本發(fā)明涉及一種冶金產(chǎn)品及其制造方法，尤其涉及一種無縫鋼管及其制造方法。

背景技術(shù)：
隨著私家車保有量的迅速增長，路面情況也越來越擁堵，使得交通事故頻發(fā)，為此，汽車的安全性能就變得尤為重要。當(dāng)車輛發(fā)生碰撞事故時，汽車安全氣囊能夠減輕人員的傷害程度，避免乘員和司機發(fā)生二次碰撞，或車輛發(fā)生翻滾等危險情況下被拋離座位。通常，汽車安全氣囊會設(shè)置在車內(nèi)前方(正副駕駛位)，然而，為了更好地保護駕駛者的生命安全，不僅會在駕駛座和副駕駛座處安裝安全氣囊，還會在汽車的側(cè)方(車內(nèi)前排和后排)和車頂三個方向都安裝有安全氣囊或安全氣簾。這樣，每輛汽車上安全氣囊用鋼管的數(shù)量就會隨之增加，為了提高汽車的安全性能，汽車上安全氣囊用鋼管的質(zhì)量也會隨之提高，其要求鋼管具高強韌積且鋼管壁厚薄，以滿足車輛的安全性、輕量化和低成本的要求。汽車安全氣囊的工作原理是：當(dāng)裝有爆發(fā)性藥品的氣體發(fā)生器感應(yīng)到碰撞時所產(chǎn)生的速度變化之際，其根據(jù)信號指示產(chǎn)生點火動作，點燃固態(tài)燃料并產(chǎn)生氣體向氣囊充氣，使氣囊迅速膨脹，以減少碰撞時對人的沖擊作用。在安全氣囊的氣體發(fā)生器的制造過程中，一般要求無縫鋼管具有較高的爆破強度、強韌積和低溫沖擊韌性。公開號為JP2002-294339，公開日為2002年10月9日，名稱為“具有優(yōu)良的焊接性和成形性，高尺寸精度，較高的拉伸強度以及優(yōu)良的耐爆破的空氣囊用鋼及其制造方法”的日本專利文獻涉及一種用于空氣囊的鋼材及其制造方法。該鋼材的化學(xué)元素成分(wt.％)為：C：0.05-0.20％，Si：0.1-1.0％，Mn：0.20-2.0％，P<0.025％，S<0.010％，Cr：0.05-1.0％，Al<0.10％，Mo<0.50％，Ni<1.5％，Cu<0.5％，V<0.2％，Ti<0.1％，Nb<0.1％，B<0.005％，余量為Fe 和不可避免的雜質(zhì)。該日本專利文獻所涉及的制造方法中通過加熱淬火到Ac1相變點的溫度(至少)，然后在Ac1相變點的溫度下回火。公布號為CN102304613A，公布日為2012年1月4日，名稱為“安全氣囊系統(tǒng)用鋼管及其制造方法”的中國專利文獻公開了一種用于安全氣囊的無縫鋼管及其制造方法。其中，該鋼管的化學(xué)元素質(zhì)量百分含量為(wt.％)的成份組成：C:≤0.12％，Mn:1.00-1.40％，S:≤0.01％，P:≤0.015％，Si:0.15-0.35％，Ni:≤0.25％，Cr:0.40-0.80％，Mo:0.30-0.60％，V:≤0.07％，Cu:≤0.35％，Al:0.15-0.05％，Ne:≤0.05％，Ti:≤0.05％，Sn:≤0.05％，Sb:≤0.05％，As:≤0.05％，Pb:≤0.05％，且Sn、Sb、As、Pb各元素的總量≤0.15％，余量為Fe。該中國專利文獻還公開該無縫鋼管的制造方法。上述兩篇專利文獻所公開的鋼材或無縫鋼管的制造方法均需要對其所對應(yīng)的鋼材或無縫鋼管實施淬火+回火的熱處理方式來達到較高的抗拉強度。公開號為CN101528964A，公開日為2009年9月9日，名稱為“安全氣囊蓄壓器用無縫鋼管及其制造方法”的中國專利文獻公開了一種無縫鋼管及其制造方法。該無縫鋼管的化學(xué)元素的質(zhì)量百分含量(wt.％)為：C:0.08-0.20％，Si:0.1-1.0％，Mn:0.6-2.0％，P:≤0.025％，S:≤0.010％，Cr:0.05-1.0％，Mo:0.05-1.0％，Al:0.002-0.10％，還含有從Ca:0.0003-0.01％，Mg:0.0003-0.01％，以及REM(稀土類元素):0.0003-0.01％中選出的至少1種，和從Ti:0.002-0.1％以及Nb:0.002-0.1％中選出的至少一種，由下式(1)定義的CEQ處于0.45～0.63范圍內(nèi)，CEQ＝C+Si/24+Mn/6+(Cr+Mo)/5+(Ni+Cu)/15(1)。