CN100460527C - 在低温下具有超高强度和极好韧性的低碳合金钢管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种低碳合金钢管及其制造方法，其中所述的钢管主要由以下组分组成，按重量计算：约0.06%-0.18%的碳；约0.5%-1.5%的锰；约0.1%-0.5%的硅；最高达约0.015%的硫；最高达约0.025%的磷；最高达约0.50%的镍；约0.1%-1.0%的铬；约0.1%-1.0%的钼；约0.01%-0.1%的钒；约0.01%-0.1%的钛；约0.05%-0.35%的铜；约0.010%-0.050%的铝；最高达约0.05%的铌；最高达约0.15%的残余元素；以及平衡量的铁和不可避免杂质，其中钢管具有至少约145ksi的抗拉强度和低于-60℃的韧—脆转变温度。

Description

在低温下具有超高强度和极好韧性的低碳合金钢管及其制造方法

相关申请

本申请要求2003年10月10日申请的美国临时专利申请号60/509806和2004年10月5日申请的美国非临时专利申请号10/957,605的优先权。

技术领域

本发明涉及一种在低温下具有超高强度和极好韧性的低碳合金钢管，以及该钢管的制造方法。所述的钢管适宜于制造用于汽车约束系统部件的容器部件，一个实例就是汽车气囊的充气器。

背景技术

用于交通工具乘坐者约束系统的气囊充气器需要满足严格的结构和功能标准。因此，在制造工艺中必需采用严格的过程。虽然现场试验表明工业上已经满足过去的结构和功能标准，需要提高和/或新的性能以满足发展的需要，虽然同时不断降低制造成本也很重要。

在当前的许多交通工具中，气囊或者辅助约束系统都是重要的安全特征。在过去，气囊系统采用爆炸性的化学药品，但其昂贵，并且由于环境和回收问题，近年来，已经开发了一种新类型的充气器，其利用充满氮气或者类似物的钢管制成的储压器，并且这种类型的使用在增加。

上述的储压器是一种容器，正常时间该储压器保存高压的气体或类似物，在汽车碰撞时在一个或者多个爆炸阶段爆炸成气囊。相应地，用作这种储压器的钢管在极短的时间段内受到高变形率的应力。因此，与简单的结构如普通的增压缸相比，上述的钢管需要较高的尺寸精度、可加工性和可焊接性，并且其必需还具有高强度、韧性和极好的抗爆炸性能。尺寸精度对于保证非常精确体积的气体充入气囊是重要的。

冷成形性对于制造储压器的管状构件来说非常重要，因为它们在无缝管制造之后形成成品钢材。不同形状取决于通过冷成形获得的容器构造。关键是在冷成形之后获得没有裂缝和表面缺陷的压力容器。此外，在冷成形之后即使在低温下具有非常好的韧性也是至关重要的。

已经开发的钢具有非常好的可焊接性，不需要在焊接前预加热或者焊接后热处理。为了获得所需的可焊接性，碳当量应低于约0.63％，如下式限定，

Ceq＝％C+％Mn/6+(％Cr+％Mo+％V)/5+(％Ni+％Cu)/15

在本发明优选的实施例中，如上所限定的碳当量应低于约0.63％，以便更好地保证可焊接性。

为了生产气体容器，根据本发明制备的冷拉管被在长度上切断，然后利用不同的已知技术(如起皱、旋锻等)冷形成以便获得所需的形状。可替代地，可以采用焊接管。随后，为了生产储压器，利用适宜的技术如摩压焊、钨电极惰性气体保护焊或者激光焊等将盲板和扩散器焊接到容器的各端。这些焊接非常严格，需要相当的劳动力，在某些情况下试验以保证整个压力容器和气囊展开(deployment)的焊接完整性。已经观察到这些焊接能破裂或者损坏，危及储压器的完整性，和可能气囊的工作。

试验充气器以保证气囊使用过程中其能保证结构完整性。其中的一个试验就是所谓的破裂试验。这是一种破坏性试验，在试验中罐遭受比其正常操作使用时，即气囊展开显著高的内压。在该试验中，充气器遭受升高的内压直至发生破裂。

从这些试验中回顾破裂试验的结果并研究试验罐样品，发现断裂以两种不同的方式发生：韧性断裂和脆性断裂，有时候两种方式联合。已经观察到在韧性断裂中，发生以断开的凸起(如破裂气泡所展示的)为示例的外翻断裂。断裂表面相对于管的外表面倾斜接近45度，位于目标区域。另一方面，在脆性断裂中，沿充气器长度方向显示非显著的纵向裂纹，这象征材料中有脆性区。在此情况下，断裂面对于管外表面是正常的。当在扫描电子显微镜下观察时这两种断裂方式具有有区别的表面，凹痕是韧性断裂的特征，同时裂缝是脆性断裂象征。

