CN101497960A - 一种汽车用高强度防撞管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种汽车用高强度防撞管及其制造方法，a.其化学成分质量百分比为：C 0.15～0.25、Mn 0.8～1.5、Si 0.2～0.5、Ti 0.01～0.04、B 0.001～0.004、V 0.05～0.15、0.008＜N≤0.015、余量为Fe和不可避免的杂质；b.上述成分冶炼、铸造成钢锭；c.采用穿孔+冷轧或冷拔工艺制成钢管；d.对钢管进行正火+高频感应淬火+退火工艺的热处理，正火温度800～900℃，保温时间10～40分钟；高频感应淬火加热时间2～4秒，淬火加热温度900～950℃；退火温度150～250℃，保温时间0.5～4小时。本发明可以生产出最大壁厚为2.5mm的汽车防撞管，其既能保证高频感应加热均匀，又充分抑制晶粒长大，具有均匀超细晶组织、超高强度、韧性好等优点。

Description

一种汽车用高强度防撞管及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种高强度小口径薄壁钢管，特别涉及一种汽车用高强度防撞管及其制造方法。

背景技术

汽车为了增加车门的刚度，车门内大都安装有防撞管。由高强度钢制成的防撞管形成第一道抗碰撞的屏障，可将侧面或前面的撞击载荷均匀地传递到车身的主要构件上。

近年来，随着对汽车安全性能的要求越来越高，对汽车用高强度防撞管的要求不断增加，主要是向高性能、高强度材料发展，同时需保证焊接性能。

由于具有超细晶粒的钢可以同时提高钢的强度和韧性，因此目前主要采用制管+高频感应淬火工艺得到超细晶粒组织的钢管，从而实现超高强度和良好韧性。

目前汽车防撞管的制管工艺是采用钢板焊接制管工艺，控制钢板轧制后的卷曲温度使其具有良好的加工性和均匀细化的初始晶粒，将热轧板剪切后，采用焊管工艺制管，然后进行高频感应淬火+低温回火的热处理。该工艺由于采用焊接制管工艺，其焊缝及热影响区在高频感应淬火后无法得到超细晶粒，该区域的强度比钢管母材低30％左右，从而导致整管性能下降。

高频感应淬火工艺通过快速感应加热，让钢奥氏体化过程中晶粒来不及长大时就及时冷却，从而得到超细晶的组织。感应加热过程中，加热温度过高或加热时间过长，会导致晶粒长大明显；加热温度过低或加热时间过短，会导致钢管外表晶粒细小，内表由于奥氏体化不完全，保留原始粗大晶粒。晶粒的粗大或不均匀都无法得到超高强度和良好的韧性。因此为了既保证钢管加热均匀，又不因为过长的加热时间导致晶粒长大，一般汽车防撞管的壁厚小于2mm。

现有汽车防撞管如日本专利JP04063242A、JP04063227A、JP04116138A所公开的，其专利的化学成分为C 0.15～0.25，Si≤0.5，Mn 0.8～1.5，Ti≤0.04，B≤0.0035，N≤0.0080，Cr≤0.50，Ni≤0.50，Mo≤0.50和余Fe。其采用钢板焊管工艺制成钢管，通过高频淬火后其强度可达到1176Mpa，延伸性能达到10％，其高频感应淬火后平均晶粒等效直径为7.5μm左右，强度和韧性不够高，焊缝及热影响区的强度低，满足不了当今汽车越来越高的安全性能要求。

对于汽车防撞管钢种的设计来说，主要是要保证高频感应淬火后得到均匀的超细晶粒，从而实现超高强韧性能；同时低的碳当量以保证焊接性能。

增加钢管的厚度可以进一步提高汽车防撞管的冲击性能，现有汽车防撞管主要通过添加微量的B、Ti和选择性添加适量的Cr、Ni、Mo，在高频淬火过程中，这些元素与C、N的析出物由于数量少、尺寸大，不能充分抑制晶粒长大速度，尤其对于壁厚大于2mm的钢管，由于无法充分抑制晶粒长大速度，其不能得到内外表组织均匀，平均晶粒等效直径小于6μm的超细晶粒，从而无法实现超高强度和好的韧性。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽车用高强度防撞管及其制造方法，既满足钢管内外表加热均匀，又可以充分抑制晶粒长大速度，得到超高强度、韧性好的汽车防撞管；同时不会由于碳当量的增加，降低焊接性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种汽车用高强度防撞管，其化学成分质量百分比为：

