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[摘 要]工业气体是推动国民经济发展的基础产业之一，而气瓶是可以重复充装的、存储并运输各种工业气体的移动式压力容器[1]。作为一种特种设备，气瓶具有一定的潜在的危险性，而在经过了热处理后，气瓶经常会出现变形超差现象从而导致报废，因此必须对气瓶热加工的变形问题进行细致的分析和针对性的处理。本文将以某气瓶制造厂为例，分析大型无缝钢质气瓶在热加工中变形的原因。
[关键词]大型无缝钢质气瓶热加工变形
中图分类号：TG157 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）18-0020-01
钢质无缝气瓶是目前应用范围最广的工业气瓶，而瓶中所充装的氣体由于具有可燃性、窒息性、氧化性、腐蚀性、毒性以及化学不稳定性、压力性等特点，因此在一定程度上具有危险性[1]。大型的无缝钢质气瓶就是直径超过φ219mm的气瓶，需要经过热处理以得到良好的综合力学性能。但是在实际的制作和处理过程中，钢质无缝气瓶容易出现变形超差，导致报废和巨大的经济损失。
一、某气瓶制造厂报废气瓶分析
该制造厂所生产的钢质无缝气瓶分为了管制瓶和冲拔瓶两种，其中管制瓶是通过无缝钢管收口而成，而冲拔瓶则是方钢经过高温加热之后，通过冲拔、拉伸和收口而成[2]。两种气瓶都容易出现变形超差，而变形超差也分为了两种：外径过大超差和椭圆度超差[3]。通过统计发现，该气瓶制造厂由于气瓶外径过大超差，导致2014年有816支气瓶报废，而由于椭圆度超差导致报废的钢质无缝气瓶有1289支。
经分析我们发现，外径过大超差主要是由于钢质无缝气瓶在热处理前本身的外径较大，在经过淬火后，体积又进一步增大。该变形其实有规律可循，因此控制较为容易。椭圆度超差的原因较为复杂，经研究发现，气瓶材料、热处理淬火、淬火液成分、淬火温度、回火工艺参数等可能导致变形的因素与椭圆度超差都没有直接的关系。而通过统计发现，该制造厂在2014年4、5、6月的报废瓶几乎都为冲拔瓶，数量分别是114支、72支和25支，而这三个月管制瓶的废品数总和只有8支；相反，2014年9、10、11月的报废瓶则几乎都是管制瓶，数量分别是21支、93支和66支，而这三个月冲拔瓶的废品数总和只有12支。由此可见，管制瓶和冲拔瓶出现大量的变形超差问题并没有集中在同一个时间段当中，但是它们都是由同一个水槽淬火、同一套炉子加热制造而成，这就说明两种钢质无缝气瓶的变形机制可能存在不同。
二、两种钢质无缝气瓶出现变形的原因分析
（一）冲拔瓶的变形原因
相关的研究调查发现，在实际的制作过程中，冲拔瓶在经过高温冲拔和拉伸后，为了尽快冷却以测量壁厚，通常采用浇水的方式来降温，而这一操作过程会产生较大的附加应力，从而影响到热处理的结果[4]。因为冲拔和拉伸都属于锻造过程，但是锻造之后的冷却应该是缓冷，而不应该是通过浇水进行急冷，因此操作过程中的浇水过程似乎有违常规。
我们通过试验也发现，对10个经高温冲拔和拉伸后的瓶坯进行浇水，然后经过热处理，经统计，椭圆度超差的废品率为40%。分析这是因为经过冲压后，瓶坯的温度非常高，而这时如果用管子对处于高温的瓶坯进行浇水，就容易导致瓶体不同部位的冷却速度不同，从而产生附加应力。之后在热处理当中，随着温度的升高，钢质无缝气瓶所具备的屈服强度就会逐渐降低，而当屈服强度低于了附加应力时，就会导致瓶体出现塑性变形，同时应力得到释放，使瓶体产生椭圆变形。此外，热处理当中所产生的组织应力和热应力，也会进一步加大变形的程度。
为了进一步论证该结果，我们又进行了如下试验：方案一，将30支冲拔瓶不浇水，在经过热处理后观察并测量瓶体的变形情况；方案二，将30支冲拔瓶测量壁厚和底厚，等待瓶体的温度低于了500℃之后将瓶体放入水箱让其冷却到室温，之后再进行热处理，观察并测量变形情况；方案三，将30支冲拔瓶测量壁厚和底厚，等待瓶体的温度低于了350℃之后用水浇凉瓶体，之后再进行热处理，观察并测量变形情况。
