4130X站用储气瓶组表面划痕缺陷安全评定

站用储气瓶组是一种高压、易燃易爆的特种焊接设备。文中依据GB∕T 19624—2019《在用含缺陷压力容器安全评定》标准,对4130X站用储气瓶组表面划痕缺陷进行安全评定,并与GB 150—2011《压力容器》中的相关规定进行了比较。研究发现,最大容允划痕深度a_(m)主要受划痕长度、应力、材料性能等因素影响;长划痕、大应力、较低的屈服强度和断裂韧度都会减小a_(m)值;此外,GB 150—2011比GB∕T 19624—2019对划痕深度的要求更加苛刻,如当板厚为10 mm时,前者要求划痕深度不超过板厚的5%,而后者指出不超过15%即为安全。

基于机器学习的4130X钢氢致疲劳裂纹扩展研究

4130X钢是常见的储氢材料,在应用中面临氢致疲劳裂纹失效的风险,可能影响其使用寿命。目前,气体氢和液态氢氛围下的氢致腐蚀疲劳裂纹扩展测试的结果尚缺乏系统性的梳理和分析。采用机器学习的方法,分析研究4130X钢基础力学性能参数和腐蚀疲劳测试参数对4130X钢氢致疲劳裂纹扩展的影响。结果表明:氢的浓度和形式是影响4130X钢氢致疲劳裂纹的最重要因素,同时通过机器学习算法建立4130X钢氢致疲劳裂纹扩展预测模型,经验证该模型匹配性较高。

高压气瓶4130X钢低周疲劳特性及疲劳设计曲线探讨

针对大容积钢制无缝气瓶材料4130X钢,开展了应变控制下4130X钢的循环特性、应变幅-寿命关系、概率-应变幅-寿命关系和疲劳设计曲线研究,参考ASMEⅧ-2—2021和JB 4732—1995《钢制压力容器——分析设计标准》给出了4130X钢的疲劳设计曲线。获得的4130X钢疲劳设计曲线,与规范中793 MPa≤σ_(uts)≤892 MPa的疲劳设计曲线有一定的差异,略高于ASMEⅧ-Ⅱ(σ_(uts)≤552 MPa)和JB 4732—1995(σ_(uts)≤540 MPa)的疲劳设计曲线。4130X钢材料疲劳寿命设计可采用本文提出的疲劳设计曲线或保守地采用ASMEⅧ-Ⅱ(σ_(uts)≤552 MPa)和JB 4732—1995(σ_(uts)≤540 MPa)中对应材料的疲劳设计曲线。

4130X在50MPa氢环境下的断裂力学性能试验研究

广泛用于大容积无缝高压储氢容器制造的铬钼钢4130X,在高压氢环境下面临着因高压氢脆引起的力学性能劣化现象,对4130X储氢容器的安全运行产生极大威胁。课题组利用研发的高压氢环境材料耐久性试验装置,对4130X在50 MPa氢环境下的疲劳裂纹扩展速率和断裂韧度开展试验研究。结果表明:相比于空气下,4130X在50 MPa氢环境下的疲劳裂纹扩展速率加快了约10~16倍,断裂韧度降低了约71.1%。4130X储氢容器的疲劳设计应考虑高压氢脆对材料断裂力学性能的劣化作用。

大容积气瓶用4130X无缝钢管热处理工艺研究

对4130X大容积气瓶用无缝钢管进行了不同热处理工艺制度的调质试验,检测分析材料的组织和力学性能。试验结果表明:4130X无缝钢管经880℃淬火,保温40 min,水冷至室温,再经690℃回火,保温90 mm空冷处理后,材料具有良好的低温冲击韧性和优异的综合机械性能,满足标准要求。

大容积气瓶用4130X钢管横向裂纹原因分析

为查明大容积气瓶用4130X钢管横向裂纹的产生原因,对断口进行了宏观和微观分析,并分析了试样的化学成分、力学性能、金相组织,发现该裂纹是由钢瓶淬火时残余应力导致的淬火开裂。钢管外表面的磨削加工产生的磨痕在淬火时引起组织应力集中是造成钢瓶淬火开裂的诱因。针对性地对钢管生产工艺进行优化,通过酸洗去除氧化铁皮,减径拔制,有效避免了该问题的再次发生。

储氢气瓶用钢4130X的氢脆敏感性试验研究

针对储氢气瓶设计制造中的材料与氢气介质的相容性问题,本文参考ISO 11114-4:2005标准及应力腐蚀试验方法,分别采用CT、WOL试样对4130X材料的抗氢致开裂能力进行了试验研究。CT试验结果显示4130X材料在标准所要求的加载条件下,在90℃、90MPa的氢气环境中具有良好的抗氢致开裂能力;WOL试验结果证明4130X的应力强度因子K_I加载至53.39MPa·m^(1/2)时,不会发生氢致开裂现象。在后续研究中,应增大加载的K_I值,以得到材料在高压氢气环境中的临界应力强度因子KIH值。

