气瓶的制造-主体材料

气瓶的制造——气瓶的主体材料

2004-5-29

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气瓶的制造——气瓶的主体材料

一、气瓶的主体材料

合理的选用材料是保证气瓶质量的先决条件。

(一)对气瓶主体材料的基本要求

1．具有足够的强度，尤其是高压气瓶应有较高的强度及合适的屈强化，以降低气瓶重量，并充分发挥材料潜力；

2．有一定的塑性，韧性；并有较好的低温性能，以适应气瓶流动性大和使用环境复杂的特点：

3．材质比较稳定、均匀；有较好的抗疲劳性能，能保证整个使用期内的疲劳寿命；

4．有较好的耐腐蚀性能；

5．便于制造加工，高压气瓶应有较好的可锻性，低压焊接气瓶应有良好的可焊性；

6．符合我国资源及供货情况，价格比较便宜，

7．符合国标中对材料提出的要求。

(1)气瓶主体材料必须采用镇静钢。

无缝气瓶的瓶体，焊接气瓶的简体和封头，都是直接承受内压的零部件，要求选用含硫、磷等杂质较少的镇静钢，不允许使用沸腾钢。

(2)低温性能

当温度低于某一临界值时，钢材的冲击韧性显著降低，这个使冲击韧性急剧降低的温度范围，就是钢材的冷脆临界温度。钢材的冷脆临界温度愈低。表明钢材抗脆断能力愈强。不同成份的钢材在低温时的冲击韧性相差很大，普低钢的低温冲击韧性优于碳钢，在碳钢中影响钢材的低温冲击的最。重要因素是钢中的含碳量。含碳量增加将大大降低冲击韧性值和影响冷脆临界温度。故对含碳量应有所限制。能提高钢材的冲击韧性及降低冷脆临界温度的元素有铝、钛、钒、锰、镍等。硅、钼有相反的效果。由于我国地域辽阔，南北温度相差悬殊。在GB 5099—85 钢质无缝气瓶中规定许用温度。分为：一般地区和寒冷地区。一般地区温度为-20℃～60℃；寒冷地区温度为-50～6 0℃。并规定，在寒冷地区，使用铬钼钢或其它合金钢制造的气瓶，其冲击韧性值规定为-50℃，V型缺口，大于或等于49J／cm2。

(3)耐腐蚀性

钢中各元素对耐腐蚀性的影响如下：

碳：一般是碳越低，氧的腐蚀越小。

锰：锰含量(0．4～1．5％)在硫含量高的场合，会有硫化锰存在，对腐蚀有影响，但在硫含量低的场合，锰和铁形成固溶体，对腐蚀无影响。

磷：磷含量规定在0．04％以下，可以提高钢在大气中的抗腐蚀性，特别是当钢中含有钢时，耐蚀作用更加显著。

硫：作为硫化铁，硫化锰存在时，有构成局部电池的因素，但在中性溶液里几乎没有影响。

铜：气瓶用钢的含铜量在0．5％以下是固溶性，其耐蚀性甚好，与磷一起，效果更好。

铬：钼与铬并存时，抗氧化性强，有较高的耐腐蚀性。

以上只是根据自由能加以考察的结果，国内外腐蚀理论的研究远未得出结论。至于铬钼钢制气瓶的耐腐蚀性与碳钢、锰钢制气瓶相比，孰优孰劣，还处在难以肯定的阶段。其原因是：(1)由于试验方法的不同，有用盐水，有用氧气中盐水喷雾，有用酸，各不相同，难以对比；(2)同一钢种同一试验方法，腐蚀量也右很大差异，同时断定各钢种的耐腐蚀性是困难的。从我国目前的使用情况来看，国产锰钢气瓶腐蚀是大于国外铬钼钢气瓶，但也只是停留在感性阶段。因此对气瓶瓶体选材方面，除盛装个别腐蚀性极大的气体应采取相应对策外，一般标准都只作原则规定(如必须考虑介质腐蚀性能等)而已。