上述中國專利文獻采用了正火+回火的熱處理方式來達到高強度、高韌性的目的，但是上述無縫鋼管的化學(xué)成分中含有Ca、Mg和稀土元素，增加了鋼管的制造成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種汽車安全氣囊用高強韌無縫鋼管，該無縫鋼管具有較高的強度和強韌積，良好的低溫韌性和低溫爆破性能以及較大的延伸率和低溫沖擊吸收功，并且該無縫鋼管的管壁薄，尺寸精度好。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種汽車安全氣囊用高強韌無縫鋼管，其化學(xué)元素質(zhì)量百分配比為：C：0.05-0.15％；Si：0.1-0.45％；Mn：1.0-1.9％；Ni：0.1-0.6％；Cr：0.05-1.0％；Mo：0.05-0.2％；Cu：0.05-0.50％；Al：0.015-0.060％；Nb：0.02-0.1％；V：0.02-0.15％；余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。本技術(shù)方案中不可避免的雜質(zhì)主要是S和P元素，盡量控制S在0.015％以下，控制P在0.025％以下。本發(fā)明所述的汽車安全氣囊用高強韌無縫鋼管中的各化學(xué)元素的設(shè)計原理為：C：C元素是提高鋼的強度的主要元素之一，其通過碳化物的形成能夠有效地提高鋼的強度，且添加成本低。當(dāng)C含量低于0.05wt.％時，無縫鋼管不能達到850MPa以上的抗拉強度，但是當(dāng)C含量高于0.15wt.％時，無縫鋼管的韌性、低溫沖擊性能、低溫爆破性能及焊接性能等綜合性能均會受到影響。在本發(fā)明的技術(shù)方案中需要將C元素的含量控制為0.05～0.15wt.％。Si：Si元素在煉鋼過程中是作為還原劑和脫氧劑的，其在鋼中不形成碳化物，且其在鋼中的固溶度較大，能夠強化鋼中的鐵素體以提高鋼的強度。然而，一旦硅含量超過0.45wt.％時則會大大降低鋼管的韌性，尤其是鋼管的低溫沖擊韌性，同時還會降低鋼管的焊接性能。因此，應(yīng)該將Si含量控制為0.10～0.45wt.％。Mn：Mn是重要的合金化元素和弱碳化物的形成元素。Mn主要通過固溶強化來提高鋼的強度。增加Mn含量能夠使鋼的相變溫度降低，減小淬火臨界冷卻速度，Mn含量達到1.0wt.％以上時，能夠顯著增大鋼的淬透性；不過，若Mn含量超過1.9wt.％時，鋼的沖擊韌性隨之下降得較為顯著。故而在本技術(shù)方案中需要將Mn含量設(shè)定為1.0～1.9wt.％。Ni：Ni既是可以提高鋼的強度和淬透性的元素，又是可以提高鋼的韌性的元素。綜合鋼的成本因素考慮，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，將Ni含量控制在0.1～0.6wt.％的范圍之內(nèi)，才能與其他元素配合可達到理想的強化作用并同時提高鋼的韌性。Cr：Cr是中強碳化物的形成元素。鋼中的Cr的一部分置換成鐵形成合金滲碳體，以提高其穩(wěn)定性，另一部分則溶于鐵素體中起到固溶強化作用，提高鐵素體的強度和硬度。與此同時，Cr也是提高鋼的淬透性的主要元素。但是Cr含量一旦超過1.0wt.％則會對焊接部位的韌性產(chǎn)生影響，并且考慮添加成本的因素，將本發(fā)明所述的汽車安全氣囊用高強韌無縫鋼管中的Cr控制為0.05～1.0wt.％。Mo：Mo在鋼中有固溶強化和提高鋼的淬透性的作用。當(dāng)Mo含量達到0.05wt.％時，才會具有顯著的固溶強化和提高淬透性的效果，當(dāng)Mo含量超過一定范圍時會對鋼管焊接部位的韌性產(chǎn)生影響。同時，還要考慮成本因素，將本發(fā)明的汽車安全氣囊用高強韌無縫鋼管中的Mo含量控制為0.05～0.2wt.