高强度汽车传动轴管材料与轴管制造方法

摘要

本发明涉及高强度汽车传动轴管材料与轴管制造方法，其特征在于：汽车传动轴管材料按重量百分比由以下成分组成：C 0.05-0.20，Si 0.05-0.20，Mn 1.00-2.20，P 0-0.025，S 0-0.010，Al 0.015-0.040，Nb0.01-0.10，Ti 0.02-0.16；其力学性能为：Rp0.2≥600MPa，Rm≥700MPa，A5≥13％，材料强度提高30％以上，可实现减重30％以上。

权利要求

1.高强度汽车传动轴管材料，其特征在于：汽车传动轴管材料按重量百分比由以下成分组成：

C 0.20，Si 0.20，Mn 1.00-2.20，P 0-0.025，S 0-0.010，Al 0.015-0.040，Nb0.10,Ti

0.02。

2. 高强度汽车传动轴管的制造方法，其特征在于具体步骤如下：将权利要求1所述的成分的材料进行纵剪后，进入上料机予开卷，当开卷后进行矫平，带料连接对焊(TIG)，活套储料进入直缘成型，并进行高频焊接，焊接后清除外毛刺再进行空冷、水冷后定径并在线超声探伤，矫直、锯切、平头进行成品检验后包装；直缘成型是采用德国曼内斯曼公司RN120L直缘成型机组：包括初成型和精成型；初成型时用预弯机架一架与排辊成型机完成，精成型机两架次,挤压辊为四辊式，定径机架为三架次,矫直采用土耳其头两架次；工艺参数为：翅片一架辊缝2.8-3.5 mm；翅片二架辊缝 2.6-3.2mm；排辊进口参数：高 63-87mm，开合 28-82mm；排辊出口参数：高 130-182mm，开合 72-100mm；感应圈前端距挤压辊中心线距离 132-138mm；感应线圈参数：宽度 108-128mm，内径 118-153mm；V形开口角 3°-5°；

挤压辊出口尺寸参数：水平 88-125mm，垂直 88-122mm；高频焊接的技术参数为：采用挪威EFD400KW固态高频装置；额定功率：400KW 频率：150～250KHZ,具有负载自动匹配功能；输入功率(KW) 203-238；交流电流(A) 100-109；频率(KHZ) 174-178；直流电压(V)

642-652；输出功率(KW) 200-225；偏移量% 13-20；焊接速度m/min 20-27；所述的焊缝中心熔合线宽度控制在0.04~0.19mm范围内；金属流线上升角应控制在45°~80°范围内，热影响区宽度控制在壁厚的0.36~0.69倍范围内。

说明书

高强度汽车传动轴管材料与轴管制造方法

技术领域：

[0001] 本发明涉及一种高强度汽车传动轴管材料与轴管制造方法，用于汽车传动轴管的加工领域。背景技术：

[0002] 减重节能是目前汽车发展的主题之一，对于载重汽车来说，降低一定的重量，就可以多载重相应重量的货物，同时可以减少制造单车所需的原材料消耗。

[0003] 汽车传动轴的主要损坏形式传动轴机件的损坏、磨损、变形以及失去动平衡，而机件的损坏主要表现为十字轴和突缘叉的断裂，出现轴管屈服和变形的损坏形式较为少见，这就为通过提高轴管用材料强度来实现减薄和减重提供了可能。

[0004] 在日本专利中查到一篇专利，专利发明人：KAWABATAYOSHIKAZU；SAKATA TAKASHI；SAKAGUCHI MASAYUKI；专利号：JP2006037205；文章题名：“METHOD FOR PRODUCING HOLLOW DRIVESHAFT HAVING EXCELLENT FATIGUE RESISTANCE”；专利内容：本专利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，表面残余压应力大于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。

[0005] 目前国内通常采用的传动轴管材料为含碳为0.10％左右，含锰1.5％左右的Nb微合金化热轧钢板，屈服强度为360-470MPa，抗拉强度为470-580MPa。根据不同的扭矩输出要求，选择不同的外径和壁厚，典型的规格有：63.5×2.5、89×5、90×3、100×4、108×7、120×6、140×6等。

[0006] 热轧钢板经过以下工序完成制管过程：热轧钢板-纵剪-带钢检验-上料-予开卷-开卷-矫平-剪切对焊(TIG)-活套储料-直缘成型-高频焊接-清除外毛刺-空冷-水冷-定径-在线超声探伤-矫直-锯切-平头-成品检验(压扁、扩口、水压等)-包装。

[0007] 据资料介绍，日本汽车传动轴用焊接钢管抗拉强度一般为500N/mm2。住友金属公2
司开发了抗拉强度为700N/mm 的汽车传动轴用焊接钢管，最近又成功开发了抗拉强度为
2
800N/mm 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。

