CN107974624B - 一种高抗拉强度双层焊管用带钢及其制造方法和双层焊管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高抗拉强度双层焊管用带钢及其制造方法和双层焊管，该带钢的化学成分重量百分比为：C：0.06～0.12％、Mn：0.20～0.60％、P：0.005～0.015％、Al：0.02～0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质元素，且上述元素需同时满足如下关系：8％≤50C+10Mn+50P≤11.5％。该带钢的抗拉强度为420～480MPa，延伸率≥28％，经加工、制管后获得的双层焊管的抗拉强度保证在420～480MPa之间，焊管延伸率达到25％以上。相较于现有双层焊管，本发明获得的双层焊管的强度明显提高，同时保证了焊管使用时的折弯成形性，该高强薄规格双层焊管可用于汽车刹车油管用途。

Description

一种高抗拉强度双层焊管用带钢及其制造方法和双层焊管

技术领域

本发明属于焊管技术领域，具体涉及一种高抗拉强度双层焊管用带钢及其制造方法和双层焊管。

背景技术

双层焊管，即双层卷焊管，又称邦迪管，一般是使用带钢经镀铜后720°卷管焊接制得。双层焊管因具备抗震、耐蚀、高清洁度、高精度等性能，被广泛应用在汽车、家电领域。汽车领域主要使用双层焊管作为刹车管、燃油管、润滑油管，家电领域主要使用双层焊管作为冰箱和空调内的冷凝器。这些应用中，以刹车用双层焊管对性能要求最为严格。除去与其他用途焊管一样要求抗疲劳、不漏液外，最重要的是还必须保证焊管具备一定抗拉强度，从而保证刹车油管在刹车内压冲击下不爆裂，即保证焊管的抗爆破性能。

中国专利CN102925794A公开了一种双层卷焊钢用冷轧带钢，其化学成分重量百分比为：C：0.015～0.054％、Mn：0.15～0.25％、P≤0.02％、Al：0.015～0.05％，Si≤0.034％，S≤0.02％，制管后的力学性能：屈服强度170～260MPa，抗拉强度270～370，延伸率＞32％；中国专利CN103510001A公开了一种双层卷焊管用冷轧钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.001～0.0035％、Mn：0.1～0.25％、P≤0.05％，Si≤0.015％，S≤0.015％，Ti：0.04～0.07％，N≤0.0035％，制管后的力学性能：屈服强度180～240MPa，抗拉强度280～350，延伸率35～50％。

目前公开的双层焊管用钢强度均较低，随着带钢材料不断减薄的需要，双层焊管对抗拉强度的要求也越来越高，但对于高强度的双层焊管用带钢技术从未见公开。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高抗拉强度双层焊管用带钢及其制造方法和双层焊管，所述带钢的抗拉强度420～480MPa，延伸率≥28％，经加工、制管后获得的双层焊管的抗拉强度保证在420～480MPa之间，焊管延伸率达到25％以上，可同时保证焊管使用时的折弯成形性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种高抗拉强度双层焊管用带钢，其化学成分重量百分比为：C：0.06～0.12％、Mn：0.20～0.60％、P：0.005～0.015％、Al：0.02～0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质元素，且上述元素需同时满足如下关系：8％≤50C+10Mn+50P≤11.5％。

进一步，所述高抗拉强度双层焊管用带钢的化学成分还含有：B：0.001～0.005％、Cr：0.01～0.05％、Ti：0.001～0.1％、Nb：0.001～0.2％、Cu：0.01～0.03％、Mo：0.002～0.008％中的一种或多种。

