氣囊用鋼管及其制造方法

專利名稱：氣囊用鋼管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有拉伸強度為IOOOMPa以上的高強度和vTrslOO為_80°C以下的高韌性的氣囊用鋼管及其制造方法。更具體而言，本發(fā)明涉及一種氣囊用鋼管及其制造方法，所述氣囊用鋼管可通過較低廉且簡單的制造工序進行制造，且可適用利用高頻感應(yīng)加熱等快速加熱手段的、短時間的淬火熱處理。
背景技術(shù)：
近年來，在汽車工業(yè)中，謀求安全性的裝置的導(dǎo)入正在推進。作為這樣的裝置之一，例如已進展到開發(fā)并搭載氣囊系統(tǒng)。氣囊系統(tǒng)是車輛發(fā)生碰撞時在乘員碰撞到方向盤、儀表盤等之前，在它們與乘員之間用氣體打開氣囊，從而吸收乘員的動能以減輕傷害的系 統(tǒng)。作為氣囊系統(tǒng)，以往采用了使用爆炸性化學(xué)品的方式，而近年來開發(fā)了使用高壓填充氣體的系統(tǒng)，其適用范圍更廣。使用高壓填充氣體的上述系統(tǒng)是在平時使氣體等保持高壓并在碰撞時一下將該高壓氣體噴到氣囊內(nèi)的系統(tǒng)，因此，高壓氣體的蓄壓器中使用的鋼管會在極短時間內(nèi)以大的形變速度負(fù)載應(yīng)力。因此，上述鋼管與以往的壓力料缸、管路鋼管那樣的單純結(jié)構(gòu)物不同，要求其具有高尺寸精度、加工性和焊接性，進一步要求其具有高強度和優(yōu)異的抗破裂性。最近，為了在薄壁化、輕量化的情況下也可以確保高破裂壓力，拉伸強度超過IOOOMPa的超高強度的無縫鋼管也開始作為蓄壓器而應(yīng)用于氣囊系統(tǒng)中。例如，在由外徑60mm、壁厚3. 55mm的無縫鋼管制成的蓄壓器的情況下，TS為800MPa時破裂壓力頂多為IOOMPa左右，相對地，如果TS變?yōu)閘OOOMPa，則破裂壓力提高至130MPa。另外，在氣囊的蓄壓器鋼管外徑和要求破裂壓力恒定的情況下，可以實現(xiàn)20%左右的薄壁化。進而，為了在例如寒冷地區(qū)，在碰撞時也不會發(fā)生蓄壓器脆性斷裂而導(dǎo)致二次傷害，需要蓄壓器具有優(yōu)異的低溫韌性。從這樣的觀點出發(fā)，蓄壓器用的無縫鋼管通過淬火回火而被賦予了高強度和高韌性。具體而言，作為蓄壓器，要求其在經(jīng)過后述的縮徑加工后的狀態(tài)下，在_60°C以下的溫度區(qū)域下，也具有充分的低溫韌性。然而，氣囊用蓄壓器一般是將作為管坯的無縫鋼管切斷成規(guī)定長度而制成短管后，通過沖壓加工、旋壓加工等對至少一端進行縮徑加工(將其稱為瓶加工(bottleforming))，最終加工成安裝發(fā)起端等所需的形狀。因此，產(chǎn)生了以下情況在保證其作為氣囊用的蓄壓器的運作上，作為材料的無縫鋼管的韌性是不充分的。這是由于作為最終加工的縮徑加工可能導(dǎo)致瓶部的韌性降低，而在高壓負(fù)載時產(chǎn)生裂紋。因此，考慮到這樣的韌性的降低，氣囊用蓄壓器所使用的無縫鋼管需要具有比蓄壓器的使用環(huán)境溫度更低溫的韌性。從這樣的觀點出發(fā)，對構(gòu)成蓄壓器的無縫鋼管要求伸長率10%以上、拉伸強度IOOOMPa以上，且在_80°C、優(yōu)選-100°C下的夏氏沖擊試驗中的斷口呈延性的低溫韌性(即vTrslOO為-80°C以下、優(yōu)選為_100°C以下的低溫韌性)。作為涉及拉伸強度IOOOMPa以上的高強度且高韌性的氣囊系統(tǒng)用的無縫鋼管的以往技術(shù)，例如有專利文獻(xiàn)I。專利文獻(xiàn)I中提出了以下氣囊用無縫鋼管的制造方法使用規(guī)定范圍的化學(xué)組成的鋼材料進行制管而形成無縫鋼管后，對該無縫鋼管實施冷拔加工而制成規(guī)定尺寸的鋼管，并且，將其加熱至Ac3相變點以上且1050°C以下的范圍內(nèi)的溫度后進行淬火，接著在450°C以上且Acl相變點以下的范圍內(nèi)的溫度下進行回火。根據(jù)該方法，可以制成具有以下性質(zhì)的無縫鋼管，所述無縫鋼管在制造氣囊用充氣機時的加工性、焊接性優(yōu)異，進而作為充氣機，具有900MPa以上的拉伸強度、以及在相對于對開的鋼管的-60°C下的落錘試驗(drop weight test)中顯示延性的高韌性。但是,該方法為了得到強度和韌性，需要含有大量的Cr作為鋼的組成，所以成本高。