專利名稱：汽車加固用鋼管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車門加固用鋼管，具體是涉及具有高強(qiáng)度、而且3點(diǎn)彎曲特性優(yōu)異、特別是壓曲極限變形量大的鋼管及其制造方法。
本發(fā)明提到的“三支點(diǎn)彎曲特性優(yōu)異”是指如

圖1所示，將鋼管放置在距離一定跨度L的支撐工具上，用半徑為R的彎曲工具壓其中間部，在這種所謂的三支點(diǎn)彎曲試驗(yàn)中，產(chǎn)生壓曲的最大下壓量(壓曲極限下壓量)大，而且至壓曲極限下壓量為止的下壓載荷-下壓量曲線下的面積(圖2中的斜線部分)，即，至壓曲發(fā)生時(shí)吸收的能量大。本發(fā)明中，具體的是把31.8mmφ(壁厚1.6mm)的鋼管、以L＝980mm進(jìn)行3點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，至壓曲極限下壓量(壓曲極限變形量)為止所吸收的能量在450J以上的鋼管稱為“三支點(diǎn)彎曲特性優(yōu)異”的鋼管。
作為門加固擋桿用鋼管，從其使用目的必須具有高強(qiáng)度，要使用高強(qiáng)度化的鋼管。以前，鋼管是使用電焊鋼管，使用為高強(qiáng)度化而脫機(jī)實(shí)施高頻淬火等QT處理而高強(qiáng)度化的脫機(jī)QT型鋼管，或使用adurol型鋼管，這種鋼管是將電焊鋼管素材的薄鋼板在制造階段實(shí)施QT處理而高強(qiáng)度化的鋼板用電焊焊接制成的電焊鋼管。
本發(fā)明的目的是解決上述以往的技術(shù)問題，提案具有拉伸強(qiáng)度1000Mpa以上的高強(qiáng)度、3點(diǎn)彎曲特性優(yōu)異的汽車門加固用鋼管以及其制造方法。
為了解決上述的課題，本發(fā)明者對(duì)于不需要進(jìn)行脫機(jī)熱處理、同時(shí)提高強(qiáng)度和3點(diǎn)彎曲特性的方案進(jìn)行了銳意研究。研究結(jié)果為在限定成分的鋼管，在α+γ兩相或者在其上方溫度域施加累計(jì)減徑率為20％以上的減徑軋制、冷卻，由此，組織成為以加工奧氏體相變的硬質(zhì)馬氏體、貝氏體為主體，混有鐵素體的組織。從而，發(fā)現(xiàn)了不需要實(shí)施以往的脫機(jī)的特別熱處理(QT處理)、而得到兼?zhèn)涓邚?qiáng)度和優(yōu)異3點(diǎn)彎曲特性鋼管的方案。該3點(diǎn)彎曲特性的顯著提高可以認(rèn)為是相對(duì)于以往的脫機(jī)QT型鋼管的組織是從再加熱的奧氏體(γ)相變的馬氏體或貝氏體，而此鋼管的組織是從被加工的γ(加工γ)相變的馬氏體或貝氏體。圖3所示的是將以往的adurol型鋼管的3點(diǎn)彎曲特性與具有由從加工γ相變的馬氏體或貝氏體為主體的組織的鋼管(本發(fā)明鋼管)的3點(diǎn)彎曲特性進(jìn)行比較。由圖3可知，與以往的鋼管比較，本發(fā)明鋼管的壓曲極限下壓量(變形量)大，吸收的能量多。
根據(jù)上述的知識(shí)，經(jīng)過進(jìn)一步研究而完成了本發(fā)明。利用與以往的汽車門加固用鋼管其技術(shù)思想具有本質(zhì)區(qū)別的新型技術(shù)而構(gòu)成了本發(fā)明。
