專利名稱：低循環(huán)疲勞特性優(yōu)異的汽車行走部件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及低循環(huán)疲勞特性優(yōu)異的汽車行走部件及其制造方法。作為本發(fā)明的汽車行走部件，有例如前橋梁、懸架構(gòu)件等。
背景技術(shù)：
汽車行走部件，不用說可加工性，由于在行駛中反復(fù)受到?jīng)_擊載荷和扭轉(zhuǎn)載荷等，因此在需要高的強(qiáng)度的同時(shí)需要高的疲勞特性。沖擊載荷和扭轉(zhuǎn)載荷等也有時(shí)成為影響到坯料的塑性區(qū)域的大的載荷，因此特別是在高應(yīng)力振幅低循環(huán)區(qū)域(斷裂次數(shù)為105次以下)的疲勞特性受到重視。例如，對于作為汽車行走部件的汽車前橋梁，在專利文獻(xiàn)I中曾提出了對筒狀的 被加工體(例如鋼管)的內(nèi)表面賦予液體壓力并進(jìn)行壓制加工的方法、和采用該方法得到的異型截面筒狀體的前橋梁。為了確保充分的疲勞特性，該前橋梁通過在將鋼管壓制加工后實(shí)施淬火、退火等的硬化熱處理，使部件的疲勞特性和強(qiáng)度提高到所希望的水平。如果進(jìn)行這樣的硬化熱處理，則部件的成本變高，而且存在部件形狀由于熱處理而變化，需要追加矯正的情況、和部件軟化需要追加的強(qiáng)化手段(例如表面硬質(zhì)化處理等)的情況。因此，在產(chǎn)業(yè)界期待沒有壓制后的熱處理而能夠制造的具有充分的疲勞特性的汽車行走部件。另外，作為疲勞特性優(yōu)異的汽車行走部件，在專利文獻(xiàn)2中，曾提出了由Nb和Mo的復(fù)合添加鋼構(gòu)成的部件。Nb和Mo的復(fù)合添加鋼在彎曲成形后表層部由于加工硬化而變硬，并且，為了提高疲勞特性而進(jìn)行的去內(nèi)部應(yīng)力退火時(shí)的硬度的降低少，因此疲勞特性優(yōu)
巳升。的確在壓制成形后若進(jìn)行退火則可以認(rèn)為具有充分的疲勞特性。但是，在保持壓制成形的狀態(tài)下，由于存在鐵素體，因此擔(dān)心在壓制成形后產(chǎn)生多數(shù)的成為疲勞裂紋的起點(diǎn)的微小空隙(void)。另外，低循環(huán)區(qū)域的疲勞，成為大大超過鐵素體相的屈服應(yīng)力的應(yīng)力振幅，因此鐵素體相變得容易滑動，局部地發(fā)生疲勞損傷。因此，不能認(rèn)為具有充分的低循環(huán)疲勞特性?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開2001-321846專利文獻(xiàn)2 日本特開2008-6365
發(fā)明內(nèi)容
保持壓制成形狀態(tài)不進(jìn)行熱處理而能夠制造的具有充分的低循環(huán)疲勞特性的汽車行走部件，迄今為止尚未提出。特別是實(shí)施了大的彎曲成形的汽車行走部件，在彎曲大的部位，得不到充分的低循環(huán)疲勞特性。
因此，本發(fā)明的課題是提供一種汽車行走部件及其制造方法，所述汽車行走部件為低成本，不需要追加矯正和追加的強(qiáng)化手段，壓制成形后不進(jìn)行熱處理，即使是實(shí)施了大的彎曲成形的情況也具有充分的低循環(huán)疲勞特性。本發(fā)明者們?yōu)榱说玫骄哂谐浞值牡脱h(huán)疲勞特性的汽車行走部件，研討了從成形的前后到負(fù)荷疲勞載荷的、構(gòu)成部件的鋼材的微小空隙的生成和疲勞裂紋的產(chǎn)生和進(jìn)展過程。其結(jié)果，本發(fā)明者們新發(fā)現(xiàn)了 ；在鋼制的汽車行走部件中，在鋼材的制造時(shí)和成形加工時(shí)產(chǎn)生的微小空隙在加工后作為部件使用時(shí)，促進(jìn)疲勞裂紋的產(chǎn)生和進(jìn)展。另外，本發(fā)明者們新發(fā)現(xiàn)了 根據(jù)成形后的部件的成為低循環(huán)疲勞裂紋的起點(diǎn)的部位的板厚t和外表面曲率半徑R的比R/t的值，對低循環(huán)疲勞特性有利的顯微組織不同。由成為低循環(huán)疲勞裂紋的起點(diǎn)的部位的板厚t和外表面曲率半徑R的比R/t變?yōu)?以下那樣的彎曲主體成形的部件，在R/t為5以下的部位的組織整體中強(qiáng)制性地產(chǎn)生變·形。本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)了，鋼的組織是以貝氏體為主體的均勻組織時(shí)，成形后的微小空隙的產(chǎn)生少，低循環(huán)疲勞壽命變長，貝氏體在組織中占的比例低于80%時(shí)，在軟質(zhì)組織和硬質(zhì)組織的邊界形成多數(shù)的微小空隙，該空隙促進(jìn)疲勞裂紋的產(chǎn)生和進(jìn)展，低循環(huán)疲勞壽命變短。