汽車傳動(dòng)軸用焊接鋼管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種汽車動(dòng)力傳動(dòng)構(gòu)件的制造方法，具體涉及一種汽車傳動(dòng)軸用焊接 鋼管及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳動(dòng)軸是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中傳遞動(dòng)力的重要部件，它的作用是與變速箱、驅(qū)動(dòng)橋一 起將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞給車輪，使汽車產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。傳動(dòng)軸一般都在比較惡劣的環(huán)境中工 作，它既要頻繁地承受扭轉(zhuǎn)、壓縮、剪切、沖擊等多種交變應(yīng)力的作用，又要承受起動(dòng)、制動(dòng) 及因道路狀況所引起的沖擊載荷，故要求鋼管必須具有較好的強(qiáng)度和斷裂韌性。此外，傳動(dòng) 軸是在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下傳遞扭矩的運(yùn)動(dòng)部件，只有鋼管的質(zhì)量分布均勻和幾何尺寸達(dá)到一 定的精度，才能使傳動(dòng)軸的質(zhì)量中心接近于回轉(zhuǎn)中心，減少由于離心力引起的系統(tǒng)振動(dòng)，保 證車輛高速行駛時(shí)的平穩(wěn)。因此作為傳動(dòng)軸的重要組成部分一傳動(dòng)軸管，對(duì)材質(zhì)、性能、尺 寸精度都有嚴(yán)格的要求。而且隨著我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展，商用卡車的高功率、高轉(zhuǎn)速和 輕量化發(fā)展趨勢(shì)對(duì)汽車傳動(dòng)軸提出了更高的性能要求。
[0003] 鋼管因其制造工藝及所用管坯形狀不同而分為無縫鋼管和焊接鋼管兩大類。無縫 制管可生產(chǎn)厚壁、高碳、高合金以及不銹鋼等焊接工藝難以生產(chǎn)的鋼管，但無縫鋼管成材率 較低，且在加工變形過程中，由于形狀上的特點(diǎn)，無論是縱乳（自動(dòng)乳管機(jī)、連乳管機(jī)及張力 減徑機(jī)等）還是斜乳（穿孔機(jī)、三輥乳管機(jī)及狄塞爾乳管機(jī)等)，都存在很大的附加變形，主 要是彎曲變形及橫向流動(dòng)，管坯尺寸精度(特別是壁厚精度）較低，因此不適合作為汽車傳 動(dòng)軸用管。焊接鋼管因其焊接方式的不同可分為直縫焊管和螺旋焊管兩種。直縫焊管中的 直縫電阻焊管，即HFW管，采用熱乳或冷乳卷板為原料，并經(jīng)擠壓成型、HFW焊接制成管坯， 并對(duì)焊縫進(jìn)行退火處理。然后再根據(jù)產(chǎn)品性能要求，焊后采用不同的處理方式，主要有以下 四種：1)不作處理：保持原始鐵素體加珠光體帶狀組織特征，加工硬化效果明顯，且由于加 熱區(qū)和非加熱區(qū)存在溫度差，因此焊縫區(qū)和母材的組織、性能差異仍然較大，比如汽車傳動(dòng) 軸用管、J55鋼級(jí)油套管等；2)經(jīng)過正火或"正火+回火"處理，鐵素體加珠光體帶狀組織特 征得到一定程度的減輕，完全消除了加工硬化效果，鋼管的塑性和韌性提高，但強(qiáng)度顯著下 降，比如N80鋼級(jí)1類油套管；3)經(jīng)過"熱張力減徑+控冷"處理，強(qiáng)度和韌性匹配較好，但 成本較高、尺寸精度較難保證，比如J55鋼級(jí)SEW油套管；4)經(jīng)過"淬火+回火"處理，強(qiáng)度 和韌性匹配度高，但生產(chǎn)效率較低、成本增加顯著，比如N80Q及以上鋼級(jí)油套管產(chǎn)品。
