CN108456765A - 一种热成形钢生产的焊管的制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于汽车材料技术领域，尤其涉及一种热成形钢生产的焊管的制备方法及应用，其特征在于：包括准备热成形钢国，焊管的制备：包括带钢剪切、卷曲成形、焊接、在线涡流探伤、冷却、转序和双面倒角处理，热处理：加热、淬火和回火，冷却后转入其它工序等步骤，焊管应用在汽车车门防撞梁上，从而实现汽车轻量化，节能减排，并具有更高的抗碰撞安全性。

Description

一种热成形钢生产的焊管的制备方法及应用
技术领域
本发明属于汽车材料技术领域，尤其涉及一种热成形钢生产的焊管的制备方法及应用。
背景技术
汽车轻量化对节能减排具有重大的现实意义。钢铁材料在整个汽车用材料所占的比例约为70%，是汽车最主要的材料。而欧洲的排放标准规定2005年55%的车二氧化碳的排放量必须不能超过130克，2019年以后，所有的车生产，如果超出了这个标准，每一克都要罚款95欧元。这就意味着车体必须减重，提高钢材强度、减低钢材厚度，以满足车身轻量化的要求。而选择高强钢材料是最经济、最有效的汽车轻量化的手段。市场上主流B级车的白车身高强钢的比例超过60%，高强钢零件的分布在车身侧围和地板区域。
热成形钢具有极高的材料强度及延展性。一般的高强度钢板的抗拉强度在400-450MPa左右，而热成形钢材加热前抗拉强度就已达到500-800MPa，淬火加热成形后则提高至1300-1600 MPa，为普通钢材的3-4倍，其硬度仅次于陶瓷，但又具有钢材的韧性。因此由热成型钢板制成的车身极大的提高了车身的抗碰撞能力和整体安全性，在碰撞中对车内人员会起到很好的保护作用。
其中车门防撞梁作为车门的加强件来抵御侧门的碰撞，作用是在侧面碰撞发生的早期，车门防撞梁产生变形并吸收碰撞产生的能量，从而起到减少乘员伤害的目的。据调查，在所有车的碰撞模式中，侧面碰撞占到1/3左右。基于侧面撞击的概率，一定把防侧撞钢梁这一项重要的安全配置考虑进去。车门防撞作为一种额外吸能保护，可以降低乘员可能遭受的来自外部的力量。那么，这种材料必须能够达到高强度、高韧性。
因此，为提高抗碰撞安全性能的要求，并实现节能减排，对车门防撞梁提出了新的要求。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明提供一种热成形钢生产的焊管的制备方法及应用，用热成形钢生产焊管在汽车车门防撞梁上应用，实现汽车轻量化，节能减排，并具有更高的抗碰撞安全性。
解决以上技术问题的本发明中的一种热成形钢生产的焊管的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）准备热成形钢；热成形钢材加热前抗拉强度就已达到500-800MP。
（2）焊管的制备：包括带钢剪切、卷曲成形、焊接、在线涡流探伤、冷却、转序和双面倒角处理；
（3）热处理：加热、淬火和回火；
（4）冷却后转入其它工序。
所述步骤（3）中加热时间，加热温度910～950℃。
所述焊接为高频直缝焊接。
所述高频焊管中高频为50KHz～400KHz的高频电流。
高频电流通过金属导体时，会产生集肤效应和邻近效应，高频焊接就是利用这两种效应来进行钢管的焊接。钢卷经过分条、卷曲成圆筒状管坯，感应圈附近的磁场产生感应电流通过钢带边缘，钢带边缘由于自身电阻产生的电阻热而被加热，通过集肤效应和邻近效应产生高温，加热的钢带边缘在轧辊的挤压作用下两条边熔融在一起制成钢管。
所述回火为低温回火，回火温度150-200℃，优化方案中回火温度为200℃。
所述冷却为快速冷却至60～70℃，快速冷却时间3-5秒。由奥氏体转换为马氏体，得到较细的马氏体。
所述淬火温度930～950℃，淬火时间2～4秒。
本发明中一种热成形钢生产的焊管的应用，即所述焊管在汽车车门防撞梁上的应用。提高了车身的抗碰撞能力和整体安全性，在碰撞中对车内人员会起到很好的保护作用。
