專利名稱：：一種汽車用高強(qiáng)度防撞管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度小口徑薄壁鋼管，特別涉及一種汽車用高強(qiáng)度防撞管及其制造方法。
背景技術(shù)：
：汽車為了增加車門(mén)的剛度，車門(mén)內(nèi)大都安裝有防撞管。由高強(qiáng)度鋼制成的防撞管形成第一道抗碰撞的屏障，可將側(cè)面或前面的撞擊載荷均勻地傳遞到車身的主要構(gòu)件上。近年來(lái)，隨著對(duì)汽車安全性能的要求越來(lái)越高，對(duì)汽車用高強(qiáng)度防撞管的要求不斷增加，主要是向高性能、高強(qiáng)度材料發(fā)展，同時(shí)需保證焊接性能。由于具有超細(xì)晶粒的鋼可以同時(shí)提高鋼的強(qiáng)度和韌性，因此目前主要采用制管+高頻感應(yīng)淬火工藝得到超細(xì)晶粒組織的鋼管，從而實(shí)現(xiàn)超高強(qiáng)度和良好韌性。目前汽車防撞管的制管工藝是采用鋼板焊接制管工藝，控制鋼板軋制后的巻曲溫度使其具有良好的加工性和均勻細(xì)化的初始晶粒，將熱軋板剪切后，采用焊管工藝制管，然后進(jìn)行高頻感應(yīng)淬火+低溫回火的熱處理。該工藝由于采用焊接制管工藝，其焊縫及熱影響區(qū)在高頻感應(yīng)淬火后無(wú)法得到超細(xì)晶粒，該區(qū)域的強(qiáng)度比鋼管母材低30%左右，從而導(dǎo)致整管性能下降。高頻感應(yīng)淬火工藝通過(guò)快速感應(yīng)加熱，讓鋼奧氏體化過(guò)程中晶粒來(lái)不及長(zhǎng)大肘就及時(shí)冷卻，從而得到超細(xì)晶的組織。感應(yīng)加熱過(guò)程中，加熱溫度過(guò)高或加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致晶粒長(zhǎng)大明顯；加熱溫度過(guò)低或加熱時(shí)間過(guò)短，會(huì)導(dǎo)致鋼管外表晶粒細(xì)小，內(nèi)表由于奧氏體化不完全，保留原始粗大晶粒。晶粒的粗大或不均勻都無(wú)法得到超高強(qiáng)度和良好的韌性。因此為了既保證鋼管加熱均勻，又不因?yàn)檫^(guò)長(zhǎng)的加熱時(shí)間導(dǎo)致晶粒長(zhǎng)大，一般汽車防撞管的壁厚小于2mm。3現(xiàn)有汽車防撞管如日本專利JP04063242A、JP04063227A、JP04116138A所公開(kāi)的，其專利的化學(xué)成分為C0.150.25，Si《0.5，Mn0.81.5，Ti《0.04，B《0.0035，N《0.0080，Cr《0.50，Ni《0.50，Mo《0.50禾Q余Fe。其采用鋼板焊管工藝制成鋼管，通過(guò)高頻淬火后其強(qiáng)度可達(dá)到1176Mpa，延伸性能達(dá)到10%，其高頻感應(yīng)淬火后平均晶粒等效直徑為7.5um左右，強(qiáng)度和韌性不夠高，焊縫及熱影響區(qū)的強(qiáng)度低，滿足不了當(dāng)今汽車越來(lái)越高的安全性能要求。對(duì)于汽車防撞管鋼種的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，主要是要保證高頻感應(yīng)淬火后得到均勻的超細(xì)晶粒，從而實(shí)現(xiàn)超高強(qiáng)韌性能；同時(shí)低的碳當(dāng)量以保證焊接性能。增加鋼管的厚度可以進(jìn)一歩提高汽車防撞管的沖擊性能，現(xiàn)有汽車防撞管主要通過(guò)添加微量的B、Ti和選擇性添加適量的Cr、Ni、Mo，在高頻淬火過(guò)程中，這些元素與C、N的析出物由于數(shù)量少、尺寸大，不能充分抑制晶粒長(zhǎng)大速度，尤其對(duì)于壁厚大于2mm的鋼管，由于無(wú)法充分抑制晶粒長(zhǎng)大速度，其不能得到內(nèi)外表組織均勻，平均晶粒等效直徑小于6ym的超細(xì)晶粒，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)超高強(qiáng)度和好的韌性。