汽车传动轴用焊接钢管及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种汽车动力传动构件的制造方法，具体涉及一种汽车传动轴用焊接 钢管及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 传动轴是汽车传动系统中传递动力的重要部件，它的作用是与变速箱、驱动桥一 起将发动机的动力传递给车轮，使汽车产生驱动力。传动轴一般都在比较恶劣的环境中工 作，它既要频繁地承受扭转、压缩、剪切、冲击等多种交变应力的作用，又要承受起动、制动 及因道路状况所引起的冲击载荷，故要求钢管必须具有较好的强度和断裂韧性。此外，传动 轴是在高速旋转状态下传递扭矩的运动部件，只有钢管的质量分布均匀和几何尺寸达到一 定的精度，才能使传动轴的质量中心接近于回转中心，减少由于离心力引起的系统振动，保 证车辆高速行驶时的平稳。因此作为传动轴的重要组成部分一传动轴管，对材质、性能、尺 寸精度都有严格的要求。而且随着我国汽车工业的快速发展，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。
[0003] 钢管因其制造工艺及所用管坯形状不同而分为无缝钢管和焊接钢管两大类。无缝 制管可生产厚壁、高碳、高合金以及不锈钢等焊接工艺难以生产的钢管，但无缝钢管成材率 较低，且在加工变形过程中，由于形状上的特点，无论是纵乳（自动乳管机、连乳管机及张力 减径机等）还是斜乳（穿孔机、三辊乳管机及狄塞尔乳管机等)，都存在很大的附加变形，主 要是弯曲变形及横向流动，管坯尺寸精度(特别是壁厚精度）较低，因此不适合作为汽车传 动轴用管。焊接钢管因其焊接方式的不同可分为直缝焊管和螺旋焊管两种。直缝焊管中的 直缝电阻焊管，即HFW管，采用热乳或冷乳卷板为原料，并经挤压成型、HFW焊接制成管坯， 并对焊缝进行退火处理。然后再根据产品性能要求，焊后采用不同的处理方式，主要有以下 四种：1)不作处理：保持原始铁素体加珠光体带状组织特征，加工硬化效果明显，且由于加 热区和非加热区存在温度差，因此焊缝区和母材的组织、性能差异仍然较大，比如汽车传动 轴用管、J55钢级油套管等；2)经过正火或"正火+回火"处理，铁素体加珠光体带状组织特 征得到一定程度的减轻，完全消除了加工硬化效果，钢管的塑性和韧性提高，但强度显著下 降，比如N80钢级1类油套管；3)经过"热张力减径+控冷"处理，强度和韧性匹配较好，但 成本较高、尺寸精度较难保证，比如J55钢级SEW油套管；4)经过"淬火+回火"处理，强度 和韧性匹配度高，但生产效率较低、成本增加显著，比如N80Q及以上钢级油套管产品。
[0004] 汽车传动轴对钢管有特殊的要求，表现在以下几个方面：1)对钢管的强度，尤其是 静扭强度有很高的要求，但为了提高传动轴用管的安全系数，在提高钢管强度的同时，应该 控制钢管的屈强比不能太高；2)对钢管的断裂韧性有较高的要求，即为防止钢管产生裂纹 后不至于很快断裂，目的也是为了提高传动轴用管的安全系数；3)对钢管的尺寸精度要求 很高，主要是为了使传动轴的质量中心接近于回转中心，解决壁厚不均带来的旋转偏振问 题；4)较低的成本，即较高的性价比。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种汽车传动轴用焊接钢管及其制造方法，使得传动轴管的 壁厚更均匀、强度更高，提高传动轴动平衡效果及静扭屈服扭矩。
[0006] 本发明所采用的技术方案是： 汽车传动轴用焊接钢管，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% ； 余量为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% ； 余量为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% ； 余量为Fe。
