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CN1312006C - 高耐冲击性电焊钢管 - Google Patents

高耐冲击性电焊钢管 Download PDF

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Abstract

本发明提供强度和韧性优良，而且在缝焊接部附近的韧性不会降低的高耐冲击性电焊钢管，即提供一种具有拉伸强度为1700MPa以上的高强度、横截面形状为圆型或方型的高耐冲击性电焊钢管，通过将钢中存在的Si量控制在(Mn/8)-0.07～(Mn/8)+0.07的范围内，而提高焊接部的韧性。其组成的是，在钢中以质量比计含有如下的必要成分：C：0.22～0.35%、Si：0.10～0.30%、Mn：0.5～1.50%、P：0.025%以下，S：0.01%以下、Al：0.010～0.050%、B：2～35ppm、Ti：0.005～0.05%。优选的是，通过高频淬火得到95%以上的马氏体组织，且残留奥氏体粒度号码为6号以上。

Description

高耐冲击性电焊钢管
技术领域
本发明涉及用作汽车车门保险杠材料、保险杠补强用材料等冲击吸收部件为横截面形状为圆型或方型的高耐冲击性电焊钢管(电缝钢管)。钢管的语义通常是指横截面是圆形的钢管，但在本说明书中是指横截面形状为圆型或方型的钢管。这里所谓的圆型包括圆形、椭圆形等，而方型不仅包括三角形、四边形、五边形等多边形，而且还包括不规则的横截面形状。
背景技术
对于作为汽车车门保险杠材料等的冲击弯曲的部件所使用的高强度电焊钢管(电缝钢管)而言，除了强度之外，自然也要求能够控制冲击能量吸收特性的韧性。为此，如特开平7-18374号公报中所示，一直以来针对提高上述特性而进行了各种各样的开发研究。但现有产品在多数情况下，在用于电焊钢管(电缝钢管)制造的缝焊接部附近，有降低强度或韧性的倾向。
发明内容
本发明的目的是提供了一种解决了上述的现有问题点，不仅主体部分的强度和韧性优良，而且在缝焊接部附近的韧性不会降低的高耐冲击性电焊钢管(电缝钢管)。
本发明者为了达到上述目的，对缝焊接部附近的摆锤式吸收能量特性进行测定，结果发现在摆锤式吸收能量特性降低部分的破断面上，残留了含有S1、Mn的氧化物，由此得知这些成分是韧性降低的一个原因。随后确认了，当Si和Mn之间满足特定的关系时，可以防止在焊接部附近的韧性降低。
基于上述见解，本发明的主旨是提供一种横截面形状为圆型或方型的高耐冲击性电焊钢管(电缝钢管)，其特征在于，具有拉伸强度为1700Mpa以上的高强度，且钢中存在的Si量控制在(Mn/8)-0.07～(Mn/8)+0.07的范围内。特别优选的是，在钢中以质量比计含有如下的必要成分：C：0.22～0.35％、Si：0.10～0.30％、Mn：0.5～1.50％、P：0.025％以下、S：0.01％以下、Al：0.010～0.050％、B：2～35ppm、Ti：0.005～0.05％。
而且，在钢中以质量比计还可以含有从下列物质组中选择的任意成分：Nb：0.005～0.050％、V：0.005～0.070％、Cu：0.005～0.5％、Cr：0.005～0.5％、Mo：0.1～0.5％、Ni：0.1～0.5％、Ca：0.01％以下、稀土类元素(REM)：0.1％以下。进而，其通过高频淬火得到95％以上的马氏体组织，且残留奥氏体粒度号码为6号以上为理想。
如上所述，在缝焊接部产生的含有Si、Mn的氧化物被认为是使得焊接部的韧性降低的原因。在本发明中，通过将Si量控制在(Mn/8)-0.07～(Mn/8)+0.7的范围内，上述的氧化物可以从缝焊接部排出，由此如后述的实施例中的数据所示，可以维持1700Mpa以上的高拉伸强度，而且可以完全地防止焊接部的韧性降低。
附图说明
图1是表示镦锻焊接部的韧性测定结果的图形。
图2是表示残留奥氏体粒度和冲击弯曲试验时是否发生破裂的关系的图形。
具体实施方式
本发明的横截面形状为圆型或方型的高耐冲击性电焊钢管(电缝钢管)是由添加了C和Mn的钢制造的电焊钢管(电缝钢管)，通过将该钢管骤冷而使奥氏体组织变成马氏体组织，达到1700Mpa以上的拉伸强度。其基本的组成成分是，在钢中以质量比计含有C：0.22～0.35％、Si：0.10～0.30％、Mn：0.5～1.50％、P：0.025％以下、S：0.01％以下、Al：0.010～0.050％、B：2～35ppm、Ti：0.005～0.05％作为必要成分。
以下首先对基本的组成中各成分的数值限定的理由进行说明。
C是用于强化马氏体本身从而提高硬度的必需成分，为了得到1700Mpa以上的拉伸强度，C必须为至少0.22％。但是，当C过量时，马氏体组织变脆，在淬火时导致淬裂破坏，所以C应当为0.35％以下。