專利文獻(xiàn)2中示出在采用高頻加熱淬火的情況下，通過快速加熱而使晶粒細(xì)化，可以制造拉伸強度超過IOOOMPa的高強度且高韌性的氣囊系統(tǒng)用的無縫鋼管。 該技術(shù)使用規(guī)定范圍的化學(xué)組成的鋼材料制管而形成無縫鋼管后，對該無縫鋼管實施冷拔處理而制成規(guī)定尺寸的鋼管，并且，以10°c /秒以上的加熱速度加熱至90(Ti00(rc后，進行淬火，接著，以Acl相變點以下的溫度進行回火，可得到在-80°c以下的破裂試驗中也顯示延性那樣的高韌性。專利文獻(xiàn)2中示出了以20°C /秒進行用于淬火的加熱的具體例,但如果考慮工業(yè)上的生產(chǎn)性，期望在更短時間內(nèi)進行快速加熱，且在達(dá)到溫度下的保持時間也短。在短時間內(nèi)的快速加熱、短的保持時間下進行熱處理的情況下，如果考慮加熱溫度的偏差，有時局部的達(dá)到溫度低于Ac3，所以可能的話期望設(shè)定較高的加熱溫度。但是，在高頻加熱的情況下，由于是快速加熱，因此也存在超過設(shè)定溫度而被加熱的過火(overshooting)的問題，在高頻加熱淬火時也需要考慮達(dá)到溫度超過1000°C的情況，但關(guān)于量產(chǎn)時的該問題，專利文獻(xiàn)2中沒有任何記載。反而，記載了達(dá)到溫度超過1000°C時會導(dǎo)致Y粒的晶粒粗化而使韌性降低。專利文獻(xiàn)3中也示出了使用高頻加熱淬火的例子，但如該文獻(xiàn)的實施例的表3所示那樣，其僅假設(shè)了在90(Ti00(rc的范圍內(nèi)進行短時間加熱的情況，存在與專利文獻(xiàn)2相同的問題。專利文獻(xiàn)4中也使用了高頻加熱淬火，但如實施例所示那樣，其是在92(T940°C的范圍內(nèi)進行加熱的結(jié)果，存在與專利文獻(xiàn)2相同的問題。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開2004-76034專利文獻(xiàn)2 W0 2004/104255A1專利文獻(xiàn)3 :W0 2002/079526A1專利文獻(xiàn)4 :US 2006/0169368A
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題
像這樣以往也提出了若干氣囊用無縫鋼管，但近年來，對于拉伸強度為IOOOMPa級的高強度的氣囊用鋼管而言，逐漸要求其在_60°C、優(yōu)選在_80°C的破裂試驗中呈延性。從擴大蓄壓器加工中的設(shè)計自由度的觀點出發(fā)，該抗破裂性能是指夏氏沖擊試驗中的100%延性斷口下限溫度(vTrslOO)為-80°C以下、優(yōu)選為-100°C以下。以往的公知文獻(xiàn)中，在使用了高頻的快速加熱落入90(Tl00(TC的范圍內(nèi)時，通過高頻淬火/回火可確認(rèn)到優(yōu)異的低溫韌性及破裂性能。鋼管越薄壁化，則在基于高頻加熱淬火的實際大量生產(chǎn)中，加熱溫度的變動越大。此時，出現(xiàn)以下問題加熱溫度或下降或高于1000°C而使以往技術(shù)中無法預(yù)料的、產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性降低導(dǎo)致的產(chǎn)量降低成為課題。例如，專利文獻(xiàn)I中，根據(jù)本發(fā)明人等的見解，具有以下問題由于含有大量的Cr而導(dǎo)致冷拔加工性不充分，而為了在冷拔階段中確保加工度，要求在中間進行若干次的中間軟化退火，導(dǎo)致制造成本升高。另外，在-60°C下的落錘試驗中顯示延性并不意味著在_60°C的破裂試驗中也一定呈延性。
另外，對于高效地實施大量生產(chǎn)，制造工序簡單是適合的。在以往的公知文獻(xiàn)中，作為鋼組成的Cr和Mo的含量之和基本都超過0. 6%的范圍。在那樣的大量含有Cr、Mo的情況下，即使無縫鋼管在經(jīng)熱制管后進行空氣冷卻，強度也會變高，難以冷拔加工，因此在冷拔加工前需要軟化退火，工序變復(fù)雜、成本變高。另外，雖然上述的專利文獻(xiàn)未列出，但不含有Cr或Mo、或者將其合計含量抑制在0. 6%以下的少量的氣囊用鋼管的實例有很多。但是，在那樣的鋼組成的公知例的范圍內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)可確保100%延性斷口下限溫度(vTrslOO)為-80°c以下或在_60°C的破裂試驗中呈延性斷口、同時可穩(wěn)定地確保IOOOMPa以上的拉伸強度的事例。