專利名稱：疲勞特性優(yōu)異的異型截面形狀的汽車行走部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及疲勞特性優(yōu)異的汽車行走部件用鋼材、及使用該鋼材的汽車行走部件及其制造方法。
背景技術(shù)：
配置在汽車左右車輪間的前橋梁(axle beam)、其周邊的懸架構(gòu)件等汽車行走部件，在行駛中反復(fù)地受到?jīng)_擊載荷和扭轉(zhuǎn)載荷等，因此在需要高強(qiáng)度的同時(shí)，需要高的疲勞特性。例如，日本特開2001-321846號(hào)公報(bào)公開了將高強(qiáng)度的鋼管沖壓加工形成為異型截面形狀的中空結(jié)構(gòu)的前橋梁。該日本特開2001-321846號(hào)公報(bào)的前橋梁，為了提高疲勞特性，將高強(qiáng)度的鋼管沖壓加工成異型截面形狀后加熱至高溫，再進(jìn)行急水冷從而進(jìn)行淬火?？墒牵瑸榇吮仨毤訜嶂龄摬牡南嘧凕c(diǎn)以上的高溫，因此加熱成本高，而且需要用于防止氧化皮的氣氛控制，或需要去氧化皮工序，因此存在成本更高的問題。另外，一般地高強(qiáng)度的鋼管的成形加工性差， 容易產(chǎn)生尺寸偏差，因此存在向車體上裝配的作業(yè)性降低的問題。再者，在前橋梁之類的異型截面的行走部件的制造工序中，對(duì)成為坯材的鋼管施加較強(qiáng)的彎曲加工，因此在彎曲加工部產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力。所以，以往在不淬火的場(chǎng)合由于殘余應(yīng)力而使疲勞特性降低，另外，為了除去殘余應(yīng)力而進(jìn)行消應(yīng)力退火時(shí)，鋼材會(huì)軟化，存在仍然不能確保必要的疲勞特性的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決上述現(xiàn)有的問題，提供成形加工性良好，疲勞特性高，而且熱處理不需要較多的成分的疲勞特性優(yōu)異的汽車行走部件用鋼材及使用該鋼材的汽車行走部件的制造方法。為了解決上述的課題而完成的發(fā)明方案1的疲勞特性優(yōu)異的汽車行走部件用鋼材，是復(fù)合添加有Nb、Mo的鋼材，其特征在于，進(jìn)行板外面的彎曲半徑R為板厚的2 5倍的彎曲成形后的板厚中心的維氏硬度與距表面0. 5mm以內(nèi)的維氏硬度的最高值之差為50 150 點(diǎn)。另外，為了解決同一課題而完成的發(fā)明方案2的疲勞特性優(yōu)異的汽車行走部件用鋼材，是復(fù)合添加有Nb、Mo的鋼材，其特征在于，進(jìn)行板外面的彎曲半徑R為板厚的2 5 倍的彎曲成形后，在由λ = T(20+log(t))定義的回火參數(shù)λ為14000 19000的條件(Τ 為絕對(duì)溫度，t為時(shí)間(小時(shí))，溫度上限為660°C )下退火后的板厚中心的維氏硬度與距表面0. 5mm以內(nèi)的維氏硬度的最高值之差為50 150點(diǎn)。
發(fā)明方案3的發(fā)明是限定了發(fā)明方案1或2所述的汽車行走部件用鋼材的組成的發(fā)明，其特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，具有C :0. 05 0. 23%, Si 0. 05 1.0%、Mn :0. 3 2. 0%,P :0. 03% 以下、S 0. 01% 以下、Nb :0. 01 0. l%,Mo :0. 1 0. 5%,Sol. Al :0. 01 0. 05%, N 0. 006%以下、其余量為!^e的組成。發(fā)明方案4的發(fā)明，其特征在于，使發(fā)明方案3所述的鋼材組成中還含有Ti 0. 