大直径厚壁压力气瓶承载压力高，长期工作在“加载—卸载”的疲劳环境中。天然气钢瓶发生爆炸事故的主要原因之一就是气瓶在热处理生产过程后的残余应力水平过高。由于大直径厚壁压力气瓶具有尺寸大、质量大的特点，其热处理工艺往往十分复杂。淬火过程是大直径厚壁压力气瓶热处理工艺中最为重要的环节，对其最终质量和使用性能起着关键性作用。数值模拟技术可以准确逼真的模拟淬火工艺生产，预测淬火冷却质量，为大直径厚壁压力气瓶的淬火工艺制定与生产工艺优化提供了一种有效研究方法。首先，本文通过实验测量了30CrMo钢的高温力学性能，并利用差示扫描量热法和排水法，测量了30CrMo钢中不同组织在不同温度下的比热和常温密度，并给出了材料的TTT曲线和CCT曲线，为数值模拟研究提供了可靠的基础数据。接着，考虑了大直径厚壁压力气瓶在淬火冷却过程中温度-组织-应力三者间的耦合关系，及变物性参数、相变潜热、相变塑性等因素对淬火生产过程的影响，建立了大直径厚壁压力气瓶淬火生产过程的数学模型。并利用CAD和CAE软件建立了大直径厚壁压力气瓶的三维几何模型和有限元模型。进而利用有限元软件分析平台DEFORM，结合实际淬火生产工艺特点，对大直径厚壁压力气瓶的槽内两种淬火工艺进行了模拟计算，分析了槽内淬火过程中气瓶内特征节点的温度、组织和应力的变化情况。然后，针对气瓶瓶体截面温度梯度大、残余应力过大、马氏体转变量过低及内表面硬度分布不均等问题，提出了大直径厚壁压力气瓶槽外台架淬火工艺方案，即“内表面间歇径向喷雾外表面连续喷水”的淬火冷却工艺，并对该冷却工艺下气瓶的温度、组织和应力演变情况进行了模拟分析。模拟分析结果表明，根据淬火过程中瓶体组织及温度变化情况安排的内表面间歇喷雾工艺，可以很好的调节瓶体截面的温度梯度及瓶内气压，降低淬火应力，保证瓶体完全淬透，同时径向喷雾使得内表面组织转变同步，内外硬度更趋于均匀。最后，通过模拟与实验的组织对比，验证了有限元分析模型的有效性。