[0004] 汽車傳動(dòng)軸對(duì)鋼管有特殊的要求，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1)對(duì)鋼管的強(qiáng)度，尤其是 靜扭強(qiáng)度有很高的要求，但為了提高傳動(dòng)軸用管的安全系數(shù)，在提高鋼管強(qiáng)度的同時(shí)，應(yīng)該 控制鋼管的屈強(qiáng)比不能太高；2)對(duì)鋼管的斷裂韌性有較高的要求，即為防止鋼管產(chǎn)生裂紋 后不至于很快斷裂，目的也是為了提高傳動(dòng)軸用管的安全系數(shù)；3)對(duì)鋼管的尺寸精度要求 很高，主要是為了使傳動(dòng)軸的質(zhì)量中心接近于回轉(zhuǎn)中心，解決壁厚不均帶來的旋轉(zhuǎn)偏振問 題；4)較低的成本，即較高的性價(jià)比。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種汽車傳動(dòng)軸用焊接鋼管及其制造方法，使得傳動(dòng)軸管的 壁厚更均勻、強(qiáng)度更高，提高傳動(dòng)軸動(dòng)平衡效果及靜扭屈服扭矩。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是： 汽車傳動(dòng)軸用焊接鋼管，其特征在于： 包含： C：0. 05-0. 20wt% ； Si：1. 00-1. 50wt% ； Μη：1. 50-2. 50wt% ； Mo：0. 10-0. 50wt% ； P 0. 008wt% ； S 0. 004wt% ； 余量為Fe。
[0007] 包含： C：0. 05-0. 20wt% ； Si：1. 00-1. 20wt% ； Mn：2. 00-2. 50wt% ； Mo：0. 10-0. 50wt% ； P 0. 008wt% ； S 0. 004wt% ； 余量為Fe。
[0008] 包含： C：0. 05-0. 20wt% ； Si：1. 20-1. 50wt% ； Mn：1. 50-2.OOwt% ； Mo：0. 10-0. 50wt% ； P 0. 008wt% ； S 0. 004wt% ； 余量為Fe。
[0009] 還包含有 Nb0. 05wt% 或 Ti0. 10wt% 以及 RE0. 007wt% 或 B:彡 0· 004wt%〇
[0010] 所述RE為Ce、Y的混合物，二者重量百分配比為：57%Ce、43%Y。
[0011] 汽車傳動(dòng)軸用焊接鋼管的制造方法，其特征在于： 由以下步驟實(shí)現(xiàn)： 步驟一：熔煉和乳制鋼帶： 將原料鐵水和廢鋼經(jīng)過冶煉、爐外精煉和真空脫氣后連鑄成板坯，然后乳制和冷卻后 制成壁厚偏差在-2%t~ + 2%t的鋼帶； 步驟二：鋼帶縱剪、矯平、剪切、帶料連接對(duì)焊、帶料刨邊、鋼帶超聲波探傷； 步驟三：成型、HFW焊接、內(nèi)外毛刺清除、焊縫超聲波探傷、鋸切： 焊接時(shí)的輸入功率200~260kW，輸出功率190~255kW，交流電流100~120A，直流電壓 638~650V，頻率 165~182kHZ，焊接速度 20~30m/min，偏移量 10~14% ; 焊縫中心熔合線寬度控制在0.02~0. 12mm范圍內(nèi)，金屬流線上升角控制在45° ~75°， 腰鼓形熱影響區(qū)控制在?/4~?