用于制造在使用中經(jīng)受疲勞應(yīng)力的高強(qiáng)度鋼板部件的方法
【專利摘要】一種制造方法包括以下步驟：執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)成形操作（以下的至少一個(gè)：管制備、成型、冷沖壓和液壓成形），以及如果需要的話，還對(duì)高強(qiáng)度鋼特別是對(duì)高強(qiáng)度低合金鋼片材執(zhí)行珠焊操作，以便賦予部件所需的幾何形狀；以及使得由此獲得的部件經(jīng)受僅僅包括去應(yīng)力處理的單一熱處理，優(yōu)選在從530℃到580℃范圍內(nèi)的溫度下持續(xù)從45至60分鐘范圍內(nèi)的時(shí)間執(zhí)行該去應(yīng)力處理，然后使得部件在空氣中進(jìn)行冷卻。由于初始成形工藝以及由于珠焊（如果有的話）造成的殘余應(yīng)力狀態(tài)通過使成形的部件經(jīng)受去應(yīng)力熱處理而被消除或至少顯著地減少。
【專利說明】用于制造在使用中經(jīng)受疲勞應(yīng)力的高強(qiáng)度鋼板部件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于制造適于疲勞應(yīng)用場(chǎng)合的高強(qiáng)度鋼板部件(即在使用中經(jīng)受疲勞應(yīng)力的部件)的方法。具體地但非排它地，本發(fā)明涉及制造預(yù)期用于車輛懸架系統(tǒng)上的高強(qiáng)度鋼板部件。在后續(xù)的說明書和權(quán)利要求中，詞語“高強(qiáng)度”預(yù)期指具有大于420兆帕屈服強(qiáng)度的鋼。
【背景技術(shù)】
[0002]如已知的那樣，對(duì)鋼板執(zhí)行的塑性成形(forming)操作使得在材料中呈現(xiàn)應(yīng)力狀態(tài)，所謂的殘余應(yīng)力，其在數(shù)量級(jí)上與該材料的屈服強(qiáng)度相同。當(dāng)在鋼板上形成焊珠時(shí)會(huì)發(fā)生同樣的現(xiàn)象:取決于焊接接頭在冷卻后自由變形的程度，在材料中產(chǎn)生殘余應(yīng)力，這樣的殘余應(yīng)力在焊珠附近較大，且隨著與焊珠相距的距離增加而減小。材料的這些殘余應(yīng)力狀態(tài)在成品部件中在其整個(gè)使用壽命中都存在。如果成品部件需要承受疲勞應(yīng)力(例如在車輛懸架部件的情況下)，則殘余應(yīng)力狀態(tài)通常會(huì)在疲勞壽命方面降低所述部件滿足規(guī)定要求的能力。該制成部件的鋼質(zhì)量越高，則對(duì)該部件疲勞壽命的降低效應(yīng)就越大。這是由于這樣的事實(shí)造成的，即疲勞極限與殘余應(yīng)力水平相比會(huì)更小程度地取決于材料的屈服強(qiáng)度，相反殘余應(yīng)力水平與材料的屈服強(qiáng)度直接掛鉤。為了補(bǔ)償由于材料中的殘余應(yīng)力狀態(tài)造成的疲勞壽命降低，或增加材料的厚度(結(jié)果是對(duì)部件的重量和成本產(chǎn)生影響)或采用特殊材料(例如硼鋼)，其經(jīng)受熱處理，即淬火然后回火，這樣的熱處理允許獲得較高的機(jī)械性能，同時(shí)減少(或甚至消除)由于成形工藝和淬火處理造成的殘余應(yīng)力狀態(tài)。
[0003]在通過形成管狀坯體而獲得的用于車輛懸架系統(tǒng)的金屬板部件的情況下，制造方法首先包括所謂的管制備階段，即管狀坯體的生產(chǎn)階段，其通常包括以下操作:
[0004]I)從冷軋或熱軋鋼板開始生產(chǎn)條帶，其具有的寬度等于所需的管周長(zhǎng)；
[0005]2)展開條帶且通過 執(zhí)行一系列的成形操作而連續(xù)地生產(chǎn)管；