再，所述高抗拉强度双层焊管用带钢的抗拉强度420～480MPa，延伸率≥28％。

本发明所述高抗拉强度双层焊管用带钢的微观组织由再结晶铁素体晶粒加带状分布的碳化物颗粒组成。

在本发明钢的成分设计中：

C：C元素在材料中以间隙原子形式固溶或以渗碳体形式析出在基体中，对钢板起到固溶强化和析出强化，从而提高钢板屈服强度，在其他成分不变的情况下，C含量越高对钢板的强化效果越强；此外，带钢制管过程中需要进行1080℃以上的焊接，该焊接过程会减弱带钢生产过程中的工艺强化效果，因此，通过添加较高C含量更能保证钎焊后焊管的抗拉强度，本发明带钢C含量控制在0.06％以上。但C含量过高容易导致塑性降低，对双层焊管最终延伸率及焊管的抗时效性能均有不利影响。因此，本发明带钢中C含量控制为0.06～0.12％。

Mn：Mn元素是钢中的强化元素，同时在钢中能起到脱硫的作用，因此带钢中添加Mn含量高于0.2％，此外Mn的添加能一定程度提高钢的淬透性，从而提高双层焊管焊接加热冷却后的强度。但Mn含量过高对材料的加工性能不利，尤其对焊管制管后的冷弯成形不利。因此，本发明控制Mn含量为0.2～0.6％。

P：P元素是钢中提高抗拉强度元素，因此本发明带钢中P≥0.005％，但过高的P元素能降低带钢的塑性及带钢制管时的可焊接性，并影响制管后的冷弯性能，所以要求钢中P≤0.015％。因此，本发明控制P含量为0.005～0.015％。

Al：Al元素在钢中主要起脱氧剂的作用，以此减少钢中夹杂物的产生，从而对双层焊管使用服役过程中的抗疲劳性能有利。但Al添加过量也会影响带钢塑性，从而影响焊管的最终性能。因此，本发明中Al含量控制在0.02～0.06％。

本发明中，C、Mn、P是主要强化元素，即保证带钢强化作用，同时共同作用来消除制管时高温焊接对强度的消弱，在满足以上成分下限要求的同时，为保证强化效果还必须满足：50C+10Mn+50P≥8％。同时，C、Mn、P的加入可减小带钢延伸率，制管时焊接冷却段淬透性增大，进一步减小焊管的延伸率，对焊管的后续成形有不利影响，因此在满足以上成分上限要求的同时，还必须满足：50C+10Mn+50P≤11.5％。

进一步，本发明带钢成分还含有：B、Cr、Ti、Nb、Cu、Mo中一种或一种以上。其中，B元素的添加能降低制管后的时效性，有利于双层焊管的后续加工成形；Cr、Ti、Nb、Cu、Mo的添加均起到进一步提高带钢抗拉强度的作用，从而提高制管后的抗拉强度。

本发明所述高抗拉强度双层焊管用带钢的制造方法，其包括如下步骤：

1)冶炼、铸造

按上述成分转炉炼钢、连铸；

2)热轧

轧制前控制加热温度≥1150℃；终轧温度≥820℃，在550～650℃下卷取；

3)酸洗

4)冷轧

冷轧压下率≥85％；

5)连续退火

退火温度T为570+10⁵×(C-0.06％)+10⁴×(Mn-0.20％)≤T≤680+5×10⁴×(C-0.06％)，保温时间30～100s；

6)平整

平整率0.5～1.5％。

进一步，步骤2)热轧后钢板厚度为1.8～2.8mm，步骤6)最终带钢厚度为0.20～0.35mm。

本发明的制造工艺设计的理由如下：

(1)热轧工艺：

本发明热轧制造单元要求：轧前加热温度≥1150℃，终轧温度≥820℃，卷取温度550～650℃，热轧后钢板厚度为1.8～2.8mm。

热轧工序中，加热温度太低会导致钢中奥氏体无法完全再结晶，从而影响热轧后晶粒的细化及钢中合金元素的固溶，最终降低带钢强度，因此本发明带钢生产要求加热温度≥1150℃。