C    0.15～0.25

Mn   0.8～1.5

Si   0.2～0.5

Ti   0.01～0.04

B    0.001～0.004

V    0.05～0.15

0.008<N≤0.015

余量为Fe和不可避免的杂质。

进一步，其成分还包括，0<Cr≤0.5，按质量百分比计。

C是碳化物形成元素，可以提高钢的强度，小于0.15％时效果不明显，大于0.25％时会大大降低钢的焊接性能。

Mn有利于消除S的有害作用，又有利于脱氧，但发现当Mn量小于0.8％时作用较小。当Mn含量操作1.5％后，淬透性提高很大，但热轧时韧性变坏，以致影响钢管的生产，因此Mn含量控制在0.8～1.5％之间。

Ti能够细化晶粒，形成碳化物，提高钢的强度和韧性。但含量超过0.04％时，其效果增加就不明显了。同时因为其价格很高，所以要限制使用量。

B能明显提高钢的淬透性，并且能够避免磷在晶界的偏析，从而有效提高综合性能。含量小于0.001％时，效果不明显，但大于0.004％时，钢流动性增大，给连铸带来困难。

V有利于细化奥氏体晶粒并起到弥散析出强化，提高钢的强度和韧性；小于0.05％其效果不明显，但含量超过0.15％时，其效果增加就不明显了，同时会增加生产成本。

N可以提高钢的强度，尤其在冷却速度加快时，效果更加明显；N含量小于等于0.008％时效果不明显，大于0.015％会形成较大碳氮化物夹杂，降低钢的性能。N和C配合使用，可以在有效降低碳当量，提高焊接性能的情况下提高强度。

Cr是一种强化元素，可以提高钢的强度和回火稳定性。此外可以降低碳的活度，防止加热、轧制和热处理过程中的脱碳行为，因此增加了质量可靠性。超过0.5％时，会导致生产成本的增加。

本发明汽车用高强度防撞管的制造方法是：

a)其化学成分质量百分比为：C 0.15～0.25、Mn 0.8～1.5、Si 0.2～0.5、Ti 0.01～0.04、B 0.001～0.004、V 0.05～0.15、0.008<N≤0.015、余量为Fe和不可避免的杂质；

b)按上述成分冶炼、铸造成钢锭；

c)采用穿孔+冷轧或冷拔工艺制成无缝钢管；

d)对钢管进行正火+高频感应淬火+退火工艺的热处理，正火温度为800℃～900℃，保温时间为10～40分钟，冷却方式为空冷；高频感应淬火的加热时间在2～4秒之间，高频感应淬火加热温度在900℃～950℃之间，冷却方式为水冷；退火温度为150℃～250℃，保温时间为0.5～4小时，冷却方式为空冷。

又，其成分还包括，0<Cr≤0.5，按质量百分比计。

无缝钢管壁厚小于等于2.5mm，而一般汽车防撞管的壁厚小于2mm，本发明钢管最大壁厚可以达到2.5mm。

高频感应加热时间长对组织均匀有利，但对晶粒细化不利，且壁厚越厚，保证组织均匀所需的加热时间越长，对抑制晶粒长大更加不利。本发明复合添加0.05～0.15％的钒和0.001～0.004％的硼，高频淬火过程中，钒、硼的碳氮化物弥散的小颗粒能对奥氏体晶界起钉扎作用，阻碍奥氏体晶界的迁移，阻止奥氏体晶粒长大的作用。

在成分中还增加了氮的含量，使处于固溶态的钒转变成析出态的钒，充分发挥了钒的沉淀强化作用；促进V(C、N)在奥氏体向铁素体转变期在相界面的析出，有效阻止了铁素体晶粒的长大，同时由于晶内有V(C、N)的析出，该质点可以作为铁素体形核的质点，促进晶内铁素体的形成。这样最大壁厚为2.5mm的钢管在高频感应加热时，既能保证加热均匀，又可以充分抑制晶粒长大，得到均匀超细晶组织、超高强度、韧性好的汽车防撞管。

