CN115679195B - 一种汽车驱动轴用无缝钢管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车驱动轴用无缝钢管，其含有Fe和不可避免的杂质，其还含有质量百分比如下的下述化学元素：C：0.39～0.45％，Si：0.05～0.15％，Mn：0.50～0.80％，Cr：0.9～1.2％，Mo：0.10～0.30％，Al：0.030～0.045％,Ca：0.001～0.003％,Mg：0.001～0.003％；所述汽车驱动轴用无缝钢管表面具有纳米高分子润滑膜。此外本发明还公开了上述无缝钢管的制造方法，其包括步骤：(1)制得管坯；(2)加热、穿孔、热连轧和张力减径，以获得热轧管；(3)退火；(4)冷轧至成品规格；(5)成品热处理：加热到奥氏体化温度800℃～870℃，保温10～20min后，以35～45℃/min的冷却速度冷却至650℃下，再空冷；(6)将无缝钢管在表面处理剂中滚动浸涂，然后烘烤，以在钢管表面获得纳米高分子润滑膜。

Description

一种汽车驱动轴用无缝钢管及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种金属材料及其制造方法，尤其涉及一种钢种及其制造方法。

背景技术

在汽车行业中，汽车等速传动半轴一直都是车辆上的关键零部件，其可以把发动机输出的扭矩，由变速箱传递给车轮，从而驱动车辆。

汽车传动半轴是汽车等速万向节传动轴总成的重要组成部件，因轻量化的驱动，汽车传动半轴的原料已逐步由空心管材代替实芯的棒材。但是，由于车辆在运行过程中的工况较为复杂，汽车驱动轴在工作过程中常常需要承受高频震动、高扭矩的周期载荷作用，疲劳性能一直都是传动半轴管材的关键性能指标。因此在实际生产过程中，常常需要对钢材本身的强度和刚度提出非常高的要求，其要求调质后的屈服强度在1000MPa以上，抗拉强度在1500MPa以上。

目前，已经商业化的汽车传动半轴材质通常是以中碳Cr\Mo钢为主，该材质已经逐渐难以满足市场的需求，为了满足更高疲劳寿命的要求，亟需开发出一种新的材料，以应用与汽车传动半轴中。

此外，除了对材料的强度和疲劳性能有要求以外，由于现有汽车半轴的生产加工模式也实现了升级换代，传统的搅拌摩擦焊接生产汽车驱动轴的方式也逐步被冷旋锻等新工艺替代。

在当前新的加工工艺中，整体式空心传动轴管整体加工、中间扩径减壁、两端减径加厚的特殊形状更有利于抗震降噪，但由于是整体冷旋锻加工，管材和磨具之间的摩擦和润滑条件要求比较苛刻，除保证旋锻过程的润滑工艺外，为了确保管材冷旋锻的顺利进行，还需要确保管材原始表面条件及其表面的预润滑状态。一旦管材原始表面出现腐蚀、麻坑等问题，则很容易在冷旋锻加工时卡死，从而出现废品。因此，为了确保新工艺中旋锻加工的顺利进行，研究人员在设计时期望获得的管材具有一定的耐蚀性和自润滑性能。

公开号为CN104962838A，公开日为2015年10月7日，名称为“一种高强度钢、汽车传动半轴用高强塑无缝钢管及其制造方法”的中国专利文献公开了一种汽车传动半轴用高强塑无缝钢管，其化学成分为：C：0.07～0.15％，Si：0.1～1.0％，Mn：2.0～2.6％，Ni：0.05～0.6％，Cr：0.2～1.0％，Mo：0.1～0.6％，B：0.001-0.006％,Cu:0.05～0.50％；Al:0.015～0.060％；Nb:0.02-0.1％；V:0.02-0.15％.该发明钢管采用的是低C设计，其强度偏低，但有利于焊接，比较适合搅拌摩擦焊生产的非整体式汽车传动半轴。