试验结果证明，方案二中冲拔瓶的温度虽然较高，但是由于采用的是水箱内的整体冷却，因此冷却的过程均匀，从而有效降低了附加应力，只有1支出现了变形超差；而方案三当中虽然温度已经降到了350℃，但是由于冷却不均匀，因此附加应力较大，变形超差的数量达到了6支；方案一中由于没有浇水，因此无附加应力，也没有椭圆变形现象。由此可见，浇水是导致冲拔瓶出现变形的主要原因。
（二）管制瓶的变形原因
由于管制瓶在热处理之前的应力非常小，只有热处理的应力，因此我们将30支管制瓶测量壁厚和底厚，并计算出热处理前的椭圆度均低于了1.25mm，而在热处理之后，经测量和计算发现，椭圆度均在2.15mm之下，而椭圆度只要低于了4.7mm就表示符合标准。因此试验当中的30支管制瓶均未出现椭圆度超差现象。而经过大量的研究和调查发现，制作管制瓶的无缝钢管存在不圆的现象，这可能是导致管制瓶不圆的主要原因。而在该气瓶制造厂当中，通过库存钢管复查，确实发现有两批共72根直径为φ279mm的钢管存在不圆度严重超差的问题。
三、结束语
综上所述，大型的钢质无缝气瓶在经过了热加工处理后是否会变形必须进行针对性的分析和处理。冲拔瓶在冲拔后浇水就会使瓶体产生较大的不均匀的附加应力，而在热处理时，这些附加应力就会得到释放，从而导致瓶体变形甚至报废。而管制瓶变形的主要原因是制瓶的材料问题。在实际的加工制造过程中，掌握这两个因素，就能够基本解决大型钢质无缝气瓶热加工变形的问题。
参考文献
[1] 邹建立，金瑾.高压无缝钢质气瓶旋压成形工艺[J].金属加工（热加工），2011，19（15）：58.
[2] 陈希原.正火工艺对34Mn2V钢制无缝气瓶组织和性能的影响[J].金属加工（热加工），2014，16（22）：188-192.
[3] 薛艳梅，邹如萱.国内外钢质无缝气瓶标准比较[J].中国职业安全卫生管理体系认证，2011，27（14）：71-72.
[4] 黄虎忠，吕秋娟，李学东等.特种钢质无缝气瓶水压试验评定指标探讨[J].压力容器，2012，21（13）：20-23，53.
[关键词]大型无缝钢质气瓶热加工变形
中图分类号：TG157 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）18-0020-01
钢质无缝气瓶是目前应用范围最广的工业气瓶，而瓶中所充装的氣体由于具有可燃性、窒息性、氧化性、腐蚀性、毒性以及化学不稳定性、压力性等特点，因此在一定程度上具有危险性[1]。大型的无缝钢质气瓶就是直径超过φ219mm的气瓶，需要经过热处理以得到良好的综合力学性能。但是在实际的制作和处理过程中，钢质无缝气瓶容易出现变形超差，导致报废和巨大的经济损失。
一、某气瓶制造厂报废气瓶分析
该制造厂所生产的钢质无缝气瓶分为了管制瓶和冲拔瓶两种，其中管制瓶是通过无缝钢管收口而成，而冲拔瓶则是方钢经过高温加热之后，通过冲拔、拉伸和收口而成[2]。两种气瓶都容易出现变形超差，而变形超差也分为了两种：外径过大超差和椭圆度超差[3]。通过统计发现，该气瓶制造厂由于气瓶外径过大超差，导致2014年有816支气瓶报废，而由于椭圆度超差导致报废的钢质无缝气瓶有1289支。
经分析我们发现，外径过大超差主要是由于钢质无缝气瓶在热处理前本身的外径较大，在经过淬火后，体积又进一步增大。该变形其实有规律可循，因此控制较为容易。椭圆度超差的原因较为复杂，经研究发现，气瓶材料、热处理淬火、淬火液成分、淬火温度、回火工艺参数等可能导致变形的因素与椭圆度超差都没有直接的关系。而通过统计发现，该制造厂在2014年4、5、6月的报废瓶几乎都为冲拔瓶，数量分别是114支、72支和25支，而这三个月管制瓶的废品数总和只有8支；相反，2014年9、10、11月的报废瓶则几乎都是管制瓶，数量分别是21支、93支和66支，而这三个月冲拔瓶的废品数总和只有12支。由此可见，管制瓶和冲拔瓶出现大量的变形超差问题并没有集中在同一个时间段当中，但是它们都是由同一个水槽淬火、同一套炉子加热制造而成，这就说明两种钢质无缝气瓶的变形机制可能存在不同。