005 0. 03 %、V 0. 005 0. 1 %、Cr :0. 1 0. 5 %、Cu :0. 001 0. 5 %、Ni :0. 001 0. 5%, B 0. 0001 0. 003%, Ca :0. 0001 0. 003%,Mg :0. 0001 0. 004%之中的任一種或兩種以上。發(fā)明方案5及其后面的發(fā)明方案是成形退火后的疲勞特性優(yōu)異的汽車行走部件的制造方法的發(fā)明，發(fā)明方案5的發(fā)明，其特征在于，將以質(zhì)量％計(jì)，具有C :0. 05 0. 23%, Si 0. 05 1. 0%, Mn :0. 3 2. 0%, P :0. 03% 以下、S :0. 01% 以下、Nb :0. 01 0. l%,Mo :0. 1 0. 5%、Sol.Al :0. 01 0. 05%,N 0. 006% 以下、其余量為 Fe 的組成的鋼材進(jìn)行彎曲成形使得板外面的彎曲半徑R為板厚的2 5倍，使板厚中心維氏硬度與距表面0. 5mm以內(nèi)的維氏硬度的最高值之差為50 150點(diǎn)。另外，發(fā)明方案6的發(fā)明，其特征在于，將以質(zhì)量％計(jì)，具有C :0. 05 0.23%、Si 0. 05 1. 0%、Mn :0. 3 2. 0%、P :0. 03% 以下、S :0. 01% 以下、Nb :0. 01 0. 1%、Mo 0. 1 0. 5%、Sol. Al :0. 01 0. 05%、N :0. 006%以下、其余量為!^e的組成的鋼材進(jìn)行板外面的彎曲半徑R為板厚的2 5倍的彎曲成形后，在由λ = (20+log(t))定義的回火參數(shù)λ為14000 19000的條件(Τ為絕對(duì)溫度，t為時(shí)間(小時(shí))，溫度上限為660°C )下進(jìn)行退火，使板厚中心的維氏硬度與距表面0. 5mm以內(nèi)的維氏硬度的最高值之差為50 150 點(diǎn)ο發(fā)明方案7和發(fā)明方案8的發(fā)明，其特征在于，使發(fā)明方案5、6中的鋼材的組成中還含有 Ti 0. 005 0. 03%, V 0. 005 0. 1 %、Cr :0. 1 0. 5%, Cu :0. 001 0. 5%、Ni 0. 001 0. 5%,B 0. 0001 0. 003%, Ca 0. 0001 0. 003%,Mg 0. 0001 0. 004%之中的任一種或兩種以上。


圖1是表示實(shí)施方式的前橋梁的立體圖。圖2是圖1的實(shí)施方式的前橋梁的A-A、B_B剖面圖。圖3是表示本發(fā)明的鋼材的板厚方向的硬度變化的曲線圖。圖4是表示一般的鋼材的板厚方向的硬度變化的曲線圖。圖5是表示實(shí)施例1中的通過3點(diǎn)彎曲沖壓進(jìn)行的彎曲加工的說明圖。圖6是表示實(shí)施例1中的疲勞試驗(yàn)的狀態(tài)的說明圖。圖7是表示實(shí)施例3中的0. 03% Nb-O. 3% Mo鋼的板厚方向的維氏硬度的曲線圖。
圖8是表示實(shí)施例3中的0. 05 % Nb-O. 05 % V鋼的板厚方向的維氏硬度的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的汽車行走部件用鋼材，是復(fù)合添加有Nb、Mo的析出硬化型鋼材，具體地講，是以質(zhì)量％計(jì)，具有C 0. 05 0. 23%,Si 0. 05 1. 0%,Mn :0. 3 2. 0%,P :0. 03% 以下、S 0. 01% 以下、Nb 0. 01 0. l%,Mo :0. 1 0. 5%,Sol. Al :0. 01 0. 05%,N :0. 006% 以下、其余量為Fe的組成的鋼材。