公开号为CN1950532A，公开日为2007年4月18日，名称为“无缝钢管及其制造方法”的中国专利文献同样公开了一种无缝钢管，该无缝钢管的化学成分质量百分比为：C：0.30～0.50％，Si≤0.50％，Mn：0.3～2.0％，P≤0.025％，S≤0.005％，Cr：0.15～1.0％，Al:0.001～0.050％；Ti：0.005～0.05％，N≤0.02％，B:0.0005-0.01％,O≤0.0050％；并且Beff≥0.0001：其中当Neff＝N-14×Ti/47.9≥0时，Beff＝B-10.8(N-14×Ti/47.9)/14；当Neff＝N-14×Ti/47.9<0时，Beff＝B，材料具备优良的冷加工性、淬火性、韧性和抗扭疲劳强度。

由此可见，上述两个发明专利均未涉及后续加工方式对管材冷加工性能方面的要求，尤其是整体式冷旋锻工艺对管材的自润滑特性和防锈能力等方面的要求。

基于此，针对市场的需求，本发明期望获得一种新的汽车驱动轴用无缝钢管，该汽车驱动轴用无缝钢管不仅具有良好的自润滑特性，还具有优异的冷加工性能和抗扭转疲劳性能，其特别适用于利用冷旋锻工艺生产的汽车驱动轴等高扭转载荷的汽车零部件，具有十分良好的推广前景和应用价值。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种汽车驱动轴用无缝钢管，该汽车驱动轴用无缝钢管不仅具有良好的自润滑特性，还具有优异的冷加工性能和抗扭转疲劳性能，其特别适用于利用冷旋锻工艺生产的汽车驱动轴等高扭转载荷的汽车零部件，具有十分良好的推广前景和应用价值。

为了实现上述目的，本发明提供了一种汽车驱动轴用无缝钢管，其含有Fe和不可避免的杂质，其还含有质量百分比如下的下述化学元素：

C：0.39～0.45％，Si：0.05～0.15％，Mn：0.50～0.80％，Cr：0.9～1.2％，Mo：0.10～0.30％，Al：0.030～0.045％,Ca：0.001～0.003％,Mg：0.001～0.003％；

所述汽车驱动轴用无缝钢管表面具有纳米高分子润滑膜。

进一步地，在本发明所述的汽车驱动轴用无缝钢管中，其各化学元素质量百分比为：

C：0.39～0.45％，Si：0.05～0.15％，Mn：0.50～0.80％，Cr：0.9～1.2％，Mo：0.10～0.30％，Al：0.030～0.045％,Ca：0.001～0.003％,Mg：0.001～0.003％；余量为Fe和其他不可避免的杂质。

在本发明所述的汽车驱动轴用无缝钢管中，各化学元素的设计原理如下所述：

C：在本发明所述的汽车驱动轴用无缝钢管中，提高钢中C元素的含量有利于增强材料的强度和抗疲劳性能，但钢中C元素含量不宜过高，当钢中C元素含量过高时，会导致材料的韧塑性下降，不利于冷加工，容易出现加工裂纹，脱碳控制困难等问题。因此，在本发明所述的汽车驱动轴用无缝钢管中，将C元素的质量百分比控制在0.39～0.45％之间。

当然，在一些优选的实施方式中，为了获得更优的实施效果，可以将C元素的质量百分比控制在0.4～0.44％之间。

Si：在本发明所述的汽车驱动轴用无缝钢管中，Si元素对于钢材的冷加工性能影响最大，钢中Si元素含量越低，则材料的冷加工性能越好。在一般情况下，Si是钢在冶炼脱氧后的残余元素，如果要求较低的Si含量，则需要改变钢水冶炼过程中的脱O方式。因此，在本发明中需要通过综合控制Al含量来确保脱氧水平，并配合添加适量的Mg和Ca元素。基于此，在本发明所述的汽车驱动轴用无缝钢管中，将Si元素的质量百分比控制在0.05～0.15％之间。

当然，在一些优选的实施方式中，为了获得更优的实施效果，可以将Si元素的质量百分比控制在0.05～0.10％之间。

Mn：在本发明所述的汽车驱动轴用无缝钢管中，钢中添加适量的Mn，可以提高材料强度，Mn元素还能稳定P、S元素，进而避免低熔点硫化物的形成，提高材料的热加工性能。由此，为了达到上述所需的效果，钢中Mn元素含量不宜过低，当钢中Mn含量过低时，不能很好的稳定P、S元素。同时，钢中Mn元素含量也不宜过高，当钢中Mn元素含量过高时，会导致冷加工形变硬化严重，在冷旋锻工艺过程中将加剧模具的磨损，降低生产磨具寿命。基于此，在本发明所述的汽车驱动轴用无缝钢管中，将Mn元素的质量百分比控制在0.50～0.80％之间。