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種汽車用高強(qiáng)度防撞管及其制造方法，既滿足鋼管內(nèi)外表加熱均勻，又可以充分抑制晶粒長(zhǎng)大速度，得到超高強(qiáng)度、韌性好的汽車防撞管；同時(shí)不會(huì)由于碳當(dāng)量的增加，降低焊接性能。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為一種汽車用高強(qiáng)度防撞管，其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C0.150.25Mn0.81.5Si0.20.5Ti0.010.04B0.00卜0.004V0.050.150.008<N《0.0154余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。進(jìn)一步，其成分還包括，0<Cr《0.5，按質(zhì)量百分比計(jì)。C是碳化物形成元素，可以提高鋼的強(qiáng)度，小于0.15%時(shí)效果不明顯，大于0.25%時(shí)會(huì)大大降低鋼的焊接性能。Mn有利于消除S的有害作用，又有利于脫氧，但發(fā)現(xiàn)當(dāng)Mn量小于0.8%時(shí)作用較小。當(dāng)Mn含量操作1.5%后，淬透性提高很大，但熱軋時(shí)韌性變壞，以致影響鋼管的生產(chǎn)，因此Mn含量控制在0.81.5。/。之間。Ti能夠細(xì)化晶粒，形成碳化物，提高鋼的強(qiáng)度和韌性。但含量超過(guò)0.04%時(shí)，其效果增加就不明顯了。同時(shí)因?yàn)槠鋬r(jià)格很高，所以要限制使用量。B能明顯提高鋼的淬透性，并且能夠避免磷在晶界的偏析，從而有效提高綜合性能。含量小于0.001%時(shí)，效果不明顯，但大于0.004%時(shí)，鋼流動(dòng)性增大，給連鑄帶來(lái)困難。V有利于細(xì)化奧氏體晶粒并起到彌散析出強(qiáng)化，提高鋼的強(qiáng)度和韌性；小于0.05%其效果不明顯，但含量超過(guò)0.15%時(shí)，其效果增加就不明顯了，同時(shí)會(huì)增加生產(chǎn)成本。N可以提高鋼的強(qiáng)度，尤其在冷卻速度加快時(shí)，效果更加明顯；N含量小于等于0.008%時(shí)效果不明顯，大于0.015%會(huì)形成較大碳氮化物夾雜，降低鋼的性能。N和C配合使用，可以在有效降低碳當(dāng)量，提高焊接性能的情況下提高強(qiáng)度。Cr是一種強(qiáng)化元素，可以提高鋼的強(qiáng)度和回火穩(wěn)定性。此外可以降低碳的活度，防止加熱、軋制和熱處理過(guò)程中的脫碳行為，因此增加了質(zhì)量可靠性。超過(guò)0.5%時(shí)，會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增加。本發(fā)明汽車用高強(qiáng)度防撞管的制造方法是'a)其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C0.150.25、Mn0.81.5、Si0.20.5、Ti0.010.04、B0.0010.004、V0.050.15、0.008<N《0.015、余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；b)按上述成分冶煉、鑄造成鋼錠；c)采用穿孔+冷軋或冷拔工藝制成無(wú)縫鋼管；d)對(duì)鋼管進(jìn)行正火+高頻感應(yīng)淬火+退火工藝的熱處理，正火溫度為5800°C900°C，保溫時(shí)間為1040分鐘，冷卻方式為空冷；高頻感應(yīng)淬火的加熱時(shí)間在2~4秒之間，高頻感應(yīng)淬火加熱溫度在900°C95(TC之間，冷卻方式為水冷；退火溫度為15(TC250。