％。Cu：Cu可以增強鋼的韌性，即便是含量較少的Cu也能獲得相應(yīng)的效果，如果Cu含量超過0.50wt.％時，對鋼的熱加工性會產(chǎn)生較大影響，即使添加復(fù)合元素也不能保證鋼管的熱加工性，因此，在本發(fā)明的技術(shù)方案中需要將Cu含量控制為0.05～0.50wt.％。Al：Al在鋼中具有脫氧作用且其有助于提高鋼的韌性和加工性。當(dāng)Al含量達到0.015wt.％以上時，其提高鋼的韌性和加工性的效果較為顯著，但是當(dāng)Al含量超過0.060wt.％時，鋼中會出現(xiàn)裂紋的傾向增大。本發(fā)明基于此而將Al含量控制在0.015～0.060wt.％之間。Nb：Nb的作用是提高鋼的韌性。當(dāng)Nb含量≥0.02wt.％時，這一添加效果比較明顯，不過當(dāng)Nb含量＞0.1wt.％時，鋼的韌性反而會有所降低。因此，在本發(fā)明的技術(shù)方案中應(yīng)該將Nb含量設(shè)定為0.02～0.1wt.％。V：V是強碳化物的形成元素，其與碳的結(jié)合能力很強，形成的細小彌散的VC質(zhì)點能夠起到彌散強化的作用，使鋼的強度明顯增加。如果V的含量小于0.02wt.％時，彌散強化作用并不明顯，但是如果V的含量大于0.15wt.％時，對鋼的加工性能也會產(chǎn)生影響，為此，控制鋼中的V的含量為0.02～ 0.15wt.％本發(fā)明所述的汽車安全氣囊用高強韌無縫鋼管不含有Ca，Mg或稀土金屬等成本較高的添加元素，其通過對化學(xué)成分的優(yōu)化設(shè)計，結(jié)合合理的制造工藝，使得本發(fā)明所述的汽車安全氣囊用高強韌無縫鋼管的強度高、強韌積大、低溫韌性好，低溫爆破性能佳且具有較大的延伸率和低溫沖擊吸收功。進一步地，本發(fā)明所述的汽車安全氣囊用高強韌無縫鋼管中還包括≤0.005wt％的B元素。在鋼中加入微量的B就能夠顯著地提高鋼的淬透性，改善鋼的工藝性能和力學(xué)性能，為此，在本發(fā)明所述的汽車安全氣囊用高強韌無縫鋼管中添加適量的B，并將B的含量控制為≤0.005wt.％。進一步地，本發(fā)明所述的汽車安全氣囊用高強韌無縫鋼管的壁厚≥1.5mm。進一步地，本發(fā)明所述的汽車安全氣囊用高強韌無縫鋼管的外徑為15-50mm。更進一步地，本發(fā)明所述的汽車安全氣囊用高強韌無縫鋼管的微觀組織為鐵素體+下貝氏體。相應(yīng)地，本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述汽車安全氣囊用高強韌無縫鋼管的制造方法，其包括步驟：(1)將管坯加熱后均熱；(2)進行熱穿孔，通過張力減徑機對管坯進行減徑減壁厚后自然冷卻；(3)退火、酸洗、磷化皂化；(4)冷加工至成品尺寸；(5)進行去應(yīng)力退火。本發(fā)明所述的汽車安全氣囊用高強韌無縫鋼管的制造方法，不采用復(fù)雜的淬火+回火的熱處理方式，而是通過簡單經(jīng)濟的去應(yīng)力退火熱處理方式來獲得具有高強度、高強韌積以及良好低溫韌性和低溫爆破性的無縫鋼管，這樣不僅簡化了上述無縫鋼管的制造方法的工藝步驟，還避免了淬火工序變形量大而導(dǎo)致無縫鋼管不能滿足汽車安全氣囊產(chǎn)品的高尺寸精度的要求。采用去應(yīng)力退火熱處理方式既可以保證鋼管的抗拉強度，又可以保證鋼管的塑性和強韌性。進一步地，本發(fā)明所述的汽車安全氣囊用高強韌無縫鋼管的制造方法，在上述步驟(1)中，將管坯加熱到1220℃-1260℃，均熱10-20min。進一步地，本發(fā)明所述的汽車安全氣囊用高強韌無縫鋼管的制造方法，在上述步驟(4)中，采用冷拔或冷軋的方式進行冷加工。采用冷拔或冷軋的方式將鋼管加工至規(guī)定的尺寸后是為了降低冷加工過程中所產(chǎn)生的應(yīng)力。進一步地，本發(fā)明所述的汽車安全氣囊用高強韌無縫鋼管的制造方法，在上述步驟(4)中，每道次冷加工的延伸系數(shù)≤1.5，以在保證鋼管的生產(chǎn)效率的同時，避免在冷加工后鋼管產(chǎn)生開裂等缺陷。