有时候，可以观察到这两种断裂方式的联合，脆性裂纹从韧性破裂区域扩展。因为整个系统，包括气囊充气器，可以在非常不同的气候操作的交通工具中应用，关键是材料在宽的温度范围内显示延展性，从非常冷到温暖。

发明内容

本发明涉及一种适宜于冷成形的具有超高强度(最低UTS 145 ksi)，和非常高的破裂压力的低碳合金钢管。此外，所述钢在低温下具有极好的韧性，-60℃保证延展性，即韧—脆转变温度(DBTT)低于-60℃，甚至可能达到-100℃。本发明还涉及这种钢管的制造工艺。

本发明的一方面在于提供一种低碳合金钢管，主要由以下组分组成，按重量计算：0.06％—0.18％的碳；0.5％—1.5％的锰；0.1％—0.5％的硅；最高达0.015％的硫；最高达0.025％的磷；最高达0.50％的镍；0.1％—1.0％的铬；0.1％—1.0％的钼；0.01％—0.1％的钒；0.01％—0.1％的钛；0.05％—0.35％的铜；0.010％—0.050％的铝；最高达0.05％的铌；最高达0.15％的残余元素；以及平衡量的铁和不可避免杂质，其中钢管具有至少145ksi的抗拉强度和低于-60℃的韧—脆转变温度，其中其中钢管具有低于0.63％的碳当量，碳当量根据下式确定：

Ceq＝％C+％Mn/6+(％Cr+％Mo+％V)/5+(％Ni+％Cu)/15。

所述钢管可以主要由以下组分组成，按重量计算：0.07％—0.12％的碳；1.00％—1.40％的锰；0.15％—0.35％的硅；最高达0.010％的硫；最高达0.015％的磷；最高达0.20％的镍；0.55％—0.80％的铬；0.30％—0.50％的钼；0.01％—0.07％的钒；0.01％—0.05％的钛；0.15％—0.30％的铜；0.010％—0.050％的铝；最高达0.05％的铌；最高达0.15％的残余元素；以及平衡量的铁和不可避免杂质。

该钢管可以具有至少125ksi的屈服强度或至少135ksi的屈服强度。钢管可以具有至少9％的延伸。钢管可以具有不超过40HRC的硬度或不超过37HRC的硬度。该钢管可以具有低于0.60％的碳当量或低于0.56％的碳当量。

该钢管最大杂质含量可以是2或者更低—薄系列，或1或者更低—厚系列，采用ASTM E45标准下的准则—Worst Field Method。该钢管按照ASTM E45标准下的准则—Worst Field Method可以具有的最大杂质含量如下：杂质类型A为薄0.5，厚0；杂质类型B为薄1.5，厚1.0；杂质类型C为薄0，厚0；杂质类型D为薄1.5，厚0.5。其中获得的过大杂质尺寸可以为30微米或者更小。总的氧含量可以等于或小于20ppm。该钢管可以具有无缝构造。

本发明的一方面在于提供一种包含如上所述的低碳合金钢管的储气充气器压力容器。

本发明的一方面在于提供一种包含如上所述的低碳合金钢管的汽车气囊充气器。

本发明的一方面在于提供一种低碳合金钢管，主要由以下组分组成，按重量计算：0.08％—0.11％的碳；1.03％—1.18％的锰；0.15％—0.35％的硅；最高达0.003％的硫；最高达0.012％的磷；最高达0.10％的镍；0.63％—0.73％的铬；0.40％—0.45％的钼；0.03％—0.05％的钒；0.025％—0.35％的钛；0.15％—0.30％的铜；0.010％—0.050％的铝；最高达0.05％的铌；最高达0.15％的残余元素；以及平衡量的铁和不可避免杂质，其中钢管具有至少145ksi的抗拉强度和低于-60℃的韧—脆转变温度，其中钢管具有低于0.63％的碳当量，碳当量根据下式确定：

Ceq＝％C+％Mn/6+(％Cr+％Mo+％V)/5+(％Ni+％Cu)/15，其中钢管具有至少145ksi的抗拉强度和低于-60℃的韧—脆转变温度。其中，该钢管可以具有无缝构造。