即，第1的本發(fā)明涉及一種汽車門加固用鋼管，其特征在于成分以質(zhì)量％計(jì)，具有C0.05～0.30％、Si0.01～2.0％、Mn1.8～4.0％、Al0.005～0.10％，其余部分為Fe以及不可避免的雜質(zhì)，拉伸強(qiáng)度TS在1000Mpa以上，而且3點(diǎn)彎曲特性優(yōu)異，另外，在第1的本發(fā)明中，組織是馬氏體以及/或貝氏體組織，或者是馬氏體以及/或貝氏體與鐵素體的混合組織，該馬氏體以及/或貝氏體最好是從加工的奧氏體的相變生成物，而且，在第1的本發(fā)明中，組織中的前述鐵素體其含有的面積率最好是在20％以下。而且，在第1的本發(fā)明中，屈服比最好是在80％以下。
另外，在第1本發(fā)明中，對(duì)前述成分進(jìn)一步增加以下A～C組，以質(zhì)量％計(jì)，A組Cu1％以下、Ni1％以下、Cr2％以下、Mo1％以下，從中選擇1種或2種以上；B組Nb0.1％以下、V0.5％以下、Ti0.2％以下、B0.003％以下，從中選擇1種或2種以上；C組REM0.02％以下、Ca0.01以下，從中選擇1種或2種；最好是包括所選擇中的1組或2組以上。
而且，第2的本發(fā)明涉及一種汽車門加固用鋼管的制造方法，其特征在于對(duì)于成分以質(zhì)量％記、具有C0.05～0.30％、Si0.01～2.0％、Mn1.8～4.0％、Al0.005～0.10％而其余部分為Fe以及不可避免的雜質(zhì)的素材鋼管，在進(jìn)行加熱或均熱處理后，實(shí)施累積減徑率在20％以上、軋制結(jié)束溫度在800℃以下的減徑軋制，而且，在第2的本發(fā)明中，對(duì)前述成分再增加以下A～C組，以質(zhì)量％計(jì)，A組Cu1％以下、Ni1％以下、Cr2％以下、Mo1％以下，從中選擇1種或2種以上；B組Nb0.1％以下、V0.5％以下、Ti0.2％以下、B0.003％以下，從中選擇1種或2種以上；C組REM0.02％以下、Ca0.01以下，從中選擇1種或2種；最好是包括所選擇中的1組或2組以上。
圖的簡(jiǎn)單說明圖1是表示3點(diǎn)彎曲試驗(yàn)方法概況的說明圖。
圖2是表示3點(diǎn)彎曲吸收能量值定義的說明圖。
圖3是表示本發(fā)明鋼管與以前鋼管的3點(diǎn)彎曲試驗(yàn)結(jié)果的曲線圖。
其次，說明本發(fā)明的汽車門加固用鋼管的成分限定理由。以下質(zhì)量％簡(jiǎn)記為％。
C0.05～0.30％
C是固溶在基材中或是作為碳化物析出，是增加鋼的強(qiáng)度的元素，本發(fā)明中，為確保所希望的強(qiáng)度，C必須要含有0.05％以上，但若超過0.30％，則焊接性能惡化。因此，C限定在0.05～0.30％的范圍。
Si0.01～2.0％Si起到脫氧劑的作用，而且是固溶于基材而增加鋼強(qiáng)度的元素。確認(rèn)有以上這些效果，應(yīng)含有Si為0.01％以上、最好是在0.1％以上，但含有量超過2.0％，會(huì)降低延性。因此，Si限定在0.01～2.0％的范圍。另外，從強(qiáng)度-延性平衡的觀點(diǎn)，最好是在0.10～1.5％的范圍。
Mn1.8～4.0％Mn元素使鋼的強(qiáng)度增加，而且提高淬火性能，促進(jìn)軋制后冷卻時(shí)馬氏體、貝氏體的形成。含有Mn在1.8％以上，確認(rèn)會(huì)有以上效果，但含有量超過4.0％，會(huì)降低延性。因此，Mn限定在1.8～4.0％的范圍。另外，不進(jìn)行脫機(jī)熱處理而為了確保1000Mpa以上的高強(qiáng)度，Mn最好是在2.5～4.0％的范圍，而更佳的是在2.5～3.5％的范圍。
Al0.005～0.10Al是具有起到脫氧作用、細(xì)化晶粒作用的元素。由于該晶粒細(xì)化效果而細(xì)化了管坯階段的組織，使本發(fā)明的效果更好。為此，Al至少必須要含有0.005％以上，但若超過0.10％，則氧化物的夾雜物量增加而降低了純度。因此，Al限定在0.001～0.10％的范圍。而最好是在0.015～0.06％。