關(guān)注于該見解，進(jìn)行了各種研討的結(jié)果，本發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)了，通過將鋼的組織控制成以貝氏體組織為主體，造出缺陷充分少的鋼管后，實(shí)施彎曲主體的成形，由此與使用其他組織的鋼或采用其他成形方法制造出的部件相比，可得到具有飛躍性地優(yōu)異的低循環(huán)疲勞特性的部件。本發(fā)明是基于上述見解完成的，其要旨如下。(I) 一種低循環(huán)疲勞特性優(yōu)異的汽車行走部件，其特征在于，是由下述鋼構(gòu)成的汽車行走部件，所述鋼以質(zhì)量％計(jì)含有C 0. 02 O. 10%、Si 0. 05 I. 0%、Mn 0. 3 2. 5%、P 0. 03% 以下、S :0· 01% 以下、Ti 0. 005 O. 1%、Al 0. 005 O. 1%、N 0. 0005 O. 006%、和B :0. 0001、. 01，其余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)組成，部件組織的80%以上為貝氏體組織，板厚t和外表面曲率半徑R的比R/t為5以下的部位的(211)面的X射線半值寬度為5度(deg)以下。(2)根據(jù)上述(I)的低循環(huán)疲勞特性優(yōu)異的汽車行走部件，其特征在于，構(gòu)成上述汽車行走部件的鋼以質(zhì)量％計(jì)還含有選自Cu 0. 005 I. 0%、Ni 0. 005 I. 0%、Cr 0. 03 I. 0%、
Mo 0. Γ0. 5%、Nb 0. 003 O. 2%、V :0. OOl O. 2%、W 0. ΟΟΓΟ. 1%、Ca :0. OOOl O. 02%、Mg 0. 000Γ0. 02%、Zr 0. ΟΟΟΓΟ. 02%、和REM 0. OOOl O. 02%中的一種或兩種以上的元素。 (3)—種低循環(huán)疲勞特性優(yōu)異的汽車行走部件的制造方法，其特征在于，將以質(zhì)量％計(jì)，含有C 0. 02 0. 10%、Si 0. 05 I. 0%、Mn 0. 3 2. 5%、P 0. 03% 以下、S :0· 01% 以下、Ti :0· 005 0. 1%、Al 0. 005 0. 1%、N 0. 0005 0. 006%、和B :0. 000Γ0. 01%,其余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)組成的鋼板坯加熱到10700C 1300°C，接著，實(shí)施精軋結(jié)束溫度設(shè)為850°C 1070°C的熱軋，其后，以滿足(A)式的冷卻速度V (°C /秒)冷卻到500°C以下，接著，進(jìn)行造管使得在外徑設(shè)為D、板厚設(shè)為t時(shí)，開坯工序中的鋼材最表面的造管應(yīng)變Δ ε變?yōu)橐韵?B)式的范圍，接著，進(jìn)行壓制成形，300/Μ 彡 V 彡 3000/Μ · · · (A)0. 7t/ (D-t) ^ Δ ε 彡 I. 2t/ (D_t) · · · (B)其中，M=exp{6.2 (C+0. 27Mn+0. 2Cr+0. 05Cu+0. llNi+0. 25Mo) +0. 74} · · · (C)(C)式的 C、Mn、Cr、Cu、Ni、Mo 的值為質(zhì)量 ％。根據(jù)上述(3)所述的低循環(huán)疲勞特性優(yōu)異的汽車行走部件的制造方法，其特征在于，上述鋼板坯以質(zhì)量％計(jì)還含有選自Cu 0. 005 I. 0%、Ni 0. 005 I. 0%、Cr 0. 03 I. 0%、Mo 0. I 0. 5%、Nb 0. 003 0. 2%、V :0· 001 0. 2%、W 0. 00Γ0. 1%、Ca 0. 000Γ0. 02%、Mg :0. 0001 0. 02%、
Zr 0. ΟΟΟΓΟ. 02%、和REM 0. ΟΟΟΓΟ. 02%中的一種或兩種以上。本發(fā)明的汽車行走部件，成形為彎曲主體，并且，組織為貝氏體主體且均勻，因此在成形時(shí)難以產(chǎn)生微小空隙。其結(jié)果，可抑制起因于該微小空隙的疲勞裂紋的產(chǎn)生，進(jìn)而，能夠抑制該微小空隙連接而成的龜裂進(jìn)展，因此，本發(fā)明的汽車行走部件，低循環(huán)疲勞特性優(yōu)異。成形應(yīng)變量越多，該傾向就越顯著，本發(fā)明的汽車行走部件和以往的汽車行走部件的低循環(huán)疲勞壽命之差變大。另外，本發(fā)明的汽車行走部件，在鋼材的制造工序和造管工序中將微小空隙的產(chǎn)生抑制為最小限度。即，通過滿足上述(B)式的條件，將在鋼材最表面產(chǎn)生較多的應(yīng)變的開坯(以下稱為「BD」)工序中產(chǎn)生的、成為疲勞裂紋的起點(diǎn)的造管應(yīng)變抑制為最小限度。 