当然，在一些优选的实施方式中，为了获得更优的实施效果，可以将Mn元素的质量百分比控制在0.55～0.75％之间。

Cr：在本发明所述的汽车驱动轴用无缝钢管中，提高Cr元素含量可以改善材料的淬硬性，提高材料的强度和抗疲劳性能。在本发明中，Cr元素可以与C元素和Mn元素含量进行配合，以确保钢材的强度和韧性。基于此，在本发明所述的汽车驱动轴用无缝钢管中，将Cr元素的质量百分比控制在0.9～1.2％之间。

Mo：在本发明所述的汽车驱动轴用无缝钢管中，Mo元素可以起到固溶强化的作用，钢中添加适量的Mo元素，可以提高钢材的强度和回火稳定性。但需要注意的是，钢中Mo元素含量同样不宜过高，当钢中Mo元素含量过高时，则Mo元素的有益作用明显下降，还可能有形成金属间脆性相的风险等。基于此，在本发明所述的汽车驱动轴用无缝钢管中，将Mo元素的质量百分比控制在0.10～0.30％之间。

当然，在一些优选的实施方式中，为了获得更优的实施效果，可以将Mo元素的质量百分比控制在0.15～0.25％之间。

Al、Ca、Mg：在本发明所述的汽车驱动轴用无缝钢管中，为了确保Si元素保持较低的含量，需要改变钢水冶炼过程中的脱O方式，因此需要通过综合控制Al含量来确保脱氧水平，并通过添加适量的Mg和Ca元素，来使含Al硬质非金属夹杂物变形，从而避免硬质非金属夹杂物对材料的扭转抗疲劳性能产生不利影响。基于此，在本发明所述的汽车驱动轴用无缝钢管中，将Al元素质量百分比控制在0.030～0.045％之间；将Ca元素的质量百分比控制在0.001～0.003％之间；将Mg元素的质量百分比控制在0.001～0.003％之间。

当然，在一些优选的实施方式中，为了获得更优的实施效果，可以将Al元素的质量百分比控制在0.035～0.040％之间。

进一步地，在本发明所述的汽车驱动轴用无缝钢管中，其各化学元素含量还满足下列各项的至少其中之一：

C：0.4～0.44％；

Si：0.05～0.10％；

Mn：0.55～0.75％；

Mo：0.15～0.25％；

Al：0.035～0.040％。

进一步地，在本发明所述的汽车驱动轴用无缝钢管中，在不可避免的杂质中，P≤0.015％，S≤0.008％，O≤0.003％。

进一步地，在本发明所述的汽车驱动轴用无缝钢管中，在不可避免的杂质中，P≤0.012％，S≤0.005％，O≤0.002％。

在本发明的上述技术方案中，P、S和O均是钢中不可避免的杂质元素，在技术条件允许的前提下，需要控制钢中杂质元素的含量尽可能的低。

在本发明所述的汽车驱动轴用无缝钢管中，P、S是钢铁原辅料或生产过程中引入的杂质元素，P可以使晶界脆化，使材料的韧性和加工性能劣化。S元素可以形成低熔点的硫化物，使材料加工性能以及本身的力学性能下降。

相应地，在本发明所述的汽车驱动轴用无缝钢管中，O同样属于杂质元素，钢中的O含量是钢质纯净度的体现，总O越低，钢质纯净度越高，因此，在本发明中，要严格控制汽车驱动轴用无缝钢管中O元素的含量。

