大直径无缝钢质气瓶用钢34CrMo4的热处理研究

摘要

近年来，随着世界经济的快速发展，能源消费不断增长，自然环境日益恶化，能源结构逐渐转型，新型能源的发展越来越迅速。天然气凭借清洁、高效的优点，已成为世界各国改善环境和促进经济可持续发展的最佳选择。天然气工业的发展离不开天然气的输送，钢质无缝气瓶作为气体输送的主要方式之一，凭借生产制造周期短、无焊缝和耐高压的优点，其市场占有率越来越高，已经成为天然气输送装备中不可或缺的组成部分。面对市场需求的快速增长，如何提高气瓶储气量和安全性成为气瓶行业研究开发的热点。
　　热处理是保证大直径钢质无缝气瓶力学性能的重要制造工艺，若气瓶力学性能不足，则其安全性得不到保证。本文以34CrMo4合金钢为主要研究对象，对材料进行完全淬火和高温回火，通过改变淬火温度、淬火保温时间、回火温度、回火保温时间等热处理工艺参数，采用金相观察、扫描电镜、能谱仪分析、各项力学性能实验等研究方法，研究分析了热处理工艺对34CrMo4材料的组织和性能的影响。本文的结论如下:
　　(1)首先采用差热分析法测定34CrMo4材料的临界温度分别是:Ac1=756.4℃，Ac3=880.4℃，然后根据临界温度值来制定了热处理方案。
　　(2)材料经过完全淬火后，34CrMo4合金钢中的铁素体完全溶于奥氏体中，成为细晶粒奥氏体，经过相同的回火温度处理后得到的显微组织均是回火索氏体。34CrMo4材料经过不同淬火热处理并回火后，对其进行晶粒度测定、金相观察、各项力学性能试验，通过观察材料的组织并分析各项力学性能值，从而确定了最佳淬火工艺为930℃淬火，保温60min，冷却方式为水冷。
　　(3)34CrMo4材料经过调质处理后的显微组织均为由铁素体基体和弥散分布于其上的细粒状渗碳体组成的回火索氏体，并且组织较均匀。将34CrMo4材料经过淬火热处理后，分别进行不同回火热处理，通过采用金相观察、力学性能试验、扫描电镜和能谱仪分析等方法，确定了最佳回火工艺为560℃回火，保温120min，冷却方式为空冷。
　　(4)34CrMo4材料的冲击断口形貌都呈典型的韧性断裂。断口中有大小不同的等轴状韧窝和少量的撕裂纹，韧窝的中心存在着第二相粒子，并且含有夹杂物S和Mn等元素。
　　(5)综合分析可知，当淬火温度930℃，保温时间60 min，冷却方式选择水冷，回火温度560℃，保温时间120 min，冷却方式选择空冷时，34CrMo4低合金钢的组织和综合力学性能达到最佳。采用本热处理工艺，有利于34CrMo4大直径无缝钢质气瓶的应用和安全性的提高。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 气瓶材料的发展和应用

1．2．2 国内外钢质无缝气瓶制造技术发展与应用

1．2．3 钢质无缝气瓶的热处理技术发展

1．3 钢强化的形式及其机理

1．4 研究目的及意义

1．5 研究内容

1．6 本章小结

第二章 实验基础及方法

2．1 合金元素的影响

2．2 合金元素对钢韧度的影响

2．2．1 影响韧度的因素

2．2．2 提高钢韧度的合金化途径

2．3 实验方法

2．3．1 差热分析法确定临界温度

2．3．2 金相组织观察方法

2．3．3 力学性能测试

2．3．4 扫描电子显微镜及能谱仪

2．4 本章小结

第三章 热处理工艺的制定

3．1 淬火工艺理论

3．1．1 钢在加热时的奥氏体转变

3．1．2 钢在冷却时的马氏体转变

3．1．3 淬火工艺参数的确定依据

3．2 回火工艺理论

3．2．1 钢回火时组织的变化

3．2．2 回火工艺的确定依据

3．3 本章小结

第四章 淬火工艺对材料组织和性能的影响

4．1 34CrMo4材料的原始组织

4．2 淬火温度对材料的组织及性能的影响

4．2．1 淬火温度对材料晶粒度的影响

4．2．2 淬火温度对材料组织及性能的影响

4．3 淬火时间对材料的组织及性能的影响

4．3．1 淬火时间对材料晶粒度的影响

4．3．2 淬火时间对材料组织及性能的影响

4．4 本章小结

第五章 回火工艺对材料组织和性能的影响

5．1 回火温度对材料的组织及性能的影响

5．1．1 材料的显微组织及力学性能的变化

5．1．2 材料的冲击断口形貌分析

5．1．3 材料的冲击断口夹杂物分析

5．2 回火保温时间对材料的组织及性能的影响

5．2．1 材料显微组织的变化

5．2．2 回火保温时间对材料力学性能的影响

5．3 本章小结

结论

总结

展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间发表的论文