因此，本發(fā)明的汽車行走部件，制品中的成為疲勞裂紋的起點(diǎn)部的部位的位錯(cuò)和空隙等的缺陷變少，因此顯示優(yōu)異的低循環(huán)疲勞特性。另外，本發(fā)明的汽車行走部件，組織是以貝氏體為主體且均勻，因此疲勞損傷不會局部化。此外，對于在低循環(huán)疲勞區(qū)域中的高的應(yīng)力振幅，與同一強(qiáng)度水平的DP鋼那樣的以鐵素體相為主體的組織相比，屈服應(yīng)力高，并且相對于循環(huán)應(yīng)力的位錯(cuò)滑動阻力變高，能夠進(jìn)一步抑制疲勞裂紋的產(chǎn)生。本發(fā)明的汽車行走部件，與采用其他組織或其他制造方法制造的汽車行走部件相t匕，具有極其優(yōu)異的低循環(huán)疲勞特性，因此能夠省略成形后的硬質(zhì)化、或者高強(qiáng)度化等的熱處理。通過省略熱處理,能夠削減熱處理成本。另外，能夠防止熱處理時(shí)的氧化皮附著，因此不會損害部件的外觀品質(zhì)，而且也能夠防止由熱處理引起的形狀變化等，具有許多的優(yōu)點(diǎn)。


圖I是表示貝氏體的組織面分率和低循環(huán)疲勞特性的關(guān)系的圖。圖2是表示成為低循環(huán)疲勞裂紋的起點(diǎn)的部位的板厚t和外表面曲率半徑R的比R/t與低循環(huán)疲勞特性的關(guān)系的圖。圖3是模式地表示熱軋-冷卻時(shí)的溫度和冷卻速度的定義的圖。圖4是表示實(shí)施例中的汽車行走部件的截面形狀的圖。圖5是表示(A)式和貝氏體分率的關(guān)系的圖。圖6是表示(B)式和X射線半值寬度值的關(guān)系的圖。圖7是表示X射線半值寬度值和低循環(huán)疲勞特性的關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式以下對于構(gòu)成本發(fā)明的部件的鋼的組織的限定理由進(jìn)行敘述。圖I表示構(gòu)成部件的鋼的貝氏體分率和低循環(huán)疲勞特性的關(guān)系。低循環(huán)疲勞特性根據(jù)強(qiáng)度水平而不同，因此在此設(shè)為實(shí)施對裂紋產(chǎn)生部位施加的應(yīng)力振幅/TS變?yōu)?.8那樣的部件的扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)時(shí)的、直到產(chǎn)生裂紋的反復(fù)負(fù)荷次數(shù)(以下稱為「疲勞壽命」)。圖I是使用在實(shí)施例的發(fā)明例I中使用的鋼，對于改變冷卻速度使貝氏體的面分率變化了的部件，實(shí)施了低循環(huán)疲勞試驗(yàn)的結(jié)果。如圖I所示，低循環(huán)疲勞特性隨著貝氏體的面分率增加而提高，在貝氏體的面分率80%下成為極高的值并大致穩(wěn)定化。在比貝氏體軟質(zhì)的相過度地存在的情況下，在該軟質(zhì)的相中容易產(chǎn)生微小空隙和疲勞裂紋。另外，在比貝氏體硬質(zhì)的相在鋼表層部過度地存在的情況下，在硬質(zhì)的相和貝氏體相的界面和/或其界面附近，容易產(chǎn)生微小空隙和疲勞裂紋。作為比貝氏體軟質(zhì)的相，有鐵素體、珠光體、穩(wěn)定的殘余奧氏體等，作為比貝氏體 硬質(zhì)的相，有馬氏體、生成加工誘發(fā)馬氏體的不穩(wěn)定的殘余奧氏體等。構(gòu)成本發(fā)明的汽車行走部件的鋼中，貝氏體的組織面分率優(yōu)選接近于100%，為100%也無妨。作為其余組織，鐵素體、珠光體、馬氏體、殘余奧氏體的一種或兩種以上合計(jì)含有20%以下的情況下也可充分地獲得本發(fā)明的效果。因此，構(gòu)成本發(fā)明的汽車行走部件的鋼的貝氏體分率設(shè)定為80%以上。對于低循環(huán)疲勞裂紋的起點(diǎn)和低循環(huán)疲勞特性詳細(xì)地說明。在此，所謂低循環(huán)疲勞特性，設(shè)為實(shí)施了對裂紋產(chǎn)生部位施加的應(yīng)力振幅/TS變?yōu)镺. 8那樣的部件的扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)時(shí)的疲勞壽命。裂紋產(chǎn)生部位根據(jù)部件而不同，但一般在負(fù)荷了疲勞的應(yīng)力時(shí)，施加了彎曲加工的頂點(diǎn)部成為裂紋產(chǎn)生部位。圖4表示采用與專利文獻(xiàn)I所示的制造方法同樣的方法試制的前橋梁的截面形狀。使用該部件，采用本發(fā)明的實(shí)施例所示的方法實(shí)施了低循環(huán)疲勞試驗(yàn)，裂紋產(chǎn)生部位變?yōu)閳D4的容易產(chǎn)生裂紋的部位2 (以下也稱為「耳部」)。