空調(diào)器用雙層卷焊鋼管對(duì)比分析

程振邦，李　路，林　華，張　剛

空調(diào)器用雙層卷焊鋼管對(duì)比分析

程振邦，李路，林華，張剛

（皖西學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院，安徽六安237012）

隨著國際銅價(jià)的攀升，各空調(diào)企業(yè)亟待尋求一種價(jià)格低廉、質(zhì)量可靠的銅管替代品。雙層卷焊鋼管是可替代銅管的材料之一。采用微機(jī)控制萬能電子試驗(yàn)機(jī)、移動(dòng)式光譜儀和光學(xué)顯微鏡對(duì)不同廠家所生產(chǎn)的空調(diào)器用雙層卷焊鋼管的力學(xué)性能、成分、組織進(jìn)行對(duì)比分析，指出了其需要改進(jìn)的方向。

空調(diào)器；雙層卷焊鋼管；力學(xué)性能；成分與組織

DOI：10.13420/j.cnki.jczu.2015.06.015

空調(diào)制冷管路材料的質(zhì)量和性能對(duì)保證制冷產(chǎn)品的制冷效果、壽命和成本具有極其重要的影響［1］。雙層卷焊鋼管（DWBT）以其具有良好的抗振動(dòng)疲勞性能、耐壓負(fù)荷性、清潔的內(nèi)表面等，使其取代空調(diào)制冷銅管成為可能?？照{(diào)制冷行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定銅管的延伸率應(yīng)大于40%，即銅管應(yīng)具有優(yōu)良的加工工藝性，如彎曲、脹管、擴(kuò)口過程中的可塑成型性［2］。因此，若想替代銅管，DWBT的力學(xué)性能須與銅管相當(dāng)。

為此，本文對(duì)比了國內(nèi)不同廠家所生產(chǎn)的空調(diào)器用DWBT的力學(xué)性能，并從成分、組織角度進(jìn)行初步分析，指出了需要改進(jìn)的方向，以期為DWBT規(guī)?；瘧?yīng)用提供技術(shù)支撐。

1　實(shí)驗(yàn)材料與方法

實(shí)驗(yàn)材料為A廠和B廠所生產(chǎn)的空調(diào)器用DWBT，分別命名為DWBT（A）、DWBT（B）。兩廠DWBT的生產(chǎn)工藝基本一致。實(shí)驗(yàn)所用的DWBT均為釬焊態(tài)，規(guī)格均為Φ9.52×0.7mm。

圖1　DWBT拉伸試樣的形狀

拉伸試樣按照GB/T228-2002國標(biāo)規(guī)定采用管段試樣（圖1）。將試樣分別放在CMT5305微機(jī)控制萬能電子試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行單向靜態(tài)拉伸試驗(yàn)，試樣標(biāo)距為50mm，拉伸速率為6mm/min。拉伸性能測(cè)試內(nèi)容：DWBT的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和斷后延伸率。

采用移動(dòng)式光譜儀PMI-MASTER PRO分析鋼管基體的化學(xué)成分。沿DWBT橫截面截取金相試樣，經(jīng)磨拋和4%硝酸酒精溶液腐蝕后，采用Nikon LV150正置式金相顯微鏡（OM）觀察其金相組織。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1力學(xué)性能

表1為兩廠DWBT與空調(diào)銅管（軟態(tài)）力學(xué)性能的對(duì)比結(jié)果。Rp0.2、Rm、A50分別為屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和斷后延伸率。其中，空調(diào)銅管的力學(xué)性能引自GB/T17791-2007。

表1　DWBT與空調(diào)銅管的力學(xué)性能

顯然，DWBT（A）的綜合力學(xué)性能要優(yōu)于DWBT（B）。但相較于銅管，DWBT（A）與DWBT（B）的屈服強(qiáng)度均明顯偏高，須進(jìn)一步改善。

2.2成分分析

表2是DWBT基體的主要化學(xué)成分。顯然，DWBT基體均為超低碳鋼。但DWBT（A）的C含量高于DWBT（B）近一個(gè)數(shù)量級(jí)，Mn含量也高于DWBT（B），而DWBT（B）的Ti含量則高于DWBT（A）一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，其他成分無異。

C、Mn可溶于鐵素體中，提高鋼的強(qiáng)度。據(jù)此推測(cè)DWBT（A）中合金元素對(duì)鋼的強(qiáng)化作用主要為固溶強(qiáng)化。而DWBT（B）中合金元素以Ti為主，Ti是極活潑的金屬元素，在鋼中通常以第二相的形式存在。其在鋼中的作用主要有以下三點(diǎn)：第一，釘軋晶界和位錯(cuò)，從而有效地阻止奧氏體的再結(jié)晶；第二，高溫下形成穩(wěn)定的彌散分布的TiN或Ti（C，N），抑制高溫下晶粒的長(zhǎng)大；第三，通過形成彌散細(xì)小的碳化物和氮化物，產(chǎn)生較強(qiáng)的沉淀強(qiáng)化作用［3-4］。據(jù)此推測(cè)DWBT（B）中合金元素對(duì)鋼的強(qiáng)化作用主要為第二相強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化。

