余澤金，米永峰，姜海龍，張行剛，賈冬梅，裴福莉，羅忠輝

（內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

我國(guó)有豐富的天然氣資源，隨著石油、煤炭等能源價(jià)格的不斷攀升，國(guó)內(nèi)天然氣的使用量大幅上升，從而使移動(dòng)式加氣站所需的水容積400～3 000 L 大直徑長(zhǎng)管氣瓶需求迅速增長(zhǎng)[1-8]。用于移動(dòng)式加氣站的大直徑長(zhǎng)管氣瓶所充裝的介質(zhì)易燃、易爆、有腐蝕性，且工作壓力高、重復(fù)充裝和流動(dòng)性大，一旦發(fā)生泄漏或爆炸往往引起災(zāi)難性事故的發(fā)生，這對(duì)用于制造大直徑長(zhǎng)管氣瓶產(chǎn)品的無縫鋼管質(zhì)量提出了很高要求。與此同時(shí)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，特種氣體產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速擴(kuò)大，用于特種氣體運(yùn)輸和存儲(chǔ)的大直徑長(zhǎng)管氣瓶需求迅速增長(zhǎng)，對(duì)制造該類氣瓶所用的無縫鋼管質(zhì)量同樣提出了很高要求[3，9-11]。

GB 28884—2012《大容積氣瓶用無縫鋼管》中規(guī)定了30CrMoE（4130X）、42CrMoE 鋼種用于生產(chǎn)300～3 000 L 氣瓶用無縫鋼管，通過調(diào)質(zhì)熱處理以獲得優(yōu)良的綜合機(jī)械性能，從而保證鋼瓶的安全使用[12]。因GB 28884 標(biāo)準(zhǔn)中未給出相應(yīng)的熱處理工藝，僅對(duì)大容積氣瓶用無縫鋼管性能提出了要求。本文針對(duì)4130X 鋼進(jìn)行了熱處理工藝研究，以期為氣瓶熱處理生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)材料和方法

試驗(yàn)材料為4130X 鋼Φ457 mm×26.5 mm 無縫鋼管，其化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）見表1。將試樣加工成瓦片狀小試樣，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理試驗(yàn)，隨后分析檢測(cè)母材的軋態(tài)性能、非金屬夾雜物等級(jí)。4130X 試樣的淬火工藝為：880 ℃保溫40 min，水淬。4130X 試樣的回火工藝為：690 ℃、710 ℃、730 ℃保溫90 min，空冷。4130X 無縫鋼管的軋態(tài)性能見表2。4130X 無縫鋼管的夾雜物A類（細(xì)系）、B 類（細(xì)系）、D 類（細(xì)系）皆為0.5 級(jí)，合計(jì)在1.5 級(jí)以下，滿足GB 28884 標(biāo)準(zhǔn)要求（夾雜物A 類、B 類、C 類、D 類都在2.5 級(jí)以下，合計(jì)在6.0 級(jí)以下）。

表1 4130X 無縫鋼管化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

2 熱處理試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 力學(xué)性能

按照相同淬火工藝、不同回火工藝進(jìn)行熱處理：依據(jù)GB 18248—2012《氣瓶用無縫鋼管》中30CrMo 鋼860～900 ℃的淬火溫度，將試驗(yàn)鋼管加熱到880 ℃保溫40 min 后，取出水冷至室溫，將試樣分組后再分別加熱到690，710，730 ℃溫度回火，保溫時(shí)間90 min，保溫后取出試樣空冷至室溫。分別對(duì)熱處理后試樣進(jìn)行加工，檢測(cè)相關(guān)力學(xué)性能。

4130X 無縫鋼管經(jīng)不同熱處理工藝處理后的力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果見表3。

表3 4130X 無縫鋼管經(jīng)不同熱處理工藝處理后的力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果

由表3 可知，4130X 無縫鋼管經(jīng)不同熱處理工藝處理后，材料的強(qiáng)度和硬度隨回火溫度的升高逐漸降低，伸長(zhǎng)率和低溫沖擊功則提高。

在690 ℃溫度回火時(shí)，材料的各項(xiàng)力學(xué)性能均達(dá)到GB 28884 要求，低溫沖擊韌性在100 J 以上，屈強(qiáng)比滿足≤0.86 的GB 28884 要求，材料具有良好的強(qiáng)韌匹配性。

2.2 顯微組織

檢測(cè)分析軋態(tài)、淬火態(tài)、淬火+回火態(tài)4130X無縫鋼管的組織及晶粒度，檢測(cè)結(jié)果如圖1～4 所示。

圖1 4130X 無縫鋼管的軋態(tài)和淬火態(tài)組織

從圖1～2 可以看出，軋態(tài)組織為貝氏體+少量鐵素體組織，淬火后的組織為全馬氏體組織，690℃回火后得到的回火索氏體中珠光體片層間距小于710 ℃回火后索氏體中珠光體片層間距（圖3）；淬火后及690 ℃回火后的試樣的晶粒度均達(dá)8.5 級(jí)（圖4）。回火索氏體中珠光體片層間距越小，以及晶粒度小是試驗(yàn)鋼具有良好綜合機(jī)械性能的原因[13]。經(jīng)880 ℃保溫40 min、水淬+690 ℃回火保溫90 min、空冷工藝處理后，4130X 無縫鋼管的顯微組織、力學(xué)性能滿足大容積高壓氣瓶的要求。

圖3 回火態(tài)4130X 無縫鋼管的掃描電鏡組織

圖4 4130X 無縫鋼管的晶粒度

圖2 4130X 無縫鋼管的回火態(tài)組織

3 結(jié) 論

（1） 4130X 無縫鋼管經(jīng)過880 ℃保溫40 min、水淬+690 ℃回火保溫90 min、空冷處理后，其-50℃低溫沖擊功在100 J 以上，遠(yuǎn)高于GB 28884 中-40 ℃條件下40 J 要求，說明處理后材料具有良好的低溫沖擊韌性。

（2） 淬火后的4130X 鋼的組織為全馬氏體組織，這表明壁厚為26.5 mm 的4130X 鋼管有良好淬透性，試驗(yàn)鋼化學(xué)成分能夠滿足淬透性要求，調(diào)質(zhì)后鋼中顯微組織為回火索氏體，該組織具有優(yōu)異綜合機(jī)械性能。

（3） 4130X 無縫鋼管經(jīng)690 ℃回火處理后，材料的原始晶粒度為8.5 級(jí)，屈強(qiáng)比為0.85，硬度≤250 HBW，抗拉強(qiáng)度有50～60 MPa 富余量，各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)達(dá)到最佳，滿足GB 28884 要求。