的变化情况。

34CrMo4钢中空轴开裂原因分析

外径110mm、内径30mm的34CrMo4钢中空轴,870℃水淬和640℃回火后发现有约20mm长的裂纹。为此对开裂的中空轴进行了化学成分分析、力学性能检测、金相检验,检验了裂纹的表面状况,并对夹杂物进行了能谱分析。结果表明:该中空轴的化学成分、力学性能均符合要求,显微组织基本正常,裂纹表面被严重氧化。据此可以断定,34CrMo4钢中空轴开裂是淬火不当所致。此外,含Mn和S的夹杂物也促进了中空轴的淬火开裂。改进淬火方式后,中空轴开裂的问题已经解决。

车用CNG2气瓶低周疲劳的微观损伤机理研究

车用CNG2气瓶在反复充放气过程中易造成气瓶疲劳断裂失效,而目前关于金属内胆的微观损伤机理尚不清晰。在对某型号CNG2气瓶开展20000次循环加压疲劳试验基础上,运用场扫描电镜(SEM)观察了内胆不同部位的微观组织结构,探讨了其疲劳微观损伤机理。研究结果表明:金属内胆由于发生循环软化,在基体中形成了大量的局部循环塑性变形区,且随塑性应变累积而沿晶界或相界扩展;同时,位错运动诱导下的碳化物偏聚促进了晶界粗化,削弱了晶界的连接强度,最终局部循环塑性变形区彼此连接并逐步与基体脱离,从而萌生裂纹。最后基于微观损伤机理提出,金属内胆的材料冶金、成型及热处理后形成的碳化物颗粒细化及均匀分布程度,对于提高金属内胆的疲劳寿命具有重要意义。

热处理对高压气瓶用34CrMo4H钢力学性能的影响

研究了不同淬火温度、回火温度、回火时间、冷却方式、预处理工艺对气瓶用34Cr Mo4H高强度钢力学性能的影响。结果表明,随淬火温度的提高,其抗拉强度增大,冲击韧度和伸长率降低;随回火温度的提高,其抗拉强度降低,伸长率增大,在540~570℃回火时冲击韧度表现为变化不明显,然后随回火温度的提高而增大。油淬或水淬,其强度、冲击韧度基本一致,但油淬的伸长率比水淬高2%;随回火时间的延长,其强度降低,冲击韧度值增大,伸长率在回火时间为2 h时最大,然后随回火时间的延长或缩短,逐步降低。最佳的热处理工艺为840~900℃淬火,水或油淬＋570~610℃回火1~2.5 h,可以获得符合ISO 9809-2：2010标准和设计要求的力学性能;在最终调质处理前增加870℃正火预处理,可进一步改善34Cr Mo4H钢的塑韧性。

热处理工艺对高压气瓶用34CrMo4钢屈强比的影响

为了改善高压气瓶用34CrMo4钢屈强比较高的问题,分别研究了调质处理(QT)、在浓度为7. 5%PAG水溶性淬火剂中的淬火+回火(Q1T)、亚温淬火+回火(IT)和淬火+亚温淬火+回火(QIT) 4种不同热处理工艺对34CrMo4钢屈强比的影响,以及屈强比与微观组织之间的关系。结果表明:采用QT工艺得到回火索氏体组织,屈强比最高;采用Q1T工艺得到较粗的回火索氏体组织,屈强比较高;采用IT工艺得到回火索氏体+块状及板条状铁素体两相组织,屈强比较低;采用QIT工艺得到回火索氏体+均匀分布的板条铁素体两相组织,屈强比最低。试样的组织为硬相回火索氏体上分布着软相铁素体时,有较低的屈强比。

抗拉强度1100MPa以上高强度气瓶的研究

通过研究抗拉强度1100 MPa以上高强度气瓶钢,采用ISO 9809-2:2010壁厚计算公式和有限元技术,对ф229 mm,50 L高强度气瓶进行了设计与分析;并通过"未爆先漏(LBB)"试验对设计进行了验证。结果表明,34CrMo4H高强度气瓶钢在870℃加热、水介质冷却淬火、570~600℃回火空冷热处理条件下,能够满足1100 MPa以上高强度气瓶的设计要求;高强度气瓶的壁厚设计按照ISO 9809-2:2010公式是合理的,但凹底厚度应结合有限元技术进行分析确定,不能直接取值为2倍最小设计壁厚;与GB 5099—1994标准设计相比,高强度气瓶的空瓶质量降低20%以上,实现了气瓶的轻量化,并大大提高了气体充装量;预制裂纹疲劳试验次数在11000次左右,疲劳寿命接近完好气瓶规定值12000次的水平。预制裂纹爆破试验表明,当采用爆破试验方法时预制裂纹深度为实际壁厚的75%左右,当采用疲劳试验方法时预制裂纹深度为实际壁厚的60%~70%,试验结果均能够满足设计要求。

