用于制造在使用中經(jīng)受疲勞應力的高強度鋼板部件的方法
【專利摘要】一種制造方法包括以下步驟：執(zhí)行一個或多個成形操作（以下的至少一個：管制備、成型、冷沖壓和液壓成形），以及如果需要的話，還對高強度鋼特別是對高強度低合金鋼片材執(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)的時間執(zhí)行該去應力處理，然后使得部件在空氣中進行冷卻。由于初始成形工藝以及由于珠焊（如果有的話）造成的殘余應力狀態(tài)通過使成形的部件經(jīng)受去應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)受疲勞應力的高強度鋼板部件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于制造適于疲勞應用場合的高強度鋼板部件(即在使用中經(jīng)受疲勞應力的部件)的方法。具體地但非排它地，本發(fā)明涉及制造預期用于車輛懸架系統(tǒng)上的高強度鋼板部件。在后續(xù)的說明書和權(quán)利要求中，詞語“高強度”預期指具有大于420兆帕屈服強度的鋼。
【背景技術(shù)】
[0002]如已知的那樣，對鋼板執(zhí)行的塑性成形(forming)操作使得在材料中呈現(xiàn)應力狀態(tài)，所謂的殘余應力，其在數(shù)量級上與該材料的屈服強度相同。當在鋼板上形成焊珠時會發(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)生殘余應力，這樣的殘余應力在焊珠附近較大，且隨著與焊珠相距的距離增加而減小。材料的這些殘余應力狀態(tài)在成品部件中在其整個使用壽命中都存在。如果成品部件需要承受疲勞應力(例如在車輛懸架部件的情況下)，則殘余應力狀態(tài)通常會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，則對該部件疲勞壽命的降低效應就越大。這是由于這樣的事實造成的，即疲勞極限與殘余應力水平相比會更小程度地取決于材料的屈服強度，相反殘余應力水平與材料的屈服強度直接掛鉤。為了補償由于材料中的殘余應力狀態(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械性能，同時減少(或甚至消除)由于成形工藝和淬火處理造成的殘余應力狀態(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；
[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，如果需要的話還對管進行火焰清理(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，在用于機動車輛的扭轉(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，在成形之前進行正火處理，以便減少管制備工藝所產(chǎn)生的高殘余應力狀態(tài)，其通常略小于該材料的屈服強度。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，以達到所述部件的具體任務(wù)所要求的高機械性能。如果需要的話，可在淬火和回火處理之后進行噴丸操作，以便進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，因為根據(jù)該文獻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械性能，所述機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間和成本相比只需要較短的時間和較低的成本。
[0011]根據(jù)本發(fā)明由包括在隨附的獨立權(quán)利要求1中所提出步驟的方法來充分實現(xiàn)這個和其它目的。
[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)容預期形成以下說明的整體和完整的部分。
[0013]簡而言之，本發(fā)明基于下述構(gòu)思，即使用高強度鋼，特別是高強度低合金鋼(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力處理而不是淬火和回火處理。去應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)給定的時間(例如45至60分鐘)，然后使得部件在空氣中進行冷卻。去應力處理使得能夠減少(即便沒有完全消除)在材料中產(chǎn)生的殘余應力并因此獲得具有高疲勞壽命特性的部件，該殘余應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。另一個優(yōu)點是避免了淬火處理，因此節(jié)省了相關(guān)聯(lián)的時間和成本。此外,去應力處理要求低于由回火處理所要求的溫度和時間(通常在590°C和610°C之間持 續(xù)約2小時)。因此明顯的是相對于使用適于熱處理的鋼以及相對于在成形步驟結(jié)束時執(zhí)行淬火和回火處理而言,節(jié)省了循環(huán)時間和成本(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，因為根據(jù)本發(fā)明的方法并不對已經(jīng)成形的部件進行淬火和回火處理，而是僅僅進行去應力處理。
[0014]對于本發(fā)明的目的而言，術(shù)語“成形”用于指對金屬片材執(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。無論用于從高強度鋼板開始成形部件的一個具體工藝(或作為可一個接一個執(zhí)行的不同種類的幾個成形工藝的多個具體工藝)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)生的殘余應力狀態(tài)。
[0015]從下面的對用于執(zhí)行該方法的優(yōu)選模式的詳細說明，將更加明了根據(jù)本發(fā)明方法的進一步特征和優(yōu)點。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的制造方法首先通過從高強度鋼板、尤其是諸如像S600MC鋼的高強度低合金鋼開始的一個或多個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)受去應力熱處理以便最大程度地減少在材料中產(chǎn)生的殘余應力狀態(tài)，所述殘余應力狀態(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)的時間，然后使得部件在空氣中進行冷卻。上面指出的適于去應力處理的溫度和時間范圍被認為是適用于高強度低合金鋼，諸如像S550MC S700MC鋼，因此在使用不同種類的高強度鋼的情況下上述溫度和時間范圍可以改變。
[0018]本 申請人:通過試驗已經(jīng)注意到如果管在沖壓之后經(jīng)受去應力熱處理的話，由 S700MC鋼制成的成形管的疲勞壽命提高約10倍。由本 申請人:在由S550MC鋼制成的成形管上執(zhí)行類似的疲勞試驗給出的結(jié)果是:相對于未經(jīng)受去應力處理的類似管中的一個，疲勞壽命增加至少兩倍/三倍(出于時間的原因已經(jīng)停止測試且沒有檢測到破損)。[0019]根據(jù)前面的描述，明確的是在成形工藝之后對由高強度鋼板形成的成形部件僅僅進行去應力熱處理的構(gòu)思允許獲得具有高機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間和成本相比需要的時間更短、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，因為這些部件在疲勞壽命方面必須滿足非常嚴格的要求，且必須以可能的最少時間和最低成本來生產(chǎn)。
[0020]當然，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例的方式進行描述和示出的那些模式進行寬泛地變化，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行的步驟: a)對高強度鋼片材執(zhí)行一個或多個成形操作，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)的時間，然后使得部件在空氣中進行冷卻。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，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: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 力步驟b)之前執(zhí)行這樣的焊接步驟。
【文檔編號】C21D9/46GK103459618SQ201280009334
【公開日】2013年12月18日 申請日期: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 申請人:懸掛系統(tǒng)股份有限公司