在該部件中，耳部成為裂紋產(chǎn)生部位的原因有兩個(gè)。認(rèn)為第一個(gè)原因是，由于進(jìn)行了 R/t小的苛刻的彎曲成形，因此在耳部生成多數(shù)的成為疲勞裂紋的起點(diǎn)的微小空隙。認(rèn)為第二個(gè)原因是，由于進(jìn)行扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)時(shí)，耳部的振幅最大，并且，耳部的R小，因此負(fù)荷應(yīng)力的集中變大，對耳部施加的應(yīng)力大。如上述那樣，本發(fā)明的汽車行走部件，即使在實(shí)施了 R/t小的苛刻的彎曲成形的情況下空隙的生成也少，低循環(huán)疲勞特性優(yōu)異。圖2表示該效果。圖2是使用在實(shí)施例I的發(fā)明例I中使用的鋼，對于改變成形模具使R/t變化了的部件，實(shí)施了低循環(huán)疲勞試驗(yàn)的結(jié)果。本發(fā)明的部件，低循環(huán)疲勞特性在R/t大的范圍時(shí)與以往產(chǎn)品相比并沒有較大地優(yōu)異，但如果成為R/t小的范圍、特別是R/t <5，則與以往產(chǎn)品相比顯示極其優(yōu)異的疲勞壽命O也就是說，在本發(fā)明中，即使是進(jìn)行了 Rt變?yōu)?以下那樣的較大的彎曲成形的情況下，與以往部件相比也能夠更加抑制空隙的生成，得到低循環(huán)疲勞特性優(yōu)異的部件。貝氏體的組織面分率，是通過將板厚斷面埋入進(jìn)行研磨后，用3%硝酸乙醇腐蝕液腐蝕，用光學(xué)顯微鏡以400倍觀察10個(gè)視場的鋼的顯微組織，將貝氏體部分的面積率定量化來求出的。
在此，低循環(huán)疲勞特性，是模擬實(shí)際的行駛時(shí)施加的應(yīng)力，用進(jìn)行扭轉(zhuǎn)部件整體的疲勞試驗(yàn)時(shí)的疲勞壽命來評價(jià)的。疲勞試驗(yàn)的頻率為1Hz，應(yīng)力條件設(shè)為完全對稱循環(huán)應(yīng)力。作為良好的判斷基準(zhǔn)是疲勞壽命為6萬次以上。接著，對于本發(fā)明的汽車行走部件中使用的鋼的成分組成進(jìn)行敘述。C，為了得到鋼板所需要的強(qiáng)度水平(例如590MPa級、690MPa級、780MPa級、865MPa級、980MPa級)，設(shè)定為O. 02%以上。如果C的含量超過O. 10%，則在貝氏體中碳化物的個(gè)數(shù)增加，因此在成形時(shí)容易在其碳化物的界面產(chǎn)生微小空隙，并且，韌性降低，因此得不到充分的疲勞特性。而且，由于強(qiáng)度變得過高，因此不能夠確保成形性，在對部件實(shí)施焊接時(shí)，有時(shí)產(chǎn)生延遲斷裂裂紋。因此，C的含量設(shè)定為O. 02 O. 10%οSi，作為用于抑制損害疲勞特性和可加工性的粗大氧化物的脫氧元素，含有O. 05%以上。如果Si的含量超過I. 0%，則生成SiO2等的夾雜物，在成形時(shí)容易產(chǎn)生微小空隙?！ひ虼耍琒i的含量設(shè)定為O. 05^1. 0%。Mn，為了確保淬硬性，得到貝氏體組織是有效的，為了獲得該效果，需要添加O. 3%以上。如果Mn的含量超過2. 5%，則MnO2弓丨起的缺陷產(chǎn)生、和MnS引起的中心偏析變得顯著。因此，Mn的含量設(shè)定為O. 3 2. 5%。P容易在晶界濃化，如果含量超過O. 03%則有時(shí)使晶界的疲勞強(qiáng)度降低。因此，P的含量限制在O. 03%以下。如果S的含量超過O. 01%，則形成粗大的MnS，有時(shí)損害疲勞特性和成形性。因此，S的含量限制在O. 01%以下。Ti，使N作為TiN固定，對確保B的淬硬性有效。為了獲得該效果，需要添加O. 005%以上。如果Ti的含量超過O. 1%，則生成粗大的TiN，容易產(chǎn)生微小空隙。因此，Ti的含量設(shè)定為O. 005 O. 1%。Al和N，是生成AlN促進(jìn)貝氏體組織的微細(xì)化，使疲勞特性提高的元素。在Al的含量低于O. 005%或者N的含量低于O. 0005%時(shí)，其效果不足。如果Al的含量超過O. 1%或者N的含量超過O. 006%，則鋼的潔凈度下降，而且生成粗大的A1N，有時(shí)疲勞特性和成形性降低。因此，Al的含量設(shè)定為O. 005 O. 1%，N的含量設(shè)定為O. 0005、. 006%。B，是提高鋼的淬硬性，為了得到貝氏體組織而極其有效的元素。當(dāng)B的含量低于O. 0001%時(shí)，不能充分地獲得其效果。如果B的含量超過O. 01%，則容易生成粗大的硼化物(硼化碳化物、硼化氮化物、硼化碳氮化物等)，損害淬硬性，另外，在彎曲成形時(shí)和負(fù)荷疲勞載荷時(shí)也容易成為裂紋起點(diǎn)和微小空隙的起點(diǎn)。因此，B的含量設(shè)定為O. 000Γ0. 01%。除了上述元素以外，還可以作為選擇元素添加以下所示的元素。I .促進(jìn)貝氏體生成的元素群Cu :0. 005 I. 0%、Ni :0. 005 I. 0%、Cr :0. 03 I. 0%、Mo :0.1 0.5%。
