专利名称：用于加强钢制槽形构件的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于加强钢制槽形构件的方法，特别是一种用于在该槽形构件经受了热处理之后在其端部凸缘上成型加强唇缘的方法。
背景技术：
有时被称作C型钢的高强度低碳钢槽形构件在制造卡车车架的过程中被广泛地用作纵向延伸的纵梁。一种典型的C型钢包含一个中央腹板和一对从腹板的相反边缘垂直延伸出来的平行凸缘。C型钢通常由低碳钢冷轧形成，然后被初始加热以产生所希望的奥氏体晶粒结构，再通过在水中快速淬火以转变成马氏体结构，然后通过回火而产生理想的韧性。当C型钢被用作重型卡车车架的纵梁时，钢的抗拉强度需要远超过50,000psi，则上述程序是特别有益的。
公知的是，利用大容量的水进行快速淬火以将奥氏体晶粒结构转变为马氏体结构会引起C型钢构件严重扭曲。这种扭曲可以在淬火之后被消除，但目前优选采用的消除方法是利用淬火模具防止构件扭曲，同时大容量的水流被穿过模具引导至构件的每个表面上。然而，淬火模具非常昂贵，并且实际上只适用于非常大批量的标准钢制型材。
还已知可以通过在每个凸缘的自由边上成型出小的唇缘来提高C型钢的刚度和强度。这种唇缘如此成型出的，即轧制或以其它方式彼此相向着翻转凸缘的边，以使所述唇缘基本上垂直于凸缘延伸。尽管可以在用于成型构件的初始冷轧程序中在C型钢上成型出加强唇缘，但这样成型出的型坯同不带预制加强唇缘的C型钢相比需要更为复杂和昂贵的淬火工具。这是因为，典型的淬火模具采用可收缩的结构，如果将其构造成能够容纳翻转的唇缘，则模具必然会变得更为复杂。此外，由于重型汽车制造商需要有不同尺寸和规格的C型钢用作车架纵梁，因此需要为每种尺寸和规格定制淬火模具，这肯定会导致成本过高。
发明内容
根据本发明，提供了一种用于在热处理之后在槽形构件的凸缘上成型加强唇缘的方法。初始的热处理步骤包括将所述构件加热到至少大约1400°F的奥氏体化温度、在淬火模具对所述构件淬火、将所述构件重新加热到至少大约800°F的回火温度，接下来，在所述构件仍处在高温时，优选处于或接近所述回火温度时，沿着所述凸缘的边成型出唇缘。
本发明的方法可以特别好地适用于由低碳钢制成的槽形型材(含碳量在大约0.20至0.30重量％范围内)。这种钢可以接受前述热处理，以使其抗拉强度超过100,000psi。
初始的奥氏体化步骤优选在大约1400-1700°F范围内的温度下进行。在淬火之后，回火步骤优选在大约800-1000°F范围内的温度下进行。最终的唇缘成型步骤优选在大约500-900°F范围内的温度下进行，更优选在大约800-900°F范围内的温度下进行。
加强唇缘优选通过轧制而成型出来。轧制步骤优选利用一系列渐近式轧辊实施。成型出的唇缘可以以大约90°的角度从凸缘向内延伸，但大约80至100°范围内的角度也是可以满意的。
图1是一种传统C型钢构件的剖视图；图2是利用本发明的方法成型出的带唇缘C型钢的剖视图。
具体实施例方式
现有技术中的一种C型钢显示于图1中，并且包括一个中央腹板11，其将一对设在圆角部13处的端部凸缘12连接起来。本领域中众所周知的是，C型钢是利用轧辊轧制钢板以渐近式形成最终横截面而成型出来的。凸缘12基本上垂直地从腹板11延伸出来，而且C型钢的尺寸以及其厚度即规格可以基于最终用途而显著变化。然而，在用作重型卡车的纵梁时，突缘处材料规格为大约6至12mm，纵梁的长度可能高达30-40英尺，其横截面的总高度可能在8-14英寸的范围内。
尽管C型钢在初始成型之后就可以使用，但优选对钢进行初始热处理，以增加其强度并提高其其它性能，这一点在用于重型卡车中时更为重要。因此，型材首先要被加热以产生奥氏体晶粒结构，在低碳钢中，这种结构优选在大约1400-1700°F范围内的温度下获得。然后，型材在大容积的水淬火模具中快速淬火，以将奥氏体晶粒结构转变为优选的细晶粒马氏体结构。为了使淬火过程中的扭曲最小化，已经有淬火模具被研制出来，用以在淬火过程中保持型材，同时又允许型材正常收缩。这种淬火模具具有非常复杂的结构，一种这样的模具公开在美国专利No.3,252,695中，该文献中的内容结合在此作为参考。在淬火后，型材被重新加热到回火温度，该温度优选在大约800-1000°F的范围内，以降低钢的脆性并且提高其延展性和韧性。
公知的是，相对于相同的型材尺寸和规格，通过将C型钢成型为图2所示的带唇缘的C型钢14，可以将其显著加强。同图1所示的简单C型钢10相比，带唇缘的C型钢14具有显著更高的稳定性和刚性。因此，采用带唇缘的C型钢14可以理想地提高纵梁的刚度，与此同时，提供了减小材料规格并因此可降低构件重量的可能性。
尽管图1所示的传统C型钢10可以借助于上述专利中描述的淬火工具而被淬火并同时被限制住以防止扭曲，但这种工具对于带唇缘的C型钢14来说不实用和/或成本太高，这是因为工具的复杂性升高而且不同的重型卡车制造商要使用大范围的不同尺寸的型材。考虑到这一点，本发明的用于在热处理之后在C型钢14上成型唇缘15的方法采用了传统C型钢10和传统淬火模具。