Nb和Mo，是用于在進(jìn)行板外面的彎曲半徑R為板厚的2 5倍的彎曲成形時(shí)，不使表面層的金屬組織粗大化而進(jìn)行加工硬化，提高強(qiáng)度和硬度的同時(shí)，在退火時(shí)通過加熱而析出(Nb，Mo)C，提高強(qiáng)度和硬度的重要元素。為了發(fā)揮該效果，Nb需添加0.01%以上， Mo需添加0. 1 %以上。Nb在少量添加時(shí)就有顯著的效果，由于Nb是高價(jià)格的元素，因此從成本上的制約考慮，使上限為0. 1%。關(guān)于Mo，除了具有與Nb同樣的成本上的制約以外，由于通過大量添加會(huì)使加工性惡化，因此使上限為0. 5%。C，為了獲得高強(qiáng)度需為0.05%以上，但超過0.23%時(shí)韌性降低，影響到疲勞特性，因此確定為0. 05 0. 23%的范圍。Si作為脫氧元素含有0. 05%以上是有效的，但過剩地添加時(shí)，在電焊焊接時(shí)會(huì)招致由S^2引起的缺陷發(fā)生，因此確定為0. 05 1. 0%的范圍。 為了獲得高強(qiáng)度，Mn也必須為0. 3%以上，但超過2. 時(shí)，會(huì)招致由MnO引起的缺陷發(fā)生， 因此確定為0. 3 2. 0%的范圍。P 0. 03%以下、S 0. 01%以下，與通常的電焊鋼管的成分系同樣。Sol. Al和N是生成A1N，促進(jìn)結(jié)晶微細(xì)化的元素。Al不到0. 01 %時(shí)，其效果不足， 即使Al超過0. 05%、N超過0. 006%也不能夠得到與其相稱的效果，因此確定為與通常的電焊鋼管的成分系同樣的上述范圍。再者，通過在上述的基本的鋼組成中選擇性地添加Ti 0. 005 0.03%、V 0. 005 0. 1 %、Cr :0. 1 0. 5 %、Cu :0. 001 0. 5 %、Ni :0. 001 0. 5 %、B :0. 0001 0. 003%, Ca 0. 0001 0. 003%, Mg :0. 0001 0. 004%，能夠獲得更理想的特性。Ti是用于改善韌性的元素，V和Cr是用于輔助抑制由退火所致的軟化的元素。Cu 是用于提高強(qiáng)度的元素，Ni是用于提高韌性的元素。B是用于提高強(qiáng)度的元素，Ca是用于控制氧化物形態(tài)和抑制MnS生成的元素。這些的各特性在按各元素設(shè)定的上述范圍內(nèi)得到發(fā)揮，當(dāng)?shù)陀谄湎孪拗禃r(shí)不能呈現(xiàn)效果，即使大于其上限值，效果也飽和。再者，Mg是用于在將晶粒細(xì)化使彎曲特性提高的同時(shí)，抑制MnS生成使電焊區(qū)的韌性提高的元素，為此需要0. 0001%以上，但使其含量超過0. 004%不容易。本發(fā)明中，由上述組成的鋼材制造鋼管，進(jìn)行沖壓加工使得成為例如圖1、圖2所示那樣的剖面形狀，制造前橋梁等汽車行走部件。鋼管的制造是通常的電焊焊接。該實(shí)施方式的前橋梁，如圖所示，剖面形狀在兩端部接近于圓，但在中央部進(jìn)行了板外面的彎曲半徑R為板厚的2 5倍的較強(qiáng)烈的彎曲加工。通過這樣的彎曲加工而發(fā)生加工硬化，表面層的硬度上升，而另一方面，在成為彎曲加工的中立軸的板厚中心附近，硬度的上升很少。再者，板外面的彎曲半徑R不到板厚的2倍的彎曲加工是成形困難的，當(dāng)超過5倍時(shí)，由加工硬化帶來的硬度上升不充分，因此必須進(jìn)行板外面的彎曲半徑R為板厚的2 5倍的彎曲成形。圖3是模式地表示本發(fā)明的汽車行走部件用鋼材的板厚方向的硬度的圖。在作為坯材的電焊鋼管的狀態(tài)下，其表面硬度處于由點(diǎn)劃線所示的水平。然而，通過上述的彎曲加工，如虛線所示，表面層的硬度大幅度上升。這樣，本發(fā)明的鋼材加工硬化大，在該階段中表層部分與板厚中心部分產(chǎn)生較大的硬度差。而且，本發(fā)明的鋼材，產(chǎn)生加工硬化的表面層的結(jié)晶組織的粗大化得到抑制，能夠維持致密的組織。