[0009] 还包含有 Nb0. 05wt% 或 Ti0. 10wt% 以及 RE0. 007wt% 或 B:彡 0· 004wt%〇
[0010] 所述RE为Ce、Y的混合物，二者重量百分配比为：57%Ce、43%Y。
[0011] 汽车传动轴用焊接钢管的制造方法，其特征在于： 由以下步骤实现： 步骤一：熔炼和乳制钢带： 将原料铁水和废钢经过冶炼、炉外精炼和真空脱气后连铸成板坯，然后乳制和冷却后 制成壁厚偏差在-2%t~ + 2%t的钢带； 步骤二：钢带纵剪、矫平、剪切、带料连接对焊、带料刨边、钢带超声波探伤； 步骤三：成型、HFW焊接、内外毛刺清除、焊缝超声波探伤、锯切： 焊接时的输入功率200~260kW，输出功率190~255kW，交流电流100~120A，直流电压 638~650V，频率 165~182kHZ，焊接速度 20~30m/min，偏移量 10~14% ; 焊缝中心熔合线宽度控制在0.02~0. 12mm范围内，金属流线上升角控制在45° ~75°， 腰鼓形热影响区控制在?/4~?/3 ; 步骤四：中频感应炉加热、空冷： 采用中频感应加热方式，将焊管以15~50°C/s的加热速率升温到管材乂3温度以上，一般为 900~1000°C; 待焊缝区及母材重新奥体化后，空冷至室温，获得下贝氏体和残余奥氏体组织，并采用 切口法测量管坯的残余应力； 步骤五：低温回火： 采用电加热炉对管坯进行低温回火处理，加热速率为30~60°C/s，加热温度 150~240°C，保温时间为 35~60min; 步骤六：定径及矫直： 采用三辊定径机和五辊矫直机，控制钢管的外径不圆度< 0.25%，壁厚不均度 < 2. 0%、钢管的弯曲度< 0. 3mm/m; 采用X射线应力分析仪及切口法测得钢管的残余应力均小于80Mpa; 步骤七：水压试验、通径处理、轴管离线超声波+漏磁探伤、管端超声波探伤、测长称 重、涂油、喷标、打包、发运。
[0012] 本发明具有以下优点： 1)钢管尺寸精度高： 本发明采用控乳控冷钢带，其原始壁厚偏差控制在±2.0%?以内，后续的HFW成型焊 接、三辊定径、五辊矫直等工艺使其优点保留，最终钢管的外径不圆度< 〇. 25%、壁厚不均 度< 2.0%、弯曲度< 0· 3mm/m。
[0013] 2)综合性能优良： 目前在用的汽车传动轴用管分为用热乳钢带电阻焊接的钢管、用冷乳钢带电阻焊接的 钢管及用热乳或冷乳钢带电阻焊接与冷拔相结合方法制造的钢管，组织主要为"铁素体+ 珠光体"，不仅强度较低，焊缝区和母材的组织差异仍较显著，而且保留了成型焊接过程中 产生的加工硬化效果。本发明通过成分优化设计和中频感应加热后空冷处理，获得下贝氏 体和少量残余奥氏体组织，其中下贝氏体基体使材料保持了较高的强度，而少量的残余奥 氏体均匀分布在基体上，使材料又具有一定的塑性，因此开发的汽车传动轴焊接钢管屈服 强度较同类产品高出15%以上，屈服扭矩较同类产品高出18%以上，残余应力小于80MPa，焊 缝冲击功大于80J。而且由于采用了中频感应加热正火及后续低温回火处理，大幅降低残余 应力，基本上消除了焊缝区和母材的组织差异。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细的说明。
[0015] 为了同时满足上述要求，本发明成分上采用低C、高Μη、高Si并添加Mo、Nb、B等元 素，使得钢材正火空冷后能够得到以下贝氏体为主的组织，然后通过控乳控冷工艺，保证钢 带的性能和壁厚精度。工艺上采用焊后中频感应加热方式，使钢材重新奥氏体化，然后空冷 得到下贝氏体和少量残余奥氏体组织，再根据残余应力高低情况，选择低温短时回火处理。 不仅生产效率高、工艺成本低、尺寸精度高，而且消除了成型焊接过程中的加工硬化影响， 大幅减小了焊缝区和母材的组织、性能差异，产品的强度和断裂韧性匹配性好，残余应力较 低。
[0016] 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的高强度传动轴管材 料，但用量不是很大，大量使用的是抗拉强度在500~540MPa的材料，相当于国内的B480