以往也有超過IOOOMPa的例子，但即使在該情況下，也無法同時穩(wěn)定地得到那樣高的拉伸強度和優(yōu)異的低溫韌性。本發(fā)明的目的在于，提供一種氣囊用鋼管及其制造方法，所述氣囊用鋼管具有作為氣囊用蓄壓器而正在謀求的性能、即可以充分地應(yīng)對蓄壓器壓力的高壓化、鋼管的薄壁化的性能,低廉并對通過量產(chǎn)規(guī)模的基于高頻感應(yīng)加熱的淬火的適合性高。此處，如下所述更具體地說明本發(fā)明的技術(shù)課題。(I)作為最終產(chǎn)品，謀求具有以下性質(zhì)的氣囊用鋼管其具有IOOOMPa以上、期望具有1050MPa以上的拉伸強度，在_60°C的破裂試驗中也呈延性破壞那樣的低溫韌性優(yōu)異，特別是100%延性斷口下限溫度(vTrslOO)為-80°C以下、優(yōu)選為-100°C以下。稱為技術(shù)課題⑴。(II)謀求對上述⑴所記載的鋼管的合金成本進行抑制后提供，特別是盡可能消減以往出于高強度化的目的而常用的Mo的使用。稱為技術(shù)課題(II)。(III)針對上述(I)所記載的鋼管，謀求可以盡可能地減少冷拔工序中的軟化退火處理次數(shù)的合金設(shè)計。更具體而言，謀求在管坯的冷拔加工階段不進行中間軟化退火處理就能實現(xiàn)40%以上的加工度的、冷加工性高的合金設(shè)計。稱為技術(shù)課題(III)。(IV)作為進一步優(yōu)選的形態(tài)，謀求以下合金設(shè)計在通過量產(chǎn)規(guī)模的基于高頻加熱的淬火熱處理也可得到穩(wěn)定的特性的狀態(tài)下制造上述(I)所記載的鋼管，并且，更具體而言，謀求即使在用于加熱淬火的加熱溫度高于1000°c時(例如102(T104(TC )，也可以提供作為一定水平以上的韌性高的制品的氣囊用鋼管的制造方法。稱為技術(shù)課題(IV)。用于解決問題的方案
本發(fā)明人等為了解決上述課題，對冷加工后實施淬火和回火的氣囊系統(tǒng)用無縫鋼管中的合金元素、強度和低溫韌性的關(guān)系進行了調(diào)查。其結(jié)果判明了 與過去的見解不同，超出預(yù)想的是，即使不含有Mo，并少量含有Mn，相反地少量添加過去被大量添加的Cr，同時含有適量的Cu、Ni、Ti、B的鋼可得到現(xiàn)在謀求的優(yōu)異強度和韌性的平衡。S卩，本發(fā)明人等針對合金金屬對冷加工后進行淬火回火而制造的、TS超過IOOOMPa的氣囊系統(tǒng)用無縫鋼管的強度和韌性的影響，進行了研究。其結(jié)果是，得到如下所述的見解，從而完成了本發(fā)明。⑴判明了 含有適量的C、Si、Mn、Al、Ca、Nb、Ti和B，并將至今為止為了高強度化而大量添加的Cr設(shè)為0. 5%以下，以及不含有Mo (根據(jù)需要也允許低于0. 1%的少量含有)，取而代之將Cu和Ni分別設(shè)為0. 01-0. 50%、且將Cu和Ni的含量的合計量設(shè)為{ (Cr+Mo)2+0. 3}以上，在同時達(dá)成上述課題(I)、(II)、(III)的方面是有效的。(ii)進而可知，在快速加熱淬火時的加熱溫度變?yōu)槔?040°C，比作為目標(biāo)的目標(biāo)范圍的上限(IOO(TC)更高的情況下，即，對于上述課題(IV)，可通過以超過0.02%且 0. 05%以下的量含有Ti來同時達(dá)成前述的目標(biāo)強度和韌性。本發(fā)明是基于上述見解進行進一步研究而完成的。 此處，本發(fā)明的要旨的內(nèi)容如下所述。(I) 一種氣囊系統(tǒng)用無縫鋼管，其特征在于，具有以下鋼組成以質(zhì)量％計含有C :0. 05 0. 20%、Si :0. 10 0. 50%、Mn :0. I (Tl. 00%、P :0. 025% 以下、S :0. 005% 以下、Al :0. 005 0. 10%、Ca :0. 0005 0. 0050%、Nb :0. 005 0. 050%、Ti :0. 005 0. 050%、Cu :0. OTO. 50%、Ni :0. 01 0. 50%、Cr :0. 01 0. 50%、B :0. 0005 0. 0050%、N :0. 002 0. 010%，剩余部分為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)，并滿足下述式(1)，Cu+Ni ^ (M) 2+0. 