(4)关于冶炼方法

气瓶用钢，对冶炼方法的限制，以英国为最古老，规定碳素钢为平炉，锰钢为平炉或电炉。纯氧转炉截止1965年只在日本和澳大利亚被认可。目前，国外相继(如英、美等)将纯氧顶吹转炉钢列入气瓶用钢标准，我国纯氧顶吹转炉也在首钢，上钢、鞍钢等十来家工厂投产。我国无缝气瓶用40Mn2钢坯，在1976年后，先后由首钢、攀钢用纯氧顶吹转炉炼成并轧成方坯，经过各项试验后制成气瓶。GB 5099—85钢质无缝气瓶，对瓶体材料有了明确规定，必须采用碱性平炉，电炉或吹氧碱性转炉冶炼的镇静钢。

(二)焊接气瓶主体材料及其要求

焊接气瓶用钢板要求具有良好的塑性和焊接性。以利于加工变形和焊接，钢板含碳量应小于022％，为了防止焊接时产生裂缝，硫、磷含量应控制在0．0 40％以下，且P+S≯0．07％。焊接气瓶常用钢板可从表4—6中选用。

表4-6

1．硫的影响

硫是有害杂质，对钢的焊接性和塑性都有不良影响，硫以硫化铁(FeS)或硫化锰(MnS)的形式存在，硫化铁与铁能形成低熔点的共晶体(熔点为985℃)，它低于钢材的热加工开始温度，导致热加工时的开裂。硫化锰在热加工过程中，沿着轧制方向伸长，形成所谓纤维组织，使平行于纤维组织方向截取的试样，和垂直于纤维方向的试样表现出悬殊的机械性能。纤维组织还影响钢材轧制后的带状组织。同样，焊缝在熔化区的热裂，也主要与焊缝金属中硫的含量有关。

2．磷的影响

磷在钢中能全部溶于铁素体内，而使铁素体在室温下的强度提高，而塑性和韧性下降，即产生所谓“冷脆性”。使钢的冷加工性能及焊接性变坏。当钢中含碳量愈高时，这种脆化作用就愈大。磷含量应严格控制。GB 5100—85和GB 5842—86还同时规定了硅不大于0．40％，锰不大于1．60％。此外，GB5100—85还规定了Nb≯0．08％，Ti≯0．2％V≯0．20％，Nb+V≯0。20％。

3，焊接性能

低碳钢的焊接性能均较好，普低钢由于合金元素的存在降低了焊接性，钢材的含碳量愈高，含有能够提高淬透性的合金元素愈多，其焊接性愈差，焊裂倾向愈大。为了得到较好的焊接性能，普低钢含碳量控制在不大于0．1 8～0．20％，碳钢含碳量则应小于0．22％。

(三)无缝气瓶主体材料及其要求

1．选材因素

无缝气瓶早期使用碳钢，(高压气瓶使用高碳钢，低压气瓶使用低碳钢)，碳钢材料的耐冲击性一般较低，特别在锰、碳比率较小的钢材中，气瓶破裂事故较多，从所谓制造轻量气瓶这个意义．出发，目前我国无缝气瓶多使用锰钢。日本锰钢气瓶也占重要地位。一般说来，一般高压气瓶使用锰钢，西欧，美国等调质气瓶多使用铬钼钢，或铬镍钼钢。我国也开始试生产锰钒钢、铬钼钢和锰钼钢的无缝气瓶，向国际先进水平接近，这对国产气瓶进入国际市场也是有利的。制作无缝气瓶的材料，除了满足选材的基本要求外，还必须在强度高的同时，具有较高的伸长

率；具有较好的热处理性能(淬火性能好；脆裂倾向小；回火脆性小)；常温和低温冲击韧性值高。提高强度可用添加C，Mn，Cr等合金元素和调质处理等方法，但有时会使伸长率和冲击韧性值降低，因此，对强度和伸长率的调整，将对气瓶选材有很大影响。总之，在选择气瓶材料时，化学成分，热处理性能和机械性能要统一考虑。

2．化学元素

下面简单介绍各合金元素对无缝气瓶机械性能的作用：碳，增加钢的强