II .結(jié)晶微細(xì)化元素群Nb :0. 003 O. 2%、V :0. 001 O. 2%、W 0. ΟΟΓΟ. 1%οIII .夾雜物形態(tài)控制元素群Ca :0. 0001 O. 02%、Mg :0· 0001 O. 02%、Zr 0. 000Γ0. 02%, REM :0. 0001 0. 02%。可以選擇這三個(gè)群之中的一個(gè)群來添加，也可以選擇兩個(gè)以上的群來添加。另外，在所選出的群中所含有的元素之中，可以僅添加其中的一種，也可以添加兩種以上。促進(jìn)貝氏體生成的元素群的Cu、Ni、Cr和Mo全都提高淬硬性，對貝氏體組織的生成有效。在Cu、Ni、Cr、Mo的含量分別為低于0. 005%、低于0. 005%、低于0. 03%、低于0. 1%的情況下，難以充分地得到各元素的促進(jìn)貝氏體生成的作用。在Cu、Ni、Cr、Mo分別為大于I. 0%、大于I. 0%、大于I. 0%、大于0. 5%的情況下，變得容易大量地生成硬質(zhì)相，因此變得難以使貝氏體的組織分率為80%以上。因此，在添加Cu、Ni、Cr和/或Mo的情況下，其含量設(shè)定為Cu :0. 005 I. 0%、Ni 0. 005 I. 0%、Cr 0. 03 I. 0%, Mo 0. Γθ. 5%。微細(xì)化元素群的Nb、V和W全都將貝氏體組織微細(xì)化，對提高疲勞特性和成形性有效。為了獲得該效果，Nb需要添加0. 003%以上、V需要添加0. 001%以上、W需要添加0. 001%以上。另外，如果Nb大于0. 2%、V大于0. 2%、W大于0. 1%，則在鋼中容易形成粗大碳化物，因此在成形時(shí)在其碳化物的界面容易產(chǎn)生微小空隙，低循環(huán)疲勞特性降低。因此，添加Nb、V和/或W時(shí)，其含量設(shè)定為Nb :0. 003 0. 2%、V :0. 00Γ0. 2%、W 0. ΟΟΓΟ. 1%。夾雜物形態(tài)控制元素群的Ca、Mg、Zr和REM全都有對硫化物進(jìn)行形態(tài)控制從而提高成形性的作用。為了獲得該效果，Ca需要添加0. 0001%以上、Mg需要添加0. 0001%以上、Zr需要添加0. 0001%以上、REM需要添加0. 0001%以上。如果這些元素的含量超過0. 02%,則形成這些元素的粗大硫化物、團(tuán)簇化了的與氧化物的復(fù)合化合物，容易產(chǎn)生微小空隙。因此，添加Ca、Mg、Zr和/或REM時(shí)，其含量設(shè)定為Ca :0. ΟΟΟΓΟ. 02%、Mg 0. 000Γ0. 02%、Zr 0. 000Γ0. 02%、REM 0. 000Γ0. 02%。接著，對于本發(fā)明的汽車行走部件的制造方法進(jìn)行敘述。首先，將具有上述成分組成的鋼板坯加熱到1070°C 1300°C后，實(shí)施將精軋結(jié)束溫度設(shè)為850°C 1070°C的熱軋。由此，可得到疲勞特性優(yōu)異的貝氏體組織。當(dāng)將鋼板坯加熱到1070°C以上時(shí)，通過使鋼液凝固過程中析出的碳化物、氮化合物、碳氮化合物在鋼中固溶，能夠?qū)⒇愂象w中的碳化物微細(xì)地分散，能夠抑制成形時(shí)的微小
空隙的產(chǎn)生。
如果將鋼板坯加熱到大于1300°C，則有時(shí)AlN在熱軋工序或軋制后的冷卻工序中粗大地析出，形成損害B的淬硬性提高效果的硼化物(碳化硼、氮化硼、碳氮化硼)。因此，鋼板坯的加熱溫度設(shè)定為1070°C 1300°C。為了使微細(xì)的貝氏體大量地生成，熱軋中的精軋?jiān)谧鳛閵W氏體單相且再結(jié)晶區(qū)域的850°C以上的溫度區(qū)域進(jìn)行。如果精軋溫度超過1070°C，則貝氏體組織粗大化，低循環(huán)疲勞特性降低。因此，熱軋的精軋溫度設(shè)定為850°C 1070°C。其后，通過將熱軋后的鋼板以下述(A)式的冷卻速度V (°C /秒)從精軋結(jié)束溫度冷卻到500°C以下，可以使貝氏體組織有效地生成。300/M 彡 V 彡 3000/M · · · (A) 其中，M= exp {6. 2 (C+0. 27Mn+0. 2Cr+O. 05Cu+0. llNi+0. 25Mo) +0. 74} · · · (C)(C)式的 C、Mn、Cr、Cu、Ni、Mo 的值為質(zhì)量 ％。圖3表示溫度和冷卻速度的定義。如果冷卻開始溫度低于850°C，則出現(xiàn)鐵素體組織，有時(shí)貝氏體面分率變?yōu)榈陀?0%,因此冷卻開始溫度優(yōu)選為850°C以上。