專利名稱：超低溫、高強(qiáng)度長疲勞壽命的汽車橋無縫異型車軸鋼管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車橋無縫異型車軸鋼管的制造方法。汽車橋無縫異型車軸鋼管應(yīng)用于集裝箱專用車、重中型汽車、鐵路車輛、工礦車輛等。屬金屬材料加工及熱處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
汽車工業(yè)是國家的支柱產(chǎn)業(yè)之一，隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對交通運(yùn)輸特別是集裝箱專用車、重中型汽車的需求逐年增加。物流運(yùn)輸汽車要跑遍大江南北，在各種氣候條件下工作，長期在重負(fù)荷、低溫沖擊疲勞負(fù)荷下工作。汽車橋異型車軸鋼管是主要承受車輛負(fù)荷的關(guān)鍵部件，由它把車輛負(fù)荷通過車輪傳遞到地面，是汽車的主要受力部件，所以對汽車橋異型車軸鋼管提出了嚴(yán)格的技術(shù)要求1、汽車橋長期處于重負(fù)荷下工作，要求具有足夠的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和塑性指標(biāo)；2、汽車橋在各種氣候條件下承受沖擊負(fù)荷，要求具有良好的低溫沖擊韌性；3、汽車橋長期重負(fù)荷工作，因此材料應(yīng)具有穩(wěn)定的力學(xué)性能和金相組織；同時達(dá)到延長疲勞壽命的作用。
4、同時具有符合加工使用要求的公差尺寸；5、滿足上述要求的加工工藝性能，如焊接性能等，合理選用材料，采用先進(jìn)可靠的熱處理工藝。
常規(guī)汽車橋焊接異型車軸鋼管的生產(chǎn)方法，是采用型鋼對焊成封閉的孔型，再經(jīng)整形，正火熱處理和精整而成。其主要存在以下不足1、焊接成型車軸鋼管焊接工藝中存在組織性能的不均勻性，焊接熱影響區(qū)的力學(xué)性能薄弱。
2、焊接成型車軸鋼管的角部做不到加厚，鋼管的整體剛度不高。
3、無高溫淬火、回火工藝、綜合性能無法提高和保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種整體組織性能均勻、綜合力學(xué)性能強(qiáng)的、整體剛度高的超低溫、高強(qiáng)度長疲勞壽命的汽車橋無縫異型車軸鋼管的制造方法。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種超低溫、高強(qiáng)度長疲勞壽命的汽車橋無縫異型車軸鋼管的制造方法，其特征在于它是采用整體無縫鋼管圓管坯經(jīng)定型冷拔工藝、熱處理工藝制造而成，所述整體無縫鋼管管坯采用低碳微合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼為材料，材料中各化學(xué)元素成份重量百分比為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％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)，各化學(xué)元素的主要功用是CC是決定材料強(qiáng)度的主要元素，必須選用一定含量的碳，但含碳量不能過高，否則會影響材料焊接工藝性能和塑性。
SiSi是鋼中必須的脫氧元素，又能提高鋼的強(qiáng)度，但過高使韌性下降，要控制一定的含量。
MnMn可提高淬透性，使回火后滲炭體分布均勻性，起固溶強(qiáng)化作用，并改善鋼的韌性。
VV的作用是提高回火強(qiáng)度，含量過高會使韌性下降。
NbNb的作用是細(xì)化晶粒，提高韌性，含量過高時會使韌性下降。
TiTi與V的作用相近。