基于4130X材料的高压氢脆评价方法研究

材料氢脆会严重影响高压氢气储、运系统的性能,随着氢能在交通、电力等领域的应用,材料氢脆及服役安全也越来越受到重视。针对4130X材料氢脆敏感度评价及材料氢脆性能评价方法问题,开展了基于圆片压力试验与断裂力学试验技术的材料高压氢脆性能评价研究,并对材料的高压氢脆评价方法展开了讨论。结果表明4130X材料的氢脆敏感度系数为1.11,恒位移加载条件下材料的氢致开裂门槛值K_(IH)为87.81MPa·m^(1/2)。在微观断口分析中研究发现氢的介入导致材料断裂呈现了准解理及沿晶断口形貌。基于上述研究,本文提出针对CrMo高强钢开展ISO 11114-4标准中氢脆性能评价时,在方法选择上可采用A、B或A、C方法组合的建议。

长管拖车气瓶用4130X钢的应变疲劳特性及寿命预测

研究了长管拖车钢制无缝气瓶用材料4130X在4种不同应变幅控制下的低周应变-疲劳特性,分别对其循环应力-应变关系、应力-应变迟滞回线及疲劳寿命预测等进行研究,着重分析4130X钢的疲劳循环软化行为,提出了考虑循环软化作用的疲劳寿命预测修正模型。

基于数字图像和声发射技术的4130X钢拉伸断裂损伤状态监测

4130X钢是压缩天然气高压气瓶组的主要材料,为得到其受载作用下的损伤演化规律,采用数字图像相关技术(DIC)与声发射技术相结合,开展了4130X钢拉伸断裂损伤状态监测试验。采用拉伸试件表面应变标准差(SD)表征其损伤演化规律,并与损伤过程声发射信号特征参数经历分析相结合,得到了4130X钢在弹性微损伤、塑性损伤、裂纹扩展状态下的声发射信号强度分布规律。试验结果表明,采用DIC和声发射技术相结合的分析方法,能够得到4130X钢拉伸断裂过程的损伤演化规律,可为其服役状态下的损伤状态监测提供参考。

大容积无缝气瓶用4130X钢Φ600mm连铸圆坯研发

采用"铁水→提钒转炉→预处理脱硫→70 t转炉→LF→VD→圆坯连铸→缓冷"的工艺流程生产4130X钢(/%:0.31C,0.26Si,0.80Mn,0.008P,0.003S,0.99Cr,0.21Mo,0.005Ti,0.023Al)Φ600 mm铸坯。通过控制铁水中P≤0.140%,S≤0.070%;转炉提钒后采用KR法进行预处理,KR搅拌速度≥80 r/min,搅拌时间15 min,控制KR出站S≤0.005%;转炉终点0.06%~0.10%C,终点P≤0.008%,出钢温度≥1620℃,并采用了滑板档渣技术;LF采用高Al精炼渣系,初渣40%~45%(CaO),10%~15%(SiO_(2)),控制终渣35%~40%(Al_(2)O_(3)),50%~55%(CaO),5%~15%(SiO_(2));VD Ca处理,控制钢中Ca含量0.0005%~0.0010%;真空度≤67 Pa,≥18 min,软吹≥20 min;连铸过程中采用结晶器(200A/2.0 Hz)+凝固末端电磁搅拌(900 A/6.0 Hz),过热度20~30℃,拉速0.21 m/min,二冷比水量0.08 L/kg,成功研发出大容积无缝气瓶用4130X钢Φ600 mm连铸坯,钢中A、D类夹杂物均≤1.0级,B、C类夹杂物均为0,Ds类≤1.5级,所有指标均满足用户要求。

4130X大容积气瓶用无缝钢管的轧制工艺实践

4130X大容积气瓶用无缝钢管生产时存在诸多难点,如外折问题、环状内折问题、壁厚精度问题等。通过严格控制环形炉温度、对穿孔轧制参数进行设置、连轧壁厚进行严格控制等措施,成功批量生产出质量稳定的4130X无缝钢管。