3(I)予以說明，式(I)的“M”表示Cr，元素符號是指用質(zhì)量％表示這些元素的含量時的數(shù)值；所述氣囊用無縫鋼管的拉伸強度為IOOOMPa以上，具有vTrslOO為_80°C以下的高韌性。(2)根據(jù)(I)所述的氣囊用鋼管，其特征在于，其具有Ti含量以質(zhì)量％計為超過0. 020%且0. 050%以下的鋼組成。(3)根據(jù)⑴或⑵所述的氣囊用無縫鋼管，其特征在于，其具有以質(zhì)量％計進一步含有Mo :低于0. 10%、且滿足下式(I)的鋼組成，Cu+Ni ^ (M) 2+0. 3(I)予以說明，式(I)的“M”表示(Cr+Mo)，元素符號是指用質(zhì)量％表示這些元素的含量時的數(shù)值，Mo含量為0時，將0(零)代入式(I)的Mo中。(4)根據(jù)(Ir (3)中任一項所述的氣囊系統(tǒng)用無縫鋼管，其特征在于，其具有進一步含有V0. 02 0. 20%的鋼組成。(5) 一種氣囊用無縫鋼管的制造方法，其特征在于，對無縫鋼管管坯實施I次冷加工的加工度為40%以上的冷加工，將其制成規(guī)定尺寸的鋼管，根據(jù)需要，進行校正后，通過高頻加熱而加熱至Ac3相變點以上的溫度并快速冷卻而進行淬火，接著加熱至Acl相變點以下的溫度而進行回火，所述無縫鋼管管坯是使用(1廣(4)中任一項所述的鋼組成的鋼坯通過熱制管而制造的。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，可以提供強度極高且具有優(yōu)異低溫破裂性能的無縫鋼管，其顯著有利于端部經(jīng)縮徑加工的氣囊蓄壓器的高壓化(145MPa以上的壓力)/薄壁輕量化(例如壁厚3. 6mm^l. 7mm且直徑60. 3mm^25. Omm的無縫鋼管)。


圖I是表示本發(fā)明的適合形態(tài)中的Cr+Mo和Cu+Ni的關(guān)系的圖。圖2是本發(fā)明的實施例中用于特性評價的試驗片的說明圖。
具體實施方式
對限定本發(fā)明的鋼管的化學(xué)成分和鋼管的制造方法的理由進行敘述。⑷鋼的化學(xué)組成在沒有特殊說明的情況下，本說明書中，“％”是指“質(zhì)量％”。C :0. 05 0. 20%C是既低廉又對提高鋼的強度有效的元素，其含量低于0. 05%時難以得到期望的IOOOMPa以上的拉伸強度，另外，如果超過0. 20%，則加工性及焊接性降低。因此，將C的含量設(shè)為0. 05 0. 20%。予以說明，C含量的優(yōu)選范圍為0. 07 0. 17%。Si :0. 10 0. 50%Si除了具有脫氧作用，還是提高鋼的淬透性從而使強度提高的元素，需要0. 10%以上的含量。但是，如果其含量超過0. 50%則韌性降低，所以將Si的含量設(shè)為0. 1(T0. 50%。予以說明，Si含量的優(yōu)選范圍為0. 20、. 50%。Mn :0. 10 1. 00%Mn具有脫氧作用，另外，也是對提高鋼的淬透性從而使強度和韌性提高有效的元素。但是，其含量低于0. 10%時不能得到充分的強度和韌性，另一方面，如果超過I. 00%則發(fā)生MnS的粗大化，其在熱軋時延展導(dǎo)致韌性降低。本發(fā)明中，即使將Mn控制在I. 00%以下，也需要保證作為目標(biāo)的IOOOMPa以上的拉伸強度和優(yōu)異的低溫破裂性能，所以如后所述通過配混B來進行淬透性的改善。為此，將Mn的含量設(shè)為0. l(Tl.00%。從強度和韌性的平衡的觀點出發(fā)，將Mn的含量設(shè)為0. 40、. 90%是優(yōu)選的。P :0. 025% 以下P會導(dǎo)致由晶界偏析引起的韌性降低，特別是其含量超過0. 025%時，韌性的降低變得明顯。因此，將P的含量設(shè)為0. 025%以下。予以說明，優(yōu)選將P的含量設(shè)為0. 020%以下，更優(yōu)選設(shè)為0.015%以下。S :0. 005% 以下S特別是使鋼管T方向、即與鋼管的軋制方向(長度方向)垂直的方向的韌性降低。特別是，如果其含量超過0.005%，則鋼管T方向的韌性的降低變得明顯。因此，將S的含量設(shè)為0. 005%以下。予以說明，優(yōu)選將S的含量設(shè)為0. 003%以下。Al :0. 005% 以上且 0. 10% 以下Al是具有脫氧作用并對提高韌性及加工性有效的元素。但是，如果含有超過0. 