专利名称：汽车传动轴轴管用高强度钢的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种特别适用于制备汽车传动轴轴管的高強度钢。
背景技术：
目前我国汽车エ业的发展方向是环保节能，随着我国汽车エ业的快速发展，商用卡车的高功率、高转速和轻量化发展趋势对汽车传动轴提出了更高的性能要求。国内传动轴轴管材料主要是宝钢生产的B440QZR、B480QZR、鞍钢生产的23.5号钢和 15T1、唐钢生产的 TG480QZ，B440QZR、B480QZR、TG480QZ，材料化学成分为 C、S1、S、P、Mn，抗拉强度级别大部分在480MPa以下。国内的传动轴管材料在满足承载强度要求得前提下，没有减薄焊管壁厚的潜力，无法达到轻量化的使用要求。根据文献资料，国外汽车传动轴现状为:日本汽车传动轴用焊接钢管抗拉强度一般为500MPa。部分的三菱、五十铃等汽车公司车型使用强度为735MPa的高強度传动轴管材料，但用量不是很大，大量使用的是抗拉強度在500-540MPa的材料，相当于国内的B480QZR和更高牌号的钢种。住友金属公司开发了抗拉强度为700N/mm2的汽车传动轴用焊接钢管，最近又成功开发了抗拉强度为800N/mm2的新产品，其含碳量均在0.20%左右，锰含量在0.70-1.40%之间。德国和瑞典的汽车传动轴管采用类似我国的20和20Mn2材料，其抗拉强度为600—750MPa，屈服强度在500_650MPa。在传动轴应用材料方面，查到相关专利有:日本专利，专利发明人:KAWABATAYOSHIKAZU ；SAKATA TAKASHI ；SAKAGUCHI MASAYUKI ;专利号:JP2006037205 ;文章题名:“Method For ProducingHollow Driveshaft Having Excellent Fatigueresistance专利内容:主要介绍的是钢管的化学成分:0.25到0.55% C，Si ,Mn和Al，其成型后进行调质处理，表面残余压应カ大于216Mpa，最大可达440Mpa，根据需要在化学组成中加入Cr，Mo，W, Ni，Cu，B或Ti，Nb与V等元素。目前我国大力提倡减重节能，推进汽车零部件减重和轻量化的步伐是汽车行业材料技术人员面临的长期课题
发明内容
本发明的目的在于提供ー种性能更为优越的汽车传动轴轴管用高強度钢。以实现减重的技术效果。本发明汽车传动轴轴管用高强度钢，由以下元素按重量百分比组成:C0.03
0.1，Si0.05 0.2，Mnl 2.5，PO 0.025，SO 0.001，AlO 0.15，Nb0.01 0.1，Ti0.01 0.15，Fe 余量。本发明涉及的高強度汽车轴管用钢的设计思路是利用晶粒细化、析出强化结合原有的固溶強化形成钢的强化机制，碳含量控在0.1 %以下，減少有害元素硫等元素的添加量，以铌、钛为主要強化元素，合计添加量控制在0.45%以下。在控冷控轧的过程中，铌和钛元素形成碳化合物Ti (C、N)、Nb (C、N)析出并弥散分布，Nb (C、N)、Ti (C、N)化合物具有细化铁素体晶粒作用，从而提高钢板强度。
本发明汽车传动轴轴管用高强度钢经热轧制备的钢板，其力学性能为:屈服強度Rp0.2≥570MPa，抗拉强度Rm≥700MPa，伸长率A≥13% ;实现提高卡车传动轴总成使用寿命以及轻量化的目的。合金元素Mn是本发明的主要固溶強化元素之一，它通过使热轧钢板晶粒细化和固溶強化来提高强度。Mn含量低，则钢板強度不足，Mn含量过高，则钢板成形性下降，因此本发明控制其含量在1.0-2.5%之间。合金元素Ti和氮、氧、碳都有极强的亲和力，TiC结合力強、稳定、不易分解，在钢中只有加热到1000°c以上才能缓慢地溶入固溶体中。在未溶入之前，碳化钛微粒有阻止晶粒长大的作用。