CN115679196B - 一种自润滑汽车驱动轴用无缝钢管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自润滑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：0.32～0.36％，Si：0.05～0.15％，Mn：0.55～0.95％，Cr：0.8～1.2％，Mo：0.10～0.30％，Al：0.030～0.055％，Ca：0.001～0.003％,Mg：0.001～0.003％；所述自润滑汽车驱动轴用无缝钢管的磷化层具有错位分布的片状结晶，错位分布的片状结晶之间形成有凹陷。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820℃～880℃，保温10～20min后，以35～50℃/min的冷却速度冷却至720℃下，再空冷；(6)预磷化，其依次包括步骤：酸洗，水洗，表调预处理，磷化处理，水洗和干燥。
Description
技术领域
本发明涉及一种钢材及其制造方法，尤其涉及一种无缝钢管及其制造方法。
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，其一端可以连接车轮，另一端连接变速箱中的差速器，从而在车辆上传递动力。汽车等速传动半轴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。
但是，由于车辆在运行过程中的工况较为复杂，传动半轴作为汽车等速万向节传动轴总成的重要组成部件，其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。由此，疲劳性能一直都是传动半轴管材的关键性能指标。
早期的汽车等速传动半轴通常是有实芯棒材加工而成的，但随着环保法规加严，节能减排的要求也随之越来越高，为了达到最大程度的轻量化，除主车身采用高强钢、轻质材料外，在整车重量中占比较小的汽车零部件如驱动轴类产品也被纳入减重行列，实心棒材和锻材已逐步被空心管材替代。空心轴管尤其是整体式空心传动轴管相比传统实心轴具有轻量化、高扭转刚度和高疲劳寿命以及抗震降噪等优点。
相应地，汽车半轴的生产加工模式也实现升级换代，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，管材原始表面条件及其表面预润滑状态，对确保管材冷旋锻的顺利进行也至关重要。
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的设计，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。该发明无缝钢管是利用高C、Mn、Cr以及控制Ti/B/N的比例来达到高强度和淬硬性的，但过高的C在调质过程中容易出现淬火裂纹和磨削裂纹等问题。
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自润滑汽车驱动轴用无缝钢管，该自润滑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自润滑汽车驱动轴用无缝钢管，该自润滑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，本发明提供了一种自润滑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：0.32～0.36％，Si：0.05～0.15％，Mn：0.55～0.95％，Cr：0.8～1.2％，Mo：0.10～0.30％，Al：0.030～0.055％，Ca：0.001～0.003％,Mg：0.001～0.003％；
所述自润滑汽车驱动轴用无缝钢管的磷化层具有错位分布的片状结晶，错位分布的片状结晶之间形成有凹陷。
进一步地，在本发明所述的自润滑汽车驱动轴用无缝钢管中，其各化学元素质量百分比为：
C：0.32～0.36％，Si：0.05～0.15％，Mn：0.55～0.95％，Cr：0.8～1.2％，Mo：0.10～0.30％，Al：0.030～0.055％,Ca：0.001～0.003％,Mg：0.001～0.003％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
在本发明所述的自润滑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：在本发明所述的自润滑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，导致脱碳控制变得异常困难。因此，为了确保材料的淬火硬度和淬硬性，从而既保证材料的淬透性、又降低淬裂敏感性，在本发明所述的自润滑汽车驱动轴用无缝钢管中，将C元素的质量百分比控制在0.32～0.36％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0.33～0.35％之间。
Si：在本发明所述的自润滑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。因此，在本发明所述的自润滑汽车驱动轴用无缝钢管中，可以将Si元素含量控制在较低范围，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：在本发明所述的自润滑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，可能会加剧模具的磨损，降低生产磨具寿命。基于此，在本发明所述的自润滑汽车驱动轴用无缝钢管中，将Mn元素的质量百分比控制在0.55～0.95％。
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0.70～0.90％之间。