另外，由于精軋結(jié)束溫度為1070°C以下，因此冷卻開始溫度必然為1070°C以下。在冷卻速度V (°C /秒)比由上述(A)式確定的范圍大的情況下，比貝氏體硬質(zhì)的馬氏體的面分率顯著增加，貝氏體的組織面分率達(dá)不到80%以上，其結(jié)果，在成形時(shí)產(chǎn)生微小空隙，另外，疲勞損傷局部化，因此得不到充分的低循環(huán)疲勞特性。在冷卻速度V (°C /秒)比上述(A)式的范圍小的情況下，比貝氏體軟質(zhì)的鐵素體和/或珠光體的生成顯著增加，貝氏體的組織面分率達(dá)不到80%以上，其結(jié)果，在成形時(shí)產(chǎn)生微小空隙，另外，疲勞損傷局部化，因此得不到充分的低循環(huán)疲勞特性。圖5表示使用在實(shí)施例的發(fā)明例I中使用的鋼時(shí)的(A)式和貝氏體分率的關(guān)系。橫軸為冷卻速度、縱軸為貝氏體分率。由圖5可知，如果V在(A)式的范圍外，則貝氏體分率變?yōu)榈陀?0%。由圖I可明確，如果貝氏體分率低于80%，則得不到充分的低循環(huán)疲勞特性。即使冷卻速度V在本發(fā)明的范圍內(nèi)，如果冷卻停止溫度超過500°C，則鐵素體和珠光體的分率增加，貝氏體的分率也變?yōu)榈陀?0%。因此，在制造用于本發(fā)明的汽車行走部件的鋼板時(shí)，以滿足上述(A)式的冷卻速度V冷卻到500°C以下。冷卻優(yōu)選設(shè)為控制冷卻速度的控制冷卻。即使在常溫飛00°C以內(nèi)的溫度停止冷卻，將熱軋鋼板在500°C以下的溫度區(qū)域保持(例如形成為卷狀的熱軋鋼板的堆垛等)，也不脫離本發(fā)明。另外，即使在鋼材或汽車行走部件的制造工序中附加以表面的修整和/或殘余應(yīng)力的除去為目的的、在500°C以下的溫度區(qū)域使鋼板表層溫度上升的簡易熱處理，也不脫離本發(fā)明。說明由得到的熱軋鋼板制造汽車行走部件用的電焊鋼管的方法。電焊鋼管的成形用輥進(jìn)行，分為彎曲主體的BD工序和拉深主體的毛刺清除(finpass，以下稱為「FP」)工序。對部件的低循環(huán)疲勞特性影響大的是在成為疲勞裂紋的起點(diǎn)的鋼材最表面產(chǎn)生大的彎曲應(yīng)變的BD工序。
為了得到具有充分的低循環(huán)疲勞特性的部件，需要進(jìn)行造管使得在BD工序中導(dǎo)入的鋼材最表面的造管應(yīng)變Λ ε變?yōu)橄率?B)式的范圍。O. 7t/ (D-t) ^ Δ ε 彡 I. 2t/ (D-t) · · · (B)在Λε比由上述(B)式確定的范圍大的情況，意味著由于縱向或周向的彎曲回彎而導(dǎo)入了較多的塑性應(yīng)變，生成多數(shù)的空隙，因此低循環(huán)疲勞特性劣化。該情況下，成形后的部件的成為低循環(huán)疲勞裂紋起點(diǎn)的部位的(211)面的X射線半值寬度變大。在Λε比由上述(B)式確定的范圍小的情況下，彎曲不足，在其后的工序中形成為鋼管變得困難。圖6表示使用在實(shí)施例的發(fā)明例I中使用的鋼板，使Λ ε變化而制造制品的情況下的(B)式和(211)面的X射線半值寬度的關(guān)系。
在Λε比由(B)式確定的范圍小的情況下，彎曲不足，在其后的工序中不能夠形成為鋼管，因此沒有進(jìn)行X射線半值寬度的測定。在Λ ε比由(B)式確定的范圍大的情況下，X射線半值寬度值超過5。如后述那樣，X射線半值寬度值超過5的情況，意味著可成為疲勞裂紋的起點(diǎn)的位錯(cuò)和空隙等的缺陷較多地存在，因此不能夠期待充分的低循環(huán)疲勞特性。在此，說明Λ ε的求法。Δ ε的測定位置，必須在部件中與在低循環(huán)疲勞下容易產(chǎn)生裂紋的部位對應(yīng)。在 低循環(huán)疲勞下容易產(chǎn)生裂紋的部位，可以通過預(yù)先采用FEM實(shí)施剛性分析來求出。本發(fā)明的實(shí)施例的情況下，電焊部I和容易產(chǎn)生裂紋的部位2成為圖4所示的位置關(guān)系，相距41mm。該情況下，采取BD前的鋼板和BD后的鋼板，在與板邊緣相距41mm的位置進(jìn)行Λ ε的測定。首先，將鋼板以板厚斷面埋入進(jìn)行研磨，按載荷IOOgf的顯微維氏硬度測定最外表面的硬度。接著，用造管前的熱軋鋼板進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測定在各種應(yīng)變量下停止了的試件的硬度，測定應(yīng)變-硬度關(guān)系。然后，將BD前和BD后的硬度值換算成應(yīng)變，將該應(yīng)變量的差作為Δ ε。具體地講，作為降低Λ ε的方法，有減小BD的軋輥孔型(roll caliber)的曲率半徑從而減少沿周向彎曲的量的方法，或者，增大縱向的輥徑從而減少縱向的彎曲回彎量的方法。