一種超高壓容器及制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種超高壓容器及制造方法，該容器包括容器本體和端塞，容器本體由筒體、過渡肩部及瓶口組成，所述瓶口經過渡肩部連接在筒體的兩端，過渡肩部與筒體及瓶口圓滑過渡連接，瓶口設有內螺紋，端塞設置在瓶口內，且與瓶口螺紋連接；該制造方法選用鉻鉬鋼鋼管采取兩端熱旋壓收口成型后，再經過調質熱處理、機加工和檢測工序后制成，本發明滿足了我國對超高壓容器的需求，填補國內超高壓容器的制造工藝技術空白，產生良好的社會和經濟效益。
【專利說明】
一種超高壓容器及制造方法
技術領域
[0001]本發明涉及超高壓容器制造技術領域，具體的說是一種超高壓容器及制造方法。
【背景技術】
[0002]目前我國壓力容器是按照標準GB150的要求進行設計和制造的，其制造工藝為:一方面將一定厚度的鋼板卷成筒形，通過縱縫焊接形成筒體;另一方面采用沖壓方法將一定厚度的鋼板沖壓成封頭形狀;最后將封頭與筒體兩端通過環縫焊接在一起制成壓力容器，焊接的壓力容器主要有一條縱焊縫和兩條環焊縫。這種壓力容器生產工藝存在與焊縫有關的不連續、強度降低、脆斷和應力集中等缺陷，安全性不高，而且容器的氣密性和耐壓性能較低，一般只能生產壓力不大于35MPa的壓力容器，而對于壓力大于35MPa的超高壓容器的制造卻不適用。目前我國對超高壓容器的需求越來越多，亟需超高壓容器的制造工藝技術來填補國內空白。
【發明內容】
[0003]針對上述現有的超高壓容器的需求越來越多，亟需超高壓容器的制造工藝技術來填補國內空白的問題，本發明提供一種超高壓容器及制造方法。
[0004]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為:
一種超高壓容器，該容器包括容器本體和端塞，容器本體由筒體、過渡肩部及瓶口組成，所述瓶口經過渡肩部連接在筒體的兩端，過渡肩部與筒體及瓶口圓滑過渡連接，瓶口設有內螺紋，過渡肩部為半球形圓弧，圓弧直徑與筒體的直徑相等，瓶口內螺紋長度不小于50mm ο
[0005]所述端塞與瓶口之間設有密封墊片。
[0006]所述的端塞為碳素鋼端塞。
[0007]—種如上所述的超高壓容器的制造方法，該方法選用鉻鉬鋼鋼管采取兩端熱旋壓收口成型后，再經過調質熱處理、機加工和檢測工序后制成，具體包括以下步驟:
1)選取壁厚不小于11mm、S含量<0.010%、P含量< 0.015%的鉻鉬鋼熱乳無縫鋼管為基材，并進彳丁 100%超聲波探傷檢測和測厚；
2)對通過超聲波檢測合格的無縫鋼管進行兩端熱旋壓收口成型，得容器本體；
3)對容器本體淬火加熱溫度為850?920°C、保溫90?180min后出爐淬火，完成淬火后立即進行回火處理，回火加熱溫度為620?720°C、保溫100?240min后出爐空冷；
4)對經過調質熱處理后的容器本體進行硬度測試；
5)對容器本體外表面進行拋丸處理；
6)對容器本體兩端平頭、磨削加工去除瓶肩內外部出現的皺褶，實現從容器本體的筒體段至瓶口端的圓滑過渡，并對瓶口的端面、內螺紋進行精密加工保證配合精度；
7)對容器本體及兩端內螺紋進行100%磁粉檢測；
8)對容器本體進行5/3倍公稱壓力下的水壓試驗后，再次對容器本體及兩端內螺紋進行100%磁粉檢測；
9)對容器本體內表面進行噴丸處理，并利用內窺鏡進行容器本體內表面質量檢查；
10)對容器本體瓶口內螺紋旋上帶螺紋的端塞，端塞和容器本體的瓶口內螺紋通過密封墊片進行密封；
11)對所得容器在公稱壓力下進行氣密試驗；
12)對所得容器外表面進行拋丸處理；
13)對所得容器進行100%超聲波探傷檢測和測厚；
14)對所得容器外表面噴涂防銹漆；
15)對以上處理后的容器內部充氮氣保存待用。
[0008]所述步驟I)中鉻鉬鋼熱乳無縫鋼管為屈服強度Rp0.2 2 760MPa的鉻鉬鋼4142熱乳無縫鋼管。
[0009]所述步驟3)中出爐淬火所用的淬火液為濃度為10?18%的Aqua_Quench251型淬火液。