10%，則劃痕的發(fā)生變得明顯。因此，將Al的含量設(shè)為0.10%以下。予以說明，為了得到這樣的Al的效果，需要使其含有0.005%以上。予以說明，本發(fā)明所述的Al含量是指酸可溶Al (所謂“sol. Al”)的含量。Ca :0. 0005 0. 0050%Ca具有將鋼中以不可避免的雜質(zhì)的形式存在的S固定為硫化物，并改善韌性的各向異性，提高鋼管的T方向韌性，由此提高抗破裂性的作用。該效果在含量為0. 0003%以上、特別是為0. 0005%以上時顯現(xiàn)。但是，如果含有超過0. 0050%，則介在物增加，韌性反而降低。因此，將Ca的含量設(shè)為0. 0005 0. 0050%。Nb :0. 005 0. 050%Nb在鋼中以碳化物的形式微細(xì)地分散，具有將晶粒界面牢固地釘扎的效果。由此，具有使晶粒細(xì)晶?；⑹逛摰捻g性提高的效果。為了得到該效果，使其含有0.005%以上，但如果含有超過0.050%，則碳化物粗大化，韌性反而降低。因此，將Nb的含量設(shè)為 0.005^0. 050%。Ti :0. 005 0. 050%Ti具有在鋼中固定N，從而使韌性提高的效果。另外，微細(xì)地分散的Ti氮化物由此具有將晶粒界面牢固地釘扎、使晶粒細(xì)晶?；⑹逛摰捻g性提高的效果。另外，鋼中N的固定在引出后述B的效果方面也是重要的。因此，為了得到這些效果，使其含有0.005%以上，但如果含有超過0.050%，則氮化物粗大化，韌性反而降低。因此，將Ti的含量設(shè)為0. 005、. 050%。特別是在實施基于快速加熱的淬火時，由于超過加熱溫度而容易使晶粒粒徑粗大化，導(dǎo)致韌性易降低，所以充分地活用Ti氮化物帶來的晶粒界面釘扎效果是適合的。出于該原因，優(yōu)選的含量為超過0. 0209T0. 035%。B :0. 0005 0. 0050%B在鋼中發(fā)生晶界偏析，從而使鋼的淬透性顯著提高，有利于韌性的提高。為了顯現(xiàn)該效果，使其含有0. 0005%以上。另一方面，如果含有超過0. 0050%，則在晶粒界面析出粗大的硼化物，所以韌性反而降低。因此，將B的含量設(shè)為0. 0005、. 0050%。優(yōu)選為0. 0030%以下。本發(fā)明中，由于將Mn配混量的上限限定為I. 0%，因此通過配混B來實現(xiàn)由淬透性改善帶來的強度提高。如果B不是固溶狀態(tài)，就不會在晶粒界面偏析。因此，容易與B構(gòu)成化合物的N優(yōu)選被Ti固定，優(yōu)選B以被N固定的量以上的量而含有。出于該原因，B含量根據(jù)B、Ti、N的化學(xué)計量比滿足下述式(2)或(3)的關(guān)系是適合的。N-Ti/3.4 芻 0時B 彡 0. 0005(2)N-Ti/3. 4 > 0 時B- (N-Ti/3. 4) X (10. 8/14)彡 0. 0005 (3)式⑵中的B、N、Ti是用質(zhì)量％表示各元素的含量時的數(shù)值。N :0. 002 0. 010%N是鋼中存在的不可避免的雜質(zhì)。但是，本發(fā)明中通過與Ti形成氮化物，活用其分散并充分地活用晶粒界面釘扎效果，所以控制N的含量是非常重要的。為了發(fā)揮其效果，將N的含量設(shè)為0. 002%以上。另一方面，如果含有過多N，則導(dǎo)致固溶N的增加、與B形成化合物而導(dǎo)致固溶B量的降低。因此，將N的含量的上限設(shè)為0.010%以下。優(yōu)選N含量的范圍為 0. 002 0. 008%o此處，本發(fā)明的鋼中，即使在減少Cr、添加Mo的情況下，由于將Mo限制在極少量，并含有Cu、Ni，因此即使添加B，也可抑制其與Cr、Mo的碳硼化物的析出，在改善強度、韌性方面是適合的。Cu :0. 01 0. 50%Cu具有提高鋼的淬透性，使強度和韌性提高的效果。該效果在含有0. 01%以上、優(yōu)選含有0. 03%以上時顯現(xiàn)。但是，含有超過0. 50%時會招致合金成本的顯著增加。因此，將Cu的含量設(shè)為0. OTO. 50%。含量優(yōu)選為0. 03%以上、特別是0. 05%以上，更優(yōu)選為0. 15%以上。Ni :0. 01 0. 50% Ni具有提高鋼的淬透性，并使強度和韌性提高的效果。該效果在含有0. 01%以上、優(yōu)選含有0. 03%以上時顯現(xiàn)。但是，含有超過0. 50%時會導(dǎo)致超過合金成本。