AlAl是脫氧劑細(xì)化晶粒，含量過高時，脫氧效果趨向飽和。
由于微量合金元素V、Nb、Ti以及Al的同時存在，有利于細(xì)化材料的組織和提高鋼的強(qiáng)度，阻止晶粒的粗化，屬于細(xì)晶組織鋼材，過熱敏感性較小。同時，合理分配的微量合金元素，對材料使用壽命延長起到作用。Mn是本鋼種主要合金元素，起到固溶強(qiáng)化作用。較低的碳含量使本鋼種具有較好的焊接工藝性能。所以450DJZ、450EJZ具有低碳微合金、高強(qiáng)度、細(xì)晶組織，優(yōu)良的焊接工藝性能，其塑性和低溫沖擊韌性優(yōu)良，成本較低。
450DJZ、450EJZ其基本化學(xué)成份屬50鋼級的鋼材，我國國標(biāo)GB規(guī)定在常規(guī)處理后бb≥510Mpa，бs≥350Mpa，而汽車橋無縫異型車軸鋼管，由于結(jié)構(gòu)的需要，要求бb≥550Mpa，比國標(biāo)提高40Mpa，6s≥450Mpa，比國標(biāo)提高100Mpa，同時又要求具有良好的塑性δs≥20％和低溫沖擊韌性Akv-20℃≥60J，Akv-40℃≥40J，必須采用特殊熱處理工藝措施來實(shí)現(xiàn)。所述制造工藝流程包括正火熱處理、酸洗潤滑、定型冷拔、成品熱處理和精整矯直，其具體工藝步驟如下步驟一、正火熱處理正火熱處理加熱溫度900～920℃，保溫時間20～30分鐘，空冷，等壁異型鋼管拔制中，受孔型模壁的限制，使鋼管各部分管壁按不同曲率進(jìn)行塑性變形，而彎曲成型拔制斷面各部分彎曲變形不同，角部曲率最大如塑性不好，超過金屬塑性的允許范圍易產(chǎn)生開裂。熱軋鋼管組織不均勻，塑性差。因此首先要進(jìn)行正火熱處理，消除熱軋鋼管的不良組織，細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度、塑性，為定型冷拔準(zhǔn)備良好的金相組織和力學(xué)性能，防止冷拔開裂、斷頭的發(fā)生，使定型冷拔順利進(jìn)行。正火后酸洗、修磨消除表面裂紋、折疊、結(jié)疤、翹皮等缺陷，為定型冷拔準(zhǔn)備良好的表面質(zhì)量基礎(chǔ)。熱處理工藝溫度不能過高，當(dāng)≥950℃時，長期加熱晶粒會迅速長大，而使強(qiáng)度、塑性下降。
步驟二、酸洗潤滑酸洗清除氧化膜，沖洗后進(jìn)行內(nèi)外表面磷化工序，形成表面疏松的磷化膜層，并吸收皂化液為定型冷拔準(zhǔn)備，磨擦系數(shù)小的表面利于冷拔的順利進(jìn)行。
步驟三、液壓定型冷拔定型冷拔采用液壓冷拔襯芯拔制法，管坯外面使用外?？刂仆鈴焦畛叽?，里面使用異型芯?？刂票诤褚约皟?nèi)徑尺寸，并對鋼管的四個角部加放角部加厚余量，鋼管的平面壁厚與角部壁厚之比為1∶1.15～1.2，為提高方形異型鋼管的整體剛度，對鋼管的薄弱部分四個角部，在模具設(shè)計(jì)中采用角部加厚技術(shù)，專門加放角部加厚余量，能有效提高鋼管的剛度，液壓冷拔比較原鏈?zhǔn)嚼浒?，拔制更平穩(wěn)，有利于車軸異型鋼管的精確成型。液壓襯芯冷拔法可以獲得精確的尺寸精度，由于襯芯的效果，鋼管表面平整。
步驟四、成品熱處理成品熱處理采用淬火、噴水冷卻加回火工藝，淬火加熱溫度880～950℃，保溫時間20～30分鐘，快速噴水冷卻至350～450℃后空冷，回火溫度500～600℃，保溫時間40～60分鐘。
淬火實(shí)現(xiàn)鋼管在加熱過程中得到均勻的奧氏體組織，因?yàn)楸句撎栐?50C以上長期加熱才能晶粒迅速長大而形成粗晶，所以通過加熱經(jīng)快速冷卻能得到細(xì)晶組織，經(jīng)回火就能得到高強(qiáng)度、高塑性、高韌性的綜合力學(xué)性能。鋼管加熱保溫后，及時進(jìn)行噴水冷卻。本鋼號Ms400℃在馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)開始上下及時轉(zhuǎn)入空冷可有效減小鋼管的冷卻應(yīng)力和組織應(yīng)力，從而盡量減少鋼管的變形，而不會影響工件的強(qiáng)度。