[0010]所述高壓容器經調質熱處理后的屈服強度Rp0.2 2 760MPa，抗拉強度Rm2 960MPa，硬度不得高于HB330;容器熱處理后的金相組織為回火索氏體，晶粒度不得小于6級。
[0011 ] 所述拋丸處理是采用外拋丸機進行外表面的處理，應達到Sa2.5級，表面粗糙度30-50μπι;噴丸處理是采用內噴丸機進行內表面的處理，應達到Sa2.5級，表面粗糙度30?50μπι。
[0012]所述無縫鋼管和容器本體的任一部位的壁厚均不得小于11mm。
[0013]所述充氮氣是采用0.05MPa壓力和室溫下氮氣吹洗3?5min，然后用0.1MPa氮氣氣封容器。
[0014]本發明的有益效果:
本發明提供的超高壓容器，容器設計壓力大于35MPa，材料選用的是屈服強度Rp0.2 2760MPa的特級優質高強度鋼，解決現有壓力容器制造技術中與焊縫有關的不連續、強度降低、脆斷和應力集中等缺陷，安全性更高；不僅滿足應用時的強度指標檢驗，同時在整體設計時適當提高了材料的低溫韌性，以有助于防止低溫脆斷現象的發生;另外，容器在服役過程中需經歷反復的充氣、放氣過程，容器材料在此期間承受高強度的交變應力載荷，影響到整體的抗疲勞性能。以上兩點是本發明所關注的焦點，也是本發明產生的最顯著的積極效果。使用本發明制作方法所得到的容器熱處理后的低溫韌性，是從試驗環上取樣后所實際測出的；容器的疲勞性能是根據對容器整體的疲勞試驗所實際測出的。經過反復試驗可以證實:經本發明的工藝所處理的產品試驗環，取樣進行夏比V型缺口-40°C的低溫沖擊試驗，三個標準試樣沖擊功的平均值KV2 > 40J，且單個試樣的沖擊功KV2 > 32J;經本發明的工藝所處理的容器整體在常壓和工作壓力的循環加載下，疲勞壽命2 12000次；以上試驗結果說明本發明工藝所處理的產品具有良好的抗低溫脆斷和疲勞斷裂能力;本發明提供的高強度鋼無縫超高壓容器的制造方法，滿足了我國對超高壓容器的需求，填補國內超高壓容器的制造工藝技術空白，產生良好的社會和經濟效益。
【附圖說明】
[0015]圖1本發明超高壓容器結構主視圖；
圖2本發明超高壓容器結構側視圖； 附圖標記:1、筒體，2、過渡肩部，3、瓶口，4、端塞，5、密封墊片。
【具體實施方式】
[0016]下面結合【具體實施方式】對本發明做進一步的闡述。
[0017]如圖所示:一種超高壓容器，該容器包括容器本體和端塞4，容器本體由筒體1、過渡肩部2及瓶口 3組成，所述瓶口 3經過渡肩部2連接在筒體I的兩端，過渡肩部2與筒體I及瓶口 3圓滑過渡連接，瓶口 3設有內螺紋，端塞4設置在瓶口 3內，且與瓶口 3螺紋連接;過渡肩部2為半球形圓弧，圓弧直徑與筒體I的直徑相等，瓶口 3內螺紋長度不小于50mm，所述端塞4與瓶口 3之間設有密封墊片5;所述的端塞為碳素鋼端塞。
[0018]—種如上所述的超高壓容器的制造方法，該方法選用鉻鉬鋼鋼管采取兩端熱旋壓收口成型后，再經過調質熱處理、機加工和檢測工序后制成，具體包括以下步驟:
1)選取壁厚為30mm、S含量<0.010%、P含量< 0.015%的鉻鉬鋼熱乳無縫鋼管為基材，并進行100%超聲波探傷檢測和測厚；
2)對通過超聲波檢測合格的無縫鋼管進行兩端熱旋壓收口成型，得容器本體；
3)對容器本體淬火加熱溫度為880?900°C、保溫90?180min后出爐淬火，完成淬火后立即進行回火處理，回火加熱溫度為630?650°C、保溫200min后出爐空冷；
4)對經過調質熱處理后的容器本體進行硬度測試；
5)對容器本體外表面進行拋丸處理；
6)對容器本體兩端平頭、磨削加工去除瓶肩內外部出現的皺褶，實現從容器本體的筒體段至瓶口端的圓滑過渡，并對瓶口的端面、內螺紋進行精密加工保證配合精度；
7)對容器本體及兩端內螺紋進行100%磁粉檢測；
8)對容器本體進行5/3倍公稱壓力下的水壓試驗后，再次對容器本體及兩端內螺紋進行100%磁粉檢測；
9)對容器本體內表面進行噴丸處理，并利用內窺鏡進行容器本體內表面質量檢查；