Si、Mn、Ti都是在淬火时促进奥氏体向马氏体相变的成分，如果比Si：0.10～0.30％、Mn：0.5～1.50％、Ti：0.005～0.05％的各数值限定范围少时，淬火性降低且产生残留奥氏体或残留铁素体，得不到所期望的材料特性。相反地，若超过上述的数值限定范围，会引起淬裂或偏析，因此是不可取的。特别优选的是，为了提高焊接部的可靠性，在提高焊接部强度比时将Mn量设定到较低值为较好，最好小于1.4％。另外，Ti通过固定N而具有提高淬火性的作用。
B是抑制铁素体析出的成分，但在钢中与作为气体成分包含的N结合成为BN时，失掉其效果，因此将B量设定为2ppm以上。但在超过35ppm时，变成了偏析夹杂物。P和S变成偏析夹杂物就会使得马氏体组织变脆，因此必须设定P：0.025％以下，S：0.02％以下。Al是脱氧剂，若不满0.010％，则脱氧效果不充分；而若超过0.050％，则其氧化物变成了晶体间夹杂物，因此是不可取的。
除了以上说明的必需成分之外，还可以含有从下列物质组中选择的任意成分：Nb：0.005～0.050％、V：0.005～0.070％、Cu：0.005～0.5％、Cr：0.005～0.5％、Mo：0.1～0.5％、Ni：0.1～0.5％、Ca：0.01％以下、稀土类元素(REM)：0.1％以下。
Nb和V在马氏体组织中生成析出物而妨碍了位错的通过，由此它们是使强度提高的析出强化成分。Cu、Cr、Mo和Ni在马氏体晶体中固溶而妨碍了位错的通过，由此它们是使强度提高的固溶强化成分。另外，Cr和Mo也起着析出强化成分的作用。这些成分可增加强度，但过量添加不但引起成本升高，而且成为偏析夹杂物，所以Nb：0.005～0.050％、V：0.005～0.070％、Cu：0.005～0.5％、Cr：0.005～0.5％、Mo：0.1～0.5％和Ni：0.1～0.5％是适宜的。
Ca和稀土类元素(REM)是控制夹杂物的形态的成分，但过量的添加会招致与马氏体组织的破坏相关的有害的偏析，所以Ca：0.01％以下和稀土类元素(REM)为0.1％是适宜的。作为稀土类元素(REM)，例如可以使用Y、La、Ce和Sm。
如上所述，本发明的高耐冲击性电焊钢管(电缝钢管)为了促进从奥氏体向马氏体的相变，必须含有Si：0.10～0.30％、Mn：0.5～1.50％，且达到拉伸强度为1700Mpa以上的高强度。此外，通过控制Si和Mn使得它们满足(Mn/8)-0.07≤Si≤(Mn/8)+0.07的范围内，由此在防止缝焊接部的韧性降低方面是最大的特征。图1是表示镦锻焊接部的韧性测定结果的图形，当Si量在上述的范围内时，确认相对摆锤式吸收能量变成最大。
另外，相对摆锤式吸收能量是，将-40℃下的Si＝Mn/8的成分的摆锤式吸收能量设定为1时的Si＝(Mn/8)+α(α＝-0.30～+0.30)的成分的摆锤式吸收能量的相对值。
如本发明所示，在钢中添加C和Mn以达到1700Mpa以上的高强度化的钢管相比于低强度的钢管熔点低，电缝焊接时熔融的金属的表面生成的氧化物的粘性较低。为此，如上所述控制对焊接部的氧化物残留量产生影响的Si量而排除氧化物，据认为这对防止焊接部的韧性降低是特别重要的。
另外，通过高频淬火得到95％以上的马氏体组织且残留奥氏体粒度号码为6号以上，这对确保低温冲击弯曲特性方面是优选的。图2是表示对残留奥氏体粒度不同的高耐冲击性电焊钢管(拉伸强度1700MPa)进行冲击弯曲试验，观察破裂发生的结果的图形。可知，通过进行残留奥氏体粒度号码为6号以上的微细结晶，则得到低温冲击弯曲特性优良的钢管。另外，结晶的微细化，例如淬火温度的低温化、淬火前组织的细粒化，通过Nb、V、Ti等的添加元素的效果是可能实现的。
残留奥氏体粒度测定是在由通常使用的奥氏体粒界显现液显现出母材的残留奥氏体粒界后，以切断法或图象解析法进行即可。
再者，横截面形状可以是圆型或方型的任意一种。
横截面为方型的方钢管的制造方法有：电缝焊接工序后使用成形辊进行棱成形的方法、从钢带连续地弯折成形而在电缝焊接时进行棱成形的方法。
在后者的情况下，据认为，因为制成超高强度材，当将板厚设计成薄的时，难以确保焊接时的镦锻量，氧化物残留的危险性变高。但是，即使在这种情况下，在本发明中通过如上述控制对氧化物残留量产生影响的Si量，可以排除氧化物，使焊接质量稳定，所以避免了焊接部的韧性降低。
在车门保险杠等变形而吸收冲击能量时，据认为对棱部的载荷比对平面部的载荷大。与此相对，在采用前一种的制造方法时，在通过成形辊之前检查焊接部，使焊接部不会到达棱部。而在采用后一种制造方法，进行弯折成形而实现角成形，所以焊接部不会到达棱部。这样，可以确实地使角部在焊接部之外，可以充分发挥母材的高能量吸收性能。另外，通过成形为方型钢管，也可使得其横截面系数比相同横截面面积的圆型钢管的横截面系数大。因此，据认为，本发明通过采用横截面为方型的钢管能够比圆型钢管进一步提高能量吸收能力，可以提高可靠性。
实施例1
制造表1中所示的各种组成的电焊钢管(电缝钢管)，测定拉伸强度、焊接部强度/主体部分的拉伸强度之比，低温冲击弯曲时有无破裂等，记于表中。而且，α＝Si-Mn/8的值和残留奥氏体粒度号码也记于表中。实施例1～5和比较例1～3是圆型的电焊钢管(电缝钢管)，实施例6、7和比较例4是正方形横截面的方型电焊钢管(电缝钢管)。