因此，將Ni的含量設(shè)為0. OTO. 50%。含量優(yōu)選為0. 03%以上，特別是0. 05%以上，更優(yōu)選為0. 15%以上。Cr :0. 01 0. 50%Cr具有提高鋼的淬透性，并提高抗回火軟化性，并使強度和韌性提高的效果。該效果在各元素含有0. 01%以上時顯現(xiàn)。但是，含有超過0. 50%時會招致冷拔時超過強度，加工性降低，所以不合適。因此，將Cr的含量設(shè)為0. oro. 50%。優(yōu)選為0. 18^0. 40%。進而，針對Cu、Ni、Cr、Mo，如下限定它們的含有平衡。由Cu、Ni、Cr、Mo含量的公式進行限定在本發(fā)明中，添加Mo時，優(yōu)選使Cu、Ni、Cr、Mo的各含量之間滿足下述那樣的關(guān)系。Cr、Mo干擾回火時析出的滲碳體的球狀化，另外，在如本發(fā)明那樣地含有B的鋼中，容易在晶粒界面形成B的化合物(硼化物)，特別是高強度材的韌性容易降低。因此，與通過含有Cr (即使進一步添加Mo的情況，也將Mo限制在極少量)來實現(xiàn)高強度化相比，通過含有Cu、Ni來實現(xiàn)高強度化更適于本發(fā)明中作為對象的高強度且高韌性的氣囊鋼管。具體而言，針對Cr、Mo、Cu、Ni的含有平衡，滿足下式(I)是非常重要的。Cu+Ni ^ (M)2+0. 3 (I)式⑴的“M”表示“Cr+Mo”，元素符號是指用質(zhì)量％表示各元素的含量時的數(shù)值。予以說明，不含有Mo時“Cr+Mo”中的Mo代入O。以下的元素也可以不含有，但是根據(jù)需要也可以含有。Mo:低于 0.10%本發(fā)明中，原則上不含有Mo，但是根據(jù)需要也可以含有極少量。Mo具有提高鋼的淬透性、并提高抗回火軟化性使強度和韌性提高的效果。該效果在含有微量時即可確認(rèn)，為了得到確實的效果，優(yōu)選含有0. 01%以上。但是，含有0. 10%以上時會招致超過合金成本。另外，如果Mo含量高，則在無縫鋼管的熱制管后進行的空氣冷卻中也存在強度變高的傾向，從而需要在冷拔加工前進行軟化熱處理，導(dǎo)致制造成本的上升。因此，即使添加Mo時，也將Mo的含量設(shè)為低于0. 10%。V :0. 02 0.20%
V具有通過析出強化而提高強度的作用。這些V的作用在含有0. 02%以上時發(fā)揮效果，但如果超過0. 20%則韌性降低。因此，將添加時的V的含量設(shè)為0. 02、. 20%即可。V含量的優(yōu)選范圍為0. 03^0. 10%。接著，針對本發(fā)明所述的無縫鋼管的制造方法及其限定理由進行敘述。(B)材料本發(fā)明中，對作為鋼管材料的鋼錠沒有特別限定。可以是用具有圓柱形的鑄模的連鑄機進行澆鑄而成的鑄件，也可以是澆鑄成矩形后再通過熱鍛而成形為圓柱狀的鑄件。本發(fā)明所述的鋼由于抑制Cr (添加Mo時是Cr和Mo)這種鐵素體穩(wěn)定化元素的添加，并添加了 Cu和Ni這種奧氏體穩(wěn)定化元素，因此在作為圓弧形CC鋼坯而連鑄澆鑄為圓形狀的情況下，可以防止中心裂紋的效果好，可作為圓弧形CC鋼坯而使用。圓弧形CC鋼坯中心部的裂紋多的情況下，對無縫鋼管管坯進行冷加工、特別是在 進行冷拔后，如果實施校正加工，則裂紋擴大，而實施高頻淬火回火，并最終進行縮徑加工時，可能從內(nèi)面產(chǎn)生裂紋。因此，特別是以圓弧形CC鋼坯作為材料的情況下，本發(fā)明的鋼組成適合于氣囊蓄壓器用無縫鋼管。(C)熱制管在本發(fā)明中，以如上述那樣地調(diào)整了化學(xué)組成的(B)所記載的鑄件作為材料，制造鋼管即可，對鋼管的制管方法沒有特別限定。例如，采用曼內(nèi)斯曼-芯棒法。(D)冷加工如上述那樣作為無縫鋼管而制管的鋼管在可以得到規(guī)定的尺寸精度、表面性狀的條件下進行冷加工。冷加工只要可以得到規(guī)定的尺寸精度和表面性狀即可。出于該原因，針對冷加工，對冷拔、冷軋制等具體的方法沒有特別限定。加工度以斷面收縮率(斷面減少率)計優(yōu)選為3%以上，另一方面，如果超過50%，一般而言內(nèi)面發(fā)生顯著的起皺缺陷，所以優(yōu)選低于50%。予以說明，也存在多次實施冷加工而形成最終產(chǎn)品的尺寸的情況，但越薄壁化，即加工度變高時，由于鋼管的強度基于加工固化而上升，導(dǎo)致加工中變得容易產(chǎn)生裂紋，因此在中間需要用于使其軟化的中間熱處理。但是通過采用以(A)限定了化學(xué)成分的鋼，管坯的強度低，所以即使進行冷加工，強度也不會變得過高，可以省略冷加工前的軟化熱處理，是適合的。