本发明的有益效果，

相对于现有汽车防撞管，本发明可以生产出最大壁厚为2.5mm的汽车防撞管，其既能保证高频感应加热均匀，又可以充分抑制晶粒长大，得到具有均匀超细晶组织、超高强度、韧性好的汽车防撞管。

附图说明

图1为本发明一实施例防撞管钢的金相组织照片，其晶粒的平均晶粒等效直径小于6μm。

具体实施方式

本发明实施例的冶炼浇铸按常规技术进行，采用穿孔+冷轧(冷拔)工艺制成壁厚为2.5mm的无缝钢管；对比例分别为采用穿孔+冷轧(冷拔)工艺生产的微合金钢钢管；

对比例为采用钢板焊管工艺生产的专利JP04063242A、JP04063242A、JP04063227A化学成分范围内的钢管，钢管壁厚都为2mm。将上述钢管进行820度正火后空冷；然后进行高频感应淬火。

本发明实施例与对比例的化学成分表1，制造工艺见表2，高频感应淬火后采用水冷；最后进行退火，退火温度为200度，保温时间1小时，出炉后空冷。

就本发明实施例与对比例的强度、延伸率、20度冲击韧性、内外表硬度及平均晶粒等效直径值进行对比，表3显示了本发明实例与对比例的性能值。图1为本发明一实施例防撞管钢的金相组织照片，其晶粒的平均晶粒等效直径小于6μm。

表1 本发明实施例与对比例化学成分

                                   单位：质量百分比

表2

 

	制管工艺	高频感应淬火加热温度(度)	加热时间(秒)
				实施例1	穿孔+冷轧(冷拔)	930	3
实施例2	穿孔+冷轧(冷拔)	950	2.5
				实施例3	穿孔+冷轧(冷拔)	920	3
实施例4	穿孔+冷轧(冷拔)	930	3.5
				实施例5	穿孔+冷轧(冷拔)	925	3
实施例6	穿孔+冷轧(冷拔)	905	3.5
				实施例7	穿孔+冷轧(冷拔)	940	3

表3 本发明实施例与对比例的性能比较

综上所述，按照本发明生产钢管的最大壁厚可以达到2.5mm，钢管内外表晶粒均匀，平均晶粒等效直径小于6μm，强度达到1300Mpa以上，延伸率达到12％以上。

Claims (5)

1.一种汽车用高强度防撞管，其化学成分质量百分比为：

C    0.15～0.25

Mn   0.8～1.5

Si   0.2～0.5

Ti   0.01～0.04

B    0.001～0.004

V    0.05～0.15

0.008<N≤0.015

余量为Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的汽车用高强度防撞管，其特征是，还包括，0<Cr≤0.5，按质量百分比。

3.如权利要求1所述的汽车用高强度防撞管的制造方法，包括如下步骤：

a)其化学成分质量百分比为：C 0.15～0.25、Mn 0.8～1.5、Si 0.2～0.5、Ti 0.01～0.04、B 0.001～0.004、V 0.05～0.15、0.008<N≤0.015、余量为Fe和不可避免的杂质；

b)按上述成分冶炼、铸造成钢锭；

c)采用穿孔+冷轧或冷拔工艺制成无缝钢管；

d)对钢管进行正火+高频感应淬火+退火工艺的热处理，正火温度为800℃～900℃，保温时间为10～40分钟，冷却方式为空冷；高频感应淬火的加热时间在2～4秒之间，高频感应淬火加热温度在900℃～950℃之间，冷却方式为水冷；退火温度为150℃～250℃，保温时间为0.5～4小时，冷却方式为空冷。

4.如权利要求3所述的汽车用高强度防撞管的制造方法，其特征是，其成分还包括，0<Cr≤0.5，按质量百分比计。

5.如权利要求3所述的汽车用高强度防撞管的制造方法，其特征是，无缝钢管壁厚小于等于2.5mm。

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