本发明的一方面在于提供一种包含上述低碳合金钢管的储气充气器压力容器。

本发明的一方面在于提供一种包含上述低碳合金钢管的汽车气囊充气器。

本发明的一方面在于提供一种制造一定长度的用于储气充气器压力容器钢管的方法，包括以下步骤：

由钢材生产一定长度的管，所述钢材主要由以下组分组成，按重量计算：0.06％—0.18％的碳，0.5％—1.5％的锰，0.1％—0.5％的硅，最高达0.015％的硫，最高达0.025％的磷，最高达0.50％的镍，0.1％—1.0％的铬，0.1％—1.0％的钼，0.01％—0.1％的钒，0.01％—0.1％的钛，0.05％—0.35％的铜，0.010％—0.050％的铝，最高达0.05％的铌，最高达0.15％的残余元素，以及平衡量的铁和不可避免杂质其中钢管具有至少145ksi的抗拉强度和低于-60℃的韧—脆转变温度，其中钢管具有低于0.63％的碳当量，碳当量根据下式确定：Ceq＝％C+％Mn/6+(％Cr+％Mo+％V)/5+(％Ni+％Cu)/15；

将上述钢管冷拉以获得所需的尺寸；

奥氏体化，通过在感应式奥氏体化炉中加热冷拉钢管至至少Ac3，加热速率至少为100℃每秒；

加热步骤之后，在阻封流体中熄灭钢管直至管接近室温，冷却速率至少为100℃每秒；和

在熄灭步骤之后，在低于Ac1的温度下回火钢管2—30分钟。

在该方法中，所生产的钢管可以主要由以下组分组成，按重量计算：0.07％—0.12％的碳；1.00％—1.40％的锰；0.15％—0.35％的硅；最高达0.010％的硫；最高达0.015％的磷；最高达0.20％的镍；0.55％—0.80％的铬；0.30％—0.50％的钼；0.01％—0.07％的钒；0.01％—0.05％的钛；0.15％—0.30％的铜；0.010％—0.050％的铝；最高达0.05％的铌；最高达0.15％的残余元素；以及平衡量的铁和不可避免杂质。

在该方法中，所生产的钢管可以主要由以下组分组成，按重量计算：0.08％—0.11％的碳；1.03％—1.18％的锰；0.15％—0.35％的硅；最高达0.003％的硫；最高达0.012％的磷；最高达0.10％的镍；0.63％—0.73％的铬；0.40％—0.45％的钼；0.03％—0.05％的钒；0.025％—0.035％的钛；0.15％—0.30％的铜；0.010％—0.050％的铝；最高达0.05％的铌；最高达0.15％的残余元素；以及平衡量的铁和不可避免杂质。

在该方法中，得到的钢管可以具有至少125ksi的屈服强度，或至少135ksi的屈服强度，或至少145ksi的抗拉强度。得到的钢管可以具有至少9％的延伸。得到的钢管可以具有不超过40HRC的硬度，或具有不超过37HRC的硬度。得到的钢管可以具有低于-60℃的韧—脆转变温度。

在该方法中，在奥氏体化加热步骤中，钢管可以加热到920—1050℃；钢管的加热速率可以至少为200℃每秒。在熄灭步骤中，钢管的冷却速率可以至少为200℃每秒。在回火步骤中，钢管可以在400—600℃温度间回火；钢管回火时间可以为4—20分钟。该方法可以进一步包括整理步骤其中回火的钢管被酸浸、磷酸化和上油。

本发明的一方面在于提供一种制造一定长度的用于储气充气器压力容器的钢管的方法，包括以下步骤：

由钢材生产一定长度的管，所述钢材主要由以下组分组成，按重量计算：

0.08％—0.11％的碳，1.03％—1.18％的锰，0.15％—0.35％的硅，最高达0.003％的硫，最高达0.012％的磷，最高达0.10％的镍，0.63％—0.73％的铬，0.40％—0.45％的钼，0.03％—0.05％的钒，0.025％—0.035％的钛，0.15％—0.30％的铜，0.010％—0.050％的铝，最高达0.05％的铌，最高达0.15％的残余元素，以及平衡量的铁和不可避免杂质，其中钢管具有至少145ksi的抗拉强度和低于-60℃的韧—脆转变温度，其中钢管具有低于0.63％的碳当量，碳当量根据下式确定：Ceq＝％C+％Mn/6+(％Cr+％Mo+％V)/5+(％Ni+％Cu)/15；