表1
  实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5   实施例6   实施例7   比较例1   比较例2   比较例3   比较例4
  C   0.24   0.28   0.28   0.30   0.33   0.28   0.30   0.30   0.30   0.30   0.30
  Si   0.15   0.24   0.13   0.20   0.20   0.14   0.15   0.10   0.30   0.30   0.35
  Mn   1.41   1.43   1.25   1.43   1.44   1.30   1.35   1.50   1.00   1.00   1.00
  P   0.02   0.02   0.02   0.02   0.02   0.02   0.02   0.02   0.02   0.02   0.02
  S   0.005   0.005   0.005   0.005   0.005   0.005   0.003   0.005   0.005   0.005   0.005
  Al   0.028   0.023   0.026   0.022   0.029   0.025   0.025   0.024   0.022   0.022   0.026
  B   13   12   10   14   11   12   14   10   13   13   13
  Ti   0.025   0.026   0.024   0.024   0.025   0.024   0.025   0.026   0.026   0.026   0.027
  Nb   0.03   0.03
  V   0.03   0.03
  Ni   0.03
  Cr   0.15   0.13   0.15
  Cu
  REM
  Ca   0.03
  α   -0.03   +0.06   -0.03   +0.02   +0.02   -0.02   -0.02   -0.09   +0.18   +0.18   +0.23
  粒度号码 7 6 7 7 7 7 7 7 7 5 7
  强度   1861   1908   1911   1995   2125   1925   2015   2005   1992   1907   1985
  焊接部强度比 1.2 1.3 1.8 1.4 1.3 1.2 1.3 0.5 0.4 0.4 0.4
  低温冲击弯曲 ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ × ×
另外，表中的组成是以质量％计(但是仅B以ppm计)，其余的含量为Fe和不可避免的杂质；低温冲击弯曲栏的○是指-60℃的低温条件下进行冲击弯曲试验时不发生破裂的，而×是指发生破裂的。强度是拉伸强度，其单位为Mpa。而且成分含量为空白的是指没有添加。
特别地，对于实施例3，Mn量不足1.4％，所以比其它的圆型钢管的实施例中的焊接部强度比高。
而且，表中虽然没有示出，但实施例6、7的最大的冲击吸收能量比实施例1～5大。认为这是因为横截面系数大的缘故。
这样，本发明的横截面形状为圆型或方型的高耐冲击性电焊钢管(电缝钢管)不仅强度和韧性优良，而且在缝焊接部附近的强度和韧性没有降低，适宜用作汽车车门保险杠材料、保险杠补强用材料等冲击吸收部件。

Claims (3)

1、一种横截面形状为圆型或方型的高耐冲击性电焊钢管，其具有拉伸强度为1861MPa以上的高强度，该钢管的特征在于：在钢中以质量比计含有如下的必要成分：C：0.22～0.35％、Si：0.10～0.30％、Mn：1.25～1.50％、P：0.025％以下、S：0.01％以下、Al：0.010～0.050％、B：2～35ppm、Ti：0.005～0.05％；且钢中存在的Si量控制在(Mn/8)-0.07～(Mn/8)+0.07的范围内。
2、根据权利要求1所述的横截面形状为圆型或方型的高耐冲击性电焊钢管，其特征在于，在钢中以质量比计还含有从下列物质组中选择的任意成分：Nb：0.005～0.050％、V：0.005～0.070％、Cu：0.005～0.5％、Cr：0.005～0.5％、Mo：0.1～0.5％、Ni：0.1～0.5％、Ca：0.01％以下、稀土类元素：0.1％以下。
3、根据权利要求1所述的横截面形状为圆型或方型的高耐冲击性电焊钢管，其通过高频淬火得到95％以上的马氏体组织，且残留奥氏体粒度号码为6号以上。
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