热轧终轧温度决定了钢板热轧后的相组成，终轧温度高于A3线温度(平衡状态下亚共析钢奥氏体化温度线)，终轧后组织全为奥氏体，最终可转化为晶粒更细的铁素体组织；终轧温度低于A3线，开始出现铁素体，温度越低，铁素体含量越高，更容易导致终轧晶粒不均匀，从而影响制管用带钢的性能均匀性，最终影响双层焊管的性能均匀性，因此，本发明适用钢热轧终轧温度≥820℃。

热轧卷取温度对热轧段钢板性能影响最为重要，卷取温度太高，会导致碳化物聚集长大或者形成粗大珠光体组织，这样导致最终带钢的强度降低，卷取温度太低对设备及控制的要求严格，本发明适用钢热轧卷取温度为550～650℃。

本发明控制热轧终轧厚度范围为1.8～2.8mm，结合冷轧、平整对钢板厚度的削减，保证了带钢最终厚度范围0.20～0.35mm，焊管壁厚范围0.40～0.70mm。

(2)冷轧工艺

本发明所述高强双层焊管用带钢的冷轧制造单元轧制压下率≥85％。冷轧是通过对钢板进行室温下大的塑性变形提高钢板强度并削减钢板厚度的工艺方法，通过冷轧获得钢板的组织一般为变形后的带状铁素体组织，钢板内部位错密度高，内应力大，钢板强度高，但延伸率很低。冷轧压下率越大，最终带钢的强度就越高，延伸率越低。本发明为保证带钢的最终抗拉强度及最终厚度，要求冷轧压下率≥85％。

(3)退火工艺

所述高强双层焊管用带钢的连续退火制造单元中退火温度T为570+10⁵×(C-0.06％)+10⁴×(Mn-0.20％)≤T≤680+5×10⁴×(C-0.06％)，保温时间30～100s。

冷轧后钢板组织沿轧向带状分布，晶粒变形严重，强度高但延伸率很低，无法满足双层焊管制管时卷管、定径环节的要求。为进一步提高延伸率，对冷轧后钢板进行连续退火处理。为消除冷轧带来的大变形的带状铁素体组织并减少位错密度，必须保证钢板发生再结晶。钢中C、Mn合金元素的添加均能提高带钢临界再结晶温度，本发明中选取退火温度必须高于570+10⁵×(C-0.06％)+10⁴×(Mn-0.20％)，以此保证退火温度高于再结晶温度；过高的退火温度会导致晶粒异常长大，钢中固溶碳含量急剧降低，从而使得钢板抗拉强度会严重降低，因此退火温度要求小于680+5×10⁴×(C-0.06％)。同时，为保证钢板的再结晶效果同时防止晶粒异常长大，保温时间要求30～100s。

(4)平整工艺

退火后带钢需要进一步平整，小延伸率平整一方面的作用是对钢板性能进行微调；另一方面平整起到改善板形的作用，且平整能进一步调节带钢粗糙度，从而为带钢出厂后的镀铜做准备。最终确定平整率在0.5～1.5％范围内。

通过本发明上述制造工艺获得的带钢，其组织为再结晶铁素体晶粒加带状分布的碳化物颗粒，再结晶铁素体晶粒来自冷轧组织连续退火获得；带状分布的碳化物颗粒来自冷轧过程对碳化物的“破碎”和沿轧向分布，以及连续退火段对碳化物颗粒的“球化”作用。

本发明最终生产厚度0.20～0.35mm的双层焊管用带钢，带钢抗拉强度420～480MPa，延伸率28％以上。

本发明所述高抗拉强度双层焊管用带钢获得的双层焊管，该双层焊管的微观组织由不规则的铁素体晶粒加晶界上碳化物组成。

进一步，所述双层焊管的抗拉强度420～480MPa，延伸率≥25％。

优选的，本发明厚度0.20～0.35mm的双层焊管用带钢可制成尺寸范围为外径Φ4.0～Φ16.0mm、壁厚0.40～0.70mm双层焊管。

本发明所述双层焊管的微观组织由不规则的铁素体晶粒加晶界上碳化物组成。其中，铁素体晶粒尺寸明显大于带钢中晶粒尺寸，这种大尺寸晶粒是由于制管过程中高温焊接导致晶粒长大造成。晶粒不规则和晶界上的碳化物是由于焊接后冷却过程决定。