C，保溫時(shí)間為0.54小時(shí)，冷卻方式為空冷。又，其成分還包括，0<Cr《0.5，按質(zhì)量百分比計(jì)。無(wú)縫鋼管壁厚小于等于2.5mm，而一般汽車防撞管的壁厚小于2mm，本發(fā)明鋼管最大壁厚可以達(dá)到2.5mm。高頻感應(yīng)加熱時(shí)間長(zhǎng)對(duì)組織均勻有利，但對(duì)晶粒細(xì)化不利，且壁厚越厚，保證組織均勻所需的加熱時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)抑制晶粒長(zhǎng)大更加不利。本發(fā)明復(fù)合添加0.050.15%的釩和0.0010.004%的硼，高頻淬火過(guò)程中，釩、硼的碳氮化物彌散的小顆粒能對(duì)奧氏體晶界起釘扎作用，阻礙奧氏體晶界的遷移，阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大的作用。在成分中還增加了氮的含量，使處于固溶態(tài)的釩轉(zhuǎn)變成析出態(tài)的釩，充分發(fā)揮了釩的沉淀強(qiáng)化作用；促進(jìn)V(C、N)在奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變期在相界面的析出，有效阻止了鐵素體晶粒的長(zhǎng)大，同時(shí)由于晶內(nèi)有V(C、N)的析出，該質(zhì)點(diǎn)可以作為鐵素體形核的質(zhì)點(diǎn)，促進(jìn)晶內(nèi)鐵素體的形成。這樣最大壁厚為2.5mm的鋼管在高頻感應(yīng)加熱時(shí)，既能保證加熱均勻，又可以充分抑制晶粒長(zhǎng)大，得到均勻超細(xì)晶組織、超高強(qiáng)度、韌性好的汽車防撞管。本發(fā)明的有益效果，相對(duì)于現(xiàn)有汽車防撞管，本發(fā)明可以生產(chǎn)出最大壁厚為2.5mm的汽車防撞管，其既能保證高頻感應(yīng)加熱均勻，又可以充分抑制晶粒長(zhǎng)大，得到具有均勻超細(xì)晶組織、超高強(qiáng)度、韌性好的汽車防撞管。圖1為本發(fā)明一實(shí)施例防撞管鋼的金相組織照片，其晶粒的平均晶粒效直徑小于6tim。具體實(shí)施例方式本發(fā)明實(shí)施例的冶煉澆鑄按常規(guī)技術(shù)進(jìn)行，采用穿孔+冷軋(冷拔)工藝制成壁厚為2.5mm的無(wú)縫鋼管；對(duì)比例分別為采用穿孔+冷軋(冷拔)工藝生產(chǎn)的微合金鋼鋼管；對(duì)比例為采用鋼板焊管工藝生產(chǎn)的專利JP04063242A、JP04063242A、JP04063227A化學(xué)成分范圍內(nèi)的鋼管，鋼管壁厚都為2mm。將上述鋼管進(jìn)行820度正火后空冷；然后進(jìn)行高頻感應(yīng)淬火。本發(fā)明實(shí)施例與對(duì)比例的化學(xué)成分表1，制造工藝見(jiàn)表2，高頻感應(yīng)淬火后采用水冷；最后進(jìn)行退火，退火溫度為200度，保溫時(shí)間l小時(shí)，出爐后空冷。就本發(fā)明實(shí)施例與對(duì)比例的強(qiáng)度、延伸率、20度沖擊韌性、內(nèi)外表硬度及平均晶粒等效直徑值進(jìn)行對(duì)比，表3顯示了本發(fā)明實(shí)例與對(duì)比例的性能值。圖1為本發(fā)明一實(shí)施例防撞管鋼的金相組織照片，其晶粒的平均晶粒等效直徑小于6um。表l本發(fā)明實(shí)施例與對(duì)比例化學(xué)成分單位質(zhì)量百分比<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表3本發(fā)明實(shí)施例與對(duì)比例的性能比較<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>對(duì)比例31250105512.57836.539.68.27.9對(duì)比例4118098413.57635.437.98.98.4對(duì)比例51165980126934.937.89.49.0對(duì)比例613251134128437.941.87.87.4綜上所述，按照本發(fā)明生產(chǎn)鋼管的最大壁厚可以達(dá)到2.5mm，鋼管內(nèi)外表晶粒均勻，平均晶粒等效直徑小于6um，強(qiáng)度達(dá)到1300Mpa以上，延伸率達(dá)到12%以上。