一种低碳合金钢管及其制造方法，特别用于存储气体的气体发生器压力容器，其中所述钢管主要由下列按照重量比构成：大约０．０６％～大约０．１８％的碳；大约０．３％～大约１．５％的锰；大约０．０５％～大约０．５％的硅；最高达到大约０．０１５％的硫；最高达到大约０．０２５％的磷；以及下列元素的至少一种：最高达到大约０．３０％的钒，最高达到大约０．１０％的铝，最高达到大约０．０６％的铌，最高达到大约１％的铬，最高达到大约０．７０的钼，最高达到大约０．３５％的铜，最高达到大约０．１５％的残余元素，以及剩余的铁和痕量的杂质。在大约每秒１００℃的高加热速度之后；在水基淬火溶液中以大约每秒１００℃的冷却速度对所述钢管形材料进行快速并完全的淬火。所述钢具有至少大约１４５ｋｓｉ并高达２２０ｋｓｉ的抗张强度，并在低至－１００℃的温度下表现出延展行为。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本PCT申请要求2006年4月3日提交的美国非临时申请No. 11/395,322 的优先权。
技术介绍
1. 专利
本专利技术涉及在低温下具有超高强度和优良韧性的低碳合金钢管，还涉及 制造这种钢管的方法。所述钢管特别是用于制备汽车约束系统的容器组件， 其一个例子是汽车安全气囊的气体发生器。另外，开发并测试了可替换的低碳钢组合物、低合金类型和不同的热处 理工艺以降低制造成本。2. 现有技术的简要描述日本专利公开No. 10-140249 和日本专利公 开No. 10-140283 概括地描述了被认为可以用于 汽车安全气囊的气体发生器的钢化学。这些文件提到最终的条件是没有热 处理、消除应力和标准化或淬火和回火。这些出版物没有提到仅仅淬火作 为热处理步骤的可能性。在这些权利要求中没有提到机械性能。在所有实 施例中仅实施例#21是淬火和回火的钢，但所报告的UTS仅为686MPa(99ksi)。即使在实施例#26中所提供的最高机械性能也是相对低的，其中 UTS的最大值为863MPa (125ksi)。因此，这些出版物涉及相对低的等级(期望的目标是590MPa (86ksi))。另外，这些出版物显示了在-4(TC下使 用落锤(DW)型压扁试验得到的低温下的延展性。目前被接受用于证明低 温下延展性的测试是破裂试验，其在显示脆性方面更有效。相信在这些文 件中所显示的大部分实施例都是在经过DW试验后被称作有延展性的，而 事实上在破裂试验中不会表现出低温下的延展行为，由于不符合政府的规9章(例如USDOT)而不具有用于某些安全气囊气体发生器应用的资格。日本专利公开No. 2001-49343 被认为解决了 仅用于制备电阻焊接管的钢(ERW工艺)。权利要求限定了ERW工艺的各 种方面以及可选择热处理进行标准化或淬火和回火，可选择的后续冷拉， 可选择的后续热处理(标准化或淬火和回火)。该文件解决了仅两种不同的， 非常常见的钢化学， 一个是低碳钢，另一个提到了各种合金元素的共同限 制。该文件没有暗示仅仅淬火热处理的可能性。提供了多个实施例对材料 进行淬火和回火，但所得到的机械性能相对低。在淬火和回火试验#18中所 得到的最大结果是852MPa (123ksi)。相信在JP 10-140249、 JP 10-140283和JP 2001-49343中均由Sumitomo 提出的钢"化学"以及后面在Kondo等人在US6878219 B2或公开为US 2005/0039826 Al的连续申请中所鉴定的钢化学，事实上限定了具有这些宽 范围的钢，以包括在1990年之前已经在美国制造和销售的SAE 1010通用 钢。正如在所提到的申请中所描述的，申请人知道使用现代技术制造SAE 1010钢等级通常保证P量低于0.025， S量低于0.01 。其他描述在用于安全气囊应用的钢现有技术状态的文件包括Erike， US 6386583 B2和其所公开的继续申请包括US 2004/0074570 Al和US 2005/0061404 Al。这些文件没有暗示任何本文所教导的从极快速感应奥氏 体化和后续超快水淬火得到的优点，更没有暗示仅使用快速淬火并在其之 后不使用回火步骤。另外，JP 10-140283公开了与US 6878219 B2重叠的化 学，只是P的最大值稍微低(0.02)， S的最大值稍高(0.02)。而专利公开 US20020033591 Al粗略地暗示了仅淬火而不回火的可能性，但权利要求6 和7没有提到淬火以便达到所称机械性能的必要性，而是这些权利要求需要至少两次热处理。汽车乘客约束系统的安全气囊气体发生器需要满足严格的结构和功能标准。因此，需要对制造工艺施加严格的程序和限度。