本發(fā)明所述的鋼即使在冷加工時也可以達(dá)成斷面收縮率為40%以上、優(yōu)選為超過40%的加工度，而無需進行預(yù)熱軟化處理、中間的軟化退火。在本發(fā)明中，斷面收縮率與斷面減少率的含義相同，用下式定義。斷面收縮率(%)= (S0-Sf) X 100/S0其中Stl :冷加工前的鋼管的截面積Sf :冷加工結(jié)束后的鋼管的截面積另外，只要不在中間插入軟化退火而進行，則多次冷加工的總斷面收縮率也可以作為上述斷面收縮率來處理。當(dāng)然，本發(fā)明中并不排除在中間進行軟化退火的冷加工。(E)校正由于本發(fā)明的對象是拉伸強度超過IOOOMPa且具有作為氣囊系統(tǒng)用所需的尺寸精度、表面性狀和低溫韌性的無縫鋼管，因此存在冷拔后的強度高于現(xiàn)有鋼的傾向，可能由于回彈(Springback)等而導(dǎo)致鋼管產(chǎn)生彎曲。如果鋼管有彎曲，則在基于下述的高頻加熱的淬火時，存在鋼管不能筆直地通過高頻線圈的可能性。因此，在優(yōu)選的形態(tài)中，為了進行基于高頻加熱的淬火，在冷加工(例如冷拔)后進行校正加工。對該校正加工的方法沒有特別限定，例如優(yōu)選如下方法設(shè)置4列左右的雙輥型的軋制機，將各列的軋輥間隔的中心位置交替錯開(即偏移)，再對軋輥間隔進行調(diào)整，通過使鋼管通過其中而施加彎曲、拉直(unbend)的加工。由于該彎曲、拉直的加工度越高則校正的效果越好，所以優(yōu)選將偏移量設(shè)為鋼管外徑的1%以上，將軋輥間隔量設(shè)為鋼管外徑的1%以下，另一方面，如果將偏移量設(shè)為鋼管外徑的50%以下，將軋輥間隔量設(shè)為鋼管外徑的5%以上，則不會出現(xiàn)鋼管內(nèi)面發(fā)生起皺缺陷等問題，所以是適合的。(F)熱處理 在上述(E)的校正加工后，通過實施熱處理來確保鋼管所需的拉伸強度，同時提高T方向韌性來確保抗破裂性。為了使鋼管具備拉伸強度IOOOMPa以上的高強度和抗破裂性，進行如下處理在至少加熱至Ac3相變點以上的溫度后快速冷卻，接著，以Acl相變點以下的溫度進行回火?？焖倮鋮s前的加熱溫度低于作為單相奧氏體的Ac3相變點時，無法確保良好的T方向韌性(因此良好的抗破裂性)。另一方面，如果上述加熱溫度過高，則奧氏體晶粒開始快速成長，容易形成粗晶粒，韌性容易變低，所以優(yōu)選設(shè)為1050°C以下。予以說明，快速加熱至奧氏體區(qū)域的Ac3相變點以上的溫度后，進行短時間保持的原因是通過使奧氏體晶粒粒徑細(xì)晶?；瘉泶_保極高的韌性。為了實現(xiàn)這樣的快速且短時間保持的加熱，從生產(chǎn)性的觀點出發(fā)，優(yōu)選采用高頻感應(yīng)加熱方法。另外，此時的加熱速度可以用通向高頻線圈的鋼管的輸送速度等進行調(diào)整，優(yōu)選設(shè)為25°C /秒左右以上。更優(yōu)選設(shè)為50°C /秒以上，進一步優(yōu)選設(shè)為100°C /秒以上。為了穩(wěn)定并確實地得到所期望的IOOOMPa以上的拉伸強度，將至少加熱至Ac3相變點以上的溫度后的冷卻設(shè)為快速冷卻，優(yōu)選進行水淬等快速冷卻處理。具體而言，快速冷卻處理時的800°C飛00°C之間的冷卻速度優(yōu)選為50°C /秒以上，更優(yōu)選為125°C /秒以上。為了賦予所期望的IOOOMPa以上的拉伸強度和抗破裂性，將通過快速冷卻而冷卻至常溫附近的鋼管在Acl相變點以下的溫度下進行回火。如果回火的溫度超過Acl相變點，則難以穩(wěn)定并確實地得到上述特性?；鼗鸷笠部梢园凑?E)所述那樣的方法，用適合的矯直機等校正彎曲。即使使用了(A)所記載的鋼組成的管坯，如果淬火階段的加熱速度、冷卻速度不充分，也存在不能穩(wěn)定地確保作為本發(fā)明目的的強度、韌性。將通過這樣操作而回火的無縫鋼管，按照已經(jīng)記載的那樣，切斷為規(guī)定長度制成短管后，通過沖壓加工、拉深加工等對至少一端進行縮徑加工，最終加工成安裝發(fā)起端等所需的形狀，從而作為氣囊蓄壓器使用。實施例(實施例I)本實施例是為了針對模擬無縫鋼管的制造條件而制造的材料，對鋼組成和低溫韌性之間的關(guān)系進行調(diào)查而進行的。如表I所示的6個鋼種的化學(xué)組成的鋼以真空熔化進行熔煉，在熱軋后實施冷軋而制成5mm厚的板材(加工度為40%)。其后，通過高頻加熱以300°C /秒的平均升溫速度加熱至920°C，在920°C下保持5秒后，以水冷進行淬火處理，接著，實施回火。從實施了該熱處理的板材上，沿軋制方向垂直地提取JISZ2201的14A號拉伸試驗片(平行部徑4mm、平行部長20mm)，基于JIS Z2241進行拉伸試驗。另外，同樣地沿軋制方向垂直地采取2. 5_寬的、小尺寸的V形缺口夏氏試驗片，基于JIS Z2242進行夏氏沖擊試驗。[表I]權(quán)利要求