进一步地，在本发明所述的汽车驱动轴用无缝钢管中，所述纳米高分子润滑膜的厚度为5-10μm。

进一步地，在本发明所述的汽车驱动轴用无缝钢管中，其在冷旋锻加工前的微观组织为铁素体+索氏体。

进一步地，在本发明所述的汽车驱动轴用无缝钢管中，其屈服强度为390～480MPa，抗拉强度为600～700MPa，延伸率≥20％，硬度＜220HBW。

进一步地，在本发明所述的汽车驱动轴用无缝钢管中，其在冷旋锻加工和调质热处理后的微观组织为马氏体。

进一步地，在本发明所述的汽车驱动轴用无缝钢管中，其屈服强度≥1200MPa，抗拉强度≥1800MPa，延伸率≥8％。

进一步地，在本发明所述的汽车驱动轴用无缝钢管中，其在冷旋锻加工时因润滑不良导致的废品率＜0.05％。

相应地，本发明的另一目的在于提供一种汽车驱动轴用无缝钢管的制造方法，采用该制造方法制得的汽车驱动轴用无缝钢管不仅具有良好的自润滑特性，还具有优异的冷加工性能和抗扭转疲劳性能，其特别适用于利用冷旋锻工艺生产的汽车驱动轴等高扭转载荷的汽车零部件，具有十分良好的推广前景和应用价值。

为了实现上述目的，本发明提出了上述的汽车驱动轴用无缝钢管的制造方法，所述制造方法，包括如下步骤：

(1)制得管坯；

(2)加热、穿孔、热连轧和张力减径，以获得热轧管；

(3)退火；

(4)冷轧至成品规格；

(5)成品热处理：加热到奥氏体化温度800℃～870℃，保温10～20min后，以35～45℃/min的冷却速度冷却至650℃下，再空冷；

(6)将无缝钢管在表面处理剂中滚动浸涂，然后烘烤，以在钢管表面获得纳米高分子润滑膜。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(2)中，将管坯加热到1230℃-1290℃，保温60-100min，再在1210-1250℃之间进行穿孔，1120-1180℃之间热连轧，910℃-1010℃进行张力减径，制得热轧管。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(3)中，控制退火温度为720～760℃，保温时间为10-30min。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(6)中，烘烤温度为130-190℃，烘烤时间为30-50s。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(6)中，所述表面处理剂的有效成分的质量百分含量为：

进一步地，在本发明所述的制造方法中，所述改性有机高分子树脂包括改性聚氨酯、改性丙烯酸树脂中的一种或两种的水溶性树脂或水系乳液。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，改性有机高分子树脂的重均分子量在5000～50000之间。

需要说明的是，在本发明中，上述改性有机高分子树脂的溶解和分解可以根据树脂对于水自身的溶解性或自身的分散性完成，也可借助表面活化剂如烷基苯基醚基季铵盐等。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，所述水溶性或水分散性蜡包括脂系蜡和聚烯烃系蜡中的至少其中之一。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，所述纳米氧化物包括纳米二氧化硅，所述纳米二氧化硅的初级粒子的平均粒径在100nm以下。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，所述纳米二氧化硅以浓缩浆的形式加入所述表面处理剂中，所述浓缩浆的组分质量百分配比为：40～50％的纳米二氧化硅，20～30％的硅烷混合物，余量为水。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，所述硅烷混合物包括正硅酸甲脂、N－(2－氨基乙基)－3氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、3－缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、3－缩水甘油氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3－甲基丙稀氧基丙基三甲氧基硅烷、3－甲基丙稀氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷中的至少两种。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，所述表面处理剂除了所述有效成分还包括：成膜助剂、消泡剂、流平剂、防酶剂、抗菌剂的至少其中之一。

在本发明的上述技术方案中，表面处理剂可以以水为溶剂，但为了改善成膜性等也可以添加适量的醇、醚类成膜助剂。此外，为了改善表面处理剂的涂装性以及赋予其它的辅助功能，也可以进一步地添加消泡剂、流平剂、防酶剂、抗菌剂等。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，所述表面处理剂的固含量为30～40％，粘度为20～30CPS。

相较于现有技术，本发明所述的汽车驱动轴用无缝钢管及其制造方法具有如下所述的优点以及有益效果：

综上所述可以看出，本发明通过合理的化学成分设计并配合优化制造工艺，可以获得一种汽车驱动轴用无缝钢管，该汽车驱动轴用无缝钢管不仅具有良好的自润滑特性，还具有优异的冷加工性能和抗扭转疲劳性能。

本发明所述的汽车驱动轴用无缝钢管具有较好的塑韧性，其在冷旋锻加工前的微观组织为铁素体+索氏体，且屈服强度为390～480MPa，抗拉强度为600～700MPa，延伸率≥20％，硬度＜220HBW，其表面具有纳米高分子润滑膜，表面具有较好的防锈性能，同时由于纳米高分子润滑膜与旋锻工艺中的润滑性好，二者的共同作用，可以使后续进行冷旋锻加工时因润滑不良导致的废品率降低到0.05％以下。

