超高压气瓶用合金钢及其制备方法与流程

本发明属于气瓶用合金钢，具体涉及一种超高压气瓶用合金钢及其制备方法。

背景技术：

1、30mpa工作压力的超高压气瓶用于充装o2、n2、ar、he、h2和cng等压缩气体，其设计壁厚比使用一般材料设计的高压气瓶壁厚小，实现了高压气瓶的轻量化，节约资源、减少运输损耗，大大提高单个高压气瓶的气体装载量，为气体的使用提供有利条件，在工业、民用和国防等领域广泛使用。

2、现有技术常用34crmo4合金钢制作气瓶，但34crmo4合金钢只适用于15mpa工作压力的普通气瓶，因其材料强度较低，低温冲击性能不足，使用寿命低，难以用于超高压气瓶的制造。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种超高压气瓶用合金钢及其制备方法，通过设计合金钢成分及优化热处理工艺，提高钢的强度和冲击性能，以适用于超高压气瓶的制造和使用。

2、在本发明的一方面，提供了一种超高压气瓶用合金钢，所述超高压气瓶用合金钢的化学成分按质量百分比控制为：c：0.32～0.36％、si：0.15～0.30％、mn：0.60～0.80％、cr：0.95～1.15％、mo：0.20～0.30％、a1：0.02～0.04％、nb：0.015～0.025％、ti：0.015～0.025％、p≤0.007％、s≤0.005％、ni：0.12～0.20％、cu≤0.10％、sn≤0.005％、as≤0.005％、h≤0.00015％、n≤0.007％、o≤0.002％，并且p+s≤0.012％、nb+v+ti+b+zr≤0.10％，余量为fe和不可避免的杂质。

3、进一步地，在上述超高压气瓶用合金钢中，所述超高压气瓶用合金钢的化学成分按质量百分比为：c：0.33％、si：0.22％、mn：0.70％、p：0.005％、s：0.001％、cr：1.03％、mo：0.26％、a1：0.026％、nb：0.025％、ti：0.020％、ni：0.18％、cu：0.01％、b：0.0005％、h：0.000058％、n：0.0056％、o：0.0012％，余量为fe和不可避免的杂质。

4、进一步地，在上述超高压气瓶用合金钢中，所述超高压气瓶用合金钢的屈服强度在980mpa以上、抗拉强度在1100mpa以上、-50℃低温冲击值在50j/cm2以上。

5、在本发明的另一方面，提供了一种超高压气瓶用合金钢制备方法，包括：

6、经冶炼、模铸、轧制，制得超高压气瓶用合金钢钢板，其中，在冶炼时将钢的化学成分按质量百分比控制为：c：0.32～0.36％、si：0.15～0.30％、mn：0.60～0.80％、cr：0.95～1.15％、mo：0.20～0.30％、a1：0.02～0.04％、nb：0.015～0.025％、ti：0.015～0.025％、p≤0.007％、s≤0.005％、ni：0.12～0.20％、cu≤0.10％、sn≤0.005％、as≤0.005％、h≤0.00015％、n≤0.007％、o≤0.002％，并且p+s≤0.012％、nb+v+ti+b+zr≤0.10％，余量为fe和不可避免的杂质；

7、对所述超高压气瓶用合金钢钢板进行热处理，所述热处理采用正火+淬火+回火的方式，具体过程包括：

8、正火预处理：将超高压气瓶用合金钢钢板放入高温炉中，加热至860±5℃，保温时长为60～90min，保温时间达到后，出炉在空气中自然冷却至25℃以下，或者出炉采用水雾冷却或吹冷风的强空冷方式加速冷却至25℃以下；

9、淬火处理：将超高压气瓶用合金钢钢板放入高温炉中，以3～5℃/min的加热速度升温至860±5℃，保温时长为60～90min，保温时间达到后，将钢板浸泡在水中冷却至室温；