正火温度对34Mn2V气瓶钢冲击韧性的影响

研究了34Mn2V钢经不同温度正火后的力学性能,分析了不同温度正火后材料的组织变化对冲击韧性的影响。实验室及工业试验结果表明,利用适宜的亚温正火可显著提高34Mn2V钢的冲击韧性,实际生产中适当降低正火温度可使34Mn2V钢具有良好的强韧性,满足高压气瓶技术条件的要求。

30CrMo钢大直径厚壁压力气瓶淬火过程数值模拟

采用有限元数值模拟技术,建立了30Cr Mo钢大直径厚壁压力气瓶在淬火过程中内部温度场、组织相变场和应力应变场相互耦合的数学模型,给出了气瓶在槽内浸水与内表面径向间歇喷雾外表面连续喷水2种淬火工艺下的温度、组织及应力的分布与演化规律。数值模拟研究结果表明,在槽内浸水淬火冷却过程中,气瓶瓶体内外表面温度差异较大,存在较大温度梯度,气瓶在淬火过程中的应力峰值较大,容易引起气瓶发生较大变形,且瓶体不能完全淬透,马氏体转变量较少;气瓶内表面径向间歇喷雾外表面连续喷水淬火工艺可使气瓶的内外表面冷却强度更加合理,进而降低其内外表面的温度梯度,减小其淬火应力峰值,消除其淬火变形,改善其组织分布,从而保证瓶体组织和硬度的均匀性。

30CrMo气瓶钢中大型夹杂物的研究

通过全流程系统取样、稀土氧化物示踪、综合分析等方法,对天津钢管集团有限公司第二炼钢厂EAF→LF→VD→CC工艺生产的30CrMo气瓶钢中大型夹杂物的数量、尺寸、成分及形貌的变化情况进行研究,并对其来源进行分析。结果表明:中间包中二次氧化严重,铸坯中大型夹杂物主要有CaO-Al2O3-MgO、CaO-Al2O3、Al2O3-(Ca,Mn)S、Al2O3,来源于脱氧产物、包衬侵蚀剥落以及钢包和结晶器卷渣。

35CrMo钢气瓶热处理时爆裂失效分析

35CrMo钢气瓶在热处理时发生爆裂,对其样件进行宏观检验、微观分析、力学性能测试、化学成分分析,并对同批次气瓶进行现场模拟试验以及有限元分析。结果表明:密封气瓶内壁粘附的石墨和水在高温下生成的可燃气体与氧气反应发生爆炸,产生瞬时高压,导致气瓶爆裂。

34CrMo4无缝钢管内折缺陷的成因分析

针对国内某型号34CrMo4无缝钢管生产过程中出现的钢管内折缺陷,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS),对缺陷微观形貌和微区成分进行了系统观察和分析,探讨了34CrMo4无缝钢管内折缺陷的形成原因。研究发现钢管内表面内折缺陷区域有大量层次明显的裂纹,并且在内折缺陷区域、生产线热加工后管坯和模拟生产线热处理后的管坯中均发现了Cu元素富集现象。在生产线管坯穿孔咬入过程中,高含Cu夹杂物被轧碎挤压至晶界处,并沿晶界渗入,破坏晶界的连续性。由于穿孔产生的轴向拉应力以及高含Cu夹杂物的出现,使管坯沿轴向变形过程中出现基体不连续现象,管坯在不断延伸过程中出现微裂纹,无缝钢管内壁在随后的连轧和定径过程中形成内折缺陷。

淬火工艺对34CrMo4钢组织和性能的影响

通过对34CrMo4钢进行不同淬火温度热处理,对试样进行了力学性能测试及微观组织分析,研究了不同淬火温度对34CrMo4钢组织和性能的影响,并对两相区强度与淬火温度关系进行了数学拟合。结果表明,在相同回火工艺条件下,随着淬火温度的升高,钢的强度上升,最后稳定在一个较高的水平,而常温和低温冲击韧性均表现为先上升后下降;在两相区热处理时,随着淬火温度的升高,钢的冲击韧性持续上升,其中靠近Ac3点得到的针状铁素体+马氏体+残余奥氏体结构可获得最好的强韧性配合。