相应地，在冷旋锻加工和调质热处理后，本发明所述的汽车驱动轴用无缝钢管的微观组织为马氏体，其屈服强度≥1200MPa，抗拉强度≥1800MPa，延伸率≥8％。该汽车驱动轴用无缝钢管性能优异，其抗扭转疲劳性能良好，特别适用于利用冷旋锻工艺生产的汽车驱动轴等高扭转载荷的汽车零部件。采用该汽车驱动轴用无缝钢管生产的整体式等速传动轴管在高载(输入扭矩2000N.m)时的扭转疲劳寿命≥0.5万次，在低载(输入扭矩800N.m)时的扭转疲劳寿命≥120万次，具有十分良好的推广前景和应用价值。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例对本发明所述的汽车驱动轴用无缝钢管及其制造方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

实施例1-10和对比例1-2

实施例1-10的汽车驱动轴用无缝钢管和对比例1-2的无缝钢管均可以采用以下步骤制得：

(1)按照表1所示的化学成分采用电炉或转炉进行冶炼+精炼操作，而后连铸切割成管坯。

(2)加热、穿孔、热连轧和张力减径，以获得热轧管：将管坯在1230℃-1290℃加热并保温60-100min，而后在1210-1250℃范围之间进行高温穿孔，再在1120-1180℃之间进行热连轧，900℃-1000℃之间进行张力减径，最终加工成所需规格的热轧管。

(3)退火：将上述热轧管在720～760℃范围之间进行退火，并控制保温时间为10-30min。

(4)冷轧至成品规格：将退火后的热轧管酸洗磷化、冷轧至成品规格和尺寸精度。

(5)成品热处理：加热到奥氏体化温度800℃～870℃，保温10～20min后，以35～45℃/min的冷却速度冷却至650℃下，再空冷。

(6)对无缝钢管进行喷吹处理，将无缝钢管在表面处理剂中滚动浸涂，然后烘烤，控制烘烤温度为130-190℃，控制烘烤时间为30-50s，以在钢管表面获得纳米高分子润滑膜。

需要说明的是，在本发明中，实施例1-10的汽车驱动轴用无缝钢管的化学成分设计以及相关制造工艺均满足本发明设计规范要求。而对比例1-2的无缝钢管在化学成分设计以及相关制造工艺中，均存在不满足本发明设计规范要求的参数。

表1列出了实施例1-10的汽车驱动轴用无缝钢管和对比例1-2的无缝钢管中各化学元素质量百分比。

表1.(wt％，余量为Fe和其他除了P、S和O以外的不可避免的杂质)

表2-1和表2-2中列出了实施例1-10的汽车驱动轴用无缝钢管和对比例1-2的无缝钢管在上述制造工艺中步骤(1)-步骤(6)的具体工艺参数。

表2-1.

表2-2.

相应地，在本发明所述制造方法的步骤(6)中，将无缝钢管在表面处理剂中滚动浸涂，然后烘烤，以在钢管表面获得纳米高分子润滑膜。其中，在本发明中可以控制表面处理剂的有效成分的质量百分含量为：45～55％的改性有机高分子树脂，10～20％的有机硅树脂溶液，3～6％的水溶性或水分散性蜡，3～5％的纳米氧化物。当然，表面处理剂还可以适量的其它助剂以及余量的水。实施例1-10和对比例1-2中所采用的表面处理剂的有效成分如下述表3所示。

表3.

需要说明的是，在本发明所述的表面处理剂的有效成分中，改性有机高分子树脂可以包括改性聚氨酯、改性丙烯酸树脂中的一种或两种的水溶性树脂或水系乳液；改性有机高分子树脂的重均分子量可以控制在5000～50000之间；水溶性或水分散性蜡可以包括脂系蜡和聚烯烃系蜡中的至少其中之一；纳米氧化物可以包括纳米二氧化硅，纳米二氧化硅的初级粒子的平均粒径可以控制在100nm以下。实施例1-10和对比例1-2中表面处理剂的有效成分所采用的具体成分及参数如下述表4所示。

表4.

