CN1920083A - 超低温、高强度长疲劳寿命的汽车桥无缝异型车轴钢管的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超低温、高强度长疲劳寿命的汽车桥无缝异型车轴钢管的制造方法，它是采用整体无缝钢管圆管坯经定型冷拔工艺、热处理工艺制造而成，管坯采用低碳微合金高强度结构钢为材料，材料中C0.14～0.18％、Si 0.3～0.55％、Mn 1.4～1.8％以及微量元素V 0.02～0.08％、Nb0.02～0.08％、Ti 0.02～0.08％和Al 0.015～0.03％，工艺步骤如下：1.正火热处理，2.酸洗润滑，3.液压定型冷拔，并对钢管的四个角部加放角部加厚余量，钢管的平面壁厚与角部壁厚之比为1∶1.15～1.2，四、成品热处理，采用淬火、喷水冷却加回火工艺，淬火温度880～950℃，温时间20～30分钟，快速喷水冷却至350～450℃后空冷，回火温度500～600℃，保温时间40～60分钟。本发明整体组织性能均匀、综合力学性能强。

Description

超低温、高强度长疲劳寿命的汽车桥无缝异型车轴钢管的制造方法

技术领域：

本发明涉及一种汽车桥无缝异型车轴钢管的制造方法。汽车桥无缝异型车轴钢管应用于集装箱专用车、重中型汽车、铁路车辆、工矿车辆等。属金属材料加工及热处理技术领域。

背景技术：

汽车工业是国家的支柱产业之一，随着国民经济的高速发展，对交通运输特别是集装箱专用车、重中型汽车的需求逐年增加。物流运输汽车要跑遍大江南北，在各种气候条件下工作，长期在重负荷、低温冲击疲劳负荷下工作。汽车桥异型车轴钢管是主要承受车辆负荷的关键部件，由它把车辆负荷通过车轮传递到地面，是汽车的主要受力部件，所以对汽车桥异型车轴钢管提出了严格的技术要求：

1、汽车桥长期处于重负荷下工作，要求具有足够的抗拉强度、屈服强度和塑性指标；

2、汽车桥在各种气候条件下承受冲击负荷，要求具有良好的低温冲击韧性；

3、汽车桥长期重负荷工作，因此材料应具有稳定的力学性能和金相组织；同时达到延长疲劳寿命的作用。

4、同时具有符合加工使用要求的公差尺寸；

5、满足上述要求的加工工艺性能，如焊接性能等，合理选用材料，采用先进可靠的热处理工艺。

常规汽车桥焊接异型车轴钢管的生产方法，是采用型钢对焊成封闭的孔型，再经整形，正火热处理和精整而成。其主要存在以下不足：

1、焊接成型车轴钢管焊接工艺中存在组织性能的不均匀性，焊接热影响区的力学性能薄弱。

2、焊接成型车轴钢管的角部做不到加厚，钢管的整体刚度不高。

3、无高温淬火、回火工艺、综合性能无法提高和保证。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种整体组织性能均匀、综合力学性能强的、整体刚度高的超低温、高强度长疲劳寿命的汽车桥无缝异型车轴钢管的制造方法。

本发明的目的是这样实现的：一种超低温、高强度长疲劳寿命的汽车桥无缝异型车轴钢管的制造方法，其特征在于：它是采用整体无缝钢管圆管坯经定型冷拔工艺、热处理工艺制造而成，

所述整体无缝钢管管坯采用低碳微合金高强度结构钢为材料，材料中各化学元素成份重量百分比为：C 0.14～0.18％、Si 0.3～0.55％、Mn 1.4～1.8％以及微量元素V 0.02～0.08％、Nb 0.02～0.08％、Ti 0.02～0.08％和Al0.015～0.03％，余量为Fe及不可避免的杂质，各化学元素的主要功用是：

C：C是决定材料强度的主要元素，必须选用一定含量的碳，但含碳量不能过高，否则会影响材料焊接工艺性能和塑性。

Si：Si是钢中必须的脱氧元素，又能提高钢的强度，但过高使韧性下降，要控制一定的含量。

Mn：Mn可提高淬透性，使回火后渗炭体分布均匀性，起固溶强化作用，并改善钢的韧性。

V：V的作用是提高回火强度，含量过高会使韧性下降。

Nb：Nb的作用是细化晶粒，提高韧性，含量过高时会使韧性下降。

Ti：Ti与V的作用相近。

Al：Al是脱氧剂细化晶粒，含量过高时，脱氧效果趋向饱和。

由于微量合金元素V、Nb、Ti以及Al的同时存在，有利于细化材料的组织和提高钢的强度，阻止晶粒的粗化，属于细晶组织钢材，过热敏感性较小。同时，合理分配的微量合金元素，对材料使用寿命延长起到作用。Mn是本钢种主要合金元素，起到固溶强化作用。较低的碳含量使本钢种具有较好的焊接工艺性能。所以450DJZ、450EJZ具有低碳微合金、高强度、细晶组织，优良的焊接工艺性能，其塑性和低温冲击韧性优良，成本较低。