10)對容器本體瓶口內螺紋旋上帶螺紋的端塞，端塞和容器本體的瓶口內螺紋通過密封墊片進行密封；
11)對所得容器在公稱壓力下進行氣密試驗；
12)對所得容器外表面進行拋丸處理；
13)對所得容器進行100%超聲波探傷檢測和測厚；
14)對所得容器外表面噴涂防銹漆；
15)對以上處理后的容器內部充氮氣保存待用。
[0019]本發明提供一種高強度鋼無縫超高壓容器的制造方法，解決現有壓力容器制造技術中與焊縫有關的不連續、強度降低、脆斷和應力集中等缺陷，安全性更高。
[0020]本發明的超高壓容器為整體的無縫結構，采用的是乳制成型的無縫鋼管經過旋壓收口而成，旋壓收口成型工藝路線為:選用乳制成型的無縫鋼管、兩端熱旋壓收口成型、調質熱處理、機加工和檢測工序，對選用的無縫鋼管、中間半成品到最終成品反復試驗后的工藝參數通過歸納總結后而獲得的。
實施例
[0021]本發明是以設計壓力為50MPa的超高壓容器為實施目標，選用屈服強度Rp0.2 2760MPa的超高強度優質鉻鉬鋼4142熱乳無縫鋼管為基材，采取兩端熱旋壓收口成型并經過調質熱處理、機加工和檢測工序后制成，具體步驟如下:
1)選取壁厚為30mm、S含量<0.010%、P含量< 0.015%的超高強度優質鉻鉬鋼4142熱乳無縫鋼管為基材；
2)按照設計要求選取配套長度的無縫鋼管，并進行100%超聲波探傷檢測和測厚；
3)對通過超聲波檢測合格的無縫鋼管進行兩端熱旋壓收口成型，得容器本體；
4)對容器本體淬火加熱溫度為880?900°C、保溫160min后出爐淬火，完成淬火后應立即進行回火處理，回火加熱溫度為630?650 °C、保溫200min后出爐空冷，所使用的淬火液是濃度為10?18%的好富頓(上海)高級工業介質有限公司生產的Aqua-Quench251型淬火液；
(5)對經過調質熱處理后的容器本體進行硬度測試，屈服強度Rp0.2 2 760MPa，抗拉強度Rm2 960MPa，硬度不得高于HB330;容器熱處理后的金相組織為回火索氏體，晶粒度不得小于6級；
(6)對容器本體外表面進行拋丸處理；
(7)對容器本體的兩端平頭、磨削加工去除瓶肩內外部可能出現的皺褶，實現從容器本體的筒體段至瓶口端過渡部位的圓滑過渡，并按照設計要求對瓶口的端面、內螺紋進行精密加工保證配合精度；
(8)對容器及兩端內螺紋進行100%磁粉檢測；
(9)對容器進行5/3倍公稱壓力下的水壓試驗后，再次對容器及兩端內螺紋進行100%磁粉檢測；
(10)對容器本體內表面進行噴丸處理，并利用內窺鏡進行容器內表面質量檢查；
(11)對容器本體瓶口內螺紋旋上帶螺紋的優質碳素鋼端塞，端塞和瓶口內螺紋通過密封墊片進行密封；
(12)對容器在公稱壓力下進行氣密試驗；
(13)對容器外表面進行拋丸處理；
(14)對容器進行100%超聲波探傷檢測和測厚；
(15)對容器外表面噴涂防銹漆；
(16)對以上處理后的容器內部充氮氣保存待用。
[0022]以上所說的拋丸處理是采用外拋丸機進行外表面的處理，應達到Sa2.5級，表面粗糙度30?50μπι;噴丸處理是采用內噴丸機進行內表面的處理，應達到Sa2.5級，表面粗糙度30?50μπιο
[0023]以上所說的無縫鋼管和容器的任一部位的壁厚均不得小于11mm。
[0024]以上所說的無縫鋼管和容器本體分別進行的100%超聲波檢測、容器和瓶口內螺紋分別進行的100%磁粉檢測的合格標準為:NB/T 47013-2015《承壓設備無損檢測》規定的I級。
[0025]以上所說的容器外表面噴涂的防銹漆是采用洛陽雙瑞防腐股份有限公司生產的GS06-1脂肪族聚氨酯底漆和GS52-3脂肪族聚氨酯面漆，防銹漆層總厚度約200μπι。
[0026]以上所說的高強度鋼無縫高壓容器充氮氣是采用優質氮氣吹洗3?5min，在
0.05MPa壓力和室溫下，通過加倍充氣(0.1MPa)用氮氣氣封容器。
