CN103459618A - 用于制造在使用中经受疲劳应力的高强度钢板部件的方法 - Google Patents

Abstract

一种制造方法包括以下步骤：执行一个或多个成形操作（以下的至少一个：管制备、成型、冷冲压和液压成形），以及如果需要的话，还对高强度钢特别是对高强度低合金钢片材执行珠焊操作，以便赋予部件所需的几何形状；以及使得由此获得的部件经受仅仅包括去应力处理的单一热处理，优选在从530℃到580℃范围内的温度下持续从45至60分钟范围内的时间执行该去应力处理，然后使得部件在空气中进行冷却。由于初始成形工艺以及由于珠焊（如果有的话）造成的残余应力状态通过使成形的部件经受去应力热处理而被消除或至少显著地减少。

Description

用于制造在使用中经受疲劳应力的高强度钢板部件的方法

技术领域

本发明涉及用于制造适于疲劳应用场合的高强度钢板部件（即在使用中经受疲劳应力的部件）的方法。具体地但非排它地，本发明涉及制造预期用于车辆悬架系统上的高强度钢板部件。在后续的说明书和权利要求中，词语“高强度”预期指具有大于420兆帕屈服强度的钢。

背景技术

如已知的那样，对钢板执行的塑性成形（forming）操作使得在材料中呈现应力状态，所谓的残余应力，其在数量级上与该材料的屈服强度相同。当在钢板上形成焊珠时会发生同样的现象：取决于焊接接头在冷却后自由变形的程度，在材料中产生残余应力，这样的残余应力在焊珠附近较大，且随着与焊珠相距的距离增加而减小。材料的这些残余应力状态在成品部件中在其整个使用寿命中都存在。如果成品部件需要承受疲劳应力（例如在车辆悬架部件的情况下），则残余应力状态通常会在疲劳寿命方面降低所述部件满足规定要求的能力。该制成部件的钢质量越高，则对该部件疲劳寿命的降低效应就越大。这是由于这样的事实造成的，即疲劳极限与残余应力水平相比会更小程度地取决于材料的屈服强度，相反残余应力水平与材料的屈服强度直接挂钩。为了补偿由于材料中的残余应力状态造成的疲劳寿命降低，或增加材料的厚度（结果是对部件的重量和成本产生影响）或采用特殊材料（例如硼钢），其经受热处理，即淬火然后回火，这样的热处理允许获得较高的机械性能，同时减少（或甚至消除）由于成形工艺和淬火处理造成的残余应力状态。

在通过形成管状坯体而获得的用于车辆悬架系统的金属板部件的情况下，制造方法首先包括所谓的管制备阶段，即管状坯体的生产阶段，其通常包括以下操作：

1）从冷轧或热轧钢板开始生产条带，其具有的宽度等于所需的管周长；

2）展开条带且通过执行一系列的成形操作而连续地生产管；

3）在不添加材料的情况下沿着纵向（即沿着平行于管轴线的方向）焊接管，如果需要的话还对管进行火焰清理（scarfing）；以及

4）将管矫直。

然后将由此获得的管坯体成形（通常通过冷冲压和/或液压成形），以便赋予所需的最终几何形状。例如，在用于机动车辆的扭转梁后悬架的横梁构件的情况下，管坯体被弯曲和/或压扁，这样向其自身的纵向轴线赋予所需走向和/或赋予其横截面所需形状。在使用普通结构钢（例如Fe510D）或适于热处理的钢（例如20MnB5）的情况下，在成形之前进行正火处理，以便减少管制备工艺所产生的高残余应力状态，其通常略小于该材料的屈服强度。此外，在适于热处理的钢的情况下，所形成的部件最后经受淬火和回火处理，以达到所述部件的具体任务所要求的高机械性能。如果需要的话，可在淬火和回火处理之后进行喷丸操作，以便进一步增加该部件的疲劳寿命。在使用普通结构钢的情况下，由此获得的部件具有低的机械性能，但生产成本低，而使用适于热处理的钢允许获得具有非常高机械性能的部件，但生产成本高。

从EP2045348获知用于制造钢管的方法，其中管首先经受热弯曲（在约1000℃的温度下）以及最后经受淬火和回火处理。从JP7090375获知类似的方法，因为根据该文献钢管也首先是热成形然后经受淬火和回火处理。US3533157公开用于制造管的一种方法，并提到作为在该方法中使用的唯一热处理的正火处理，如公知的那样所述正火处理涉及加热到高于钢的临界区域或临界区间的温度（通常高于该区域或区间约50℃）。

发明内容

本发明的目的在于提供用于制造在使用中经受疲劳应力的钢板部件（诸如用于车辆悬架系统的部件）的方法，其允许确保获得高的机械性能，所述机械性能比使用普通结构钢所获得的那些更高，但是其与使用适于热处理的钢的情况下所需的时间和成本相比只需要较短的时间和较低的成本。

