TWI381057B

TWI381057B - Steel material suitable for preparing airbag device for airbag and its application

Info

Publication number: TWI381057B
Application number: TW98109137A
Authority: TW
Original assignee: China Steel Corp
Priority date: 2009-03-20
Filing date: 2009-03-20
Publication date: 2013-01-01
Also published as: TW201035331A

Description

適用於製備安全氣囊蓄氣裝置元件的鋼材及其應用

本發明是有關於一種鋼材，特別是指一種適用於製備安全氣囊蓄氣裝置元件的鋼材。

起初汽車用的安全氣囊設備是利用***性藥品於必要時***來展開的，後來隨著安全氣囊設備的普及與環保再生利用的考量，發展出使用高壓充填氣體來展開安全氣囊，原則上，每一個安全氣囊設備會有一蓄氣裝置，其係用以儲存使安全氣囊展開用的高壓氣體，因此蓄氣裝置必須要能長期承受高壓及噴出氣體時所產生的應力。

基於蓄氣裝置的特殊要求，用於製作蓄氣裝置相關元件的鋼材必須具有一定程度的抗拉強度、伸長率及降伏強度等機械性質，也因此該鋼材中的各組份的含量都需落在適當的範圍內，其中，氧含量是影響鋼材的清淨度的因素之一，因此，本案申請人因應下游廠商要求，投入相當的成本研發具有高清淨度的鋼材，而其所販售的高清淨鋼系列產品1010MSK即是其中之一。

高清淨鋼系列產品1010MSK係包含以下成份：0.080~0.120wt%的碳、0.95~1.15wt%的錳、0.15~0.30wt%的矽、0.050~0.070wt%的釩、小於0.030wt%的鉬、小於0.015wt%的磷、小於0.015wt%的硫、小於0.010wt%的鋁、小於0.007wt%的氮、小於0.003wt%的氧，其係藉由將高爐鐵水與特定量的高碳錳鐵(其中Mn佔74.6wt%；C佔7.39wt%)及散裝矽鐵(其中Si佔75.5wt%；Al佔1.3wt%)混合而得的，該產品雖能符合美國之鋼材標準且成功地用於製造美規安全氣囊蓄氣裝置之點火器承座，但是其成份規範卻無法符合歐洲之鋼材標準，且其機械性質仍有改善的空間。因此，為了因應下游廠商製造產品時需符合歐洲對安全氣囊蓄氣裝置用鋼材的品質要求，仍有需要發展一種符合歐規之鋼材標準且具有良好機械性質的安全氣囊蓄氣裝置用鋼材，特別是用於製作安全氣囊蓄氣裝置之點火器承座。

因此，本發明之第一目的，即在提供一種符合歐規之鋼材標準及具有良好機械性質的鋼材。

於是，本發明鋼材適用於製備安全氣囊蓄氣裝置元件，以其總重量為100wt%計，該鋼材包含以下成份：0.070~0.110wt%的碳、1.45~1.65wt%的錳、0.40~0.75wt%的矽、0.050~0.070wt%的釩、0.10~0.25wt%的鉻、0.05~0.25wt%的鉬、小於0.015wt%的磷、小於0.015wt%的硫、小於0.010wt%的鋁、小於0.007wt%的氮、小於0.003wt%的氧，以及平衡量的鐵及不顯著之雜質。

本發明之第二目的，即在提供一種安全氣囊蓄氣裝置之點火器承座，其係由上述之鋼材所構成的。

本發明功效在於：本發明藉由調控鋼材中特定成份的含量比例，使得在鋼材中的錳和矽含量能達到歐規之鋼材標準的情況下，鋼材的機械性質又得以提昇且其中的肥粒鐵晶粒度大於等於6號，符合下游廠商的需求，故確實能達成本發明之功效。

本案發明人為了使產品能滿足歐規之鋼材的成分規範，並同時兼顧機械性質的提昇，發明人藉由增加鋼材中的錳含量及矽含量，以及添加原先高清淨鋼系列產品1010MSK所沒有的鉻，進而製得一符合歐規之鋼材標準且具有良好機械性質的鋼材。

本發明鋼材適用於製備安全氣囊蓄氣裝置元件，以其總重量為100wt%計，該鋼材包含以下成份：該鋼材包含以下成份：0.070~0.110wt%的碳、1.45~1.65wt%的錳、0.40~0.75wt%的矽、0.050~0.070wt%的釩、0.10~0.25wt%的鉻、0.05~0.25wt%的鉬、小於0.015wt%的磷、小於0.015wt%的硫、小於0.010wt%的鋁、小於0.007wt%的氮、小於0.003wt%的氧，以及平衡量的鐵及不顯著之雜質。

較佳地，肥粒鐵晶粒度大於等於6號，更佳地，肥粒鐵晶粒度大於等於7號。

上述提及的各個成份分別具有不同的作用，於本發明中，除了碳、錳、矽、釩、鉬、鋁及氮為主要成份之外，其餘成份可依據實際需要進行挑選，而磷、硫及氧則是必然存在的不純物。以下將分別說明各種成份及其含量對於本發明之鋼材的影響，其中所提及的重量百分比皆是以鋼材總重量為100wt%計：