在本发明中，表面处理剂的固含量可以控制为30～40％，粘度可以控制为20～30CPS。相应地，本发明所述的纳米二氧化硅可以以浓缩浆的形式加入到表面处理剂中，该浓缩浆的组分质量百分配比为：40～50％的纳米二氧化硅，20～30％的硅烷混合物，余量为水，其具体成分可以参阅下述表5。

表5列出了实施例1-10和对比例1-2中采用的表面处理剂的固含量与粘度，其同时还列出了浓缩浆的组分质量百分配比。

表5.

此外，需要注意的是，在上述表5中浓缩浆中所添加的硅烷混合物可以包括多种成分，其具体可以包括：正硅酸甲脂、N－(2－氨基乙基)－3氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、3－缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、3－缩水甘油氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3－甲基丙稀氧基丙基三甲氧基硅烷、3－甲基丙稀氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷中的至少两种。

由此，为了使本发明的技术方案更加清晰明了，下述表6中列出了实施例1-10和对比例1-2中采用的浓缩浆所添加的硅烷混合物的具体成分。

表6.

综上所述，在采用上述表2-1和表2-2公开的制造方法的具体工艺参数后，配合使用表3-表6公开的表面处理剂的成分进行处理，可以得到成品的实施例1-10汽车驱动轴用无缝钢管和对比例1-2的无缝钢管。

将制得的实施例1-10的汽车驱动轴用无缝钢管和对比例1-2的无缝钢管分别取样，并先进行观察和分析，观察发现实施例1-10汽车驱动轴用无缝钢管在冷旋锻加工前钢材的微观组织为铁素体+索氏体，且其汽车驱动轴用无缝钢管表面具有纳米高分子润滑膜，其具体膜厚可以参见下述表7。

相应地，在观察完毕后，可以进一步地对实施例1-10的汽车驱动轴用无缝钢管和对比例1-2的无缝钢管的性能进行检测，以测得在冷旋锻加工前，实施例1-10的汽车驱动轴用无缝钢管和对比例1-2的无缝钢管的各项力学性能，所得的测试结果同样列于表7中。

相关力学性能测试手段，如下所述：

拉伸试验：根据GB/T 228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温拉伸试验方法对各实施例和对比例无缝钢管的力学性能进行检测，以得到实施例1-10的汽车驱动轴用无缝钢管和对比例1-2的无缝钢管对应的屈服强度、抗拉强度和延伸率。

硬度测试：采用洛氏硬度试验机或显微硬度试验机测试。得到实施例1-10的汽车驱动轴用无缝钢管和对比例1-2的无缝钢管对应的硬度。

表7列出了实施例1-10的汽车驱动轴用无缝钢管和对比例1-2的无缝钢管的力学性能测试结果和表面纳米高分子润滑膜厚度。

表7.

相应地，测试完上述实施例1-10的汽车驱动轴用无缝钢管和对比例1-2的无缝钢管在冷旋锻加工前的力学性能后，可以进一步地对各实施例和对比例的无缝钢管进行冷旋锻加工和调质热处理。

相应地，在调质热处理中，将各实施例和对比例无缝钢管样件在900℃±20℃进行高温淬火，并在200℃±50℃低温回火处理。

在实施例1-10的汽车驱动轴用无缝钢管和对比例1-2的无缝钢管完成冷旋锻加工和调制热处理后，可以进一步地对实施例1-10的汽车驱动轴用无缝钢管的微观组织进行观察，观察发现实施例无缝钢管的微观组织表现为马氏体。观察完毕后，需要对完成冷旋锻加工和调制热处理后的各实施例和对比例的无缝钢管的力学性能进行检测，其同样采用拉伸试验，相关试验方法同上，此处不再赘述，试验测试结果列于下述表8之中。

表8列出了完成冷旋锻加工和调质热处理后的实施例1-10的汽车驱动轴用无缝钢管和对比例1-2的无缝钢管的因润滑导致的废品率和力学性能测试结果。

表8.