更進一步地，本發(fā)明所述的汽車安全氣囊用高強韌無縫鋼管的制造方法，在上述步驟(4)中，最后一道次冷加工延伸系數(shù)≥1.4以保證鋼管在最終熱處理前冷加工強化的強度。更進一步地，本發(fā)明所述的汽車安全氣囊用高強韌無縫鋼管的制造方法，在上述步驟(5)中，去應(yīng)力退火溫度680-780℃，保溫時間為10-20min。去應(yīng)力退火的加熱溫度過高，或者保溫時間過長均會導(dǎo)致鋼管成品的晶粒粗大，使得鋼管的強度和硬度都不能達到使用要求。然而，加熱溫度過低又會導(dǎo)致析出的碳化物不能充分固溶，不能達到強化作用。在此，將本發(fā)明所述的汽車安全氣囊用高強韌無縫鋼管的制造方法中的去應(yīng)力退火溫度設(shè)定為680-780℃，并且控制保溫時間為10-20min是為了能夠使鋼中的碳化物在較短的時間內(nèi)析出，以達到固溶強化的作用，同時又為了能夠防止晶粒長大，提高鋼的強度和韌性，令上述無縫鋼管的最終性能可以滿足汽車安全氣囊用鋼的使用要求。本發(fā)明所述的汽車安全氣囊用高強韌無縫鋼管由于采用了上述技術(shù)方案，使得其具備較高的強度和強韌積，良好的低溫韌性和低溫爆破性能以及較大的延伸率和低溫沖擊吸收功，其抗拉強度≥850Mpa，-60℃低溫沖擊吸收功≥15J，延伸率≥18％。另外，本發(fā)明所述的汽車安全氣囊用高強韌無縫鋼管的管壁薄，重量輕尺寸精度好，能夠滿足輕量化車系的使用需求。此外，本發(fā)明所述的汽車安全氣囊用高強韌無縫鋼管不添加昂貴的金屬元素，生產(chǎn)成本低。本發(fā)明所述的汽車安全氣囊用高強韌無縫鋼管的制造方法能夠生產(chǎn)制造出抗拉強度大，強韌積高，低溫韌性好，低溫爆破性能佳、延伸率大且低溫沖擊吸收功性能良好的無縫鋼管。此外，本發(fā)明所述的汽車安全氣囊用高強韌無縫鋼管的制造方法通過控制每道次冷加工的延伸系數(shù)，不但保證了制造鋼管的生產(chǎn)效率，還有效地避免了鋼管的開裂。具體實施方式下面將根據(jù)具體實施例對本發(fā)明所述的汽車安全氣囊用高強韌無縫鋼管及其制造方法做出進一步說明，但是具體實施例和相關(guān)說明并不構(gòu)成對于本發(fā)明的技術(shù)方案的不當(dāng)限定。實施例A1-A10和對比例B1-B6按照下列步驟制造本發(fā)明所述的汽車安全氣囊用高強韌無縫鋼管A1-A10以及對比例B1-B6，其包括步驟如下：(1)冶煉并制成管坯，并將鋼中的化學(xué)元素質(zhì)量百分配比如表1所示；(2)采用環(huán)形加熱爐將管坯加熱至1220℃-1260℃，均熱10-20min；(3)采用立式錐形熱穿孔機進行熱穿孔，通過三輥張力減徑機對管坯進行減徑減壁厚后自然冷卻；(4)經(jīng)酸洗后進行中間退火熱處理，經(jīng)過中間退火熱處理后磷化皂化；(5)采用冷拔或冷軋的方式進行冷加工至成品尺寸，每道次冷加工的延伸系數(shù)≤1.5，其中最后一道次冷加工延伸系數(shù)在1.4-1.5范圍內(nèi)，冷加工后的鋼管成品尺寸為壁厚1.5-5mm，外徑15-50mm；(6)進行去應(yīng)力退火，去應(yīng)力退火溫度680-780℃，保溫時間為10-20min后空冷。需要說明的是，在上述步驟(5)之前可以采用適當(dāng)?shù)闹虚g熱處理工藝來進一步地保證鋼管的冷加工性能。表1列出了本案實施例A1-A10以及對比例B1-B6的化學(xué)元素的質(zhì)量百分配比。表1.(wt.