碳為鋼材中重要的強化元素，且於本發明中，碳是決定奈米析出物的重要元素。當碳含量太低時，析出物的量過少，當碳含量太高時，則析出物的量過多，使得鋼材強度太強，也可能會使鋼材的硬化能提高而容易產生變韌鐵或麻田散鐵，而使得該鋼材的伸長率降低。本發明鋼材符合一般低碳鋼的標準，亦即鋼材中的碳含量小於0.120wt%，於本發明中，碳含量為0.070~0.110wt%，以提供鋼料加工時能具有良好之冷打性及車削性。

錳為鋼材中重要的固溶強化元素，且於本發明中，錳是用來提高鋼材強度，但當錳含量太高時，會使鋼材的成型性不佳，因此，一般低碳鋼中的錳之含量規格值為0.30~0.60wt%，例如申請人所販售的1010MSK，然，本發明鋼材藉由退火處理將錳含量提昇至1.25~1.70wt%，卻不會有上述問題產生，錳含量的提高還可以產生強韌性較佳之細波來鐵及變韌鐵組織。

矽為鋼材中的固溶強化元素，且於本發明中，矽可延遲雪明碳鐵的析出，使得過飽和的碳得以產生大量奈米級的析出物。本發明鋼材將矽含量提昇至0.40~0.75wt%，藉此提高鋼材的強度及焊接性，且對鋼的塑性、冷打性及衝擊軔性無顯著不良影響，過量的矽會降低鋼的塑性和衝擊韌性。此外，矽的作用還包括在煉鋼時進行脫氧。

釩為常用的析出強化元素，當添加適量釩時，還有細化晶粒的功能，但是當釩含量太高時，也容易讓析出物粗化，因此，其含量需控制在0.02~0.2wt%，於本發明中，釩含量為0.050~0.070wt%。

鉬的添加是為了加速發揮固溶強化作用，一般只需要微量即可，於本發明中，其含量為0.05~0.25wt%。

氮為固溶強化元素，本案主要藉由氮化釩(VN)的生成，並運用氮化釩之高溫穩定性，於熱軋加熱爐內阻止沃斯田鐵晶粒的過度成長。

磷為鋼材中的不純物，容易偏析至晶界，造成晶界脆化，當磷含量過高時，鋼材在低溫時的韌性會降低且容易產生脆性問題，稱為冷脆現象，而高溫時的塑性也會變差，因此，需將磷含量控制在0.02wt%以下，於本發明中，磷含量小於0.015wt%。

硫亦為鋼材中的不純物，在高溫時可能會產生硫化錳或硫化鐵，而硫化錳受軋延後會呈長條狀並成為破壞起始源，硫化鐵則是會造成熱脆現象，故為了確保高溫焊接性與避免清淨度及衝擊韌性變差，硫含量需控制0.02wt%以下，因此，於本發明中，硫含量小於0.015wt%。

另，需特別說明的是，一般安全氣囊蓄氣裝置用的鋼材甚少有低氧(O₂ )含量，但本發明鋼材藉由在製程中控制其吹氧量，進而使鋼液中的氧含量降低，提升鋼料清淨度，使其氧含量低於0.0030wt%。

在製備本發明鋼材時，首先，將高爐鐵水置於一盛鋼桶精煉爐(Ladle Furnace；簡稱LF)內進行精煉處理。之後，添加低碳錳鐵、低鋁矽鐵與氧化鉬，並將吹氧量控制在30ppm內，以得到一混合鋼液。

較佳地，該低碳錳鐵中的碳含量為0.49wt%及錳含量為78.1wt%。

較佳地，該低鋁矽鐵中的鋁含量為0.08wt%及矽含量為73.3wt%。

接著，將製得的混合鋼液進行脫氣處理，以中鋼之A4製程進行，並透過鋼液分配器(T/D)及模內電磁攪拌器(M-EMS)進行連鑄處理，以取得一鋼胚。最後，本發明鋼胚再經軋鋼製程，進而形成本發明鋼材，只是本案軋鋼過程中所設定的溫度比一般常用的溫度低，例如出爐溫度由1075℃降至1040℃；完軋溫度由980℃降至950℃；盤捲溫度由850℃降至820℃。

本發明鋼材進一步藉由現有製備的方式被製成安全氣囊蓄氣裝置之點火器承座。

實施例

本發明將就以下實施例來作進一步說明，但應瞭解的是，該等實施例僅為例示說明之用，而不應被解釋為本發明實施之限制。

＜實施例1＞

本實施例是先將150噸的高爐鐵水置於一盛鋼桶精煉爐內，並利用扒渣機處理前扒渣15分鐘，再添加900公斤的酸性渣(其中CaO佔45wt%；SiO₂ 佔55wt%)、273公斤的低碳錳鐵(其中Mn佔78.1wt%；C佔0.49wt%)、300公斤的低鋁矽鐵(其中Si佔73.3wt%；Al佔0.08wt%)、169公斤的氧化鉬(純度為90.6%)與89公斤的釩鐵，並將吹氧量控制在30ppm內，以得到一混合鋼液。