/3 ; 步驟四：中頻感應(yīng)爐加熱、空冷： 采用中頻感應(yīng)加熱方式，將焊管以15~50°C/s的加熱速率升溫到管材乂3溫度以上，一般為 900~1000°C; 待焊縫區(qū)及母材重新奧體化后，空冷至室溫，獲得下貝氏體和殘余奧氏體組織，并采用 切口法測(cè)量管坯的殘余應(yīng)力； 步驟五：低溫回火： 采用電加熱爐對(duì)管坯進(jìn)行低溫回火處理，加熱速率為30~60°C/s，加熱溫度 150~240°C，保溫時(shí)間為 35~60min; 步驟六：定徑及矯直： 采用三輥定徑機(jī)和五輥矯直機(jī)，控制鋼管的外徑不圓度< 0.25%，壁厚不均度 < 2. 0%、鋼管的彎曲度< 0. 3mm/m; 采用X射線應(yīng)力分析儀及切口法測(cè)得鋼管的殘余應(yīng)力均小于80Mpa; 步驟七：水壓試驗(yàn)、通徑處理、軸管離線超聲波+漏磁探傷、管端超聲波探傷、測(cè)長(zhǎng)稱 重、涂油、噴標(biāo)、打包、發(fā)運(yùn)。
[0012] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1)鋼管尺寸精度高： 本發(fā)明采用控乳控冷鋼帶，其原始壁厚偏差控制在±2.0%?以內(nèi)，后續(xù)的HFW成型焊 接、三輥定徑、五輥矯直等工藝使其優(yōu)點(diǎn)保留，最終鋼管的外徑不圓度< 〇. 25%、壁厚不均 度< 2.0%、彎曲度< 0· 3mm/m。
[0013] 2)綜合性能優(yōu)良： 目前在用的汽車傳動(dòng)軸用管分為用熱乳鋼帶電阻焊接的鋼管、用冷乳鋼帶電阻焊接的 鋼管及用熱乳或冷乳鋼帶電阻焊接與冷拔相結(jié)合方法制造的鋼管，組織主要為"鐵素體+ 珠光體"，不僅強(qiáng)度較低，焊縫區(qū)和母材的組織差異仍較顯著，而且保留了成型焊接過程中 產(chǎn)生的加工硬化效果。本發(fā)明通過成分優(yōu)化設(shè)計(jì)和中頻感應(yīng)加熱后空冷處理，獲得下貝氏 體和少量殘余奧氏體組織，其中下貝氏體基體使材料保持了較高的強(qiáng)度，而少量的殘余奧 氏體均勻分布在基體上，使材料又具有一定的塑性，因此開發(fā)的汽車傳動(dòng)軸焊接鋼管屈服 強(qiáng)度較同類產(chǎn)品高出15%以上，屈服扭矩較同類產(chǎn)品高出18%以上，殘余應(yīng)力小于80MPa，焊 縫沖擊功大于80J。而且由于采用了中頻感應(yīng)加熱正火及后續(xù)低溫回火處理，大幅降低殘余 應(yīng)力，基本上消除了焊縫區(qū)和母材的組織差異。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0015] 為了同時(shí)滿足上述要求，本發(fā)明成分上采用低C、高Μη、高Si并添加Mo、Nb、B等元 素，使得鋼材正火空冷后能夠得到以下貝氏體為主的組織，然后通過控乳控冷工藝，保證鋼 帶的性能和壁厚精度。工藝上采用焊后中頻感應(yīng)加熱方式，使鋼材重新奧氏體化，然后空冷 得到下貝氏體和少量殘余奧氏體組織，再根據(jù)殘余應(yīng)力高低情況，選擇低溫短時(shí)回火處理。 不僅生產(chǎn)效率高、工藝成本低、尺寸精度高，而且消除了成型焊接過程中的加工硬化影響， 大幅減小了焊縫區(qū)和母材的組織、性能差異，產(chǎn)品的強(qiáng)度和斷裂韌性匹配性好，殘余應(yīng)力較 低。
[0016] 根據(jù)文獻(xiàn)資料，國外汽車傳動(dòng)軸現(xiàn)狀為：日本汽車傳動(dòng)軸用焊接鋼管抗拉強(qiáng)度一 般為500MPa。部分的三菱、五十鈴等汽車公司車型使用強(qiáng)度為735MPa的高強(qiáng)度傳動(dòng)軸管材 料，但用量不是很大，大量使用的是抗拉強(qiáng)度在500~540MPa的材料，相當(dāng)于國內(nèi)的B480