将上述钢管冷拉以获得所需的尺寸；

奥氏体化，通过在感应式奥氏体化炉中加热冷拉钢管至920—1050℃，加热速率至少为200℃每秒；

加热步骤之后，在阻封流体中熄灭钢管直至管接近室温，冷却速率至少为200℃每秒；和

在熄灭步骤之后，在450—550℃的温度下回火钢管4—20分钟，

整理步骤其中回火的钢管被酸浸、磷酸化和上油，

其中整理后的钢管具有至少135ksi的屈服强度，145ksi的抗拉强度，延伸至少为9％，硬度不大于37HRC，低于-60℃的韧—脆转变温度和良好的外观。

本发明的材料设计用于制备汽车约束系统部件的容器部件，例如汽车气囊充气器。

最佳实施方式

虽然本发明容许的实施例有各种形式，应该理解下文中将描述的优选实施例公开的是本发明的一种示例，而不是将本发明限定为所示的实施例。

本发明涉及一种用于放置气囊压力容器的钢管。更具体而言，本发明涉及一种用于无缝压力容器的低碳超高强度钢种，其在-60℃保证延展性，即韧—脆转变温度(DBTT)低于-60℃。

更具体而言，本发明涉及一种化学成分和一种用于制造气囊的无缝钢管的制造工艺。

一种可能的生产无缝低碳超高强度钢的制造方法的示意图如下：

1.炼钢

2.铸钢

3.Tue热轧

4.热轧凹穴(hollow)精整工序

5.冷拉

6.热处理

7.冷拉管精整工序

炼钢工艺的一个主要目的是通过除去碳、硅、硫、磷和锰精练铁。特别地，由于硫和磷损害材料的机械性能，它们对钢是有害的。在基础处理之前或之后利用钢包冶金特定的纯化步骤，以使在基础的炼钢工序中能够加快处理。

炼钢工艺在极纯净条件下进行以获得非常低的硫和磷含量，其又是获得所需的超高强度产品的关键。相应地，杂质水平的目标是2或者更低—薄系列，和1或者更低—厚系列，采用ASTM E45标准下的准则—Worst Field Method(方法A)。在本发明的优选实施例中，按照上述标准测量的最大微杂质含量应该是：

 

杂质类型	薄	厚
			A	0.5	0
B	1.5	1.0
			C	0	0
D	1.5	0.5

此外，极纯净条件允许获得过大尺寸杂质的尺寸为30微米或者更小。所获得的这些杂质含量的极限总的氧含量为20ppm。

在二次冶金中，极纯净条件通过向钢包炉中吹入惰性气体以强迫杂质和不纯物漂浮实施。流动熔渣产物能够吸收不纯物和杂质，杂质尺寸和形状通过向液体钢中加入钙化硅改变，生产低杂质含量的高质钢。

所获得的钢中化学成分如下，各种情况下“％”指的是“质量百分数”：

碳(C)

碳是一种廉价的提高钢强度的元素，但如果它的含量低于0.06％，就难于获得所需的强度。另一方面，如果钢中的碳含量高于0.18％，则冷加工性、可焊性和韧性降低。因此，磷含量范围是0.06％—0.18％。优选的碳含量范围是0.07％—0.12％，甚至更优选的范围是0.08％—0.11％。

锰(Mn)

锰是一种有效提高钢硬度的元素，因此它提高强度和韧性。如果它的含量低于0.5％，就难于获得所需的强度，然而它超过1.5％则能带结构变得明显，且韧性降低。因此，锰的含量为0.5％—1.5％。然而，优选的锰的范围是1.00％—1.40％，更优选的范围是1.03％—1.18％。

硅(Si)

硅是一种在炼钢工艺中具有脱氧效果，还能够提高钢的强度的元素。如果硅含量低于0.10％，钢易于氧化，另一方面，如果它的含量高于0.50％，则韧性和可加工性都降低。因此，硅含量是0.1％—0.5％。优选硅的范围是0.15％—0.35％。

硫(S)

硫是一种导致钢韧性降低的元素。因此，硫的最大含量限于0.015％。优选最大值是0.010％，更优选的最大值是0.003％。

磷(P)

磷是一种导致钢韧性降低的元素。因此，磷的最大含量限于0.025％。优选最大值是0.015％，更优选最大值是0.012％。

镍(Ni)

镍是提高钢强度和韧性的元素，但非常昂贵，因此镍的最大含量限于0.50％。优选最大值是0.20％，更优选的最大值是0.10％。

铬(Cr)

铬是一种能有效提高钢强度、韧性和耐蚀性的元素。如果它的含量低于0.10％，则难于获得所需的强度，然而如果它超过1.0％，则焊接区的韧性显著降低。因此，铬的含量为0.1％—1.0％。然而，优选铬的范围是0.55％—0.80％，更优选的范围是0.63％—0.73％。