而本领域的经历显 示该工业已经成功地满足了过去结构和功能标准，改进的和/或新型的性能 对于满足进展的需求是必要的，而同时，制造成本的连续降低也是重要的。 安全气囊以及补充的约束系统是许多目前汽车的重要安全特征。在过10去，安全气囊系统是采用爆发性化学制品的类型，但它们昂贵，并且由于 环境和再生问题，在最近几年，已经开始出了新型的气体发生器，其使用 由充满氩气等的钢管制成的压縮空气筒，并且这种类型已经被越来越多地 使用。上述压縮空气筒是在正常情况下将气体等维持在高压下的容器，在汽车 碰撞的情况下，所述气体等以单级爆发或多级爆发被吹入到安全气囊中。 因此，被用作这类压縮空气筒的钢管被用于在非常短的时间内接受高应变 率的应力。因此，与诸如普通压力缸的简单结构相比，上述钢管需要具有 出众的空间精度，非常好的可使用性和可焊性，上述所有这些必须具有高 强度、韧性和对爆发的优良抗性。空间精度对于确保将吹入到安全气囊的 非常精确的体积而言也是重要的。在用于制造压縮空气筒的管件中冷成形性能是非常重要的，因为它们是 在制造管之后形成最终形状的。需要通过冷成形获得依赖于容器结构的不 同形状。不在冷成形之后裂缝和表面缺陷对于获得压力容器是至关重要的。 而且，在冷成形之后即使低温下仍具有非常好韧性也是至关重要的。这里所公开的钢具有非常好的可焊性，并且对于安全气囊压縮空气筒应用不需要在焊接之前进行预热或者焊接后热处理。由公式碳当量(Ceq) =%C+%Mn/6+ (°/。Cr+%Mo+%V ) /5+ ( %Ni+%Cu ) /15所限定的碳当量(Ceq ) 需要低于大约0.63%，以便获得所需要的可焊性。如果Ceq减少，则可焊 性会提高。在本专利技术的优选实施方式中，上面所限定的碳当量需要低于大 约0.60%，优选低于大约0.56%，最优选低于大约0.52%，或者甚至低于大 约0.48%，以达到更好的保证可焊性。为了生产气体容器，将根据本专利技术制成的冷拔管切成一定长度，并使用 不同的已知技术(例如巻边、型锻等)进行冷成形以得到期望的形状。可 替换的，能够使用焊接管。接着，为了生产压縮空气筒，通过任何适当的 技术例如摩擦焊接、气体钨电弧焊接或者激光焊接将顶帽和扩散体焊接到 该容器的每端。这些焊接是非常重要的，并且同样需要大量的劳力，在某 些情况中需要测试以确保在整个压力容器和安全气囊展开中焊接的完整 性。已经观察到这些焊接会产生裂缝或不合格，因此存在危害压縮空气筒完整性并可能危害安全气囊操作的风险。对气体发生器进行测试以确保它们在安全气囊展开的过程中保持它们 的结构完整性。这些测试之一是所谓的破裂试验。这是一种破坏性测试， 其中将筒被施加比在正常操作应用过程即安全气囊展开中所预计压力显著 高的压力。在该测试中，气体发生器被提高内部压力直到发生破裂。在回顾破裂试验结果和研究这些测试的测试容器样品时，发现通过不同 的选择性方式发生断裂形变断裂、脆性断裂以及某些情况是这两种模式 的组合。在形变断裂中观察到出现翻开的破裂，例如敞开的鼓包(例如表 现为裂开的泡)。破裂面向管的外表面倾斜大约45。，并且位于主题范围内。 另一方面，在脆性断裂中，沿着气体发生器的长度表现出了不引人瞩目的 纵向裂痕，这是材料中易碎区的预示。在这种情况中，破裂面与管的外表 面正交。在扫描电子显微镜进行观察时，这两种模式的断裂具有不同的表 面-波纹是形变断裂的特征，而分裂则是脆性的预示。有时，可以观察到这两种断裂的组合，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低碳合金钢管，其实质上由下列按照重量比构成：大约０．０６％～大约０．１８％的碳；大约０．５％～大约１．５％的锰；大约０．１％～大约０．５％的硅；最高达到大约０．０１５％的硫；最高达到大约０．０２５％的磷；最高达到大约０．５０％的镍；大约０．１％～大约１．０％的铬；大约０．１％～大约１．０％的钼；大约０．０１％～大约０．１０％的钒；大约０．０１％～大约０．１０％的钛；大约０．０５％～大约０．３５％的铜；大约０．０１０％～大约０．０５０％的铝；最高达到０．０５％的铌；最高达到０．１５％的残余元素；其余为铁和痕量的杂质，其中所述钢管具有至少大约１４５ｋｓｉ的抗张强度，并且具有低于－６０℃的延性－脆性转变温度。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：埃德加多奥斯卡洛佩斯，爱德华多阿尔特舒勒，
申请(专利权)人：特纳瑞斯连接股份公司，
类型：发明
国别省市：LI[列支敦士登]
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