因此，使用本發(fā)明的汽車行走部件用鋼材所制造的汽車行走部件，如后述的實(shí)施例的數(shù)據(jù)所示，是疲勞特性優(yōu)異、不發(fā)生來自表面的裂紋的部件。另外，為了緩和與加工相伴的內(nèi)部殘余應(yīng)力，使疲勞特性進(jìn)一步提高，本發(fā)明的汽車行走部件用鋼材也能夠進(jìn)行退火。該情況下的退火條件，可由該行業(yè)中眾所周知的由 λ =T(20+log(t))定義的回火參數(shù)λ表達(dá)，本發(fā)明的汽車行走部件用鋼材，通過λ為 14000 19000的條件(Τ為絕對(duì)溫度，t為時(shí)間(小時(shí))，溫度上限為660°C )的退火，能夠緩和內(nèi)部殘余應(yīng)力。再者，若低于上述范圍，則逐漸接近于發(fā)明方案1的發(fā)明，在緩和殘余應(yīng)力這點(diǎn)上不充分，進(jìn)行退火的意義降低。反之，若大于上述范圍，則強(qiáng)度和硬度降低，疲勞特性惡化，而且加熱成分也增加，因此應(yīng)該避免這樣的退火。圖4是有關(guān)一般的鋼管的與圖3同樣的模式圖，在一般的鋼管的場(chǎng)合，與本發(fā)明的鋼材相比，加工硬化也極少，而且通過退火，表面層也軟化，顯示出與加工硬化相伴的硬度上升部分的大半喪失。與此相對(duì)，本發(fā)明的汽車行走部件用鋼材，是復(fù)合添加有Nb、Mo的析出硬化型鋼材，由于加工硬化大，通過退火時(shí)的加熱而析出(Nb，Mo)C，能夠提高強(qiáng)度和硬度，因此，如圖3中實(shí)線所示，基本上沒有與退火相伴的硬度變化，可基本上原樣地維持由彎曲加工所引起的表層部分與板厚中心部分的硬度差。其結(jié)果，本發(fā)明的鋼材不論是不退火的場(chǎng)合還是進(jìn)行了退火的場(chǎng)合，板厚中心的維氏硬度與距表面0. 5mm以內(nèi)的維氏硬度的最高值之差為50 150點(diǎn)。具體地講，板厚中心的維氏硬度為200 250左右，距表面0. 5mm以內(nèi)的維氏硬度為300 350左右。如以上說明，本發(fā)明的汽車行走部件用鋼材和使用該鋼材采用本發(fā)明方法所制造的汽車用行走部件，在進(jìn)行了必要的彎曲加工的狀態(tài)下，中心部為低硬度，維持了優(yōu)異的成形加工性，并且表層部為高硬度的致密組織，發(fā)揮出優(yōu)異的疲勞特性。而且，通過進(jìn)行退火緩和內(nèi)部應(yīng)力，能夠發(fā)揮更優(yōu)異的疲勞特性。再者，Nb-Ti系的鋼材，在退火時(shí)表層部分中發(fā)生晶粒的粗大化，不能夠發(fā)揮本發(fā)明那樣的較大的硬度差，另外，由于有從表層部分發(fā)生裂紋的危險(xiǎn)，因而不優(yōu)選。以下舉出本發(fā)明的實(shí)施例。在上述的實(shí)施方式中，作為汽車用行走部件的代表例，舉出了前橋梁，但是毋庸諱言，也能夠廣泛地適用于懸架部件等的要求疲勞特性的其他的行走部件。實(shí)施例1使用真空熔化爐將表1所示的成分的鋼制成30kg的鋼塊。接著，熱軋成板厚為 4. 5mm,以表1所示的彎曲半徑R，通過圖5所示的3點(diǎn)彎曲沖壓，對(duì)得到的鋼板實(shí)施彎曲加工，制成U字狀的疲勞試片。一部分樣品在580°C下實(shí)施30分鐘的消應(yīng)力退火。如圖6所示將得到的樣品的一端固定在臺(tái)座上，進(jìn)行反復(fù)按壓一端的疲勞試驗(yàn)， 裂紋發(fā)生時(shí)的次數(shù)不到5萬(wàn)次記為X，為5萬(wàn)次以上但不到10萬(wàn)次記為〇，10萬(wàn)次都無(wú)裂紋記為◎，如表2所示。另外，采用載荷IOOgf的顯微維氏硬度計(jì)測(cè)定板厚中心和距彎曲表面0.4mm的位置的硬度，將其差作為Δ H—并示于表2。表1供試鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量％ )