钼(Mo)

钼是一种有效提高钢强度的元素，并在回火中有助于延迟软化。如果它的含量低于0.10％，则难于获得焊接区的强度，然而如果它超过1.0％，则焊接区的韧性显著降低。因此，钼的含量为0.1％—1.0％。然而，这种铁合金是昂贵的，需要强制地降低最大含量。因此，优选钼的范围是0.30％—0.50％，更优选的范围是0.40％—0.45％。

钒(V)

钒是一种能有效提高钢强度的元素，即使加入少量，并在回火中允许延迟软化。发现钒的最佳含量为0.01％—0.10％。然而，这种铁合金是昂贵的，需要强制地降低最大含量。因此，优选钒的范围是0.01％—0.07％，更优选的范围是0.03—0.05％。

钛(Ti)

钛是一种能有效提高钢强度的元素，即使加入少量。发现钛的最佳含量为0.01％—0.10％。然而，这种铁合金是昂贵的，需要强制地降低最大含量。因此，优选钒的范围是0.01％—0.05％，更优选的范围是0.025—0.035％。

铜(Cu)

这种元素提高管的耐蚀性，因此铜的含量范围是0.05％—0.35％，优选的范围是0.15％—0.30％。

铝(Al)

这种元素在炼钢工艺中加入以降低杂质含量并精练钢晶粒。优选铝的含量是0.010％—0.050％。

其它上面没有列出的元素的优选范围如下：

元素      重量

铌        0.05％最大

锡        0.05％最大

锑        0.05％最大

铅        0.05％最大

砷        0.05％最大

用于生产管或腔的单罐钢中的残余元素应为：

Sn+Sb+Pb+As≤0.05％最大

S+P≤0.025

下一步骤是铸钢，以生产能够被冲孔或者辗压形成无缝钢管的固态钢条。在钢车间钢被铸成沿钢轴具有均一直径的实心坯。

将超高纯净钢的固态圆柱体钢条加热到约1200℃—1300℃，并在此点进行轧钢工艺。优选地，把钢条加热到1250℃，然后通过轧钢机。钢条被冲孔，优选利用已知的Manessmann工艺，随后在热轧过程中外径和壁厚相当大地减少，同时长度相当大地增加。例如，148毫米外径的钢条热轧成外径48.3毫米、壁厚3.25毫米的热轧管。

作为固态条截面面积与热轧管截面面积的测量，截面面积减少为获得精练的显微构造是重要的，对于获得所需的机械性能是必需的。因此，最少的截面面积减少为15:1，优选的和最优选的截面面积减少分别为20:1和25:1。

将由此制造的超高纯净钢的无缝热轧管冷却到室温。由此制造的超高纯净钢的无缝热轧管在管圆周和沿管轴的径向都具有接近均一的壁厚。

此后，经热轧的管通过不同的精练步骤，例如长度方向切成2—4块，并且如果需要，在已知的旋转矫直设备上末端裁切不正、矫直，并通过一种或者多种不同的已知技术(例如电磁测定或者超音波测定)进行非破坏性测定。

此后，各个热轧管块的表面为冷拉适当地整理。所述的整理包括在酸溶液中酸浸，涂上适当的润滑层，如已知的磷酸锌和硬脂酸(estearathe)钠组合，或者活性油。表面整理之后，无缝钢管被冷拉，通过直径小于被拉管的外径的外部模拉无缝钢管。在绝大多数情况下，所述管的内表面也被一端锚固在棒子上的内型芯支撑，以便所述的型芯在拉的过程中靠近所述模。这种拉操作不需要将所述管预先加热到室温以上。

所述的无缝管至少冷拉一次，每次都减少管的外径和壁厚。所制造的冷拉钢管具有沿管轴向均一的外径，和在管圆周和沿管轴的径向都具有接近均一的壁厚。所述的冷拉管优选具有10—70毫米的外径，优选1—4毫米的壁厚。

此后，所述的冷拉管在奥氏体化炉中热处理，处理温度至少在高于奥氏体化温度或者Ac3(对于此处公开的特定的化学性质，约为880℃)，但优选高于920℃且低于1050℃。采用该最大奥氏体化温度的目的是为了避免晶粒变粗。该工艺可以在燃料炉或者感应式电炉中进行，但优选后者。在炉中的过渡(transit)时间强烈地依赖于使用炉的种类。已经发现，如采用感应式电炉较易获得本申请所需的高表面质量。这是因为感应过程的特性，其中涉及非常短的过渡时间，预防了氧化的发生。优选地，奥氏体化加热速率至少约为100℃每秒，但更优选的是至少200℃每秒。极高的加热速率和其结果，非常短的加热时间，对于获得非常好的晶粒显微构造非常重要，其进而保证所需的机械性能。