应用中所述焊管为热成形钢制作的高频电阻直缝焊管。高频焊管具有焊接机械性能良好、焊接速度快、无需焊缝填充料、无焊接飞溅和焊接热影响区小,且焊接成型美观。
所述焊管为加有硼元素的热成形钢制成的焊管。加有硼元素的热成形钢制成的焊管，经过高温淬火后，抗拉强度达1200MPa、1500MPa以上，满足车身的碰撞要求。
本发明中采用热成形钢生产高频焊管再进行淬火工艺更能快速的、直接的降低重量，达到节能减排的目的。采用热成形钢生产的高频焊管在汽车车门防撞梁的应用，是实现汽车轻量化的有效途径之一。热成形钢加热成形后则提高至1300-1600 MPa，为普通钢材的3-4倍，其硬度仅次于陶瓷，但又具有钢材的韧性。
本发明中钢板经过950°C的高温加热之后一次成形，又迅速冷却从而全面提升了钢板强度，屈服度达1000Mpa之高，每平方厘米能承受10吨以上的压力，把这种材料用在车门防撞梁上，重量减轻，且承受力提高了30-40%，使汽车的刚强度达到全新水准。
附图说明
图1为本发明中淬火后的金相
图2为本发明中淬火前的金相
图3为本发明中高频电阻直缝焊管的生产工艺图
图4焊管加热、淬火、及回火生产工艺图
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明：
实施例1
一种热成形钢生产的焊管的制备方法，操作步骤如下：
（1）准备热成形钢；热成形钢材加热前抗拉强度就已达到500-800MP。
（2）焊管的制备：包括带钢剪切、卷曲成形，高频直缝焊接、在线涡流探伤，冷却、转序和双面倒角处理；
生产工艺具体为：卷板开卷，纵剪开条，剪切对焊（条料间），卷曲成形，高频直缝焊接，去除内外毛刺，在线涡流探伤，冷却，定径矫直，飞锯，转序，切断为短管，双面倒角，转热处理工序。
焊长管的加工完成后，转入下道工序，将其用圆锯机下成一段一段的短管，由于管子两端面有下料造成的飞边毛刺，因此，采用双面同时倒角的机器进行加工，从而实现了管子两端无毛刺。
由于采用了热成型钢，强度高于一般的钢材，所以在制作焊管时，采用的加热功率比一般的钢材要高。
焊接为高频直缝焊接，高频焊管中高频为50KHz～400KHz的高频电流。
高频电流通过金属导体时，会产生集肤效应和邻近效应，高频焊接就是利用这两种效应来进行钢管的焊接。钢卷经过分条、卷曲成圆筒状管坯，感应圈附近的磁场产生感应电流通过钢带边缘，钢带边缘由于自身电阻产生的电阻热而被加热，通过集肤效应和邻近效应产生高温，加热的钢带边缘在轧辊的挤压作用下两条边熔融在一起制成钢管。
（3）热处理：加热、淬火和回火；加热时间3秒，加热温度930℃，加热至奥氏体区间；再低温175℃回火，连续4秒冷却至65℃。由奥氏体转换为马氏体，得到较细的马氏体。
淬火温度940℃，淬火时间3秒。
淬火过程中采用卧式中频感应淬火回火机淬火，效率更高。连续通过式扫描整体感应加热、淬火、回火，实现热处理工序。感应扫描加热为采用PLC控制的感应器，当管子通过安装了感应器的传输线时，对准管子表面感应，则设备则自动扫描，管子进入淬火区域。
具体生产工艺为：送料至输送链条，工件送入驱动滚轮，工件旋转进给，感应扫描加热，淬火，回火，冷却产品出料，转入焊接工序。
（4）冷却后转入其它工序。
热成形钢的特点是加有硼元素，经过高温淬火后，抗拉强度达1200MPa、1500MPa以上，满足车身的碰撞要求。采用热成形钢生产高频焊管再进行淬火工艺更能快速的、直接的降低重量，达到节能减排的目的。
在钢中加入了微量的硼元素，硼的而加入起到了固溶强化的作用，可有效提高钢的淬透性，阻止铁素体的形成，并且通过淬火加热到奥氏体区间（910～950℃），再快速冷却，由奥氏体转换为马氏体，从而提高原材料的强度，特别是屈服强度，是一般的高强度钢材的3～4倍。正是由于这个特性，达到要求强度所需的硼钢比一般的高强度钢材少，从而减轻重量。
热成形钢生产的焊管的应用，为所述焊管在汽车车门防撞梁上的应用。采用热成形钢生产的高频焊管在汽车车门防撞梁的应用，是实现汽车轻量化的有效途径之一。
实施例2