接著，對于本發(fā)明的汽車行走部件中的X射線半值寬度值的限定理由進(jìn)行說明。本發(fā)明者們調(diào)查了采用各種制造方法試制的汽車部件的在低循環(huán)疲勞下容易產(chǎn)生裂紋的部位的X射線半值寬度值和低循環(huán)疲勞特性的關(guān)系。其結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了在低循環(huán)疲勞下容易產(chǎn)生裂紋的部位的X射線半值寬度值和低循環(huán)疲勞特性存在明確的相關(guān)。圖7表示X射線半值寬度值和低循環(huán)疲勞特性的關(guān)系。X射線半值寬度的測定使用理學(xué)電氣制X射線應(yīng)力測定裝置PSPC-MSF型。測定在以下的測定條件下用并傾法進(jìn)行。靶Cr-Ka/V濾波器管電壓/管電流40kV/30mA計(jì)數(shù)器位置敏感型比例計(jì)數(shù)管準(zhǔn)官器0.5mm Φ
衍射面、面間距(211)、d=1.1702A由于是使用了 X射線的測定，因此得到的信息是測定部位的板厚表層附近的信
肩、O在(211)面測定的原因是即使是如圖4那樣的彎曲了的部位也能夠測定，并且峰值強(qiáng)度高，因此半值寬度值的可靠性高。由圖7可知，X射線半值寬度為5以下時(shí)低循環(huán)疲勞特性總是為高的值且穩(wěn)定，但如果X射線半值寬度超過5，則低循環(huán)疲勞特性急劇地降低。本發(fā)明者們?yōu)榱苏{(diào)查該原因，切取X射線測定后的部件的成為疲勞裂紋起點(diǎn)的部位，進(jìn)行了 SEM觀察。其結(jié)果，在X射線半值寬度為5以下的情況下，為點(diǎn)狀散布微小空隙的程度，但在X射線半值寬度超過5的情況下，可見到多數(shù)的微小空隙，并且，也發(fā)現(xiàn)了好幾 個(gè)的微小空隙合體生長而成的空隙的集合。本發(fā)明者們認(rèn)為這些空隙是疲勞裂紋產(chǎn)生的直接原因，進(jìn)行了各種研討的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了通過將難以產(chǎn)生空隙的組織、難以產(chǎn)生空隙的造管方法、和難以產(chǎn)生空隙的成形條件合在一起，低循環(huán)疲勞特性飛躍性地優(yōu)異。也就是說，低循環(huán)疲勞特性可以從鋼的成分組成、組織和部件的X射線半值寬度得知。通過鋼的成分組成設(shè)為本發(fā)明中規(guī)定的成分組成，在本發(fā)明中既定的熱軋條件下制造來形成為均勻的以貝氏體為主體的組織是重要的。部件的X射線半值寬度，由組織、造管條件和部件的成形條件的總體來確定。通過組織形成為均勻的貝氏體主體，造管條件為(B)式所示的條件，將BD工序中的應(yīng)變量抑制為最小限度，即使是彎曲主體的成形，空隙的產(chǎn)生也可抑制為最小限度，(211)面的X射線半值寬度變?yōu)?以下。即，成為微小空隙少的低循環(huán)疲勞特性優(yōu)異的部件。再者，在低循環(huán)疲勞下容易產(chǎn)生裂紋的部位，一般是板厚t和外表面曲率半徑R的比R/t變?yōu)?以下的部位，因此在本發(fā)明的汽車行走部件中，R/t為5以下的部位的(211)面的X射線半值寬度規(guī)定為5以下。另外，在低循環(huán)疲勞下容易產(chǎn)生裂紋的部位，可以通過預(yù)先采用FEM實(shí)施剛性分析來求出，如果求出的部位的(211)面的X射線半值寬度為5以下，則可以判斷為即使是其他的R/t為5以下的部位，(211)面的X射線半值寬度也為5以下。另外，也可以實(shí)施部件的扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)，來特定實(shí)際產(chǎn)生了裂紋的部位，在該部位測定(211)面的X射線半值寬度。S卩，即使是部件中對于低循環(huán)疲勞最脆弱的部位，(211)面的X射線半值寬度也為5以下，這是本發(fā)明的技術(shù)本質(zhì)。汽車行走部件的制造方法，優(yōu)選由得到的鋼管通過壓制成形來制造。壓制成形方法有例如專利文獻(xiàn)I所示那樣的方法。本發(fā)明的汽車行走部件的制造，可以應(yīng)用由板厚為O. 7^20mm的熱軋鋼板(包括鋼帶)形成的鋼管，優(yōu)選應(yīng)用抗拉強(qiáng)度為590MPa級、685MPa級、780MPa級、865MPa級、980MPa級的貝氏體組織為主體的鋼材。另外，雖然不管壓制成形的方法，但是如果采用液封壓制等的方法將鋼管形成為汽車行走部件，則彎曲成形由于容易進(jìn)行主體的成形，因此優(yōu)選。