4130X钢非对称非比例载荷下双轴低周疲劳行为

为研究4130X钢在双轴疲劳载荷下的应力应变状态以及疲劳损伤行为,对4130X钢开展了双轴非对称比例与非比例循环载荷作用下的疲劳试验研究。从双轴循环应变幅、双轴棘轮应变、断口形貌和疲劳寿命等方面,系统分析了不同双轴加载条件下4130X钢的低周疲劳与棘轮行为。结果表明,随着双轴载荷比的减小或相位差的增大,双轴均表现出显著的循环软化现象,并且棘轮应变显著增加,双轴棘轮效应更加明显,导致其疲劳寿命减小。与其他加载情况相比,等双轴载荷比下相位差对疲劳寿命和等效应变的影响更加显著,在双轴相位差ΔФ由0°变为90°时,疲劳寿命下降90%。断口特征表明,随着双轴非比例程度的增大,韧窝由等轴韧窝逐渐转变为剪切韧窝,数量显著增加。

4130X连铸开浇炉钢管探伤不合格原因分析

分析了4130X气瓶钢管探伤不合格的原因为开浇炉二次氧化引起非金属夹杂物。以?500 mm规格连铸圆坯4130X为研究对象,从距勾头不同位置取样,研究氧含量、氮含量、Al损耗、非金属夹杂物等指标的变化规律,发现距离勾头部位越近,氧含量、氮含量越高,Al损耗越大,非金属夹杂物中B类、D类、DS类级别越高,说明开浇阶段钢液二次氧化程度相当严重。另外,研究发现,距离勾头越近,长度5μm及以上的含Al非金属夹杂物分布密度越大,说明开浇时钢液的二次氧化对5μm以上的夹杂物影响较大。

大容积钢质无缝气瓶4130X材料中Mn、Mo含量对热处理的影响

通过对大容积钢质无缝气瓶热处理后出现的强度低、显微组织差的异常现象进行原因分析,确定出由于原材料成分中Mn、Mo元素含量偏低,影响了产品强度和淬透性。据此制定相关针对性措施,保证热处理质量。

压缩天然气气瓶临界裂纹尺寸的研究

以压缩天然气气瓶用钢 4 130X钢为材料 ,实测了高浓度和中等浓度硫化氢腐蚀溶液中材料的临界应力强度因子 ,得出压缩天然气气瓶在高浓度和中等浓度硫化氢溶液中的临界裂纹尺寸 ,为保证压缩天然气气瓶安全运行进行的裂纹评定提供了实验依据。

机械加工表面粗糙度对4130 X钢在0.5%NaCl溶液中的腐蚀性能影响

本文采用动电位极化、电化学阻抗谱、微观形貌观测等方法研究了不同表面粗糙度的4130X钢在质量分数为0.5%NaCl溶液中的腐蚀行为。实验结果表明,随表面粗糙度下降,试样表面积变化不大,其自然腐蚀电位下降,然腐蚀电流密度降低,电荷转移电阻降低,腐蚀反应剧烈程度整体有所下降。微观形貌显示,在反应发生初期,试样表面首先于凸起位置发生腐蚀,并且随腐蚀反应的进行逐渐扩展至试样整体表面。表面粗糙度对腐蚀反应影响主要来源于试样表面的几何形状差异、电化学活性差异和表面状态差异。

长管拖车气瓶材料受火后性能及组织变化

通过模拟火灾条件,研究了经历不同热暴露温度后气瓶材料力学性能及微观组织变化规律。试验结果表明,长管拖车气瓶材料在热暴露温度超过700℃时,材料的力学性能出现不满足相关标准要求项,是由组织中条块状铁素体消失及位错密度减少所致。最终形成不同受火温度下长管拖车气瓶材料金相组织图谱及力学性能对应关系,为火灾后长管拖车气瓶检验判定提供参考。

高压氢环境下光滑圆棒拉伸试样中氢扩散的数值模拟

临氢材料的氢脆问题在高压储氢中较为常见,可通过慢应变速率拉伸试验来评价材料对高压氢环境的敏感性,但在试验之前需将试样静置于所需氢环境以实现氢渗透,使得试样中达到饱和均匀氢浓度。其渗氢时间由具体渗氢条件决定,随试样尺寸、渗氢压力、渗氢温度等因素变化而变化。目前还没有标准规范对于临氢材料SSRT试验的必要氢渗透时间做出明确规定,相应的渗氢条件也较为苛刻。所以针对316L及4130X两种临氢材料,采用数值模拟的方法来研究高压氢环境下光滑圆棒拉伸试样在渗氢过程中的氢扩散行为,分析了渗氢时间的影响因素,为氢脆评价用SSRT试样的浸泡时间提供了参考。

高压氢气瓶用无缝管的热处理工艺研究

介绍了开发4130X钢满足最新版气瓶管强制性执行标准GB 28884—2012的过程,以及质量效应对气瓶管的影响。研究结果表明:4130X钢受质量效应影响很大,试样热处理工艺只能对现场热处理工艺提供指导。同时,开发的4130X钢能满足最新版标准以及DOT-SP8009的相关规定。