完成旋锻试验加工后可以将各实施例和对比例的无缝钢管对应制得整体式等速传动轴管，而后检测的各实施例和对比例的无缝钢管样件制得的整体式等速传动轴管的扭转疲劳性能进行检测，相关扭转疲劳性能测试手段，如下所述：

扭转疲劳性能测试：利用传动轴专用扭转疲劳试验机对各个实施例和对比例的无缝钢管分别在输入扭矩为2000N.m的高载条件、输入扭矩为800N.m的低载条件下进行的零部件疲劳寿命测试。从而分别得到实施例1-10的汽车驱动轴用无缝钢管和对比例1-2的无缝钢管对应制得的整体式等速传动轴管在高载时的扭转疲劳寿命以及在低载时的扭转疲劳寿命。

表9列出了完成冷旋锻加工和调制热处理后的实施例1-10的汽车驱动轴用无缝钢管和对比例1-2的无缝钢管制成的整体式等速传动轴管在高载时与低载时的扭转疲劳寿命。

表9.

结合上述表7、表8和表9可以看出，本发明实施例1-10的汽车驱动轴用无缝钢管不仅具有优异的力学性能，还具有良好的冷加工性能和抗扭转疲劳。在冷旋锻加工前，实施例1-10的汽车驱动轴用无缝钢管的屈服强度均在388-452MPa之间，抗拉强度均在613-663MPa之间，延伸率A50均在21-30％之间，硬度均在191-214之间。相应地，在冷旋锻加工和调制热处理后，实施例1-10的汽车驱动轴用无缝钢管的屈服强度均在1311-1492MPa之间，抗拉强度均在1805-2045MPa之间，延伸率A50在9-15％之间。

采用本发明所述实施例1-10汽车驱动轴用无缝钢管制得的整体式等速传动轴管具有十分优异的抗扭转疲劳性能，其在高载时的扭转疲劳寿命≥5109次，在低载时的扭转疲劳寿命≥1220656次。对比例1-2的无缝钢管存在低载不足120万次和高载不足0.5万次的情况。

相应地，参见表8可以发现，在本发明中，相较于实施例1-10的汽车驱动轴用无缝钢管，冷旋锻加工均无抱棒问题(即产生废品)，其因润滑导致的废品率为0；而对比例1-2的无缝钢管的则出现了因润滑不良导致产品报废的情况。

综上所述可以看出，本发明通过合理的化学成分设计并配合优化制造工艺，可以获得一种汽车驱动轴用无缝钢管，该汽车驱动轴用无缝钢管不仅具有良好的自润滑特性，还具有优异的冷加工性能和抗扭转疲劳性能，其特别适用于利用冷旋锻工艺生产的汽车驱动轴等高扭转载荷的汽车零部件，具有十分良好的推广前景和应用价值。

此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。

还需要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种汽车驱动轴用无缝钢管，其特征在于，其各化学元素质量百分比为：

C：0.39～0.45％，Si：0.05～0.15％，Mn：0.50～0.80％，Cr：0.9～1.2％，Mo：0.10～0.30％，Al：0.030～0.045％,Ca：0.001～0.003％,Mg：0.001～0.003％；余量为Fe和其他不可避免的杂质；

所述汽车驱动轴用无缝钢管表面具有纳米高分子润滑膜；

所述汽车驱动轴用无缝钢管采用下述步骤制得：

(1)制得管坯；

(2)加热、穿孔、热连轧和张力减径，以获得热轧管：将管坯加热到1230℃-1290℃，保温60-100min，再在1210-1250℃之间进行穿孔，1120-1180℃之间热连轧，910℃-1010℃进行张力减径，制得热轧管；

(3)退火；

(4)冷轧至成品规格；

(5)成品热处理：加热到奥氏体化温度800℃～870℃，保温10～20min后，以35～45℃/min的冷却速度冷却至650℃下，再空冷；

(6)将无缝钢管在表面处理剂中滚动浸涂，然后烘烤，以在钢管表面获得纳米高分子润滑膜；其中所述表面处理剂的有效成分的质量百分含量为：

所述改性有机高分子树脂包括改性聚氨酯、改性丙烯酸树脂中的一种或两种的水溶性树脂或水系乳液；改性有机高分子树脂的重均分子量在5000～50000之间；

所述水溶性或水分散性蜡包括脂系蜡和聚烯烃系蜡中的至少其中之一；

所述纳米氧化物包括纳米二氧化硅，所述纳米二氧化硅的初级粒子的平均粒径在100nm以下；所述纳米二氧化硅以浓缩浆的形式加入所述表面处理剂中，所述浓缩浆的组分质量百分配比为：40～50％的纳米二氧化硅，20～30％的硅烷混合物，余量为水；