根据本发明由包括在随附的独立权利要求1中所提出步骤的方法来充分实现这个和其它目的。

用于执行根据本发明方法的有利模式在从属权利要求中提出，其内容预期形成以下说明的整体和完整的部分。

简而言之，本发明基于下述构思，即使用高强度钢，特别是高强度低合金钢（众所周知其是一种不适于淬火的钢），在成形步骤之后执行作为唯一热处理的去应力处理而不是淬火和回火处理。去应力处理以本身已知的方式包括保持部件处于低于钢临界区间的温度下（例如在从530℃至580℃范围内的温度下）持续给定的时间（例如45至60分钟），然后使得部件在空气中进行冷却。去应力处理使得能够减少（即便没有完全消除）在材料中产生的残余应力并因此获得具有高疲劳寿命特性的部件，该残余应力是由于在制造方法的在先步骤（管制备步骤，在从管坯体获得部件的情况下还有成形步骤）中执行的处理操作（不是热处理）造成的。在这方面，需要注意的是在预期用于汽车悬架系统上的那些部件中，疲劳寿命是最重要的要求之一。另一个优点是避免了淬火处理，因此节省了相关联的时间和成本。此外，去应力处理要求低于由回火处理所要求的温度和时间（通常在590℃和610℃之间持续约2小时）。因此明显的是相对于使用适于热处理的钢以及相对于在成形步骤结束时执行淬火和回火处理而言，节省了循环时间和成本（加工成本和设备成本）。此外，淬火和回火处理显著改变材料的金相组织，因此需要在成品部件上进行特殊的质量控制以便检查处理是否已被正确地执行。与此相反，根据本发明的方法并不需要这些特殊的控制，因为根据本发明的方法并不对已经成形的部件进行淬火和回火处理，而是仅仅进行去应力处理。

对于本发明的目的而言，术语“成形”用于指对金属片材执行的任何塑性成形工艺，诸如具体地管制备工艺、成型（shaping）工艺、冷冲压工艺或液压成形工艺。无论用于从高强度钢板开始成形部件的一个具体工艺（或作为可一个接一个执行的不同种类的几个成形工艺的多个具体工艺）如何，根据本发明，在部件已成形之后执行作为唯一热处理的去应力处理，以便尽可能地减少（即便没有完全消除）由于成形而在材料中所产生的残余应力状态。

从下面的对用于执行该方法的优选模式的详细说明，将更加明了根据本发明方法的进一步特征和优点。

根据本发明的制造方法首先通过从高强度钢板、尤其是诸如像S600MC钢的高强度低合金钢开始的一个或多个成形操作来获得部件（诸如像车辆悬架部件）。该部件例如可为用于扭转梁悬架的横梁构件、用于独立悬架或用于互联悬架的纵向或横向臂、用于前悬架的框架等等。在诸如像用于扭转梁悬架的横梁构件的管状或异型（profiled）部件的情况下，该方法将首先包括管制备工艺（或者，更通常而言的成型工艺），诸如在本申请说明书的引言部分中所述的一种工艺，以便获得管坯体，然后该管坯体将经受彻底的成形工艺。该成形工艺可通过冷冲压和/或通过液压成形来执行。在成形工艺中，显然也可以在部件上执行其它操作，诸如像珠焊操作。形成焊珠也在材料中产生残余应力。

在成形工艺（以及珠焊工艺，如果有的话）之后，由此获得的部件经受去应力热处理以便最大程度地减少在材料中产生的残余应力状态，所述残余应力状态由于在成形工艺中经受塑性变形造成，此外还由于管制备或成型工艺造成或由于珠焊造成。例如按如下执行去应力处理，即保持已经成形的部件处于例如在从530℃到580℃范围内的温度下持续例如在45至60分钟范围内的时间，然后使得部件在空气中进行冷却。上面指出的适于去应力处理的温度和时间范围被认为是适用于高强度低合金钢，诸如像S550MC S700MC钢，因此在使用不同种类的高强度钢的情况下上述温度和时间范围可以改变。

本申请人通过试验已经注意到如果管在冲压之后经受去应力热处理的话，由S700MC钢制成的成形管的疲劳寿命提高约10倍。由本申请人在由S550MC钢制成的成形管上执行类似的疲劳试验给出的结果是：相对于未经受去应力处理的类似管中的一个，疲劳寿命增加至少两倍/三倍（出于时间的原因已经停止测试且没有检测到破损）。

根据前面的描述，明确的是在成形工艺之后对由高强度钢板形成的成形部件仅仅进行去应力热处理的构思允许获得具有高机械性能特别是高疲劳寿命的部件，与在成形工艺之后使得部件经受淬火和回火处理的情况所需的时间和成本相比需要的时间更短、成本更低。因此，根据本发明的方法特别适用于制造用于车辆悬架系统的部件，因为这些部件在疲劳寿命方面必须满足非常严格的要求，且必须以可能的最少时间和最低成本来生产。

当然，在保持本发明原理不变的情况下，用于执行本发明的模式可从仅仅通过非限制性实例的方式进行描述和示出的那些模式进行宽泛地变化，由此并不脱离如在所附权利要求中所限定的本发明的范围。

Claims (5)

1.用于制造在使用中经受疲劳的高强度钢金属片材部件特别是用于车辆悬挂系统的部件的方法，所述方法包括以下述顺序进行的步骤：

a）对高强度钢片材执行一个或多个成形操作，以便提供具有所需几何形状的部件；以及

b）使如此成形的部件经受仅仅包括去应力处理的单一热处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用高强度低合金钢片材来执行所述成形步骤a）。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述去应力步骤b）按如下执行：保持已经成形的部件处于在从530℃到580℃范围内的温度下持续从45至60分钟范围内的时间，然后使得部件在空气中进行冷却。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤a）执行的部件的成形包括以下操作中的至少一项：管制备、成型、冷成形和液压成形。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，还包括在部件上执行至少一次珠焊的步骤，其中在去应力步骤b）之前执行这样的焊接步骤。