含钛的合金结构钢，有良好的力学性能和エ艺性能，主要缺点是淬透性稍差。因此本发明中的Ti含量要求在0.01-0.15%之间合金元素Nb与C结合形成碳化物，是为了在铁素体晶界附近和晶粒内部形成析出物密度不同区域的重要元素。Nb含量低时，铁素体晶粒内部析出物密度不足，Nb含量高时，则晶界处析出物密度也高，导致成形性下降。因此，本发明中的Nb含量要求在0.01-0.1%之间。按如下方法制的本发明汽车传动轴轴管用高强度钢板:将通常惯用的各种原材料按上述成分配比，在氧化转炉中冶炼，出钢后钢水经炉后精炼、连铸成厚度250mm的板坯，板坯经步进式加热炉再加热到1230°C保温，开扎温度控制在1230°C，终轧温度控制在850 900°C，带钢出精轧机组后进行层流冷却，卷板温度控制在600°C以下。在奥氏体再结晶区粗轧时进行多道次大变形量轧制，保证大的压下率，使奥氏体晶粒充分破碎，同时保证粗轧的结束温度处于完全再结晶区，以避免产生混晶组织。于950°C以下非再结晶温度区进行连续精轧，并增加精轧压下率，可使奥氏体晶粒充分压扁，在晶粒内部形成滑移帯，为铁素体转变时提供更多的形核位置。本发明的积极效果是通过对材料成分的优化设计，材料制造エ艺參数的调整和制定，利用固溶強化、细晶强化、析出強化原理实现高強度传动轴管用钢的制造。材料的应用目标在汽车传动轴轴管上，可以提高轴管的強度和寿命，通过轴管薄厚的减薄来降低传动轴总成的重量，实现节能减排。
图1是在LEXT-0LS3000型激光共聚焦显微镜下观察轴管横截面的显微组织照片;其中:(a)为目前用440QZ钢制汽车传动轴管的显微组织照片；(b)为用本发明实施例中材料I制汽车传动轴管的显微组织照片；(c)为用本发明实施例中材料2制汽车传动轴管的显微组织照片；图2是本发明轴管材料的通过实测成分和控轧控冷エ艺后得到的晶粒实际尺寸计算所得的CCT曲线图(其中:a为材料2，b为材料I)；图3是本发明轴管材料的通过实测成分和控轧控冷エ艺后得到的晶粒实际尺寸所得的TTT曲线图(其中:a为材料2，b为材料I)；图4是本发明轴管材料2的实测CCT曲线图；图5是本发明轴管材料I的实测CCT曲线图。
具体实施例方式通过以下实施例对本发明作进ー步详细说明。本发明的技术方案是这样实现的:轴管材料最佳成分设计是尽可能降低Ari和碳当量，按照设计的成分和制备エ艺，按重量百分比制备了两个成分高强度汽车传动轴管材料，以下命名材料I和材料2，化学成分如表I所示，余量为铁，成分的设计思路是采用低C(0.15%以下)、高Mn (约1.5% )加上Nb-Ti复合微合金化技术。同吋，Nb-Ti取高(材料2)和低(材料I)两组，为了降低碳当量，对应的C、Mn取低(材料I)和高(材料2)两组。其力学性能如表2所示，在表2中可以看到其強度与原有轴管材料相比，屈服強度和抗拉强度都提高了很多。图1的照片采用LEXT-0LS3000型激光共聚焦显微镜观察轴管横截面的显微组织，其中(a)为原轴管的显微组织，主要为铁素体，在铁素体晶界处还有少量的珠光体组织，晶粒中比较干净，看不到析出物；(b)为本发明材料I的显微组织，主要为铁素体和少量贝氏体，晶界处有极少量的珠光体，晶内有少量析出物；(C)为本发明材料2的显微组织，主要为白色的铁素体和灰色的贝氏体，晶内析出物较多，呈弥散分布，三种轴管的晶粒大小并不均匀且不呈等轴晶粒，带有方向性，是轧制过后的結果。利用截线法测得a、b和c三种轴管材料晶粒的平均直径约为5.37 u m、4.57 u m、3.98 u m,即材料2的晶粒最小。在600MPa轴管的晶界处和750MPa轴管铁素体晶粒内部，可以观察到细小的析出相颗粒，且750MPa轴管组织中较多，看见晶粒细化和析出沉淀应该是强化的主要机制。