二、两种钢质无缝气瓶出现变形的原因分析
（一）冲拔瓶的变形原因
相关的研究调查发现，在实际的制作过程中，冲拔瓶在经过高温冲拔和拉伸后，为了尽快冷却以测量壁厚，通常采用浇水的方式来降温，而这一操作过程会产生较大的附加应力，从而影响到热处理的结果[4]。因为冲拔和拉伸都属于锻造过程，但是锻造之后的冷却应该是缓冷，而不应该是通过浇水进行急冷，因此操作过程中的浇水过程似乎有违常规。
我们通过试验也发现，对10个经高温冲拔和拉伸后的瓶坯进行浇水，然后经过热处理，经统计，椭圆度超差的废品率为40%。分析这是因为经过冲压后，瓶坯的温度非常高，而这时如果用管子对处于高温的瓶坯进行浇水，就容易导致瓶体不同部位的冷却速度不同，从而产生附加应力。之后在热处理当中，随着温度的升高，钢质无缝气瓶所具备的屈服强度就会逐渐降低，而当屈服强度低于了附加应力时，就会导致瓶体出现塑性变形，同时应力得到释放，使瓶体产生椭圆变形。此外，热处理当中所产生的组织应力和热应力，也会进一步加大变形的程度。
为了进一步论证该结果，我们又进行了如下试验：方案一，将30支冲拔瓶不浇水，在经过热处理后观察并测量瓶体的变形情况；方案二，将30支冲拔瓶测量壁厚和底厚，等待瓶体的温度低于了500℃之后将瓶体放入水箱让其冷却到室温，之后再进行热处理，观察并测量变形情况；方案三，将30支冲拔瓶测量壁厚和底厚，等待瓶体的温度低于了350℃之后用水浇凉瓶体，之后再进行热处理，观察并测量变形情况。
试验结果证明，方案二中冲拔瓶的温度虽然较高，但是由于采用的是水箱内的整体冷却，因此冷却的过程均匀，从而有效降低了附加应力，只有1支出现了变形超差；而方案三当中虽然温度已经降到了350℃，但是由于冷却不均匀，因此附加应力较大，变形超差的数量达到了6支；方案一中由于没有浇水，因此无附加应力，也没有椭圆变形现象。由此可见，浇水是导致冲拔瓶出现变形的主要原因。
（二）管制瓶的变形原因
由于管制瓶在热处理之前的应力非常小，只有热处理的应力，因此我们将30支管制瓶测量壁厚和底厚，并计算出热处理前的椭圆度均低于了1.25mm，而在热处理之后，经测量和计算发现，椭圆度均在2.15mm之下，而椭圆度只要低于了4.7mm就表示符合标准。因此试验当中的30支管制瓶均未出现椭圆度超差现象。而经过大量的研究和调查发现，制作管制瓶的无缝钢管存在不圆的现象，这可能是导致管制瓶不圆的主要原因。而在该气瓶制造厂当中，通过库存钢管复查，确实发现有两批共72根直径为φ279mm的钢管存在不圆度严重超差的问题。
三、结束语
综上所述，大型的钢质无缝气瓶在经过了热加工处理后是否会变形必须进行针对性的分析和处理。冲拔瓶在冲拔后浇水就会使瓶体产生较大的不均匀的附加应力，而在热处理时，这些附加应力就会得到释放，从而导致瓶体变形甚至报废。而管制瓶变形的主要原因是制瓶的材料问题。在实际的加工制造过程中，掌握这两个因素，就能够基本解决大型钢质无缝气瓶热加工变形的问题。
参考文献
[1] 邹建立，金瑾.高压无缝钢质气瓶旋压成形工艺[J].金属加工（热加工），2011，19（15）：58.
[2] 陈希原.正火工艺对34Mn2V钢制无缝气瓶组织和性能的影响[J].金属加工（热加工），2014，16（22）：188-192.
[3] 薛艳梅，邹如萱.国内外钢质无缝气瓶标准比较[J].中国职业安全卫生管理体系认证，2011，27（14）：71-72.
[4] 黄虎忠，吕秋娟，李学东等.特种钢质无缝气瓶水压试验评定指标探讨[J].压力容器，2012，21（13）：20-23，53.