權(quán)利要求
1.一種疲勞特性優(yōu)異的、具有異型截面形狀的汽車行走部件，其特征在于，由具有以質(zhì)量％計(jì)。0. 05 0. 23%,Si 0. 05 1. 0%,Mn :0. 3 2. 0%,P :0. 03% 以下、S :0. 01% 以下、Nb 0. 01 ~ 0. 1%, Mo 0. 1 0.5%、Sol. Al :0.01 0. 05%、N :0. 006% 以下、余量為 Fe的組成的鋼材制成，且被施加了使得板外面的彎曲半徑R為板厚的2 5倍的彎曲成形， 其彎曲加工部的板厚中心的維氏硬度與距表面0. 5mm以內(nèi)的維氏硬度最高值之差為50 150 點(diǎn)。
2.一種疲勞特性優(yōu)異的、具有異型截面形狀的汽車行走部件，其特征在于，由具有以質(zhì)量％計(jì)。0. 05 0. 23%,Si 0. 05 1. 0%,Mn :0. 3 2. 0%,P :0. 03% 以下、S :0. 01% 以下、Nb 0. 01 ~ 0. 1%, Mo 0. 1 0.5%、Sol. Al :0.01 0. 05%、N :0. 006% 以下、余量為狗的組成的鋼材制成，且在施加了使得板外面的彎曲半徑R為板厚的2 5倍的彎曲成形， 進(jìn)而在由λ = T(20+log(t))定義的回火參數(shù)λ為14000 19000的條件下進(jìn)行了退火后，彎曲加工部的板厚中心的維氏硬度與距表面0. 5mm以內(nèi)的維氏硬度最高值之差為50 150點(diǎn)，所述條件中T為絕對(duì)溫度，t為時(shí)間，單位為小時(shí)，溫度上限為660°C。
3.一種疲勞特性優(yōu)異的汽車行走部件，其特征在于，權(quán)利要求1或2所述的鋼材中，以質(zhì)量％計(jì)，還含有 Ti 0. 005 0. 03%, V 0. 005 0. 1%、Cr :0. 1 0. 5%、Cu :0. 001 0. 5 %、Ni :0. 001 0. 5 %、B :0. 0001 0. 003 %、Ca :0. 0001 0. 003 %、Mg :0. 0001 0. 004%之中的任一種或兩種以上。
全文摘要
本發(fā)明提供疲勞特性高，熱處理不需要較多的成本，而且成形加工性也優(yōu)異的，具有異型截面形狀的汽車行走部件。本發(fā)明的疲勞特性優(yōu)異、具有異型截面形狀的汽車行走部件，由具有以質(zhì)量％計(jì)，C0.05～0.23％、Si0.05～1.0％、Mn0.3～2.0％、P0.03％以下、S0.01％以下、Nb0.01～0.1％、Mo0.1～0.5％、Sol.Al0.01～0.05％、N0.006％以下、其余量為Fe的組成的鋼材制成，且被施加了使得板外面的彎曲半徑R為板厚的2～5倍的彎曲成形，其彎曲加工部的板厚中心的維氏硬度與距表面0.5mm以內(nèi)的維氏硬度最高值之差為50～150點(diǎn)。
文檔編號(hào)C22C38/16GK102174684SQ20111004805
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2007年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月11日
發(fā)明者中村英幸, 山本出, 山本康士, 志滿津了, 福士孝聰, 穴井功, 近藤正顯 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社, 新日本制鐵株式會(huì)社