接著，將製得的混合鋼液進行脫氣處理，其係利用電極加熱升溫以調整精煉爐中的成份比例，再以A4製程進行，並透過鋼液分配器及模內電磁攪拌器進行連鑄處理，以取得一鋼胚。

最後，將鋼胚置於一熱軋加熱爐中進行軋延，其中，出爐溫度設定為1040℃；完軋溫度設定為950℃；盤捲溫度設定為820℃，以得到本發明鋼材，並經分光儀測得該鋼材中含有0.070~0.110wt%的碳、1.45~1.65wt%的錳、0.40~0.75wt%的矽、0.050~0.070wt%的釩、0.10~0.25wt%的鉻、0.05~0.25wt%的鉬、小於0.015wt%的磷、小於0.015wt%的硫、小於0.010wt%的鋁、小於0.007wt%的氮及小於0.003wt%的氧。

＜性質測試＞

發明人分別取上述實施例1製得的鋼材及申請人(中鋼)自製的型號為1010 MSK的鋼材(以下以比較例1表示之)進行下面各項性質的測試。

抗拉強度(tensile strength)

本案依據標準方法CNS 2112,G2014對上述實施例及比較例1進行測試，單位為N/mm² ，測試結果為實施例1之鋼材的抗拉強度為530N/mm² ；比較例1之鋼材的抗拉強度為440N/mm² ，由此可知，實施例1之鋼材的抗拉強度確實有增強。

伸長率(elongation)

本案依據標準方法CNS 2112,G2014對上述實施例及比較例進行測試，測試結果為實施例1之鋼材的伸長率為39%；比較例1之鋼材的伸長率為38%，雖然伸長率稍有下降，但是仍是高於業界所期望的20%。

降伏強度(yield strength)

本案依據標準方法CNS 2112,G2014對上述實施例及比較例進行測試，單位為N/mm² ，測試結果為實施例1之鋼材的降伏強度為360N/mm² ；比較例1之鋼材的降伏強度為290N/mm² ，由此可知，實施例1之鋼材的降伏強度確實有增強。

高清淨度

本案依據American Society for Testing and Materials(美國材料試驗協會，以下簡稱ASTM)所制定的標準方法E45 method A對以上述實施例1之方式製得的鋼材進行試驗，該鋼材符合硫化物≦(T:2.0/H:1.0)、鋁化物≦(T:2.0/H:1.0)、矽化物≦(T:1.0/H:1.0)及氧化物≦(T:1.0/H:1.0)之標準的鋼材佔總量的92.44%。

低含氧量

本案發明人依據標準方法ASTM E1019方法測量以上述實施例1之方式製得的鋼材的含氧量，所有鋼材皆符合氧含量低於0.0030wt%。

肥粒鐵晶粒度

本案發明人觀察以上述實施例1之方式製得的鋼材的金相圖，並參照標準方法ASTM E112得知所有鋼材的肥粒鐵晶粒度不只是大於等於6號，還皆大於等於7號。

表面品質

本案發明人以裂縫深度(SEAM深度)小於等於0.03 mm為基準進行表面品質的篩選，從17072噸之以上述實施例1之方式製得的鋼材中剔退0.782噸的鋼材，因此，剔退率為0.05%。

綜上所述，本發明鋼材在符合歐規之鋼材成份規範下，亦即錳含量和矽含量相較於1010MSK都有提昇，雖然實施例1之鋼材的伸長率稍有下降，但是其抗拉強度及降伏強度都是增強的，也有達到高清淨度的標準，且含氧量都低於0.0030 wt%，肥粒鐵晶粒度皆大於等於7號，再者，17072噸的鋼材中的表面品質之剔退率也僅有0.05%，因此，本發明鋼材的確能符合歐規之鋼材標準又有良好的機械性質，故確實能達到本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims

一種鋼材，適用於製備安全氣囊蓄氣裝置元件，以其總重量為100 wt%計，該鋼材包含以下成份：0.070~0.110 wt%的碳、大於1.50~1.65 wt%的錳、大於0.50~0.75 wt%的矽、0.050~0.070 wt%的釩、0.10~0.25 wt%的鉻、0.05~0.25 wt%的鉬、小於0.015 wt%的磷、小於0.015 wt%的硫、小於0.010 wt%的鋁、小於0.007 wt%的氮、小於0.003 wt%的氧，以及平衡量的鐵及不顯著之雜質，且該鋼材的肥粒鐵晶粒度大於等於6號。
依據申請專利範圍第1項所述之鋼材，其中，肥粒鐵晶粒度大於等於7號。
一種安全氣囊蓄氣裝置之點火器承座，其係由申請專利範圍第1項所述之鋼材所構成的。