本发明关系式8％≤50C+10Mn+50P≤11.5％及570+10⁵×(C-0.06％)+10⁴×(Mn-0.20％)≤T≤680+5×10⁴×(C-0.06％)中元素符号表示对应元素的重量百分含量。

本发明的有益效果：

本发明所述双层焊管用带钢严格控制了其合金成分，尤其考虑了主要元素C、Mn、P对强度、延伸率的综合影响，控制8％≤50C+10Mn+50P≤11.5％，最终本发明制造的带钢抗拉强度420～480MPa，延伸率≥28％。

本发明所述制造方法可制得厚度0.20～0.35mm的带钢，制管后获得外径Φ4.0～Φ16.0mm、壁厚0.40～0.70mm的双层焊管，该双层焊管的抗拉强度为420～480MPa，焊管延伸率达到25％以上。相较于现有双层焊管，本发明获得的双层焊管的强度明显提高，同时保证了焊管使用时的折弯成形性，该高强薄规格双层焊管可用于汽车刹车油管用途。

附图说明

图1为本发明实施例带钢两侧压制坡口过程示意图。

图2为本发明实施例带钢卷管过程示意图。

图3为本发明实施例1的带钢的金相组织。

图4为本发明实施例1的带钢制成焊管后的焊管截面组织。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。

本发明带钢实施例和对比例的化学成份见表1，余量为Fe和不可避免的杂质。经转炉炼钢、连铸、热轧、酸洗、冷轧、连续退火、平整生产得到带钢，其中，热轧过程中加热温度≥1150℃，终轧温度≥820℃，卷取温度550～650℃，酸洗去除表面氧化皮后进行冷轧，冷轧压下率≥85％，连续退火恒温段温度为570+10⁵*(C-0.06％)+10⁴*(Mn-0.20％)≤T≤680+5×10⁴*(C-0.06％)，恒温段保温30～100s，然后对退火板进行平整率0.5～1.5％的平整，最终获得厚度为0.20～0.35mm的带钢。本发明实施例及对比例制造方法的工艺参数参见表2，带钢和焊管的力学性能参见表3(注：带钢力学性能按照JIS5标准加工拉伸样测定，延伸率为断裂延伸率，测量标距为50mm；焊管直接拉伸测定力学性能，延伸率为断裂延伸率，测量标距50mm)。

所获得带钢出厂到制得焊管的主要工艺段及参数控制如下：

1)镀铜：带钢表面进行电镀铜，镀铜厚度为2～5μm，以保证制管焊接质量及最终焊管耐蚀性；

2)纵向分条：分条成卷管所需宽度的镀铜窄带；

3)带钢两侧压制坡口：窄带两侧压制出坡度，如图1所示，α，β角度范围为10～13°，以保证卷管后内外缝与管壁的贴合；

4)带钢进行720°的卷管，卷管过程如图2所示；

5)卷管后通过定径辊矫正焊管直径，焊管沿长度方向进行5％～10％的拉拔延伸；

6)卷得管进行焊接，焊接加热段最高温度＞1080℃，保温时间50～70s；

7)最终制得焊管质量要求：表面无明显机械缺陷、无虚焊、“打标”缺陷发生。

图3为本发明实施例1的带钢的金相组织，图4为实施例1带钢制成焊管后的截面组织。

由图3可知，本发明所述带钢的微观组织为再结晶铁素体晶粒加带状分布的碳化物颗粒，再结晶铁素体晶粒由带钢连续退火时塑性变形晶粒发生再结晶产生；碳化物颗粒来自塑性变形对碳化物的“破碎”及连续退火对碳化物颗粒的“球化”作用。