[0006]3)在不添加材料的情況下沿著縱向(即沿著平行于管軸線的方向)焊接管，如果需要的話還對(duì)管進(jìn)行火焰清理(scarfing);以及
[0007]4)將管矯直。
[0008]然后將由此獲得的管坯體成形(通常通過冷沖壓和/或液壓成形)，以便賦予所需的最終幾何形狀。例如，在用于機(jī)動(dòng)車輛的扭轉(zhuǎn)梁后懸架的橫梁構(gòu)件的情況下，管坯體被彎曲和/或壓扁，這樣向其自身的縱向軸線賦予所需走向和/或賦予其橫截面所需形狀。在使用普通結(jié)構(gòu)鋼(例如Fe510D)或適于熱處理的鋼(例如20MnB5)的情況下，在成形之前進(jìn)行正火處理，以便減少管制備工藝所產(chǎn)生的高殘余應(yīng)力狀態(tài)，其通常略小于該材料的屈服強(qiáng)度。此外，在適于熱處理的鋼的情況下，所形成的部件最后經(jīng)受淬火和回火處理，以達(dá)到所述部件的具體任務(wù)所要求的高機(jī)械性能。如果需要的話，可在淬火和回火處理之后進(jìn)行噴丸操作，以便進(jìn)一步增加該部件的疲勞壽命。在使用普通結(jié)構(gòu)鋼的情況下，由此獲得的部件具有低的機(jī)械性能，但生產(chǎn)成本低，而使用適于熱處理的鋼允許獲得具有非常高機(jī)械性能的部件，但生產(chǎn)成本高。[0009]從EP2045348獲知用于制造鋼管的方法，其中管首先經(jīng)受熱彎曲(在約1000°C的溫度下)以及最后經(jīng)受淬火和回火處理。從JP7090375獲知類似的方法，因?yàn)楦鶕?jù)該文獻(xiàn)鋼管也首先是熱成形然后經(jīng)受淬火和回火處理。US3533157公開用于制造管的一種方法，并提到作為在該方法中使用的唯一熱處理的正火處理，如公知的那樣所述正火處理涉及加熱到高于鋼的臨界區(qū)域或臨界區(qū)間的溫度(通常高于該區(qū)域或區(qū)間約50°C)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于提供用于制造在使用中經(jīng)受疲勞應(yīng)力的鋼板部件(諸如用于車輛懸架系統(tǒng)的部件)的方法，其允許確保獲得高的機(jī)械性能，所述機(jī)械性能比使用普通結(jié)構(gòu)鋼所獲得的那些更高，但是其與使用適于熱處理的鋼的情況下所需的時(shí)間和成本相比只需要較短的時(shí)間和較低的成本。
[0011]根據(jù)本發(fā)明由包括在隨附的獨(dú)立權(quán)利要求1中所提出步驟的方法來充分實(shí)現(xiàn)這個(gè)和其它目的。
[0012]用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明方法的有利模式在從屬權(quán)利要求中提出，其內(nèi)容預(yù)期形成以下說明的整體和完整的部分。
[0013]簡(jiǎn)而言之，本發(fā)明基于下述構(gòu)思，即使用高強(qiáng)度鋼，特別是高強(qiáng)度低合金鋼(眾所周知其是一種不適于淬火的鋼)，在成形步驟之后執(zhí)行作為唯一熱處理的去應(yīng)力處理而不是淬火和回火處理。去應(yīng)力處理以本身已知的方式包括保持部件處于低于鋼臨界區(qū)間的溫度下(例如在從530°C至580°C范圍內(nèi)的溫度下)持續(xù)給定的時(shí)間(例如45至60分鐘)，然后使得部件在空氣中進(jìn)行冷卻。去應(yīng)力處理使得能夠減少(即便沒有完全消除)在材料中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力并因此獲得具有高疲勞壽命特性的部件，該殘余應(yīng)力是由于在制造方法的在先步驟(管制備步驟，在從管坯體獲得部件的情況下還有成形步驟)中執(zhí)行的處理操作(不是熱處理)造成的。在這方面，需要注意的是在預(yù)期用于汽車懸架系統(tǒng)上的那些部件中，疲勞壽命是最重要的要求之一。