此外，适宜的填充系数，定义为由所述管的外径限定的圆周区域与感应式电炉盘管内径的圆周区域限定的圆周区域之比，对于获得所需的高加热速率是重要的。最小的填充系数约为0.16，优选最少的填充系数约为0.36。

在炉子的出口区或者接近出口区，所述管通过适宜的阻封流体熄灭。阻封流体优选水或者水基淬火溶液。所述管温度迅速降到室温，优选至少约100℃每秒，更优选至少约200℃每秒。该极限高冷却速率对于获得完全的显微构造转换是至关紧要的。

所述的钢管在适宜的温度下和循环时间内回火，在低于Ac1的温度下。优选地，回火温度约在400—600℃之间，更优选地约在450—550℃之间。均热时间应足够长以保证非常好的温度均匀性，但如果太长，则得不到所需的机械性能。因此，采用的均热时间在2—30分钟之间，优选在4—20分钟之间。调温过程优选在保护性的还原或者中性气氛下进行，以避免所述管脱碳和氧化。

所制造的超高强度钢管通过不同的精练步骤，在已知的旋转矫直设备矫直，和通过一种或者多种已知的技术进行非破坏性的测定。优选地，对于这种应用管，应该既通过已知的超音波技术又通过电磁技术测定。

热处理之后的管材可以化学处理以获得所需外观和非常低的表面粗糙度。例如，所述管可以在硫酸和盐酸酸、利用磷酸锌磷酸盐化，和石油基油或者矿物油加油。通过所述方法获得的钢管应具有以下机械性能以便达到本发明的目：

屈服强度       约125ksi(862MPa)最低

               更优选135ksi(930MPa)最低

抗拉强度       约145ksi(1000MPa)最低

伸长           约9％最低

硬度           约40HRC最大

               更优选37HRC最大

屈服强度、抗拉强度、伸长和硬度测试应该按照ASTM E8和ASTM A370中所述的步骤进行。对于抗拉强度，优选全尺寸样品用于评测整个筒形断面。

压扁试验要符合49 CFR，178.65节，规范DOT 39的要求。因此，在60度角V形加工压扁下管截面不应破裂，直至对面距离6个管壁厚。所制造的钢能全面满足该试验。

为了在强度和韧性之间获得良好平衡，现有(有时称作前者)的奥氏体晶粒尺寸优选应为7或者更细，更优选9或者更细，按照ASTM E-112标准测量。能够达到这是由于奥氏体化过程中的极短加热周期。

由所述方法获得的钢管应该具有所述的性能以便满足本发明所述的需要。

工业的需要不断地将所需韧性值降低。本发明具有良好的外观，带有，例如加工后管材内表面和外表面的表面光洁度最大3.2微米。这一要求通过冷拉、短奥氏体化时间、还原或者中性气氛调温，以及在工艺中不同步骤中的充分的表面化学整理达到。

应该通过密封管截面的末端进行水压破裂试验，例如通过在管末端焊接扁钢板。300毫米管截面保持没有约束下以便扩张全部圆周应力。管截面加压通过泵送油、水酒精或者它们的混合物进行。

所需的破裂压力依赖于管的尺寸。经破裂试验，超高强度钢无缝管在-60℃下具有保证的延展性。在生产的样品上进行的试验表明该种钢管在-60℃下具有保证的延展性，韧—脆转变温度低于-60℃。

本发明人发现，一种进一步的代表性的确认试验是破裂试验，可以在室温或者低温下进行，代替夏氏冲击试验(根据ASTM E23)。这是由于采用的这些产品相对的薄壁厚和小外径这一事实，因此在横向对于夏氏冲击试验没有标准的ASTM样品可加工。此外，为了得到这种小尺寸的夏氏冲击探针，对于弯曲管探针不得不应用压扁变形。这对于钢的机械性能具有可感觉的效果，特别是冲击强度。因此，在此过程中没有获得代表性的冲击试验。

Claims (37)