高强度轴管材料CCT、TTT曲线测定:通过实测成分和控轧控冷エ艺后得到的晶粒实际尺寸，利用JMatPix)计算软件，分别计算了材料2和材料I两个钢种的CCT和TTT曲线如图2、3所示。从图中可以看出两者的CCT、TTT曲线非常接近，说明可以采用同样的控轧控冷エ艺。另外，从这些曲线还可 以看出，控轧控冷后得到的产物大部分均为铁素体，如果在控轧后缓慢冷却，则可以得到少量的珠光体组织；如果在控轧后快速冷却，则在转变的后期有少量的贝氏体形成。等温转变的产物也主要是以铁素体组织为主；如果等温转变的温度较低时，才有少量的珠光体或者贝氏体组织出现。同时，也不难看出，这类成分的钢在现有的生产エ艺条件下，几乎没有可能形成马氏体。图4、图5为这两种试样的实测CCT曲线，与计算的CCT曲线对比，这两组曲线虽然细节部分有微小的差异，但是，冷却转变过程的规律还是一致的。既在一般的热轧生产条件下，经过层流冷却后得到的材料微观组织主要是由铁素体构成，贝氏体的含量极少。对比两个钢的CCT曲线，无论是计算的曲线，还是实测的曲线，都可以看出，材料2比材料I的贝氏体转变区间要宽，也就是说，在同样的冷却条件下，除了铁素体之外，还更能容易获得少量的贝氏体组织，这主要是由于其含有更多量的微合金化元素所致，这也是其能获得更高強度的原因。利用HXD-1000型显微硬度计，在载荷500g、加载时间15s条件下，测得三种轴管基体的维氏硬度如表2所示。从表中可以看出，原轴管材料基体的硬度最低，发明材料I和2
硬度较高。对材料I和材料2钢板进行力学性能测试，并与原轴管材料的力学性能进行比较，性能测试在MTS810材料试验机上进行，所得实验数据如表3所示。可以看出轴管的力学性能与以前的轴管材料440QZ和480QZ力学性能对比，強度都得到大幅提高。本发明的材料可用于制造汽车各种规格的传动轴轴管，如用在①120mm和C>89mm传动轴轴管上，轴管的薄厚可由原来的6mm和5mm分别减到4mm和3.5mm,分别减重5.42Kg/m和4.065Kg/m.，在提高传动轴轴管強度的同吋，减轻传动轴整体重量，实现传动轴轻量化。表I两种强度汽车传动轴轴管的化学成分
权利要求
1.一种汽车传动轴轴管用高强度钢，其特征在于由以下元素按重量百分比组成:C0.03 0.1，Si0.05 0.2，Mnl 2.5，PO 0.025，SO 0.001，AlO 0.15，Nb0.01 0.1，Ti0.01 0.15，Fe 余量。
2.一种制备权利要求1所述高强度钢钢板的方法，其特征在于包括以下步骤: a.将通常惯用的各种原材料按上述成分配比，在氧化转炉中冶炼； b.出钢后钢水经炉后 精炼、连铸成厚度250mm的板坯； c.板坯经步进式加热炉再加热到1230°C以上保温，开轧温度控制在1230°C，终轧温度控制在850 900°C，带钢出精轧机组后进行层流冷却，卷板温度控制在600°C以下，粗轧时进行多道次大变形量轧制，950°C以下非再结晶温度区进行连续精轧，并增加精轧压下率。
全文摘要
本发明涉及一种特别适用于制备汽车传动轴轴管的高强度钢，由以下元素按重量百分比组成C0.03～0.1，Si0.05～0.2，Mn1～2.5，P0～0.025，S0～0.001，Al0～0.15，Nb0.01～0.1，Ti0.01～0.15，Fe余量。本发明的积极效果是通过对材料成分的优化设计，材料制造工艺参数的调整和制定，利用固溶强化、细晶强化、析出强化原理实现高强度传动轴管用钢的制造。材料的应用目标在汽车传动轴轴管上，可以提高轴管的强度和寿命，通过轴管薄厚的减薄来降低传动轴总成的重量，实现节能减排。
文档编号C22C38/14GK103088257SQ201310016359
公开日2013年5月8日 申请日期2013年1月16日 优先权日2013年1月16日
发明者杨晓红, 张义和, 刘勇兵, 丛山, 郭毅 申请人:吉林大学