450DJZ、450EJZ其基本化学成份属50钢级的钢材，我国国标GB规定在常规处理后бb≥510Mpa，бs≥350Mpa，而汽车桥无缝异型车轴钢管，由于结构的需要，要求бb≥550Mpa，比国标提高40Mpa，6s≥450Mpa，比国标提高100Mpa，同时又要求具有良好的塑性δs≥20％和低温冲击韧性Akv-20℃≥60J，Akv-40℃≥40J，必须采用特殊热处理工艺措施来实现。所述制造工艺流程包括：正火热处理、酸洗润滑、定型冷拔、成品热处理和精整矫直，其具体工艺步骤如下：

步骤一、正火热处理

正火热处理加热温度900～920℃，保温时间20～30分钟，空冷，等壁异型钢管拔制中，受孔型模壁的限制，使钢管各部分管壁按不同曲率进行塑性变形，而弯曲成型拔制断面各部分弯曲变形不同，角部曲率最大如塑性不好，超过金属塑性的允许范围易产生开裂。热轧钢管组织不均匀，塑性差。因此首先要进行正火热处理，消除热轧钢管的不良组织，细化晶粒，提高强度、塑性，为定型冷拔准备良好的金相组织和力学性能，防止冷拔开裂、断头的发生，使定型冷拔顺利进行。正火后酸洗、修磨消除表面裂纹、折叠、结疤、翘皮等缺陷，为定型冷拔准备良好的表面质量基础。热处理工艺温度不能过高，当≥950℃时，长期加热晶粒会迅速长大，而使强度、塑性下降。

步骤二、酸洗润滑

酸洗清除氧化膜，冲洗后进行内外表面磷化工序，形成表面疏松的磷化膜层，并吸收皂化液为定型冷拔准备，磨擦系数小的表面利于冷拔的顺利进行。

步骤三、液压定型冷拔

定型冷拔采用液压冷拔衬芯拔制法，管坯外面使用外模控制外径公差尺寸，里面使用异型芯模控制壁厚以及内径尺寸，并对钢管的四个角部加放角部加厚余量，钢管的平面壁厚与角部壁厚之比为1∶1.15～1.2，为提高方形异型钢管的整体刚度，对钢管的薄弱部分四个角部，在模具设计中采用角部加厚技术，专门加放角部加厚余量，能有效提高钢管的刚度，液压冷拔比较原链式冷拔，拔制更平稳，有利于车轴异型钢管的精确成型。液压衬芯冷拔法可以获得精确的尺寸精度，由于衬芯的效果，钢管表面平整。

步骤四、成品热处理

成品热处理采用淬火、喷水冷却加回火工艺，淬火加热温度880～950℃，保温时间20～30分钟，快速喷水冷却至350～450℃后空冷，回火温度500～600℃，保温时间40～60分钟。

淬火实现钢管在加热过程中得到均匀的奥氏体组织，因为本钢号在950C以上长期加热才能晶粒迅速长大而形成粗晶，所以通过加热经快速冷却能得到细晶组织，经回火就能得到高强度、高塑性、高韧性的综合力学性能。钢管加热保温后，及时进行喷水冷却。本钢号Ms400℃在马氏体转变点开始上下及时转入空冷可有效减小钢管的冷却应力和组织应力，从而尽量减少钢管的变形，而不会影响工件的强度。

450DJZ、450EJZ淬火金相组织为铁素体+贝氏体+细珠光体，淬火后的力学性能为бb750～900Mpa，бs600～700Mpa，δs8～18％。

汽车桥无缝异型车轴钢管通过淬火后获得以细晶混合组织，力学性能бb、бs数值，已满足бs≥440Mpa的要求，但δs≤18％低于使用的标准要求，因为淬火组织具有不稳定性，通过高温回火热处理工艺，达到稳定组织的目的，同时提高塑性，适当降低屈服强度，提高低温冲击韧性得到良好的综合力学性能的目的。淬火、回火后金相组织为铁素体+细珠光体组织。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、整体汽车桥无缝异型车轴钢管：本发明整体汽车桥无缝异型车轴钢管，比一般使用的型钢焊接形成方形封闭孔型优越，采用无缝钢管圆管坯定型拔制孔形设计，采用角部加厚技术，对异形车轴钢管角部的有效加厚，提高了钢管的整体刚度，更具有整体性能优势。整体无缝车轴钢管，可以完全避免焊接缺陷的产生，以及焊接热影响区的力学性能薄弱区，质量更具有均匀性、可靠性。