1.一种低碳合金钢管，主要由以下组分组成，按重量计算：0.06％—0.18％的碳；0.5％—1.5％的锰；0.1％—0.5％的硅；最高达0.015％的硫；最高达0.025％的磷；最高达0.50％的镍；0.1％—1.0％的铬；0.1％—1.0％的钼；0.01％—0.1％的钒；0.01％—0.1％的钛；0.05％—0.35％的铜；0.010％—0.050％的铝；最高达0.05％的铌；最高达0.15％的残余元素；以及平衡量的铁和不可避免杂质，其中钢管具有至少145ksi的抗拉强度和低于-60℃的韧—脆转变温度，其中钢管具有低于0.63％的碳当量，碳当量根据下式确定：

Ceq＝％C+％Mn/6+(％Cr+％Mo+％V)/5+(％Ni+％Cu)/15。

2.根据权利要求1的低碳合金钢管，其中钢管主要由以下组分组成，按重量计算：0.07％—0.12％的碳；1.00％—1.40％的锰；0.15％—0.35％的硅；最高达0.010％的硫；最高达0.015％的磷；最高达0.20％的镍；0.55％—0.80％的铬；0.30％—0.50％的钼；0.01％—0.07％的钒；0.01％—0.05％的钛；0.15％—0.30％的铜；0.010％—0.050％的铝；最高达0.05％的铌；最高达0.15％的残余元素；以及平衡量的铁和不可避免杂质。

3.根据权利要求1的低碳合金钢管，其中钢管具有至少125ksi的屈服强度。

4.根据权利要求1的低碳合金钢管，其中钢管具有至少135ksi的屈服强度。

5.根据权利要求1的低碳合金钢管，其中钢管具有至少9％的延伸。

6.根据权利要求1的低碳合金钢管，其中钢管具有不超过40HRC的硬度。

7.根据权利要求1的低碳合金钢管，其中钢管具有不超过37HRC的硬度。

8.根据权利要求1的低碳合金钢管，其中钢管具有低于0.60％的碳当量。

9.根据权利要求1的低碳合金钢管，其中钢管具有低于0.56％的碳当量。

10.根据权利要求1的低碳合金钢管，其中钢管最大杂质含量是2或者更低—薄系列，或1或者更低—厚系列，采用ASTM E45标准下的准则—Worst Field Method。

11.根据权利要求1的低碳合金钢管，其中钢管按照ASTM E45标准下的准则—WorstField Method具有的最大杂质含量如下：

杂质类型A为薄0.5，厚0；

杂质类型B为薄1.5，厚1.0；

杂质类型C为薄0，厚0；

杂质类型D为薄1.5，厚0.5。

12.根据权利要求11的低碳合金钢管，其中获得的过大杂质尺寸为30微米或者更小。

13.根据权利要求12的低碳合金钢管，其中总的氧含量等于或小于20ppm。

14.根据权利要求1的低碳合金钢管，其中钢管具有无缝构造。

15.一种包含权利要求1的低碳合金钢管的储气充气器压力容器。

16.一种包含权利要求1的低碳合金钢管的汽车气囊充气器。

17.一种低碳合金钢管，主要由以下组分组成，按重量计算：0.08％—0.11％的碳；1.03％—1.18％的锰；0.15％—0.35％的硅；最高达0.003％的硫；最高达0.012％的磷；最高达0.10％的镍；0.63％—0.73％的铬；0.40％—0.45％的钼；0.03％—0.05％的钒；0.025％—0.35％的钛；0.15％—0.30％的铜；0.010％—0.050％的铝；最高达0.05％的铌；最高达0.15％的残余元素；以及平衡量的铁和不可避免杂质，其中钢管具有低于0.63％的碳当量，碳当量根据下式确定：

Ceq＝％C+％Mn/6+(％Cr+％Mo+％V)/5+(％Ni+％Cu)/15，其中钢管具有至少145ksi的抗拉强度和低于-60℃的韧—脆转变温度。

18.根据权利要求17的低碳合金钢管，其中钢管具有无缝构造。

19.一种包含权利要求17的低碳合金钢管的储气充气器压力容器。

20.一种包含权利要求17的低碳合金钢管的汽车气囊充气器。

21.一种制造一定长度的用于储气充气器压力容器钢管的方法，包括以下步骤：

由钢材生产一定长度的管，所述钢材主要由以下组分组成，按重量计算：0.06％—0.18％的碳，0.5％—1.5％的锰，0.1％—0.5％的硅，最高达0.015％的硫，最高达0.025％的磷，最高达0.50％的镍，0.1％—1.0％的铬，0.1％—1.0％的钼，0.01％—0.1％的钒，0.01％—0.1％的钛，0.05％—0.35％的铜，0.010％—0.050％的铝，最高达0.05％的铌，最高达0.15％的残余元素，以及平衡量的铁和不可避免杂质，其中钢管具有低于0.63％的碳当量，碳当量根据下式确定：