在上述的基本成分中再增加下述的A～C組的合金元素組，根據(jù)需要最好是含有1組或2組以上。
A組Cu1％以下、Ni1％以下、Cr2％以下、Mo1％以下，從中選擇1種或2種以上。
Cu、Ni、Cr、Mo均是增加強(qiáng)度的元素，根據(jù)需要可以含有1種或2種以上。這些元素具有降低相變點(diǎn)、細(xì)化組織的效果。但是，若Cu超過1％而含量多時(shí)，則熱加工性能差。而且，雖然Ni增加強(qiáng)度、而且也改善韌性，但若超過1％，即使含有Ni，也不能期望與含有量相應(yīng)的效果。而且，若Cr含有量超過2％、Mo超過1％，則焊接性能、延性差，而且成本增高。鑒于這種情況，最好是Cu1％以下、Ni1％以下、Cr2％以下、Mo1％以下。另外，更佳的是Cu0.1～0.6％、Ni0.1～0.7％、Cr0.1～1.5％、Mo0.05～0.5％。
B組Nb0.1％以下、V0.5％以下、Ti0.2％以下、B0.003％以下，從中選擇1種或2種以上。
Nb、V、Ti、B是作為碳化物、氮化物或碳氮化物析出，是有利于鋼高強(qiáng)度化的元素。在具有特高溫加熱結(jié)合部的鋼管，這些元素的析出物，起到了在結(jié)合時(shí)加熱過程的晶粒的細(xì)化以及在冷卻過程的鐵素體的析出核的作用，也有防止結(jié)合部硬化的效果。本發(fā)明中，根據(jù)需要這些元素可以含有1種或2種以上。但是，因?yàn)槿籼砑恿窟^多，則焊接性能、韌性均會(huì)降低，所以，最好分別限定如下Nb為0.1％以下、V為0.5％以下、Ti為0.2％以下、B為0.003％以下。另外，更佳的是Nb為0.005～0.05％、V為0.05～0.1％、Ti為0.005～0.10％、B為0.0005～0.002％。
C組REM0.02％以下、Ca0.01％以下，從中選取1種或2種。
REM、Ca均是作為硫化物、氧化物或者氧硫化物析出、使夾雜物的形狀球狀化，具有提高加工性能的作用，而且，具有的作用還有防止具有結(jié)合部的鋼管在結(jié)合部的硬化。本發(fā)明中，根據(jù)需要可以含有1種或2種。若REM超過0.02％、或Ca超過0.01％，則夾雜物過多，純度降低，延性惡化。因此，最好是將REM在0.02％以下、Ca在0.01％以下。另外，因?yàn)楫?dāng)REM不足0.004％、Ca不足0.001％時(shí)，該作用效果很小，所以，最好是將REM在0.004％以上、Ca在0.001％以上。
上述成分以外的其余部分是由Fe以及不可避免的雜物組成。不可避免的雜物允許P0.025％以下、S0.020％以下、N0.010以下、O0.006％以下。
P0.025％以下因?yàn)镻偏晶界、惡化韌性，所以最好是盡可能減少，可允許至0.025％。
S0.020％以下因?yàn)镾增加硫化物、惡化純度，所以最好是盡可能減少，可允許至0.020％。
N0.010以下因?yàn)镹惡化焊接性能，所以最好是盡可能減少，可允許至0.010％。
O0.006％以下因?yàn)镺惡化純度，所以最好是盡可能減少，可允許至0.006％。
本發(fā)明的鋼管組織是馬氏體以及/或貝氏體組織、或者是含有馬氏體以及/或貝氏體與鐵素體的混合組織。這些馬氏體、貝氏體是從減徑軋制后的加工奧氏體(γ)相變的相變生成物，有利于高強(qiáng)度化與低屈服比(YR)化，以及提高3點(diǎn)彎曲特性。另外，本發(fā)明中，在馬氏體以及/或貝氏體的主相也可以含有鐵素體。鐵素體其面積率含有量最好是在20％以下。若鐵素體的存在量多于20％，則不能確保所期望的高強(qiáng)度。因此，最好是將鐵素體面積率在20％以下。