由图4可知，本发明制得焊管的微观组织由不规则的铁素体晶粒加晶界上碳化物组成。这种组织是由于焊接的加热过程中焊管组织转化为奥氏体，在随后的冷却过程中，奥氏体发生相变生成。

由表3可知，采用本发明所提供的制造方法可生产厚度0.20～0.35mm的双层焊管用带钢，该带钢抗拉强度420～480MPa，延伸率≥28％。且该带钢可制成尺寸范围为外径Φ4.0～Φ16.0mm、壁厚0.40～0.70mm双层焊管，该双层焊管的抗拉强度达到420～480MPa，焊管延伸率≥25％。

表1 单位：重量百分比

	C	Mn	P	Al	B	Cr	Ti	Nb	Cu	Mo
											实施例1	0.06	0.45	0.015	0.02	0	0	0	0	0	0.005
实施例2	0.12	0.3	0.010	0.03	0.002	0	0	0	0	0
											实施例3	0.08	0.6	0.010	0.05	0.004	0	0	0	0.02	0
实施例4	0.10	0.6	0.008	0.06	0	0.04	0.008	0	0	0
											实施例5	0.12	0.4	0.005	0.03	0.004	0	0	0.005	0	0
实施例6	0.07	0.4	0.015	0.03	0	0.02	0.005	0	0.02	0
											实施例7	0.08	0.6	0.010	0.03	0.002	0.02	0.002	0	0	0
对比例1	0.05	0.3	0.020	0.03	0	0	0	0.005	0	0
											对比例2	0.15	0.1	0.010	0.04	0.002	0	0	0	0	0
对比例3	0.08	0.4	0.010	0.04	0.002	0	0	0	0	0
											对比例4	0.12	0.4	0.005	0.04	0.002	0	0.005	0	0	0
对比例5	0.12	0.6	0.005	0.03	0.002	0.02	0.005	0	0	0

表2

表3

Claims (5)

1.一种高抗拉强度双层焊管用带钢，其化学成分重量百分比为：C：

0.06～0.12％、Mn：0.20～0.60％、P：0.005～0.015％、Al：0.02～0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质元素，且上述元素需同时满足如下关系：

8％≤50C+10Mn+50P≤11.5％；所述高抗拉强度双层焊管用带钢的微观组织由再结晶铁素体晶粒加带状分布的碳化物颗粒组成；所述高抗拉强度双层焊管用带钢的抗拉强度为420～480MPa，延伸率≥28％。

2.根据权利要求1所述的高抗拉强度双层焊管用带钢，其特征在于，所述高抗拉强度双层焊管用带钢还含有：B：0.001～0.005％、Cr：

0.01～0.05％、Ti：0.001～0.1％、Nb：0.001～0.2％、Cu：0.01～0.03％、

Mo：0.002～0.008％中的一种或多种。

3.如权利要求1或2所述的高抗拉强度双层焊管用带钢获得的双层焊管，该双层焊管的微观组织由不规则的铁素体晶粒加晶界上碳化物组成；

所述双层焊管的抗拉强度为420～480MPa，延伸率≥25％。

4.如权利要求1或2所述高抗拉强度双层焊管用带钢的制造方法，其包括如下步骤：

1)冶炼、铸造

按权利要求1或2所述化学成分转炉炼钢、连铸；

2)热轧

轧制前控制加热温度≥1150℃；终轧温度≥820℃，在550～650℃下卷取；

3)酸洗

4)冷轧

冷轧压下率≥85％；

5)连续退火

退火温度T为570+10⁵×(C-0.06％)+10⁴×(Mn-0.20％)≤T≤680+5×10⁴×(C-0.06％)，T的单位：℃；保温时间30～100s；

6)平整

平整率0.5～1.5％。

5.根据权利要求4所述的高抗拉强度双层焊管用带钢的制造方法，其特征在于，步骤2)热轧后钢板厚度为1.8～2.8mm，步骤6)最终带钢厚度为0.20～0.35mm。