本申請(qǐng)要求2015年7月27日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No.62/197,112的優(yōu)先權(quán)，在此通過引用而將該申請(qǐng)明確并入本申請(qǐng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)一般涉及管材和雙層壁鋼管。本申請(qǐng)一般還涉及制造雙層壁鋼管的方法。

背景技術(shù)：

本部分僅提供與本申請(qǐng)相關(guān)的背景信息且可能并不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。

雙層壁管通常用于各種用途。例如，雙層壁管可用于機(jī)動(dòng)車液壓液，如制動(dòng)液。已知雙層壁管的許多其它應(yīng)用，包括燃料管線、油管線、加熱和冷卻裝置等。

傳統(tǒng)上，雙層壁管可由鍍銅低碳鋼帶(如ASTM A-254標(biāo)準(zhǔn)中描述的)制成。該鍍銅鋼帶卷成管狀，并隨后在還原氣氛中釬焊?？赏ㄟ^電阻焊、感應(yīng)焊或熔爐焊中任一個(gè)實(shí)現(xiàn)釬焊。為了獲得合適的接合部，有必要使溫度達(dá)到約1010℃。隨著溫度降低，各層融合或凝固在一起。

將低碳鋼基金屬暴露在1010℃至1200℃的溫度范圍下引起被稱為再結(jié)晶的金相轉(zhuǎn)變。該金相轉(zhuǎn)變可對(duì)晶粒尺寸和鋼制品的整體機(jī)械性能有不利影響。因此這些包括高溫的釬焊條件極大地限制了適于以雙層壁管形式使用的鋼的等級(jí)范圍。

雖然已證明已知的雙層壁鋼管和制造雙層壁鋼管的相關(guān)方法對(duì)它們的預(yù)期用途來說一般是可接受的，但相關(guān)領(lǐng)域仍存在對(duì)雙層壁鋼管和制造雙層壁鋼管的相關(guān)方法改進(jìn)的不斷需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本部分提供本申請(qǐng)的一般性概述，而不是本申請(qǐng)全部范圍或其全部特征的全面公開。

根據(jù)一個(gè)特定方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N管材，該管材包括內(nèi)層、第一和第二外層以及第一和第二中間層。內(nèi)層是鐵。第一和第二外層為鋁硅合金。第一中間層置于內(nèi)層與第一外層之間。第二中間層置于內(nèi)層與第二外層之間。第一和第二中間層包含鋁、硅和鐵。

根據(jù)另一個(gè)特定方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N包括內(nèi)管壁和外管壁的雙層壁鋼管。內(nèi)管壁和外管壁由管材制成，該管材包括內(nèi)層、第一和第二外層以及第一和第二中間層。內(nèi)層是鐵。第一和第二外層包含鋁和硅。第一中間層置于內(nèi)層與第一外層之間。第二中間層置于內(nèi)層與第二外層之間。第一和第二中間層包含鋁、硅和鐵。

根據(jù)另一個(gè)特定方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N制造雙層壁鋼管的方法。該方法包括：將鋼基體浸入鋁和硅的熔池以在鋼鐵基體上生成鋁硅外層。該方法還包括使鋁和硅與鋼反應(yīng)以生成鋁、硅和鐵的第一和第二中間層。該方法還包括將產(chǎn)生的管材滾壓成形為具有內(nèi)管壁和外管壁的雙層壁管。該方法更進(jìn)一步包括釬焊雙層壁管以使內(nèi)管壁與外管壁融合。

更進(jìn)一步的適用領(lǐng)域在本文提供的描述中將變得明顯。本概述中的描述和特定示例僅用于說明，而不意在限制本申請(qǐng)的范圍。

附圖說明

通過詳細(xì)描述、任意所附權(quán)利要求和下面的附圖將更充分地理解本申請(qǐng)。附圖僅用于說明而不意在限制本申請(qǐng)的范圍。

圖1為通過根據(jù)本申請(qǐng)構(gòu)造的管材的各層的剖視圖；

圖1A為與圖1相似的剖視圖；

圖1B為圖1A中被框出的部分的放大圖；

圖2為根據(jù)本申請(qǐng)構(gòu)造的雙層壁鋼管的簡(jiǎn)化剖視圖；

圖2A為與圖2相似的剖視圖；

圖2B為圖2A中被框出的部分的放大圖；

圖2C為圖2B中被框出的部分的放大圖；

圖3顯示出根據(jù)本申請(qǐng)的制造雙層壁鋼管的方法的一般步驟。

相應(yīng)的參考標(biāo)號(hào)表示全體附圖的各視圖中相應(yīng)的部分。

具體實(shí)施方式

下面的描述實(shí)際上僅是示例性的，而并不意在限定本申請(qǐng)、其應(yīng)用或用途。應(yīng)當(dāng)理解的是，在附圖各處，相應(yīng)的參考標(biāo)號(hào)表示相似或相應(yīng)部分和特征。