Cr：在本发明所述的自润滑汽车驱动轴用无缝钢管中，提高钢中Cr元素含量，不仅可以改善材料的淬硬性，还能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，在本发明所述的自润滑汽车驱动轴用无缝钢管中，将Cr元素的质量百分比控制在0.8～1.2％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Cr元素的质量百分比控制在0.90～1.20％之间。
Mo：在本发明所述的自润滑汽车驱动轴用无缝钢管中，钢中添加适量的Mo元素可以起到固溶强化的作用，其可以有效提高钢材的强度以及回火稳定性。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，其有益作用明显下降，且还有可能形成金属间脆性相的风险等。基于此，在本发明所述的自润滑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：在本发明所述的自润滑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的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抗扭转疲劳性能产生不利影响。
基于此，在本发明所述的自润滑汽车驱动轴用无缝钢管中，将Al元素质量百分比控制在0.030～0.055％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0.035～0.050％之间。
进一步地，在本发明所述的自润滑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：0.33～0.35％；
Si：0.05～0.10％；
Mn：0.70～0.90％；
Cr：0.90～1.20％；
Mo：0.15～0.25％；
Al：0.035～0.050％。
进一步地，在本发明所述的自润滑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，在本发明所述的自润滑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。
在本发明所述的自润滑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，在本发明所述的自润滑汽车驱动轴用无缝钢管中，钢中的O含量是钢质纯净度的体现，总O越低，则表示钢质纯净度越高，因此，在本发明中，要严格控制自润滑汽车驱动轴用无缝钢管中O元素的含量，以确保对材料的抗疲劳性能不产生负面影响。
进一步地，在本发明所述的自润滑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，在本发明所述的自润滑汽车驱动轴用无缝钢管中，其屈服强度为380～460MPa，抗拉强度为580～680MPa，延伸率≥20％。
进一步地，在本发明所述的自润滑汽车驱动轴用无缝钢管中，其在冷旋锻加工和调制热处理后的微观组织为马氏体。
进一步地，在本发明所述的自润滑汽车驱动轴用无缝钢管中，其屈服强度≥1000MPa，抗拉强度≥1500MPa，延伸率≥8％。
进一步地，在本发明所述的自润滑汽车驱动轴用无缝钢管中，其特征在于，其在冷旋锻加工时因润滑不良导致的废品率＜0.1％。
相应地，本发明的另一目的在于提供一种自润滑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自润滑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自润滑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820℃～880℃，保温10～20min后，以35～50℃/min的冷却速度冷却至720℃以下，再空冷；
(6)磷化，其依次包括步骤：酸洗，水洗，表调预处理，磷化处理，水洗和干燥。
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1220℃-1280℃，保温60-120min，再在1200～1250℃之间进行穿孔，1120-1180℃之间热连轧，900℃-1000℃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(5)中，控制热处理温度为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，在酸洗步骤中，采用盐酸和六次甲基四胺的混合液在常温下酸洗3-5min。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(6)中，在表调预处理步骤中，采用浓度为2-3g/L的磷酸钛溶液在室温下处理30-50s，磷酸钛溶液pH值为8.0-9.0。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(6)中，磷化处理的温度为10-35℃，磷化处理时间为10-20min。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(6)中，磷化处理的处理液包括：40-60g/l的Zn(H2PO4)2·2H2O，75-85g/l的Zn(NO3)2，0.8-1.2g/l的NaClO3,0.3-0.8g/l的C6H4O5NSNa；所述处理液的pH值为2.5-3.5。
相较于现有技术，本发明所述的自润滑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，可以获得一种自润滑汽车驱动轴用无缝钢管，该自润滑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。
本发明所述的自润滑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380～460MPa，抗拉强度为580～680MPa，延伸率≥20％。无缝钢管经过磷化处理后，具有片层状的自润滑磷化层，磷化层具有错位分布的片状结晶，错位分布的片状结晶之间形成有凹陷，凹陷处有利在冷旋锻加工过程中润滑介质的浸润吸附，可以使冷旋锻时因润滑不良导致的废品率降低到0.1％以下。