所述硅烷混合物包括正硅酸甲脂、N－(2－氨基乙基)－3氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、3－缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、3－缩水甘油氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3－甲基丙稀氧基丙基三甲氧基硅烷、3－甲基丙稀氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷中的至少两种。

2.如权利要求1所述的汽车驱动轴用无缝钢管，其特征在于，其各化学元素含量还满足下列各项的至少其中之一：

C：0.4～0.44％；

Si：0.05～0.10％；

Mn：0.55～0.75％；

Mo：0.15～0.25％；

Al：0.035～0.040％。

3.如权利要求1所述的汽车驱动轴用无缝钢管，其特征在于，在不可避免的杂质中，P≤0.015％，S≤0.008％，O≤0.003％。

4.如权利要求3所述的汽车驱动轴用无缝钢管，其特征在于，在不可避免的杂质中，P≤0.012％，S≤0.005％，O≤0.002％。

5.如权利要求1所述的汽车驱动轴用无缝钢管，其特征在于，所述纳米高分子润滑膜的厚度为5-10μm。

6.如权利要求1所述的汽车驱动轴用无缝钢管，其特征在于，其在冷旋锻加工前的微观组织为铁素体+索氏体。

7.如权利要求6所述的汽车驱动轴用无缝钢管，其特征在于，其屈服强度为390～480MPa，抗拉强度为600～700MPa，延伸率≥20％，硬度＜220HBW。

8.如权利要求1所述的汽车驱动轴用无缝钢管，其特征在于，其在冷旋锻加工和调制热处理后的微观组织为马氏体。

9.如权利要求8所述的汽车驱动轴用无缝钢管，其特征在于，其屈服强度≥1200MPa，抗拉强度≥1800MPa，延伸率≥8％。

10.如权利要求1所述的汽车驱动轴用无缝钢管，其特征在于，其在在冷旋锻加工时因润滑导致的废品率＜0.05％。

11.一种如权利要求1-10中任意一项所述的汽车驱动轴用无缝钢管的制造方法，其特征在于，包括步骤：

(1)制得管坯；

(2)加热、穿孔、热连轧和张力减径，以获得热轧管：将管坯加热到1230℃-1290℃，保温60-100min，再在1210-1250℃之间进行穿孔，1120-1180℃之间热连轧，910℃-1010℃进行张力减径，制得热轧管；

(3)退火；

(4)冷轧至成品规格；

(5)成品热处理：加热到奥氏体化温度800℃～870℃，保温10～20min后，以35～45℃/min的冷却速度冷却至650℃下，再空冷；

(6)将无缝钢管在表面处理剂中滚动浸涂，然后烘烤，以在钢管表面获得纳米高分子润滑膜；其中所述表面处理剂的有效成分的质量百分含量为：

所述改性有机高分子树脂包括改性聚氨酯、改性丙烯酸树脂中的一种或两种的水溶性树脂或水系乳液；改性有机高分子树脂的重均分子量在5000～50000之间；

所述水溶性或水分散性蜡包括脂系蜡和聚烯烃系蜡中的至少其中之一；

所述纳米氧化物包括纳米二氧化硅，所述纳米二氧化硅的初级粒子的平均粒径在100nm以下；所述纳米二氧化硅以浓缩浆的形式加入所述表面处理剂中，所述浓缩浆的组分质量百分配比为：40～50％的纳米二氧化硅，20～30％的硅烷混合物，余量为水；

所述硅烷混合物包括正硅酸甲脂、N－(2－氨基乙基)－3氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、3－缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷、3－缩水甘油氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3－甲基丙稀氧基丙基三甲氧基硅烷、3－甲基丙稀氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷中的至少两种。

12.如权利要求11所述的制造方法，其特征在于，在步骤(3)中，控制退火温度为720～760℃，保温时间为10-30min。

13.如权利要求11所述的制造方法，其特征在于，在步骤(6)中，烘烤温度为130-190℃，烘烤时间为30-50s。

14.如权利要求11所述的制造方法，其特征在于，所述表面处理剂除了所述有效成分还包括：成膜助剂、消泡剂、流平剂、防酶剂、抗菌剂的至少其中之一。

15.如权利要求11所述的制造方法，其特征在于，所述表面处理剂的固含量为30～40％，粘度为20～30CPS。