[0027]以上所采取的技術措施可以保證該高強度鋼無縫高壓容器的質量安全性，容器材料中任何具有潛在威脅的缺陷(如夾層、裂紋、夾雜物、皺褶等)都會在調質熱處理后的嚴格檢測中被發現、排除，并采取完善的技術防護措施(如噴涂防銹漆)以預防使用過程中可能出現的缺陷(如銹蝕等)。
【主權項】
1.一種超高壓容器，該容器包括容器本體和端塞(4)，其特征在于:容器本體由筒體(I)、過渡肩部(2)及瓶口(3)組成，所述瓶口(3)經過渡肩部(2)連接在筒體(I)的兩端，過渡肩部(2)與筒體(I)及瓶口( 3)圓滑過渡連接，瓶口(3)設有內螺紋，端塞(4)設置在瓶口(3)內，且與瓶口(3)螺紋連接，過渡肩部(2)為半球形圓弧，圓弧直徑與筒體(I)的直徑相等，瓶口(3)內螺紋長度不小于50mm。2.如權利要求1所述的超高壓容器，其特征在于:所述端塞(4)與瓶口(3)之間設有密封墊片(5)。3.如權利要求1所述的超高壓容器，其特征在于:所述的端塞為碳素鋼端塞。4.一種如權利要求1所述的超高壓容器的制造方法，其特征在于，該方法選用鉻鉬鋼鋼管采取兩端熱旋壓收口成型后，再經過調質熱處理、機加工和檢測工序后制成，具體包括以下步驟: 1)選取壁厚不小于11mm、S含量<0.010%、P含量< 0.015%的鉻鉬鋼熱乳無縫鋼管為基材，并進彳丁 100%超聲波探傷檢測和測厚； 2)對通過超聲波檢測合格的無縫鋼管進行兩端熱旋壓收口成型，得容器本體； 3)對容器本體淬火加熱溫度為850?920°C、保溫90?180min后出爐淬火，完成淬火后立即進行回火處理，回火加熱溫度為620?720°C、保溫100?240min后出爐空冷； 4)對經過調質熱處理后的容器本體進行硬度測試； 5)對容器本體外表面進行拋丸處理； 6)對容器本體兩端平頭、磨削加工去除瓶肩內外部出現的皺褶，實現從容器本體的筒體段至瓶口端的圓滑過渡，并對瓶口的端面、內螺紋進行精密加工保證配合精度； 7 )對容器本體及兩端內螺紋進行100%磁粉檢測； 8)對容器本體進行5/3倍公稱壓力下的水壓試驗后，再次對容器本體及兩端內螺紋進行100%磁粉檢測； 9)對容器本體內表面進行噴丸處理，并利用內窺鏡進行容器本體內表面質量檢查； 10)對容器本體瓶口內螺紋旋上帶螺紋的端塞，端塞和容器本體的瓶口內螺紋通過密封墊片進行密封； 11)對所得容器在公稱壓力下進行氣密試驗； 12)對所得容器外表面進行拋丸處理； 13)對所得容器進行100%超聲波探傷檢測和測厚； 14)對所得容器外表面噴涂防銹漆； 15)對以上處理后的容器內部充氮氣保存待用。5.如權利要求4所述的超高壓容器的制造方法，其特征在于:所述步驟I)中鉻鉬鋼熱乳無縫鋼管為屈服強度Rp0.2 2 760MPa的鉻鉬鋼4142熱乳無縫鋼管。6.如權利要求4所述的超高壓容器的制造方法，其特征在于:所述步驟3)中出爐淬火所用的淬火液為濃度為I O-18%的Aqua-Quench251型淬火液。7.如權利要求4所述的超高壓容器的制造方法，其特征在于:所述高壓容器經調質熱處理后的屈服強度1^0.2 2 76010^，抗拉強度抱2 96010^，硬度不得高于冊330;容器熱處理后的金相組織為回火索氏體，晶粒度不得小于6級。8.如權利要求4所述的超高壓容器的制造方法，其特征在于:所述拋丸處理是采用外拋丸機進行外表面的處理，應達到Sa2.5級，表面粗糙度30?50μπι;噴丸處理是采用內噴丸機進行內表面的處理，應達到Sa2.5級，表面粗糙度30?50μπι。9.如權利要求4所述的超高壓容器的制造方法，其特征在于:所述無縫鋼管和容器本體的任一部位的壁厚均不得小于11_。10.如權利要求4所述的超高壓容器的制造方法，其特征在于:所述充氮氣是采用.0.05MPa壓力和室溫下氮氣吹洗3~5min，然后用0.1MPa氮氣氣封容器。
【文檔編號】B23P15/00GK105864427SQ201610328798
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月18日
【發明人】鄧春鋒, 梅鵬程
【申請人】洛陽雙瑞特種裝備有限公司