首先參照剖視圖1A和1B，其示出了根據(jù)本申請(qǐng)構(gòu)造的管材且總體由參考標(biāo)號(hào)10指示。管材10顯示一般包括內(nèi)層12、第一和第二外層14以及第一和第二中間層16。內(nèi)層12可以是鋼帶或高強(qiáng)度鋼帶。外層14可以是鋁和硅的鋁合金鍍層。中間層16可以是金屬間相(intermetallic phases)。

管材10可由熱浸鍍方法形成。熱浸鍍鋁鍍層可包括在鐵氧體基材浸入熔融鋁時(shí)，由于鐵和鋁之間的冶金反應(yīng)形成的不同相的多相組合。通過常見的使用熔融鋁的熱浸鍍方法，凝固后的鍍層包括含100％鋁的外層和稱為合金層的中間層，該中間層包括FeAl3和Fe2Al5的金屬間相。已有報(bào)道稱該相的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)為擴(kuò)散控制，其中定速步驟為Al原子穿過Fe2Al5邊界層的擴(kuò)散。

根據(jù)本申請(qǐng)，在熱浸鍍渡液中處理鋼基體12。在一個(gè)具體應(yīng)用中，鋼基體12為高強(qiáng)度鋼，例如高強(qiáng)度、低合金鋼或HSLA鋼。然而應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，其它鋼也可用在本申請(qǐng)的范圍內(nèi)?？紤]到相對(duì)低的成本，本示例鋼可優(yōu)選用于特定應(yīng)用。

由于Al熔體中不存在Si，F(xiàn)e將與自由Al結(jié)合以主要形成處于金屬/鍍層界面處的金屬間化合物Fe2Al5。金屬間相的生長(zhǎng)速度可以非常高，從而可在約2秒的持續(xù)時(shí)間內(nèi)達(dá)到約4-7微米的尺寸。另一方面，當(dāng)將Si加入Al熔體后，Si降低了Fe的速度，使得Fe與Al的結(jié)合將會(huì)非常慢。因此，由于Al-Fe間的結(jié)合過程慢，新形成的Fe_xSi_yAl_z金屬間化合物層的生長(zhǎng)速度將變慢，由此在約2秒的持續(xù)時(shí)間內(nèi)金屬間化合物層的尺寸將在約500納米至3微米之間。此外，Si有益地使過程的溫度穩(wěn)定。這意味著，在釬焊過程中Fe_xSi_yAl_z金屬間化合物層不受到并且也不會(huì)受到溫度的不利影響。也就是說，F(xiàn)e_xSi_yAl_z金屬間化合物層將不會(huì)生長(zhǎng)。當(dāng)Si的重量百分比超過6％時(shí)，其對(duì)金屬間化合物層的尺寸(即，厚度)可能就不會(huì)有更顯著的影響。因此，可以達(dá)到更容易進(jìn)行熱浸鍍的低共熔點(diǎn)12％(重量)，其中Al和Si完全互溶。這種薄的Fe_xSi_yAl_z金屬間化合物層改善了鍍層的延展性并因此能夠更嚴(yán)格制造，而不會(huì)脫落。

熱浸鍍鍍液可包括約1～15％重量百分比的硅。在一個(gè)具體應(yīng)用中，熱浸鍍鍍液包含約12％重量百分比的硅。在另一應(yīng)用中，熱浸鍍渡液可包含更大或更小重量百分比的硅。

熱浸鍍鍍液含有12％重量百分比的硅，第一和第二外層或外鍍層14相應(yīng)地含有12％重量百分比的硅?？赡苄枰偷臏囟葘X層沉積在鋼基體12上(低共熔點(diǎn)熱浸鍍法)。也就是說，硅的加入使得能夠采用較低的溫度。含有12％重量百分比的硅也有助于降低鐵向鍍鋁層的擴(kuò)散和鋁向鋼基體的擴(kuò)散。第一和第二外層14的厚度范圍可從約5微米至約16微米。在一個(gè)具體應(yīng)用中，第一和第二外層14的厚度為約10微米。在該具體應(yīng)用中，F(xiàn)e_xSi_yAl_z金屬間化合物層16的范圍可為從約2.4微米至約4.0微米。這種獨(dú)特的金屬間化合物層特別顯示在圖1的剖視圖中，并進(jìn)一步顯示在圖1A和圖1B的剖視圖中。在一個(gè)具體應(yīng)用中，金屬間化合物層16的重量百分比如下：44％重量百分比的Al、7％重量百分比的Si和49％重量百分比的Fe。此“中間”層構(gòu)成于擴(kuò)散/反應(yīng)發(fā)生的位置。