實(shí)施例將表1、2所示的成分組成的鋼用真空熔煉爐形成為30kg的鋼塊。將該鋼塊在表3、4所示的條件下加熱后，熱軋成2mm的板厚，其后進(jìn)行冷卻，得到了熱軋鋼板。在表廣4中，對不滿足本發(fā)明的要件的值附加下劃線。在表1、2中，選擇元素的空白欄表不沒有添加。表I·
權(quán)利要求
1.一種低循環(huán)疲勞特性優(yōu)異的汽車行走部件，其特征在于，是由下述鋼構(gòu)成的汽車行走部件，所述鋼以質(zhì)量％計(jì)含有C :0. 02、. 10%、 Si 0. 05 I. 0%、 Mn :0. 3 2. 5%、P :0. 03% 以下、S :0. 01% 以下、 Ti 0. 005 O. 1%、 Al 0. 005 O. 1%、N 0. 0005 O. 006%、和 B :0. 0001 O. 01，其余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)組成， 部件組織的80%以上為貝氏體組織， 板厚t和外表面曲率半徑R的比R/t為5以下的部位的(211)面的X射線半值寬度為5度以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的低循環(huán)疲勞特性優(yōu)異的汽車行走部件，其特征在于，構(gòu)成所述汽車行走部件的鋼以質(zhì)量％計(jì)還含有選自 Cu 0. 005 I. 0%、 Ni 0. 005^1. 0%、 Cr :0. 03^1. 0%、Mo :0. Γ0. 5%、Nb :0. 003 O. 2%、V:0. 001 O. 2%、 W 0. 001 O. 1%、Ca 0. 000Γ0. 02%、Mg 0. 000Γ0. 02%、Zr 0. ΟΟΟΓΟ. 02%、和 REM 0. ΟΟΟΓΟ. 02%中的一種或兩種以上的元素。
3.一種低循環(huán)疲勞特性優(yōu)異的汽車行走部件的制造方法，其特征在于，將以質(zhì)量％計(jì)，含有C :0. 02、. 10%、 Si 0. 05 I. 0%、 Mn :0. 3 2. 5%、P :0. 03% 以下、S :0. 01% 以下、 Ti 0. 005 0. 1%、 Al 0. 005 0. 1%、N 0. 0005 0. 006%、和 B :0. 000Γ0. 01%,其余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)組成的鋼板坯加熱到10700C 1300°C，接著，實(shí)施將精軋結(jié)束溫度設(shè)為850°C 1070°C的熱軋，其后， 以滿足(A)式的冷卻速度V (°C /秒)冷卻到500°C以下，接著， 進(jìn)行造管使得在外徑設(shè)為D、板厚設(shè)為t時(shí)，開坯工序中的鋼材最表面的造管應(yīng)變Λ ε變?yōu)橐韵?B)式的范圍，接著，進(jìn)行壓制成形，300/Μ ≤ V ≤ 3000/Μ · · · (A)O.7t/ (D-t) ≤ Δ ε ≤ I. 2t/ (D_t) · · · (B)其中，M = exp{6.2 (C+0. 27Mn+0. 2Cr+0. 05Cu+0. llNi+O. 25Mo) +0. 74} · · · (C), (C)式的C、Mn、Cr、Cu、Ni、Mo的值為質(zhì)量％。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的低循環(huán)疲勞特性優(yōu)異的汽車行走部件的制造方法，其特征在于，所述鋼板坯以質(zhì)量％計(jì)還含有選自Cu 0. 005 I. 0%、Ni 0. 005^1. 0%、 Cr :0. 03^1. 0%、Mo :0. Γ0. 5%、Nb :0. 003 O. 2%、V0. 001 O. 2%、 W 0. 001 O. 1%、Ca 0. 000Γ0. 02%、Mg 0. 000Γ0. 02%、Zr 0. ΟΟΟΓΟ. 02%、和 REM 0. ΟΟΟΓΟ. 02%中的一種或兩種以上。
全文摘要
一種低循環(huán)疲勞特性優(yōu)異的汽車行走部件，其特征在于，由以質(zhì)量%計(jì)，含有C0.02~0.10%、Si0.05~1.0%、Mn0.3~2.5%、P0.03%以下、S0.01%以下、Ti0.005~0.1%、Al0.005~0.1%、N0.0005~0.006%、和B0.0001~0.01，其余量由Fe和不可避免的雜質(zhì)組成的鋼構(gòu)成，是部件組織的80%以上為貝氏體組織的鋼，板厚t和外表面曲率半徑R的比R/t為5以下的部位的(211)面的X射線半值寬度為5度以下。
文檔編號C21D9/46GK102892911SQ20108006681
公開日2013年1月23日 申請日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月18日
發(fā)明者福士孝聰, 中村英幸, 穴井功 申請人:新日本制鐵株式會社