[0008] 在国家鼓励减重节能的环境下，充分挖掘汽车零部件的减重和轻量化潜力，是汽车行业材料技术人员面临的长期课题。发明内容：

[0009] 本发明的目的在于提供一种高强度汽车传动轴管材料与轴管制造方法，其轴管采用热轧钢板冷成型后高频焊接而成，通过调整成型、焊接工艺参数以及低倍或金相组织参数实现质量控制，试制轴管满足水压、压扁及扩口要求；力学性能为：Rp0.2≥600MPa，Rm≥700MPa，A5≥13％，，材料强度提高30％以上，可实现减重30％以上。

[0010] 本发明的技术方案是这样实现的：高强度汽车传动轴管材料，其特征在于：汽车传动轴管材料按重量百分比由以下成分组成：C 0.05-0.20，Si 0.05-0.20，Mn 1.00-2.20，P 0-0.025，S 0-0.010，Al 0.015-0.040，Nb0.01-0.10，Ti 0.02-0.16；

[0011] 汽车传动轴管的制造方法如下：将上述成分的原料进行纵剪后，进入上料机予开卷，当开卷后进行矫平，带料连接对焊(TIG)，活套储料进入直缘成型，并进行高频焊接，焊接后清除外毛刺再进行空冷、水冷后定径并在线超声探伤，矫直、锯切、平头进行成品检验后包装；其特征在于：直缘成型是采用德国曼内斯曼公司RN120L直缘成型机组：包括初成型和精成型；初成型时用预弯机架一架与排辊成型机完成，精成型机两架次，挤压辊为四辊式，定径机架为三架次，矫直采用土耳其头两架次；工艺参数为：翅片一架辊缝2.8-3.5mm；翅片二架辊缝2.6-3.2mm；排辊进口参数：高63-87mm，开合28-82mm；排辊出口参数：高
130-182mm，开合72-100mm；感应圈前端距挤压辊中心线距离132-138mm；感应线圈参数：宽度108-128mm，内径118-153mm；V形开口角3°-5°；挤压辊出口尺寸参数：水平88-125mm，垂直88-122mm；高频焊接的技术参数为：采用挪威EFD400KW固态高频装置；额定功率：
400KW频率：150～250KHZ，具有负载自动匹配功能；输入功率(KW)203-238；交流电流(A)100-109；频率(KHZ)174-178；直流电压(V)642-652；输出功率(KW)200-225；偏移量％
13-20；焊接速度m/min 20-27。

[0012] 所述的焊缝中心熔合线宽度控制在0.04~0.19mm范围内；金属流线上升角应控制在45°~80°范围内，热影响区宽度控制在壁厚的0.36~0.69倍范围内。

[0013] 本发明的积极效果是通过合理材料成分和性能的选用，合理轴管制造工艺参数的调整和制定，实现高强度传动轴管的制造，并在原设计轴管壁厚的基础上减薄20％以上。具体实施方式：

[0014] 下面结合实施例对本发明做进一步的描述：

[0015] 实施例1：

[0016] 以下成分按重量百分比C 0.080 Si 0.12 Mn 1.23 S 0.002 P0.015 Al0.039 Nb0.025，Ti 0.08制成Ф120×4汽车传动轴管；其中轴管成型采用德国曼内斯曼公司RN120L直缘成型机组，包括初成型和精成型，初成型为预弯机架一架加排辊成型机，精成型机两架次，挤压辊为四辊式，定径机架为三架次，矫直采用土耳其头两架。直缘成型机组的工艺参数为：翅片一架辊缝3mm，翅片二架辊缝2.8mm，排辊进口高85mm，开合30mm；排辊出口高180mm，开合74mm，感应圈前端距挤压辊中心线距离135mm，感应线圈宽度(mm)125内径150(mm)V形开口角4挤压辊出口尺寸水平：121.7mm，垂直：120.4mm；
Ф89×3.5汽车传动轴管直缘成型机组的工艺参数为：翅片一架辊缝3.2mm，翅片二架辊缝3mm，排辊进口高65mm，开合80mm；排辊出口高132mm，开合98mm，感应圈前端距挤压辊中心线距离135mm，感应线圈宽度mm 111，内径121mm，V形开口角4，挤压辊出口尺寸水平：
90.5mm，垂直：88.7mm

[0017] 强度传动轴管焊接工艺参数为：采用挪威EFD400KW固态高频装置。额定功率：400KW频率：150～250KHZ，具有负载自动匹配功能。

[0018] 高频焊接Ф120×4的1#和2#汽车传动轴管时的工艺参数：

[0019]

[0020] 高强度传动轴管焊接区域显微组织参数

[0021] 1)、金属流线上升角

[0022] 在挤压辊挤压力的作用下，焊缝部位的金属向内外方向流动，在低倍条件下可见明显的金属流线，金属流线的切线与水平线的夹角即金属流线上升角的大小对焊接强度影响明显，其金属流线上升角应控制在45°~80°范围内，对该种高强度轴管的压扁和扩口性能较好。