相应地，在冷旋锻加工和调制热处理后，本发明所述的自润滑汽车驱动轴用无缝钢管的微观组织为马氏体，其屈服强度≥1000MPa，抗拉强度≥1500MPa，延伸率≥8％。该自润滑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。采用该钢管生产的整体式等速传动轴管在高载(输入扭矩2000N.m)时扭转疲劳寿命≥0.3万次，在低载(输入扭矩800N.m)时扭转疲劳寿命≥100万次，具有十分良好的推广前景和应用价值。
附图说明
图1为实施例8的自润滑汽车驱动轴用无缝钢管的表面扫描电镜二次电子形貌照片。
图2为实施例8的自润滑汽车驱动轴用无缝钢管的表面扫描电镜背散射形貌照片。
图3为实施例8的自润滑汽车驱动轴用无缝钢管的表面磷化层被酸洗去除后的基体表面扫描电镜二次电子形貌照片。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例和说明书附图对本发明所述的自润滑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的自润滑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、热轧和定径，以获得热轧管：将管坯在1220℃-1280℃加热并保温60-120min，而后再在1200～1250℃范围内进行高温穿孔，在1120-1180℃范围之间热连轧，900℃-1000℃张力减径，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820℃～880℃，保温10～20min后，以35～50℃/min的冷却速度冷却至720℃以下，再空冷至室温。
(6)磷化，其依次包括步骤：酸洗，水洗，表调预处理，磷化处理，水洗和干燥；在酸洗步骤中，采用盐酸和六次甲基四胺的混合液在常温下酸洗3-5min；在表调预处理步骤中，采用浓度为2-3g/L的磷酸钛溶液在室温下处理30-50s，磷酸钛溶液pH值为8.0-9.0；在磷化处理中，磷化处理的温度为10-35℃，磷化处理时间为10-20min；磷化处理的处理液包括：40-60g/l的Zn(H2PO4)2·2H2O，75-85g/l的Zn(NO3)2，0.8-1.2g/l的NaClO3,0.3-0.8g/l的C6H4O5NSNa；所述处理液的pH值为2.5-3.5。
需要说明的是，在本发明中，实施例1-10的自润滑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的自润滑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的自润滑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，需要进行预磷化，其依次包括步骤：酸洗，水洗，表调预处理，磷化处理，水洗和干燥。其中，在进行磷化处理时，需要对应选用处理液。其中，在本发明中可以控制磷化处理中的处理液包括：40-60g/l的Zn(H2PO4)2·2H2O，75-85g/l的Zn(NO3)2，0.8-1.2g/l的NaClO3,0.3-0.8g/l的C6H4O5NSNa；且控制该处理液的pH值为2.5-3.5。
在本发明中，实施例1-10的自润滑汽车驱动轴用无缝钢管所采用的磷化处理的处理液均满足上述要求，而对比例1-2的无缝钢管的处理液成分中均存在不满足上述要求的参数。实施例1-10和对比例1-2的无缝钢管的处理液成分如下述表3所示。
表3列出了实施例1-10的自润滑汽车驱动轴用无缝钢管和对比例1-2的无缝钢管在磷化处理过程中的处理液成分以及处理液的pH值。
表3.
将预磷化处理后制得的实施例1-10的自润滑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，并进行各项性能测试，以测得在冷旋锻加工前，实施例1-10的自润滑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，所得的测试结果列于表4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。得到实施例1-10的自润滑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。
表4列出了实施例1-10的自润滑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。
表4.
相应地，测试完上述实施例1-10的自润滑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制热处理。
相应地，在调质热处理中，将各实施例和对比例的无缝钢管样件在900℃±20℃进行高温淬火，并在200℃±50℃低温回火处理。
在实施例1-10的自润滑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。相关拉伸试验的测试结果列于下述表5中。
表5列出了完成冷旋锻加工和调质热处理后的实施例1-10的自润滑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5.
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，而后对各实施例和对比例无缝钢管的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1200N.m的中载条件、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。得到实施例1-10的自润滑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6列出了完成冷旋锻加工和调制热处理后的实施例1-10的自润滑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6.