2、钢种化学成份：本发明整体汽车桥无缝异型车轴钢管，采用低钢级材料450DJZ、450EJZ，加强了细晶合金的含量，属于低碳微合金高强度结构钢，本发明通过材料中的各化学元素成分比例，特别是微量元素合理的配比，再通过特殊工艺冶炼，为后道工序材料的综合性能起到了保障。常规热处理бs≥350Mpa，本发明通过采用专用热处理工艺等，其力学性能бb≥550Mpa，бs≥450Mpa，比国标同类钢种提高近100Mpa，同时具有优良的综合力学性能。

3、热处理工艺：本发明整体汽车桥无缝异型车轴钢管，成品热处理工艺采用淬火、喷水快速冷却和高温回火工艺，是获得细晶组织的有效工艺方法，晶粒度达10～11级，并获得优良的低温冲击韧性，其Akv-20℃≥，平均达220J，为技术要求60J的3倍以上。Akv-40℃平均达206J，为技术要求40J的5倍，对于汽车桥异型车轴钢管具极优良的使用性能，适合于低温，超低温的工作条件下工作。其整体组织性能均匀，避免了传统焊接成型工艺中的组织性能不均匀性，同时获得长疲劳寿命。

4、本发明采用本公司自行研制的车轴异型钢管淬火水冷专用装置：汽车桥异型车轴钢管，连续式热处理工件长达10m，工艺要求高，必须很短时间内迅速冷却、为此专门设计水冷却系统及专用水冷喷淋器，见附图1、附图2在专业化生产中达到预期的目的。

附图说明

图1为本发明的水冷系统图。

图2为本发明采用的水冷喷淋器俯视图。

具体实施方式：

实施例1：

本发明一种超低温、高强度长疲劳寿命的汽车桥无缝异型车轴钢管的制造方法，采用整体无缝钢管圆管坯经定型冷拔工艺、热处理工艺制造而成，整体无缝钢管管坯采用低碳微合金高强度结构钢(450DJZ、450EJZ)为材料，材料中各化学元素成份重量百分比为：C 0.15％、Si 0.5％、Mn 1.7％以及微量元素V 0.05％、Nb 0.05％、Ti 0.05％和Al 0.02％，余量为Fe及不可避免的杂质，其具体工艺步骤如下：

步骤一、正火热处理

正火热处理加热温度900～920℃，保温时间25分钟，空冷，

步骤二、酸洗润滑

酸洗清除氧化膜，冲洗后进行内外表面磷化工序，

步骤三、液压定型冷拔

定型冷拔采用液压冷拔衬芯拔制法，管坯外面使用外模控制外径公差尺寸，里面使用异型芯模控制壁厚以及内径尺寸，并对钢管的四个角部加放角部加厚余量，钢管的平面壁厚与角部壁厚之比为1∶1.2，

步骤四、成品热处理

成品热处理采用淬火、喷水冷却加回火工艺，淬火加热温度880～950℃，保温时间30分钟，快速喷水冷却至450℃后空冷，回火温度550～600℃，保温时间50分钟。

Claims (1)

1、一种超低温、高强度长疲劳寿命的汽车桥无缝异型车轴钢管的制造方法，其特征在于：它是采用整体无缝钢管圆管坯经定型冷拔工艺、热处理工艺制造而成，

所述整体无缝钢管管坯采用低碳微合金高强度结构钢为材料，材料中各化学元素成份重量百分比为：C 0.14～0.18％、Si 0.3～0.55％、Mn 1.4～1.8％以及微量元素V 0.02～0.08％、Nb 0.02～0.08％、Ti 0.02～0.08％和Al0.015～0.03％，余量为Fe及不可避免的杂质，其具体工艺步骤如下：

步骤一、正火热处理

正火热处理加热温度900～920℃，保温时间20～30分钟，空冷，

步骤二、酸洗润滑

酸洗清除氧化膜，冲洗后进行内外表面磷化工序，

步骤三、液压定型冷拔

定型冷拔采用液压冷拔衬芯拔制法，管坯外面使用外模控制外径公差尺寸，里面使用异型芯模控制壁厚以及内径尺寸，并对钢管的四个角部加放角部加厚余量，钢管的平面壁厚与角部壁厚之比为1∶1.15～1.2，

步骤四、成品热处理

成品热处理采用淬火、喷水冷却加回火工艺，淬火加热温度880～950℃，保温时间20～30分钟，快速喷水冷却至350～450℃后空冷，回火温度500～600℃，保温时间40～60分钟。

Images