9權(quán)利要求1.一種汽車用高強(qiáng)度防撞管，其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C0.15～0.25Mn0.8～1.5Si0.2～0.5Ti0.01～0.04B0.001～0.004V0.05～0.150.008<N≤0.015余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。2.如權(quán)利要求1所述的汽車用高強(qiáng)度防撞管，其特征是，還包括，0<Cr《0.5，按質(zhì)量百分比。3.如權(quán)利要求1所述的汽車用高強(qiáng)度防撞管的制造方法，包括如下步驟a)其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C0.150.25、Mn0.81.5、Si0.20.5、Ti0.010.04、B0.0010.004、V0.050.15、0.008<N《0.015、余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；b)按上述成分冶煉、鑄造成鋼錠；c)采用穿孔+冷軋或冷拔工藝制成無(wú)縫鋼管；d)對(duì)鋼管進(jìn)行正火+高頻感應(yīng)淬火+退火工藝的熱處理，正火溫度為800°C900°C，保溫時(shí)間為1040分鐘，冷卻方式為空冷；高頻感應(yīng)淬火的加熱時(shí)間在24秒之間，高頻感應(yīng)淬火加熱溫度在900。C95(TC之間，冷卻方式為水冷；退火溫度為150°C250°C，保溫時(shí)間為0.54小時(shí)，冷卻方式為空冷。4.如權(quán)利要求3所述的汽車用高強(qiáng)度防撞管的制造方法，其特征是，其成分還包括，0<Cr《0.5，按質(zhì)量百分比計(jì)。5.如權(quán)利要求3所述的汽車用高強(qiáng)度防撞管的制造方法，其特征是，無(wú)縫鋼管壁厚小于等于2.5mm。全文摘要一種汽車用高強(qiáng)度防撞管及其制造方法，a.其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為C0.15～0.25、Mn0.8～1.5、Si0.2～0.5、Ti0.01～0.04、B0.001～0.004、V0.05～0.15、0.008＜N≤0.015、余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；b.上述成分冶煉、鑄造成鋼錠；c.采用穿孔+冷軋或冷拔工藝制成鋼管；d.對(duì)鋼管進(jìn)行正火+高頻感應(yīng)淬火+退火工藝的熱處理，正火溫度800～900℃，保溫時(shí)間10～40分鐘；高頻感應(yīng)淬火加熱時(shí)間2～4秒，淬火加熱溫度900～950℃；退火溫度150～250℃，保溫時(shí)間0.5～4小時(shí)。本發(fā)明可以生產(chǎn)出最大壁厚為2.5mm的汽車防撞管，其既能保證高頻感應(yīng)加熱均勻，又充分抑制晶粒長(zhǎng)大，具有均勻超細(xì)晶組織、超高強(qiáng)度、韌性好等優(yōu)點(diǎn)。文檔編號(hào)C21D9/08GK101497960SQ20081003316公開(kāi)日2009年8月5日申請(qǐng)日期2008年1月28日優(yōu)先權(quán)日2008年1月28日發(fā)明者杰洪,王起江申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司