空調器用雙層卷焊鋼管對比分析

程振邦，李　路，林　華，張　剛

空調器用雙層卷焊鋼管對比分析

程振邦，李路，林華，張剛

（皖西學院機械與電子工程學院，安徽六安237012）

隨著國際銅價的攀升，各空調企業亟待尋求一種價格低廉、質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。采用微機控制萬能電子試驗機、移動式光譜儀和光學顯微鏡對不同廠家所生產的空調器用雙層卷焊鋼管的力學性能、成分、組織進行對比分析，指出了其需要改進的方向。

空調器；雙層卷焊鋼管；力學性能；成分與組織

DOI：10.13420/j.cnki.jczu.2015.06.015

空調制冷管路材料的質量和性能對保證制冷產品的制冷效果、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疲勞性能、耐壓負荷性、清潔的內表面等，使其取代空調制冷銅管成為可能。空調制冷行業標準規定銅管的延伸率應大于40%，即銅管應具有優良的加工工藝性，如彎曲、脹管、擴口過程中的可塑成型性［2］。因此，若想替代銅管，DWBT的力學性能須與銅管相當。

為此，本文對比了國內不同廠家所生產的空調器用DWBT的力學性能，并從成分、組織角度進行初步分析，指出了需要改進的方向，以期為DWBT規模化應用提供技術支撐。

1　實驗材料與方法

實驗材料為A廠和B廠所生產的空調器用DWBT，分別命名為DWBT（A）、DWBT（B）。兩廠DWBT的生產工藝基本一致。實驗所用的DWBT均為釬焊態，規格均為Φ9.52×0.7mm。

圖1　DWBT拉伸試樣的形狀

拉伸試樣按照GB/T228-2002國標規定采用管段試樣（圖1）。將試樣分別放在CMT5305微機控制萬能電子試驗機進行單向靜態拉伸試驗，試樣標距為50mm，拉伸速率為6mm/min。拉伸性能測試內容：DWBT的屈服強度、抗拉強度和斷后延伸率。

采用移動式光譜儀PMI-MASTER PRO分析鋼管基體的化學成分。沿DWBT橫截面截取金相試樣，經磨拋和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　實驗結果及討論

2.1力學性能

表1為兩廠DWBT與空調銅管（軟態）力學性能的對比結果。Rp0.2、Rm、A50分別為屈服強度、抗拉強度和斷后延伸率。其中，空調銅管的力學性能引自GB/T17791-2007。

表1　DWBT與空調銅管的力學性能

顯然，DWBT（A）的綜合力學性能要優于DWBT（B）。但相較于銅管，DWBT（A）與DWBT（B）的屈服強度均明顯偏高，須進一步改善。

2.2成分分析

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

C、Mn可溶于鐵素體中，提高鋼的強度。據此推測DWBT（A）中合金元素對鋼的強化作用主要為固溶強化。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：第一，釘軋晶界和位錯，從而有效地阻止奧氏體的再結晶；第二，高溫下形成穩定的彌散分布的TiN或Ti（C，N），抑制高溫下晶粒的長大；第三，通過形成彌散細小的碳化物和氮化物，產生較強的沉淀強化作用［3-4］。據此推測DWBT（B）中合金元素對鋼的強化作用主要為第二相強化和細晶強化。

表2　 DWBT基體的主要化學成分（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。結合成分與生產工藝，可判斷DWBT基體為鐵素體。DWBT釬焊接頭一般可分為上、下擴散區、界面區和中心區［4］。DWBT擴散區為釬料銅向基體鐵素體穿晶和沿晶形成的固溶體組織，界面區和中心區是鐵向液態釬料銅中溶解并快速擴散至整個厚度形成的固溶體組織［5］。固溶體組織具有良好的強度和塑性，為DWBT優良的性能提供了組織基礎。

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

圖3為DWBT的鍍層質量。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。圖3（b）為DWBT（A）管壁內邊緣金相組織圖，從圖中可以看出其內鍍層有裂紋出現。鍍層的不連續、裂紋的出現會降低DWBT的防腐性能，須進一步改善。

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）要細小。DWBT鍍層與基體連接過渡處的晶粒均相對較小，鐵素體晶粒的細化現象非常明顯。據推測，這可能是DWBT在成型過程中表面變形導致其在后續的高溫釬焊時因釬焊時間較短所致。

鋼的塑性變形的微觀表現主要是位錯的運動，位錯運動的難易直接影響鋼的強度和塑性。影響位錯運動的主要因素包括固溶和間隙原子、晶界、第二相等。欲降低鋼的強度，提高其塑性，需減弱它們對位錯的阻礙作用。因此建議從微觀角度，對DWBT（A）與DWBT（B）鐵素體中的固溶原子、可能出現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等方面進行分析，以降低DWBT的屈服強度、增加其塑性。

3　結論和建議

通過對兩廠DWBT的力學性能、成分、顯微組織進行對比分析后，得出如下結論與建議：

（1）DWBT（A）的綜合力學性能要優于DWBT（B）。但兩廠所生產管材的屈服強度均偏高，須進一步改善。建議從微觀角度，對DWBT（A）與DWBT（B）鐵素體中的固溶原子、可能出現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等方面進行分析，以降低DWBT的屈服強度、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、裂紋等缺陷，降低了其耐蝕性，須進一步改善。

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

［2］程振邦，魯軍，王積科，等.雙層卷焊鋼管的退火軟化機理［J］.金屬熱處理，2014，39（6）：71-76.

［3］雍岐龍.鋼鐵材料中的第二相［M］.北京：冶金工業出版社，2006.

［4］韓孝友.鈮、釩、鈦在微合金鋼中的作用［J］.寬厚板，2006，12（1）：39-41.

［5］張啟運，莊鴻壽.釬焊手冊［M］.北京：機械工業出版社，1999.

［6］陳玉良，劉建華，李云江，等.三層卷焊鋼管釬焊接頭的成分和微觀組織［J］.鋼鐵，1997，32（11）：55-57.

［責任編輯：佳傳友］

TG142

A

1674-1102（2015）06-0045-02

2015-08-17

皖西學院校級自然科學研究項目（WXZQ1406，WXZQ1408）。

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