[0023] 2)、焊缝中心熔合线宽度

[0024] 熔合线是焊缝中心含碳量最低的区域，呈现白亮细直线形态，高强度传动轴管控制范围在0.04~0.19mm范围内均可以满足传动轴管的使用要求。

[0025] 3)、热影响区壁厚中心部位宽度可控制在壁厚的0.36~0.69倍范围内。

[0026] 实施例2：

[0027] 以下成分按重量百分比C 0.070，Si 0.08，Mn 1.66，P 0.011，S 0.003，Al 0.038，Nb0.048，Ti 0.10制成Ф89×3.5汽车传动轴管。其中轴管成型采用德国曼内斯曼公司RN120L直缘成型机组，包括初成型和精成型，初成型为预弯机架一架加排辊成型机，精成型机两架次，挤压辊为四辊式，定径机架为三架次，矫直采用土耳其头两架。直缘成型机组的工艺参数为：翅片一架辊缝3mm，翅片二架辊缝2.8mm，排辊进口高85mm，开合30mm；排辊出口高180mm，开合74mm，感应圈前端距挤压辊中心线距离135mm，感应线圈宽度(mm)125内径150(mm)V形开口角4挤压辊出口尺寸水平：121.7mm，垂直：120.4mm；

[0028] Ф89×3.5汽车传动轴管直缘成型机组的工艺参数为：翅片一架辊缝3.2mm，翅片二架辊缝3mm，排辊进口高65mm，开合80mm；排辊出口高132mm，开合98mm，感应圈前端距挤压辊中心线距离135mm，感应线圈宽度mm111，内径121mm，V形开口角4，挤压辊出口尺寸水平：90.5mm，垂直：88.7mm

[0029] 强度传动轴管焊接工艺参数为：采用挪威EFD400KW固态高频装置。额定功率：400KW频率：150～250KHZ，具有负载自动匹配功能。高频焊接Ф89×3.5的1#和2#汽车传动轴管时的工艺参数

[0030]

[0031] 高强度传动轴管焊接区域显微组织参数

[0032] 1)、金属流线上升角

[0033] 在挤压辊挤压力的作用下，焊缝部位的金属向内外方向流动，在低倍条件下可见明显的金属流线，金属流线的切线与水平线的夹角即金属流线上升角的大小对焊接强度影响明显，其金属流线上升角应控制在45°~80°范围内，对该种高强度轴管的压扁和扩口性能较好。

[0034] 2)、焊缝中心熔合线宽度

[0035] 熔合线是焊缝中心含碳量最低的区域，呈现白亮细直线形态，高强度传动轴管控制范围在0.04~0.19mm范围内均可以满足传动轴管的使用要求。

[0036] 3)、热影响区壁厚中心部位宽度可控制在壁厚的0.36~0.69倍范围内。

[0037] 高强度传动轴管焊接区域显微组织参数

[0038] 1)、金属流线上升角

[0039] 在挤压辊挤压力的作用下，焊缝部位的金属向内外方向流动，在低倍条件下可见明显的金属流线，金属流线的切线与水平线的夹角即金属流线上升角的大小对焊接强度影响明显，其金属流线上升角应控制在45°~80°范围内，对该种高强度轴管的压扁和扩口性能较好。

[0040] 2)、焊缝中心熔合线宽度

[0041] 熔合线是焊缝中心含碳量最低的区域，呈现白亮细直线形态，高强度传动轴管控制范围在0.04~0.19mm范围内均可以满足传动轴管的使用要求。

[0042] 3)、热影响区壁厚中心部位宽度可控制在壁厚的0.36~0.69倍范围内。

[0043] 力学性能如下表：

[0044]

[0045] 注：拉伸试样为纵向，平行长度部位的宽度为20mm

[0046] 纵剪机：英国得麦克公司的双臂回转式纵剪机组。

[0047] 可剪切的最大厚度8mm 最大宽度1500mm

[0048] 抗拉强度≤700Mpa 屈服强度≤560Mpa

[0049] 在纵剪工序中，通过精心调整纵剪刀片的水平和垂直间隙，保证带钢边缘光滑整齐，使焊管成型后待焊边缘呈近似平行状态，以保证焊接质量。

[0050] 成品管的尺寸检测结果

[0051]

[0052] 成品管力学性能检验

[0053]规格 钢号 抗拉强度(Mpa) 屈服强度(Mpa) 延伸率％
Ф120×4 1# 770 742 18
Ф120×4 2# 800 758 18
Ф89×3.5 1# 765 707 18
Ф89×3.5 2# 812 772 18

[0054] 按试制技术条件要求，外径压下1/3D所做的压扁试验和用60°锥头扩外径10％时所做的扩口试验，样品全部合格如下表，轴管进行水压试验，在11.8Mpa试验压力下，稳压不少于5s，未出现泄漏情况。

[0055] 压扁、扩口试验结果

[0056]

[0057] Ф120×4、Ф89×3.5传动轴管金相组织检测结果见表11。