表2　 DWBT基體的主要化學(xué)成分（wt%）

2.3組織分析

圖2DWBT壁的金相組織（a）、（b）—DWBT（A）；（c）、（d）—DWBT（B）

圖2為DWBT管壁的金相組織，其中圖2（b）、（d）為釬焊接頭處的金相組織。結(jié)合成分與生產(chǎn)工藝，可判斷DWBT基體為鐵素體。DWBT釬焊接頭一般可分為上、下擴(kuò)散區(qū)、界面區(qū)和中心區(qū)［4］。DWBT擴(kuò)散區(qū)為釬料銅向基體鐵素體穿晶和沿晶形成的固溶體組織，界面區(qū)和中心區(qū)是鐵向液態(tài)釬料銅中溶解并快速擴(kuò)散至整個(gè)厚度形成的固溶體組織［5］。固溶體組織具有良好的強(qiáng)度和塑性，為DWBT優(yōu)良的性能提供了組織基礎(chǔ)。

圖3DWBT的鍍層質(zhì)量（a）、（b）—DWBT（A）；（c）、（d）—DWBT（B）

圖3為DWBT的鍍層質(zhì)量。由圖可得，DWBT的鍍層與基體完全連接，鍍層均勻。但DWBT（A）鍍層缺陷明顯多于DWBT（B）。圖3（a）表明層間鍍層不連續(xù)。圖3（b）為DWBT（A）管壁內(nèi)邊緣金相組織圖，從圖中可以看出其內(nèi)鍍層有裂紋出現(xiàn)。鍍層的不連續(xù)、裂紋的出現(xiàn)會(huì)降低DWBT的防腐性能，須進(jìn)一步改善。

圖2、圖3表明，DWBT（A）與DWBT（B）的晶粒大小均不均勻，但DWBT（A）晶粒明顯比DWBT（B）要細(xì)小。DWBT鍍層與基體連接過渡處的晶粒均相對(duì)較小，鐵素體晶粒的細(xì)化現(xiàn)象非常明顯。據(jù)推測(cè)，這可能是DWBT在成型過程中表面變形導(dǎo)致其在后續(xù)的高溫釬焊時(shí)因釬焊時(shí)間較短所致。

鋼的塑性變形的微觀表現(xiàn)主要是位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的難易直接影響鋼的強(qiáng)度和塑性。影響位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的主要因素包括固溶和間隙原子、晶界、第二相等。欲降低鋼的強(qiáng)度，提高其塑性，需減弱它們對(duì)位錯(cuò)的阻礙作用。因此建議從微觀角度，對(duì)DWBT（A）與DWBT（B）鐵素體中的固溶原子、可能出現(xiàn)的微量的碳化物以及晶粒大小和因成形變形過程中的位錯(cuò)等方面進(jìn)行分析，以降低DWBT的屈服強(qiáng)度、增加其塑性。

3　結(jié)論和建議

通過對(duì)兩廠DWBT的力學(xué)性能、成分、顯微組織進(jìn)行對(duì)比分析后，得出如下結(jié)論與建議：

（1）DWBT（A）的綜合力學(xué)性能要優(yōu)于DWBT（B）。但兩廠所生產(chǎn)管材的屈服強(qiáng)度均偏高，須進(jìn)一步改善。建議從微觀角度，對(duì)DWBT（A）與DWBT（B）鐵素體中的固溶原子、可能出現(xiàn)的微量的碳化物以及晶粒大小和因成形變形過程中的位錯(cuò)等方面進(jìn)行分析，以降低DWBT的屈服強(qiáng)度、增加其塑性。

（2）兩廠DWBT的鍍層與基體完全連接，鍍層均勻。但DWBT（A）的鍍層存在不連續(xù)、裂紋等缺陷，降低了其耐蝕性，須進(jìn)一步改善。

［1］趙越，左鐵軍，王昕，等.“銅鋁銅空調(diào)連接管”的開發(fā)與應(yīng)用［J］.制冷與空調(diào)，2008，8（S1）：106-111.

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［5］張啟運(yùn)，莊鴻壽.釬焊手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.

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［責(zé)任編輯：佳傳友］

TG142

A

1674-1102（2015）06-0045-02

2015-08-17

皖西學(xué)院校級(jí)自然科學(xué)研究項(xiàng)目（WXZQ1406，WXZQ1408）。

程振邦（1989-），男，安徽六安人，皖西學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院助教，碩士，主要從事雙層卷焊鋼管應(yīng)用開發(fā)研究。