其次，說明本發(fā)明的制造方法。
在本發(fā)明的制造方法中，素材鋼管(管坯)使用的是具有特定成分的鋼管，但對(duì)制造該管坯的方法(造管法)并沒有特殊的限定。以下任一種方法均可適于作為造管法使用在冷或熱加工中利用高頻電流的電阻焊接法(管坯名稱電焊管、熱加工的場(chǎng)合稱為熱電焊管)、在固相壓焊溫度域?qū)㈤_口管兩邊加熱壓焊結(jié)合的固相壓焊法(管坯名稱固相壓焊管)、鍛接法(管坯名稱鍛接管)以及曼內(nèi)斯曼式穿孔軋制法(管坯名稱無縫鋼管)。
對(duì)具有上述成分的鋼管最好是在施以加熱或均熱處理后，進(jìn)行累計(jì)減徑率20％以上、軋制結(jié)束溫度為800℃以下的減徑軋制(縮徑軋制)。只要是軋制結(jié)束溫度在800℃以下，加熱或均熱處理無特殊限定。另外，如果素材鋼管在常溫冷卻，則必須要進(jìn)行加熱處理，加熱的溫度可以適宜地調(diào)整為減徑軋制的軋制結(jié)束溫度為800℃以下、最好是在α+γ的2相域。例如也可以在Ac3相變點(diǎn)～Ac1相變點(diǎn)間加熱、或加熱Ac3相變點(diǎn)以上冷卻，調(diào)整為減徑軋制的軋制結(jié)束溫度為800℃以下、最好是在α+γ的2相域。也可以是素材鋼管的制造工序在熱或溫加工時(shí)，不冷卻至常溫而再加熱或均熱處理，調(diào)整為減徑軋制的軋制結(jié)束溫度為800℃以下、最好是在α+γ的2相域。
累計(jì)減徑率不足20％時(shí)，奧氏體的加工不充分，其后生成的低溫相變相(馬氏體或貝氏體)的強(qiáng)化不足，拉伸強(qiáng)度TS不能達(dá)到1000Mpa以上的高強(qiáng)度。
減徑軋制的溫度定為軋制結(jié)束溫度為800℃以下。另外，軋制溫度最好是在α+γ的2相域的范圍。
而且，若軋制結(jié)束溫度超過800℃，則施以?shī)W氏體的軋制變形會(huì)即刻恢復(fù)，其結(jié)果，從奧氏體相變生成的低溫相變相(馬氏體或貝氏體)的強(qiáng)化不足，拉伸強(qiáng)度TS不能達(dá)到1000Mpa以上的高強(qiáng)度。另外，從高強(qiáng)度的觀點(diǎn)，軋制結(jié)束溫度最好是馬氏體或貝氏體相變結(jié)束溫度以上。
減徑軋制之后，可以按照常規(guī)方法冷卻。冷卻可以是氣冷，也可以是水冷。
另外，本發(fā)明中，減徑軋制適宜使用潤(rùn)滑下的軋制(潤(rùn)滑軋制)。由于使減徑軋制為潤(rùn)滑軋制，厚度方向的變形分布均勻，能夠使得在厚度方向組織的細(xì)化以及集合組織的形成均勻。若進(jìn)行無潤(rùn)滑軋制，則由于剪切效應(yīng)而使軋制變形僅集中在材料表層部分，形成厚度方向不均勻的組織。
而且，雖對(duì)減徑軋制方法沒有特殊限定，但最好是使用被稱為減徑機(jī)的多個(gè)孔型軋制機(jī)進(jìn)行軋制。
得到的結(jié)果在圖2所示。
本發(fā)明例，拉伸強(qiáng)度均為1000Mpa以上，而且具有高的3點(diǎn)彎曲壓曲極限下壓量和高的3點(diǎn)彎曲吸收能量值。相對(duì)于此，而在非本發(fā)明范圍的比較例中，以相同尺寸比較，壓曲極限下壓量小，而且吸收能量值低，3點(diǎn)彎曲特性差。
表1

表2

B*貝氏體(由再加熱γ)，B貝氏體，M馬氏體，F(xiàn)鐵素體產(chǎn)業(yè)上的利用可能性根據(jù)本發(fā)明，不需要脫機(jī)熱處理，可以提高鋼管的生產(chǎn)效率，降低制造成本，而且由于提高了3點(diǎn)彎曲吸收能量，能夠減小鋼管的壁厚，可以有利于汽車重量的輕型化，產(chǎn)業(yè)上起到了顯著的效果。