450DJZ、450EJZ淬火金相組織為鐵素體+貝氏體+細(xì)珠光體，淬火后的力學(xué)性能為бb750～900Mpa，бs600～700Mpa，δs8～18％。
汽車橋無縫異型車軸鋼管通過淬火后獲得以細(xì)晶混合組織，力學(xué)性能бb、бs數(shù)值，已滿足бs≥440Mpa的要求，但δs≤18％低于使用的標(biāo)準(zhǔn)要求，因?yàn)榇慊鸾M織具有不穩(wěn)定性，通過高溫回火熱處理工藝，達(dá)到穩(wěn)定組織的目的，同時提高塑性，適當(dāng)降低屈服強(qiáng)度，提高低溫沖擊韌性得到良好的綜合力學(xué)性能的目的。淬火、回火后金相組織為鐵素體+細(xì)珠光體組織。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、整體汽車橋無縫異型車軸鋼管本發(fā)明整體汽車橋無縫異型車軸鋼管，比一般使用的型鋼焊接形成方形封閉孔型優(yōu)越，采用無縫鋼管圓管坯定型拔制孔形設(shè)計(jì)，采用角部加厚技術(shù)，對異形車軸鋼管角部的有效加厚，提高了鋼管的整體剛度，更具有整體性能優(yōu)勢。整體無縫車軸鋼管，可以完全避免焊接缺陷的產(chǎn)生，以及焊接熱影響區(qū)的力學(xué)性能薄弱區(qū)，質(zhì)量更具有均勻性、可靠性。
2、鋼種化學(xué)成份本發(fā)明整體汽車橋無縫異型車軸鋼管，采用低鋼級材料450DJZ、450EJZ，加強(qiáng)了細(xì)晶合金的含量，屬于低碳微合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，本發(fā)明通過材料中的各化學(xué)元素成分比例，特別是微量元素合理的配比，再通過特殊工藝冶煉，為后道工序材料的綜合性能起到了保障。常規(guī)熱處理бs≥350Mpa，本發(fā)明通過采用專用熱處理工藝等，其力學(xué)性能бb≥550Mpa，бs≥450Mpa，比國標(biāo)同類鋼種提高近100Mpa，同時具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。
3、熱處理工藝本發(fā)明整體汽車橋無縫異型車軸鋼管，成品熱處理工藝采用淬火、噴水快速冷卻和高溫回火工藝，是獲得細(xì)晶組織的有效工藝方法，晶粒度達(dá)10～11級，并獲得優(yōu)良的低溫沖擊韌性，其Akv-20℃≥，平均達(dá)220J，為技術(shù)要求60J的3倍以上。Akv-40℃平均達(dá)206J，為技術(shù)要求40J的5倍，對于汽車橋異型車軸鋼管具極優(yōu)良的使用性能，適合于低溫，超低溫的工作條件下工作。其整體組織性能均勻，避免了傳統(tǒng)焊接成型工藝中的組織性能不均勻性，同時獲得長疲勞壽命。
4、本發(fā)明采用本公司自行研制的車軸異型鋼管淬火水冷專用裝置汽車橋異型車軸鋼管，連續(xù)式熱處理工件長達(dá)10m，工藝要求高，必須很短時間內(nèi)迅速冷卻、為此專門設(shè)計(jì)水冷卻系統(tǒng)及專用水冷噴淋器，見附圖1、附圖2在專業(yè)化生產(chǎn)中達(dá)到預(yù)期的目的。


圖1為本發(fā)明的水冷系統(tǒng)圖。