10、高温回火处理：将超高压气瓶用合金钢钢板放入回火炉中，加热至560±5℃，保温时长为120～150min，保温时间达到后，出炉在空气中冷却至室温。

11、进一步地，在上述超高压气瓶用合金钢制备方法中，采用80吨电炉冶炼+lf炉精炼+vd脱气工艺冶炼超高压气瓶用合金钢，其化学成分按质量百分比为：c：0.33％、si：0.22％、mn：0.70％、p：0.005％、s：0.001％、cr：1.03％、mo：0.26％、a1：0.026％、nb：0.025％、ti：0.020％、ni：0.18％、cu：0.01％、b：0.0005％、h：0.000058％、n：0.0056％、o：0.0012％，余量为fe和不可避免的杂质；将所述超高压气瓶用合金钢模铸为坯料，经轧制得到厚度为20mm的超高压气瓶用合金钢钢板，对所述超高压气瓶用合金钢钢板进行热处理，具体过程包括：正火预处理，将超高压气瓶用合金钢钢板放入高温炉中，加热至860℃，保温60min后，出炉在空气中自然冷却至室温23℃；淬火处理，将超高压气瓶用合金钢钢板放入高温炉中，以3～5℃/min的加热速度升温至860℃，保温60min后，将钢板浸泡在水中冷却至室温；高温回火处理，将超高压气瓶用合金钢钢板放入回火炉中，加热至560℃，保温120min后，出炉在空气中冷却至室温。

12、本发明的超高压气瓶用合金钢及其制备方法具有如下优点和有益效果：

13、通过设计合金钢成分及优化热处理工艺，使得钢的屈服强度达到980mpa以上、抗拉强度达到1100mpa以上、-50℃低温冲击值达到50j/cm2以上，屈服强度及抗拉强度和低温冲击性能得到显著提升，完全适用于超高压气瓶的制造和使用，满足超高压气瓶行业的高品质、长寿命、轻量化的要求。

技术特征：

1.一种超高压气瓶用合金钢，其特征在于，所述超高压气瓶用合金钢的化学成分按质量百分比控制为：c：0.32～0.36％、si：0.15～0.30％、mn：0.60～0.80％、cr：0.95～1.15％、mo：0.20～0.30％、a1：0.02～0.04％、nb：0.015～0.025％、ti：0.015～0.025％、p≤0.007％、s≤0.005％、ni：0.12～0.20％、cu≤0.10％、sn≤0.005％、as≤0.005％、h≤0.00015％、n≤0.007％、o≤0.002％，并且p+s≤0.012％、nb+v+ti+b+zr≤0.10％，余量为fe和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的超高压气瓶用合金钢，其特征在于，所述超高压气瓶用合金钢的化学成分按质量百分比为：c：0.33％、si：0.22％、mn：0.70％、p：0.005％、s：0.001％、cr：1.03％、mo：0.26％、a1：0.026％、nb：0.025％、ti：0.020％、ni：0.18％、cu：0.01％、b：0.0005％、h：0.000058％、n：0.0056％、o：0.0012％，余量为fe和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1或2所述的超高压气瓶用合金钢，其特征在于，所述超高压气瓶用合金钢的屈服强度在980mpa以上、抗拉强度在1100mpa以上、-50℃低温冲击值在50j/cm2以上。

4.一种超高压气瓶用合金钢制备方法，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的超高压气瓶用合金钢制备方法，其特征在于：

技术总结本发明公开了一种超高压气瓶用合金钢及其制备方法，钢的化学成分中，P+S≤0.012%、Nb+V+Ti+B+Zr≤0.10%。在该制备方法中，采用正火+淬火+回火的方式对超高压气瓶用合金钢进行热处理，包括：正火预处理，加热至860±5℃，保温60~90min后出炉冷却至25℃以下；淬火处理，升温至860±5℃，保温60~90min后水冷至室温；高温回火处理，加热至560±5℃，保温120~150min后出炉空冷至室温。本发明的超高压气瓶用合金钢的屈服强度达到980MPa以上、抗拉强度达到1100MPa以上、‑50℃低温冲击值达到50J/cm2以上，适于制造超高压气瓶。技术研发人员：梁进超,原凌云,赵志刚,楚宝帅,张锦文,王育田受保护的技术使用者：山西太钢不锈钢股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/5