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是避免了淬火處理，因此節(jié)省了相關(guān)聯(lián)的時(shí)間和成本。此外,去應(yīng)力處理要求低于由回火處理所要求的溫度和時(shí)間(通常在590°C和610°C之間持 續(xù)約2小時(shí))。因此明顯的是相對(duì)于使用適于熱處理的鋼以及相對(duì)于在成形步驟結(jié)束時(shí)執(zhí)行淬火和回火處理而言,節(jié)省了循環(huán)時(shí)間和成本(加工成本和設(shè)備成本)。此外,淬火和回火處理顯著改變材料的金相組織，因此需要在成品部件上進(jìn)行特殊的質(zhì)量控制以便檢查處理是否已被正確地執(zhí)行。與此相反，根據(jù)本發(fā)明的方法并不需要這些特殊的控制，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的方法并不對(duì)已經(jīng)成形的部件進(jìn)行淬火和回火處理，而是僅僅進(jìn)行去應(yīng)力處理。
[0014]對(duì)于本發(fā)明的目的而言，術(shù)語“成形”用于指對(duì)金屬片材執(zhí)行的任何塑性成形工藝，諸如具體地管制備工藝、成型(shaping)工藝、冷沖壓工藝或液壓成形工藝。無論用于從高強(qiáng)度鋼板開始成形部件的一個(gè)具體工藝(或作為可一個(gè)接一個(gè)執(zhí)行的不同種類的幾個(gè)成形工藝的多個(gè)具體工藝)如何，根據(jù)本發(fā)明，在部件已成形之后執(zhí)行作為唯一熱處理的去應(yīng)力處理，以便盡可能地減少(即便沒有完全消除)由于成形而在材料中所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力狀態(tài)。
[0015]從下面的對(duì)用于執(zhí)行該方法的優(yōu)選模式的詳細(xì)說明，將更加明了根據(jù)本發(fā)明方法的進(jìn)一步特征和優(yōu)點(diǎn)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的制造方法首先通過從高強(qiáng)度鋼板、尤其是諸如像S600MC鋼的高強(qiáng)度低合金鋼開始的一個(gè)或多個(gè)成形操作來獲得部件(諸如像車輛懸架部件)。該部件例如可為用于扭轉(zhuǎn)梁懸架的橫梁構(gòu)件、用于獨(dú)立懸架或用于互聯(lián)懸架的縱向或橫向臂、用于前懸架的框架等等。在諸如像用于扭轉(zhuǎn)梁懸架的橫梁構(gòu)件的管狀或異型(profiled)部件的情況下，該方法將首先包括管制備工藝(或者，更通常而言的成型工藝)，諸如在本申請(qǐng)說明書的引言部分中所述的一種工藝，以便獲得管坯體，然后該管坯體將經(jīng)受徹底的成形工藝。該成形工藝可通過冷沖壓和/或通過液壓成形來執(zhí)行。在成形工藝中，顯然也可以在部件上執(zhí)行其它操作，諸如像珠焊操作。形成焊珠也在材料中產(chǎn)生殘余應(yīng)力。
[0017]在成形工藝(以及珠焊工藝，如果有的話)之后，由此獲得的部件經(jīng)受去應(yīng)力熱處理以便最大程度地減少在材料中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力狀態(tài)，所述殘余應(yīng)力狀態(tài)由于在成形工藝中經(jīng)受塑性變形造成，此外還由于管制備或成型工藝造成或由于珠焊造成。例如按如下執(zhí)行去應(yīng)力處理，即保持已經(jīng)成形的部件處于例如在從530°C到580°C范圍內(nèi)的溫度下持續(xù)例如在45至60分鐘范圍內(nèi)的時(shí)間，然后使得部件在空氣中進(jìn)行冷卻。上面指出的適于去應(yīng)力處理的溫度和時(shí)間范圍被認(rèn)為是適用于高強(qiáng)度低合金鋼，諸如像S550MC S700MC鋼，因此在使用不同種類的高強(qiáng)度鋼的情況下上述溫度和時(shí)間范圍可以改變。