其它内容如实施例1，其中高频焊管中高频为50KHz～400KHz的高频电流。
热处理步骤中淬火加热时间2秒，加热温度950℃；再低温150℃回火，连续5秒冷却至60℃。
淬火温度930℃，淬火时间2秒。
实施例3
其它内容如实施例1，其中高频焊管中高频为50KHz～400KHz的高频电流。
热处理步骤中淬火加热时间4秒，加热温度910℃；再低温200℃回火，连续3秒冷却至70℃。
淬火温度950℃，淬火时间4秒。
实施例4
其它内容如实施例1，其中高频焊管中高频为50KHz～400KHz的高频电流。
热处理步骤中淬火加热时间2秒，加热温度920℃；再低温160℃回火，连续5秒冷却至62℃。
淬火温度935℃，淬火时间2秒。
实施例5
其它内容如实施例1，其中高频焊管中高频为50KHz～400KHz的高频电流。
热处理步骤中淬火加热时间4秒，加热温度940℃；再低温180℃回火，连续3-5秒冷却至68℃。
淬火温度945℃，淬火时间4秒。
本发明中热成形钢与热成形钢的化学成分标准的性能对比，如表1：
表1
从上可以看出，本发明中热成刚在标准范围之内。
本发明中热处理后焊管具有以下效果：
在加热、淬火过程中工件螺旋式旋转进给，产品的直线度高，圆度好；快速加热至奥氏体区间（910～950℃），再快速冷却，由奥氏体转换为马氏体，得到较细的马氏体，如图1（淬火后金相）和图2（未淬火前金相）所示。
从金相图中看出，板条状马氏体已经形成，而马氏体是强化钢件的重要手段，板条状马氏体不但具有很高的强度而且具有良好的塑性和韧性。
淬火后产品的强度大幅度提高，同时具有一定的韧性，如以下表2中所示：
表2
牌号 抗拉强度(MPa) 屈服强度(MPa) 断后伸长率(%)
BR1500HS 1510 1420 10
BR1200HS 1240 1180 11
产品进行后续的工序均能保证产品要求。
经过淬火、回火后的产品表面无氧化皮，进行金相试验，未见脱碳层。钢管外观质量较好。
使用4000吨热成形钢进行高频焊接、感应淬火，用于轿车车门防撞梁，管件失效率为零。根据供货给顾客装车，并卖给市场后，4S店没有一例反馈有问题。

Claims (10)

1.一种热成形钢生产的焊管的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）准备热成形钢；
（2）焊管的制备：包括带钢剪切、卷曲成形、焊接、在线涡流探伤、冷却、转序和双面倒角处理；
（3）热处理：加热、淬火和回火；
（4）冷却后转入其它工序。
2.根据权利要求1所述的一种热成形钢生产的焊管的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中加热时间，加热温度910～950℃。
3.根据权利要求1所述的一种热成形钢生产的焊管的制备方法，其特征在于：所述焊接为高频直缝焊接。
4.根据权利要求3所述的一种热成形钢生产的焊管的制备方法，其特征在于：所述高频焊管中高频为50KHz～400KHz的高频电流。
5.根据权利要求1所述的一种热成形钢生产的焊管的制备方法，其特征在于：所述回火为低温回火，回火温度150-200℃，优化方案中回火温度200℃。
6.根据权利要求1所述的一种热成形钢生产的焊管的制备方法，其特征在于：所述冷却为快速冷却至60～70℃，快速冷却时间3-5秒。
7.根据权利要求1所述的一种热成形钢生产的焊管的制备方法，其特征在于：所述淬火温度930～950℃，淬火时间2～4秒。
8.根据权利要求1所述的一种热成形钢生产的焊管的应用，其特征在于：所述焊管在汽车车门防撞梁上的应用。
9.根据权利要求8所述的一种热成形钢生产的焊管的应用，其特征在于：所述焊管为热成形钢制作的高频电阻直缝焊管。
10.根据权利要求8或9所述的一种热成形钢生产的焊管的应用，其特征在于：所述焊管为加有硼元素的热成形钢制成的焊管。
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