權(quán)利要求
1.一種汽車門加固用鋼管，其特征在于成分以質(zhì)量％計(jì)，具有C0.05～0.30％、Si0.01～2.0％、Mn1.8～4.0％、Al0.005～0.10％，其余部分為Fe以及不可避免的雜質(zhì)，拉伸強(qiáng)度TS在1000Mpa以上，而且3點(diǎn)彎曲特性優(yōu)異。
2.如權(quán)利要求1所述的汽車門加固用鋼管，其特征在于組織是馬氏體以及/或貝氏體，該馬氏體以及/或貝氏體是從加工的奧氏體的相變生成物。
3.如權(quán)利要求1所述的汽車門加固用鋼管，其特征在于組織是馬氏體以及/或貝氏體與鐵素體的混合組織，該馬氏體以及/或貝氏體是從加工的奧氏體的相變生成物。
4.如權(quán)利要求3所述的汽車門加固用鋼管，其特征在于前述鐵素體含有面積率為20％以下。
5.如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的汽車門加固用鋼管，其特征在于屈服比在80％以下。
6.如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的汽車門加固用鋼管，其特征在于以質(zhì)量％計(jì)，對(duì)前述成分再增加從以下A～C組中選擇的1組或2組以上，記A組Cu1％以下、Ni1％以下、Cr2％以下、Mo1％以下，從中選擇1種或2種以上；B組Nb0.1％以下、V0.5％以下、Ti0.2％以下、B0.003％以下，從中選擇1種或2種以上；C組REM0.02％以下、Ca0.01％以下，從中選擇1種或2種。
7.一種汽車門加固用鋼管的制造方法，其特征在于對(duì)于成分以質(zhì)量％記、具有C0.05～0.30％、Si0.01～2.0％、Mn1.8～4.0％、Al0.005～0.10％，而其余部分為Fe以及不可避免的雜質(zhì)的素材鋼管，在進(jìn)行加熱或均熱處理后，實(shí)施累積減徑率在20％以上、軋制結(jié)束溫度在800℃以下的減徑軋制。
8.如權(quán)利要求7所述的汽車門加固用鋼管的制造方法，其特征在于以質(zhì)量％計(jì)，對(duì)前述成分再增加從以下A～C組中選擇的一組或2組以上，記A組Cu1％以下、Ni1％以下、Cr2％以下、Mo1％以下，從中選擇1種或2種以上；B組Nb0.1％以下、V0.5％以下、Ti0.2％以下、B0.003％以下，從中選擇1種或2種以上；C組REM0.02％以下、Ca0.01％以下，從中選擇1種或2種。
全文摘要
提供一種汽車加固用鋼管及其制造方法,其特征在于:含有:C:0.05～0.30%、Mn:1.8～4.0%、Si、Al成分的鋼管,對(duì)其進(jìn)行減徑率20%以上、軋制結(jié)束溫度800℃以下的減徑軋制,使其組織成為:含有從被加工γ的相變生成物的馬氏體以及/或貝氏體、或進(jìn)而含有鐵素體的組織。由此而能得到拉伸強(qiáng)度1000MPa以上、而且優(yōu)異的3點(diǎn)彎曲特性。而且,含有的元素還可以在Cu、Ni、Cr、Mo中選擇1種以上,或在Nb、V、Ti、B中選擇1種以上,或在REM、Ca中選擇1種以上。
文檔編號(hào)C22C38/14GK1388835SQ01802412
公開日2003年1月1日 申請(qǐng)日期2001年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月14日
發(fā)明者豐岡高明, 西森正德, 河端良和, 依藤章, 板谷元晶, 岡部能知, 荒谷昌利 申請(qǐng)人:川崎制鐵株式會(huì)社