结合上述表4、表5和表6可以看出，本发明实施例1-10的自润滑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。如表4所示，在冷旋锻加工前，实施例1-10的自润滑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。
相应地，如表5所示，在冷旋锻加工和调制热处理后，实施例1-10的自润滑汽车驱动轴用无缝钢管的屈服强度均在1050-1293MPa之间，抗拉强度均在1504-1691MPa之间，延伸率A50均在8.5-14％之间。此外，在本发明中，实施例1-10的自润滑汽车驱动轴用无缝钢管因润滑不足导致的废品率均为0,；相较于实施例1-10的自润滑汽车驱动轴用无缝钢管，对比例1-2的无缝钢管的因润滑不足导致的废品率达到2％和5％。
采用本发明所述实施例1-10自润滑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≥3381次，在低载时的扭转疲劳寿命≥1064961次。
图1为实施例8的自润滑汽车驱动轴用无缝钢管的表面扫描电镜二次电子形貌照片。
图2为实施例8的自润滑汽车驱动轴用无缝钢管的表面扫描电镜背散射形貌照片。
如图1和图2所示，图1和图2显示了实施例8的自润滑汽车驱动轴用无缝钢管的自润滑层的表面微观形貌。在本实施方式中，实施例8的自润滑汽车驱动轴用无缝钢管表面形成鳞片状结晶的自润滑磷化层，自润滑汽车驱动轴用无缝钢管的磷化层具有错位分布的片状结晶，错位分布的片状结晶之间形成有凹陷，凹陷处有利在冷旋锻加工过程中润滑介质的浸润吸附。
图3为实施例8的自润滑汽车驱动轴用无缝钢管的表面磷化层被酸洗去除后的基体表面扫描电镜二次电子形貌照片。
如图3所示，图3显示了实施例8的自润滑汽车驱动轴用无缝钢管的表面磷化层在基体界面生长结晶初始形貌特征，按不同的取向结晶生长。
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，可以获得一种自润滑汽车驱动轴用无缝钢管，自润滑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 (14)
1.一种自润滑汽车驱动轴用无缝钢管，其各化学元素质量百分比为：
C：0.32～0.36％，Si：0.05～0.15％，Mn：0.55～0.95％，Cr：0.8～1.2％，Mo：0.10～0.30％，Al：0.030～0.055％，Ca：0.001～0.003％,Mg：0.001～0.003％；余量为Fe和其他不可避免的杂质；
所述自润滑汽车驱动轴用无缝钢管的磷化层具有错位分布的片状结晶，错位分布的片状结晶之间形成有凹陷；
所述自润滑汽车驱动轴用无缝钢管的制造方法包括步骤：
(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820℃～880℃，保温10～20min后，以35～50℃/min的冷却速度冷却至720℃以下，再空冷；
(6)预磷化，其依次包括步骤：酸洗，水洗，表调预处理，磷化处理，水洗和干燥；其中磷化处理的温度为10-35℃，磷化处理时间为10-20min；磷化处理的处理液包括：40-60g/l的Zn(H2PO4)2·2H2O，75-85g/l的Zn(NO3)2，0.8-1.2g/l的NaClO3,0.3-0.8g/l的C6H4O5NSNa；所述处理液的pH值为2.5-3.5。
2.如权利要求1所述的自润滑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：0.33～0.35％；
Si：0.05～0.10％；
Mn：0.70～0.90％；
Cr：0.90～1.20％；
Mo：0.15～0.25％；
Al：0.035～0.050％。
3.如权利要求1所述的自润滑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所述的自润滑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所述的自润滑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。
6.如权利要求5所述的自润滑汽车驱动轴用无缝钢管，其特征在于，其屈服强度为380～460MPa，抗拉强度为580～680MPa，延伸率≥20％。
7.如权利要求1所述的自润滑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。
8.如权利要求7所述的自润滑汽车驱动轴用无缝钢管，其特征在于，其屈服强度≥1000MPa，抗拉强度≥1500MPa，延伸率≥8％。
9.如权利要求1所述的自润滑汽车驱动轴用无缝钢管，其特征在于，其在冷旋锻加工时因润滑不良导致的废品率＜0.1％。
10.一种权利要求1-9中任意一项所述的自润滑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；
(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820℃～880℃，保温10～20min后，以35～50℃/min的冷却速度冷却至720℃以下，再空冷；
(6)预磷化，其依次包括步骤：酸洗，水洗，表调预处理，磷化处理，水洗和干燥；其中磷化处理的温度为10-35℃，磷化处理时间为10-20min；磷化处理的处理液包括：40-60g/l的Zn(H2PO4)2·2H2O，75-85g/l的Zn(NO3)2，0.8-1.2g/l的NaClO3,0.3-0.8g/l的C6H4O5NSNa；所述处理液的pH值为2.5-3.5。
11.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，在步骤(2)中，将管坯加热到1220℃-1280℃，保温60-120min，再在1200～1250℃之间进行穿孔，1120-1180℃之间热连轧，900℃-1000℃张力减径，制得热轧管。
12.如权利要求10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10所述的制造方法，其特征在于，在步骤(6)中，在酸洗步骤中，采用盐酸和六次甲基四胺的混合液在常温下酸洗3-5min。
14.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，在步骤(6)中，在表调预处理步骤中，采用浓度为2-3g/L的磷酸钛溶液在室温下处理30-50s，磷酸钛溶液pH值为8.0-9.0。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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