％，余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì))序號CSiMnNiCrMoCuAlNbVBA10.100.351.70.30.100.100.080.020.050.060.003A20.110.381.80.41.00.050.060.030.060.080.004A30.050.451.90.50.100.090.080.020.050.10--A40.110.401.30.50.180.150.090.030.060.100.003A50.120.331.40.50.050.070.100.050.040.090.005A60.100.371.80.60.200.180.120.020.020.070.005A70.110.391.60.40.250.110.090.020.040.060.004A80.130.321.50.40.220.100.080.040.060.080.005A90.090.351.40.20.190.130.060.020.080.020.005A100.100.361.10.50.160.150.070.030.050.070.005B10.150.390.80.30.180.150.100.030.070.100.003B20.120.381.7--0.040.130.080.020.030.080.003B30.20.382.00.30.950.010.080.030.080.090.010B40.140.360.80.40.180.150.090.04--0.080.003B50.130.381.60.30.090.110.110.030.09--0.004B60.120.371.40.50.250.110.090.030.080.060.004表2示出了實施例A1～A10和對比例B1～B5中的各步驟的工藝參數(shù)。表2.將上述實施例和對比例中的無縫鋼管沿著鋼管壁厚方向取尺寸為2mm*10mm*55mm的弧形試樣，并在側(cè)面開深度為2mm的標準V型缺口后，在-60℃下進行沖擊后得到的各沖擊功值列于表3中。具體評價指標上述實施例和對比例中的無縫鋼管是否合格的汽車安全氣囊用高強韌無縫鋼管的標準如下：1)抗拉強度＞850MPa，2)-60℃沖擊吸收功＞15J，且3)-60℃低溫爆破斷口顯示為韌性斷裂，即當(dāng)上述無縫鋼管同時滿足1)～3)的標準時為合格；反之，則為不合格，所獲得的實施例和對比例中的無縫鋼管的綜合力學(xué)性能參數(shù)如表3所示。表3.*強韌積為抗拉強度和沖擊功的乘積。**液爆性能所在列中，1表示：-60℃液爆為韌性斷裂，且無裂紋貫穿至鋼管的任一端面。2則表示-60℃液爆有脆性斷裂，且有裂紋貫穿至鋼管的某一端面。結(jié)合表1、表2和表3可以看出，由于實施例A1-A10中的各無縫鋼管具有本發(fā)明的技術(shù)方案所規(guī)定的化學(xué)元素質(zhì)量百分配比，并且其均按照本發(fā)明所提供的制造方法進行加工生產(chǎn)。實施例A1-A10中的汽車安全氣囊用高強韌無縫鋼管的抗拉強度均≥855Mpa、延伸率均≥18％且強韌積均≥14620MPa*J。另外，該汽車安全氣囊用高強韌無縫鋼管在-60℃的沖擊吸收功最低為17J，同時，在-60℃下液爆后顯示為韌性斷口，且裂口不貫穿至鋼管的任一端面。然而，由于對比例B1-B6中的各無縫鋼管中的某些化學(xué)元素質(zhì)量百分配比已經(jīng)超過了本發(fā)明的技術(shù)方案所限定的范圍，或者加工工藝未按照本發(fā)明提供的制造方法進行加工生產(chǎn)，因此，這些無縫鋼管的綜合力學(xué)性能中的至少一項并不符合汽車安全氣囊用高強韌無縫鋼管的標準。由上述表格所示的內(nèi)容可知，本發(fā)明的技術(shù)方案通過合理的成分設(shè)計+合理的冷加工工藝+優(yōu)化的熱處理方式，獲得了抗拉強度大，強韌積高，具 有良好的低溫沖擊性能和延伸率的無縫鋼管。此類無縫鋼管尤其適用于制造汽車安全氣囊。要注意的是，以上列舉的僅為本發(fā)明的具體實施例，顯然本發(fā)明不限于以上實施例，隨之有著許多的類似變化。本領(lǐng)域的技術(shù)人員如果從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。