[00130207]高韧耐蚀船用高压钢瓶制备关键技术研究和产业化

①课题来源与背景 本课题属于企业自选重点科技攻关项目,由成都格瑞特高压容器有限责任公司、四川大学和成都市特种设备检测院共同合作完成。 20世纪90年代以后,国际海运业的迅速发展已经成为国际贸易增长的重要组成部分,海运贸易业的增长直接带动了船舶行业的迅速发展。高韧耐蚀材料是制造船舶及其配套产品不可或缺的原材料之一,但是由于技术等原因,我国高韧耐蚀材料研发进度缓慢,性能远远不如国外的新型材料,特别是船上的关键零部件--高压钢瓶所用的材料。加之,我国船舶所用的高压钢瓶大多采用传统的焊接结构,制造工艺复杂,综合性能差,难以满足船舶行业的高速发展。这些都已经成为了抑制我国船舶行业快发展的主要瓶颈,本课题正是基于此进行立项。 ②技术原理及性能指标 本项目应用的技术原理,包括以下几点。 1)921G高韧耐蚀材料运用40T电弧炉、LF炉外精炼、VD真空脱气、电渣重熔的冶炼原理,通过真空脱气和电渣重熔工序可大幅降低钢中气体和脆性夹杂物的含量,使钢锭的含氢量达≤1.5ppm,氮含量达≤45ppm,极大的提高了材料的纯净度,有效解决了材料耐蚀性能差,强度不高的难题。 2)应用国际首创的周期轧制技术原理,设计专用的双曲线非正圆孔型精轧带,使钢管在轧制过程中的延伸变形与宽展变形更为合理顺畅,精轧系数达到5.0以上,有效保证了钢管的几何尺寸精度。 3)封头形状设计为新型尖球形。采用Ansys13.0分析软件,对尖球形与传统正球形的应力分布情况进行有限元分析,有效避免了由于结构不理造成应力集中,导致产品疲劳失效的风险。 4)针对成型后钢瓶,采用粗车后进行两相区淬火（QLT）工艺,释放旋压及车削过程中产生的内应力,有效改善晶粒组织,使产品屈强比降低到86％,有效解决了调制处理工艺中存在的屈强比偏高,韧性差的难题。 5)在钢瓶口部设计防冲蚀结构,有效改变气流方向,减小主气流冲击力,避免直接冲蚀瓶体,解决因气体冲刷和加速腐蚀造成的钢瓶使用寿命低,安全性差的现象。 6)将声发射检测技术与疲劳试验相结合,对钢瓶的疲劳性能进行双重分析,实现了对疲劳试验过程中裂纹的萌生和活度情况进行实施监控,更加真实有效的反映产品的疲劳特性。 本项目研制所需达到的技术指标如下所示： 力学性能：Rm≥760MPa Rp0.2=645～745MPa A≥16% 屈强比≤90% V型夏比冲击KV2（-50℃）≥80J 断裂韧性KIC≥65MPa.M1/2 低温性能FATT50%≤-80℃ ③技术的创造性与先进性 本项目研究内容经教育部科技查新工作站（Z05）实施国内外科技查新,在国内外公开发表的中外文献中,未见相关文献报道。本项目研究填补了国内多项空白,其技术水平处于国内领先地位。其中,钢瓶的内外表面处理工艺（镀镍磷合金工艺）、钢瓶的疲劳测试装置、一种高压瓶式容器的研制内容已申请专利并获得授权,而高压容无缝储气钢瓶及其制造工艺、高压容器的热处理设备、10CrNi3MoV高压无缝钢瓶及其制造工艺、两相区淬火热处理工艺等研制内容均已申请或正在准备申请相关专利,技术水平已处于国际先进地位。 ④技术的成熟程度,适用范围和安全性 本项目已经研发完成,所得产品性能优异,安全性能较高,完全满足研制要求,处于成熟应用阶段,预计达产后可实现年产2000只的生产能力。 ⑤应用情况及存在的问题 高韧耐蚀921G材料和利用该材料研制的高压无缝钢瓶已成功安装使用,各项性能均满足使用要求,且由于屈强比较低,产品的安全性能大为提高,在消除原有安全隐患的基础上设计使用寿命提高60%。 ⑥历年获奖情况：无