特別參照?qǐng)D2、2A、2B和2C，示出了由本申請(qǐng)的管材10構(gòu)造的雙層壁鋼管，其總體用參考標(biāo)號(hào)20指示。管材10可被滾壓或以其它常規(guī)方式制成圖2中所示形式，例如以包括第一或外管層22以及第二或內(nèi)管層24。應(yīng)當(dāng)理解的是，圖2為簡(jiǎn)化的剖視圖。就這一點(diǎn)而言，外管層22和內(nèi)管層24的各層(如圖1)并未明確示出。鋼管20示出其包括位于管20的外層22與內(nèi)層24間的釬焊接合部26。通常，當(dāng)釬焊鋁或鋁合金時(shí)，在釬焊過程中氧化鋁層不利地被置于金屬界面(metal interferes)的表面。不同于釬焊銅組件，釬焊鋁部件通常需要使用助焊劑。在冶金中，助焊劑為化學(xué)清洗劑、流動(dòng)劑(flowing agent)或提純劑。在接合過程中，助焊劑的作用通常是雙重的：(1)溶解金屬表面的氧化物，這有助于通過熔融金屬浸潤(rùn)；和(2)通過覆蓋熱的表面充當(dāng)氧化阻隔物，防止熱的表面氧化。

有利地，可在沒有助焊劑的情況下釬焊本申請(qǐng)的管材10。釬焊鍍鋁鋼有利地根據(jù)電流提供較寬的窗口(釬焊通過被稱為導(dǎo)電釬焊或連續(xù)電阻焊的已知方法進(jìn)行)。在低電流(例如I＝6安培或更低)下，應(yīng)利用堿性溶液清洗鍍鋁鋼的表面以獲得良好且牢固的釬焊接合部。在高電流(例如I＝11安培或更高)下，不需要清潔鍍鋁鋼的表面以提供良好且牢固的釬焊接合部。根據(jù)一個(gè)應(yīng)用，在下述條件下釬焊雙層壁管20：約為0.89-2.1千牛的電極力、約6-11千安的電流以及約800毫秒至3秒的釬焊時(shí)間。

通過使用鍍鋁鋼帶，可以使用比傳統(tǒng)的鍍銅雙層壁鋼管釬焊溫度(1000～1100℃)更低的溫度(480～600℃)釬焊雙層壁管20。通過降低釬焊溫度，高強(qiáng)度鋼材可替代傳統(tǒng)的低碳低強(qiáng)度商品鋼(也稱為軟鋼)。如本文所使用的，將理解術(shù)語“高強(qiáng)度鋼”是指屈服強(qiáng)度大于或等于400兆帕、抗拉強(qiáng)度大于或等于480兆帕以及50毫米伸長(zhǎng)率大于或等于24％的鋼。與使用傳統(tǒng)低碳(軟)鋼基材相比，使用高強(qiáng)度鋼基材可降低至雙層壁管20總質(zhì)量的30％。

參照?qǐng)D3，基于上文下面將理解的是，本申請(qǐng)的方法可包括將鋼基體12浸入熔化的或液態(tài)的鋁和硅的鍍液中以提供包含鋁和硅的鋁合金外層14的一般步驟100。在第二一般步驟110中，本方法可包括形成Fe-Si-Al中間層16。在第三一般步驟120中，本方法可包括將產(chǎn)生的管材10滾壓成形為雙層壁管20。在第四一般步驟130中，本方法可包括釬焊管狀體以使管20的第一層22和第二層24融合。

雖然在說明書中討論并在附圖中顯示了具體示例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，在不脫離本申請(qǐng)范圍的情況下可以對(duì)其元件做出各種變形和等同替換。而且，在此可以明確地預(yù)期特征、元件和/或功能在各示例間的混合搭配，使得本領(lǐng)域技術(shù)人員將從本申請(qǐng)理解到一個(gè)示例的特征、元件和/或功能可視情況并入另一示例的一部分，除非另有說明。此外，在不脫離本申請(qǐng)基本范圍的情況下，可以做出許多變型以適應(yīng)本申請(qǐng)的具體情況或材料。因此，可意識(shí)到本申請(qǐng)并不局限于附圖所示以及說明書中所述的具體示例，這些具體示例僅作為目前預(yù)期的實(shí)施本申請(qǐng)的最佳方式，而本申請(qǐng)的范圍將包括落入上述說明和所附任意權(quán)利要求范圍內(nèi)的任何實(shí)施方式。