[发明专利]一种螺纹式管接头及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种管接头及其制备方法，尤其涉及一种螺纹式管接头及其制备方法。

背景技术

螺纹式管接头是指带螺纹的管道连接件，是工业和生活中最常见的一种管件，螺纹式管接头使管道的连接变得更简单，拆卸更换也更容易，大大节省了管道连接的成本。

目前，生活上用的螺纹式管接头一般由PC、PVC、PE、PPR等材料制造。而工业上用的螺纹式管接头一般由碳钢，不锈钢，合金钢，黄铜等金属材料制造，耐压较高。其中，碳钢中的20号钢，属于优质低碳碳素钢，冷挤压、渗碳淬硬钢，具有较好的韧性、塑性和焊接性，可以作为螺纹式管接头的优选材料，但是，20号钢的强度稍低。

发明内容

本发明目的是为了提供一种由钢材制成的强度高、韧性好、使用寿命久的螺纹式管接头。

本发明的上述目的可通过下列技术方案来实现：一种螺纹式管接头，螺纹式管接头由钢材制成，钢材由以下成分(以质量百分比计)组成：C：0.15％-0.20％，Si：0.15％-0.25％，Mn：0.6％-0.8％，Ni：0.1-0.2％，Cr：0.05-0.15％，Cu：0.2-0.25％，Nb：0.1-0.2％，V：0.2-0.3％，Ti：0.05-0.1％，稀土元素：0.05-0.1％，晶须：2-5％，P≤0.01％S≤0.01％，余量为Fe以及不可避免的杂质元素。

由于采用20号钢制备的螺纹式管接头的强度稍低，因此，本发明在20号钢的基础上，对钢材的组成成分及其质量百分比进行了重新配伍，以获得强度更高，韧性和塑性等性能更佳的钢材。

强度是宏观上抵抗形变(弹性形变或塑性形变)的能力，韧性是断裂能量的判据，是强度和塑性的综合表征。一般来说，强度和韧性是一对矛盾。通常提高强度，就降低韧性；或者，韧性改善了，强度就下降。而目前钢铁材料主要的强化方式有固溶强化、形变强化、沉淀强化和弥散强化、细晶强化等几种强化方式。而在这些金属强化方法中，细晶强化后金属为由许多细晶粒组成的多晶体，细晶粒在受到外力发生塑性变形时可分散在更多的晶粒内进行，塑性变形较均匀，应力集中较小；此外，晶粒越细，晶界面积越大，晶界越曲折，越不利于裂纹的扩展。因此，细晶强化可以使金属获得更高的强度、硬度、塑性和韧性，是目前唯一可以做到既能提高强度，又能改善塑性和韧性的方法。

本发明在钢材的组成成分中加入了Nb、V和Ti三种元素，这三种元素对钢的细化晶粒效果都较好。其中，铌作为微合金化元素加入钢中与钢中的碳、氮、硫结合，改变钢的显微结构。铌对钢的强化作用包括细晶强化和弥散强化，铌能和钢中的碳氮生成稳定的碳化物和碳氮化物。而且还可以使碳化物分散并形成具有细晶化的钢。此外，铌还可以通过诱导析出和控制冷却速度，实现析出物弥散分布，在较宽的范围内调整钢的韧性水平。因此，加入铌不仅可以提高钢的强度，还可以提高钢的韧性、抗高温氧化性和耐蚀性，降低钢脆性转变温度，获得好的焊接性能和成型性能。

实际上，在钢中加入上述质量百分比的铌，就足以使钢的强度提高30％以上。但是，本发明仍然同时添加Nb、V和Ti三种元素，起到细晶强化的协同效果。而在细晶强化方面，与Nb相比，钒对钢的强度的提高相对较低，而钛对钢的强度的提高则较弱。但是，铌的成本较高，而且单独添加铌的效果并没有同时添加铌、钒和钛三种元素的效果好。因为，钒是钢的优良脱氧剂，钛是钢的强脱氧剂，它们可使钢的内部组织更致密，能配合铌起到细化晶粒的作用。经研究，当同时添加铌、钛和钒作用钢材细晶强化的元素时，控制铌、钒和钛的质量比在1：(1-3)：(0.25-1)时强化效果较好，与单独添加铌相比，强度再次提高5-10％左右；进一步优选铌、钒和钛的质量比在1：2：0.5时强化效果最佳。

此外，本发明在钢材中添加稀土元素也具有细化晶粒和组织的作用，与铌、钒和钛三种元素起到协同增效作用，使本发明细晶强化的效果更为突出。此外，稀土元素还可以中和S、P等干扰元素的不良作用，从而提高钢材的强度、硬度等性能。其中，本发明添加的稀土元素主要为镧系元素中的一种或多种。

本发明钢材除上述细晶强化外，在钢材中还添加了一定量的晶须。而晶须是一种具有高强度、高模量和高伸长率的以单晶形式生长成的一种纤维，其直径非常小(微米数量级)，不含有通常材料中存在的缺陷。因此，本发明在钢材中加入晶须可以使材料的比强度、比模量得到较大程度的提高。但是，过量填充晶须钢材的性能增长并不是很明显，反而增加了生产成本。