圖2為本發(fā)明采用的水冷噴淋器俯視圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1本發(fā)明一種超低溫、高強(qiáng)度長疲勞壽命的汽車橋無縫異型車軸鋼管的制造方法，采用整體無縫鋼管圓管坯經(jīng)定型冷拔工藝、熱處理工藝制造而成，整體無縫鋼管管坯采用低碳微合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼(450DJZ、450EJZ)為材料，材料中各化學(xué)元素成份重量百分比為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％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)，其具體工藝步驟如下步驟一、正火熱處理正火熱處理加熱溫度900～920℃，保溫時間25分鐘，空冷，步驟二、酸洗潤滑酸洗清除氧化膜，沖洗后進(jìn)行內(nèi)外表面磷化工序，步驟三、液壓定型冷拔定型冷拔采用液壓冷拔襯芯拔制法，管坯外面使用外?？刂仆鈴焦畛叽纾锩媸褂卯愋托灸？刂票诤褚约皟?nèi)徑尺寸，并對鋼管的四個角部加放角部加厚余量，鋼管的平面壁厚與角部壁厚之比為1∶1.2，步驟四、成品熱處理成品熱處理采用淬火、噴水冷卻加回火工藝，淬火加熱溫度880～950℃，保溫時間30分鐘，快速噴水冷卻至450℃后空冷，回火溫度550～600℃，保溫時間50分鐘。
權(quán)利要求
1.一種超低溫、高強(qiáng)度長疲勞壽命的汽車橋無縫異型車軸鋼管的制造方法，其特征在于它是采用整體無縫鋼管圓管坯經(jīng)定型冷拔工藝、熱處理工藝制造而成，所述整體無縫鋼管管坯采用低碳微合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼為材料，材料中各化學(xué)元素成份重量百分比為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％，余量為Fe及不可避免的雜質(zhì)，其具體工藝步驟如下步驟一、正火熱處理正火熱處理加熱溫度900～920℃，保溫時間20～30分鐘，空冷，步驟二、酸洗潤滑酸洗清除氧化膜，沖洗后進(jìn)行內(nèi)外表面磷化工序，步驟三、液壓定型冷拔定型冷拔采用液壓冷拔襯芯拔制法，管坯外面使用外模控制外徑公差尺寸，里面使用異型芯模控制壁厚以及內(nèi)徑尺寸，并對鋼管的四個角部加放角部加厚余量，鋼管的平面壁厚與角部壁厚之比為1∶1.15～1.2，步驟四、成品熱處理成品熱處理采用淬火、噴水冷卻加回火工藝，淬火加熱溫度880～950℃，保溫時間20～30分鐘，快速噴水冷卻至350～450℃后空冷，回火溫度500～600℃，保溫時間40～60分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超低溫、高強(qiáng)度長疲勞壽命的汽車橋無縫異型車軸鋼管的制造方法，它是采用整體無縫鋼管圓管坯經(jīng)定型冷拔工藝、熱處理工藝制造而成，管坯采用低碳微合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼為材料，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％，工藝步驟如下1.正火熱處理，2.酸洗潤滑，3.液壓定型冷拔，并對鋼管的四個角部加放角部加厚余量，鋼管的平面壁厚與角部壁厚之比為1∶1.15～1.2，四、成品熱處理，采用淬火、噴水冷卻加回火工藝，淬火溫度880～950℃，溫時間20～30分鐘，快速噴水冷卻至350～450℃后空冷，回火溫度500～600℃，保溫時間40～60分鐘。本發(fā)明整體組織性能均勻、綜合力學(xué)性能強(qiáng)。
文檔編號C21D1/26GK1920083SQ20061004152
公開日2007年2月28日 申請日期2006年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月8日
發(fā)明者薛建良, 陳培弟, 鄧爾康 申請人:江陰市界達(dá)特異制管有限公司