[0018]本 申請(qǐng)人:通過試驗(yàn)已經(jīng)注意到如果管在沖壓之后經(jīng)受去應(yīng)力熱處理的話，由 S700MC鋼制成的成形管的疲勞壽命提高約10倍。由本 申請(qǐng)人:在由S550MC鋼制成的成形管上執(zhí)行類似的疲勞試驗(yàn)給出的結(jié)果是:相對(duì)于未經(jīng)受去應(yīng)力處理的類似管中的一個(gè)，疲勞壽命增加至少兩倍/三倍(出于時(shí)間的原因已經(jīng)停止測(cè)試且沒有檢測(cè)到破損)。[0019]根據(jù)前面的描述，明確的是在成形工藝之后對(duì)由高強(qiáng)度鋼板形成的成形部件僅僅進(jìn)行去應(yīng)力熱處理的構(gòu)思允許獲得具有高機(jī)械性能特別是高疲勞壽命的部件，與在成形工藝之后使得部件經(jīng)受淬火和回火處理的情況所需的時(shí)間和成本相比需要的時(shí)間更短、成本更低。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法特別適用于制造用于車輛懸架系統(tǒng)的部件，因?yàn)檫@些部件在疲勞壽命方面必須滿足非常嚴(yán)格的要求，且必須以可能的最少時(shí)間和最低成本來生產(chǎn)。
[0020]當(dāng)然，在保持本發(fā)明原理不變的情況下，用于執(zhí)行本發(fā)明的模式可從僅僅通過非限制性實(shí)例的方式進(jìn)行描述和示出的那些模式進(jìn)行寬泛地變化，由此并不脫離如在所附權(quán)利要求中所限定的本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1.用于制造在使用中經(jīng)受疲勞的高強(qiáng)度鋼金屬片材部件特別是用于車輛懸掛系統(tǒng)的部件的方法，所述方法包括以下述順序進(jìn)行的步驟: a)對(duì)高強(qiáng)度鋼片材執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)成形操作，以便提供具有所需幾何形狀的部件；以及 b)使如此成形的部件經(jīng)受僅僅包括去應(yīng)力處理的單一熱處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，利用高強(qiáng)度低合金鋼片材來執(zhí)行所述成形步驟a)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述去應(yīng)力步驟b)按如下執(zhí)行:保持已經(jīng)成形的部件處于在從530°C到580°C范圍內(nèi)的溫度下持續(xù)從45至60分鐘范圍內(nèi)的時(shí)間，然后使得部件在空氣中進(jìn)行冷卻。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在步驟a)執(zhí)行的部件的成形包括以下操作中的至少一項(xiàng):管制備、成型、冷成形和液壓成形。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，還包括在部件上執(zhí)行至少一次珠焊的步驟，其中在去應(yīng) 力步驟b)之前執(zhí)行這樣的焊接步驟。
【文檔編號(hào)】C21D9/46GK103459618SQ201280009334
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月18日
【發(fā)明者】A·圣蒂尼, G·博爾尼亞, P·蒙基耶羅 申請(qǐng)人:懸掛系統(tǒng)股份有限公司