Ceq＝％C+％Mn/6+(％Cr+％Mo+％V)/5+(％Ni+％Cu)/15；

将上述钢管冷拉以获得所需的尺寸；

奥氏体化，通过在感应式奥氏体化炉中加热冷拉钢管至至少Ac3，加热速率至少为100℃每秒；

加热步骤之后，在阻封流体中熄灭钢管直至管接近室温，冷却速率至少为100℃每秒；和

在熄灭步骤之后，在低于Ac1的温度下回火钢管2—30分钟。

22.根据权利要求21的方法，其中所生产的钢管主要由以下组分组成，按重量计算：0.07％—0.12％的碳；1.00％—1.40％的锰；0.15％—0.35％的硅；最高达0.010％的硫；最高达0.015％的磷；最高达0.20％的镍；0.55％—0.80％的铬；0.30％—0.50％的钼；0.01％—0.07％的钒；0.01％—0.05％的钛；0.15％—0.30％的铜；0.010％—0.050％的铝；最高达0.05％的铌；最高达0.15％的残余元素；以及平衡量的铁和不可避免杂质。

23.根据权利要求21的方法，其中所生产的钢管主要由以下组分组成，按重量计算：0.08％—0.11％的碳；1.03％—1.18％的锰；0.15％—0.35％的硅；最高达0.003％的硫；最高达0.012％的磷；最高达0.10％的镍；0.63％—0.73％的铬；0.40％—0.45％的钼；0.03％—0.05％的钒；0.025％—0.035％的钛；0.15％—0.30％的铜；0.010％—0.050％的铝；最高达0.05％的铌；最高达0.15％的残余元素；以及平衡量的铁和不可避免杂质。

24.根据权利要求21的方法，其中得到的钢管具有至少125ksi的屈服强度。

25.根据权利要求21的方法，其中得到的钢管具有至少135ksi的屈服强度。

26.根据权利要求21的方法，其中得到的钢管具有至少145ksi的抗拉强度。

27.根据权利要求21的方法，其中得到的钢管具有至少9％的延伸。

28.根据权利要求21的方法，其中得到的钢管具有不超过40HRC的硬度。

29.根据权利要求21的方法，其中得到的钢管具有不超过37HRC的硬度。

30.根据权利要求21的方法，其中得到的钢管具有低于-60℃的韧—脆转变温度。

31.根据权利要求21的方法，其中在奥氏体化加热步骤中，钢管加热到920—1050℃。

32.根据权利要求31的方法，其中在奥氏体化加热步骤中，钢管的加热速率至少为200℃每秒。

33.根据权利要求21的方法，其中在熄灭步骤中，钢管的冷却速率至少为200℃每秒。

34.根据权利要求21的方法，其中在回火步骤中，钢管在400—600℃温度间回火。

35.根据权利要求21的方法，其中在回火步骤中，钢管回火时间为4—20分钟。

36.根据权利要求21的方法，进一步包括整理步骤其中回火的钢管被酸浸、磷酸化和上油。

37.一种制造一定长度的用于储气充气器压力容器的钢管的方法，包括以下步骤：

由钢材生产一定长度的管，所述钢材主要由以下组分组成，按重量计算：

08％—0.11％的碳，1.03％—1.18％的锰，0.15％—0.35％的硅，最高达0.003％的硫，最高达0.012％的磷，最高达0.10％的镍，0.63％—0.73％的铬，0.40％—0.45％的钼，0.03％—0.05％的钒，0.025％—0.035％的钛，0.15％—0.30％的铜，0.010％—0.050％的铝，最高达0.05％的铌，最高达0.15％的残余元素，以及平衡量的铁和不可避免杂质，其中钢管具有低于0.63％的碳当量，碳当量根据下式确定：

Ceq＝％C+％Mn/6+(％Cr+％Mo+％V)/5+(％Ni+％Cu)/15；

将上述钢管冷拉以获得所需的尺寸；

奥氏体化，通过在感应式奥氏体化炉中加热冷拉钢管至920—1050℃，加热速率至少为200℃每秒；

加热步骤之后，在阻封流体中熄灭钢管直至管接近室温，冷却速率至少为200℃每秒；和

在熄灭步骤之后，在450—550℃的温度下回火钢管4—20分钟，

整理步骤，其中回火的钢管被酸浸、磷酸化和上油，

其中整理后的钢管具有至少135ksi的屈服强度，145ksi的抗拉强度，延伸至少为9％，硬度不大于37HRC，低于-60℃的韧—脆转变温度和良好的外观。