如前所述，传统C型钢的热处理的最后步骤是将构件重新加热到至少大约800°F，有时优选在大约800-1000°F的范围内，从而实现回火。根据本发明，加强唇缘15是在热处理构件离开回火炉后成型出的。此时，钢处在显著软化状态，从而使得加强唇缘15非常容易成型，并且所成型出的圆角16更不容易出现破裂。尽管C型钢10离开回火炉时其温度高于或接近于800°F，但据信即使是在低至大约500°F的温度下也能够成功地成型出唇缘15。由于是刚刚回火之后成型唇缘的，因此本发明的方法的显著特征是不需要单独的加热步骤。传统的渐近式轧制模具被用在本发明的成型唇缘15的优选方法中。
如图2所示，唇缘基本上平行于腹板11并且垂直于形成有它们的凸缘12。然而，唇缘15可以成型在绝对垂直的90°方向±10°的范围内。因此，加强唇缘15相对于凸缘12的角度在大约80-100°的范围内。在成型了加强唇缘后，改型C型钢14可以被空气冷却到外界温度。
同传统C型钢10相比，所成型出的带唇缘的C型钢14不但提高了刚度和强度，而且在凸缘12被冲孔以便连接车架横梁或其它车架附件时，圆角16可以防止凸缘的边破裂。实际上，在重型卡车行业中公知的是，穿过由传统C型钢10构成的纵梁上的凸缘12实现与连接件的连接是非常困难的。因此，本发明提供了使纵梁显著提高强度而又不改变材料尺寸和规格的可能性，以及提供了在使用改进的连接件和附件等方面以前不可能实现的可能性。例如，除了可以利用两个彼此相隔的连接件穿过腹板11来连接车架横梁，还可以为同一横梁配备两个附加连接件，所述附加连接件分别穿过相应凸缘12。
权利要求
1.一种在低碳钢槽形构件上成型加强唇缘的方法，所述构件包含一个腹板和与腹板相连接的一对平行凸缘，所述方法包括通过以下热处理步骤而在构件中产生马氏体晶粒结构在将所述构件加热到奥氏体化温度之后将其快速淬火，然后重新加热到大约800-1000°F范围内的回火温度；所述方法还包括以下步骤在所述构件处在至少大约500°F的温度时沿着所述凸缘的边成型出唇缘。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述退火步骤包括约束所述构件以防止其扭曲。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述成型步骤在大约800至900°F范围内的温度下进行。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述唇缘相对于所述凸缘呈大约90°的角度形成在所述槽形构件的内侧。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述成型步骤包括轧制。
6.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤将成型出的构件空气冷却到外界温度。
7.一种用于加强低碳钢槽形构件的方法，所述构件包括由一个中央腹板连接起来的一对大致平行的端部凸缘，所述方法包括以下步骤(1)将所述构件加热到至少大约1400°F的奥氏体化温度；(2)在将所述构件保持在淬火模具中的情况下利用水的紊流对所述构件淬火；(3)将所述构件重新加热到至少大约800°F的回火温度；(4)在所述构件处在大于大约500°F的温度时沿着所述凸缘的边成型出唇缘。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述奥氏体化温度在大约1400至1700°F的范围内。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述回火温度在大约800至1100°F的范围内。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，成型温度在大约500至900°F的范围内。
11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，成型温度在大约800至900°F的范围内。
12.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述成型步骤包括轧制。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述轧制步骤是利用一组渐近式轧辊实施的。
14.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述唇缘被成型为以大约90°的角度从所述凸缘向内延伸。
15.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述唇缘被成型为以大约80至100°范围内的角度从所述凸缘向内延伸。
16.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述成型步骤是在所述构件处在回火温度时进行的。
全文摘要
本发明公开了一种对用作卡车车架纵梁的传统C型钢进行加强方法，其中在热处理之后，在C型钢因经历热处理过程的最终回火步骤而仍保持高温的同时，在C型钢的凸缘上成型出加强唇缘。所述方法不会导致淬火模具的成本升高，并且可以有益地在回火之后立即实施。
文档编号C21D7/00GK1541279SQ02813423
公开日2004年10月27日 申请日期2002年6月28日 优先权日2001年7月3日
发明者布伦·K·鲍尔斯, 布伦 K 鲍尔斯 申请人:梅塔尔萨·罗阿诺克公司, 梅塔尔萨 罗阿诺克公司