1.一種氣囊用無縫鋼管，其特征在于，具有以下鋼組成以質(zhì)量％計含有 C :0. 05、. 20%、 Si :0. 10 0. 50%、 Mn :0. l(Tl. 00%、P 0. 025% 以下、S :0. 005% 以下、 Al :0. 005 0. 10%、Ca :0.0005^0. 0050%、Nb :0.005^0. 050%、Ti :0.005^0. 050%、Cu :0. OTO. 50%、Ni :0. OTO. 50%、Cr :0. OTO. 50%、B :0. 0005^0. 0050%、 N :0. 002 0. 010%、 剩余部分為Fe和不可避免的雜質(zhì)， 并滿足下述式(I)， Cu+Ni ^ (M) 2+0. 3(I) 予以說明，式(I)的“M”表示Cr，元素符號是指用質(zhì)量％表示這些元素的含量時的數(shù)值； 所述氣囊用無縫鋼管的拉伸強度為IOOOMPa以上，具有vTrslOO為-80°C以下的高韌性。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣囊用鋼管，其特征在于，所述Ti含量以質(zhì)量％計為超過0. 020% 且 0. 050% 以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的氣囊用鋼管，其特征在于，其具有以質(zhì)量％計進一步含有Mo :低于0. 10%、且滿足下式(I)的鋼組成， Cu+Ni ^ (M) 2+0. 3(I) 予以說明，式(I)的“M”表示(Cr+Mo)，元素符號是指用質(zhì)量％表示這些元素的含量時的數(shù)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的氣囊用鋼管，其特征在于，其具有以質(zhì)量％計進一步含有V :0. 02 0. 20%的鋼組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣囊用鋼管，其特征在于，其具有以質(zhì)量％計進一步含有V:0. 02 0. 20%的鋼組成。
6.一種氣囊用無縫鋼管的制造方法，其特征在于，對無縫鋼管管坯實施I次冷加工的加工度為40%以上的冷加工，將其制成規(guī)定尺寸的鋼管，進行校正后，通過高頻加熱而加熱至Ac3相變點以上并快速冷卻而進行淬火，接著加熱至Acl相變點以下的溫度而進行回火，所述無縫鋼管管坯是使用具有權(quán)利要求f 5中任一項所述的鋼組成的鋼坯通過熱制管而制造的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種低合金成本且強度為1000MPa以上、vTrs100為-80℃以下的氣囊用鋼管及其制造方法，所述制造方法可盡可能地減少冷拔工序中的軟化退火處理的次數(shù)。即使通過量產(chǎn)規(guī)模的基于高頻加熱的淬火熱處理也可得到穩(wěn)定的特性。作為其鋼組成，以質(zhì)量%計包含C0.05~0.20%、Si0.10~0.50%、Mn0.10~1.00%、P0.025%以下、S0.005%以下、Al0.005~0.10%、Ca0.0005~0.0050%、Nb0.005~0.050%、Ti0.005~0.050%、Cu0.01~0.50%、Ni0.01~0.50%、Cr0.01~0.50%、B0.0005~0.0050%、N0.002~0.010%，剩余部分為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
文檔編號C21D9/08GK102741438SQ20108004915
公開日2012年10月17日 申請日期2010年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月3日
發(fā)明者川本卓磨, 荒井勇次, 高野孝司 申請人:住友金屬工業(yè)株式會社