張寶玉

（內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司無(wú)縫鋼管廠，內(nèi)蒙古包頭014010）

適于美國(guó)市場(chǎng)的半掛汽車車軸用無(wú)縫鋼管的研制

張寶玉

（內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司無(wú)縫鋼管廠，內(nèi)蒙古包頭014010）

根據(jù)美國(guó)市場(chǎng)對(duì)半掛汽車車軸用無(wú)縫鋼管的特殊要求，有針對(duì)性地進(jìn)行成分設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝制定和熱處理制度的研究，對(duì)熱軋態(tài)和熱處理后的半掛汽車車軸用無(wú)縫鋼管性能、硬度進(jìn)行檢測(cè)。指出750℃入爐保溫3 min，隨爐升溫至910℃保溫6 min后進(jìn)行水淬；接著進(jìn)行560℃回火，保溫60 min后出爐空冷，是生產(chǎn)滿足美國(guó)市場(chǎng)的半掛汽車車軸用無(wú)縫鋼管要求的最佳熱處理制度。

美國(guó)市場(chǎng)；無(wú)縫鋼管；半掛汽車車軸；成分設(shè)計(jì)；熱處理工藝；研制

車軸是半掛汽車底部重要的承載部件，根據(jù)半掛汽車高速、重載的要求，其車軸必須具有高強(qiáng)度、高韌性［1-5］。中國(guó)及東南亞地區(qū)生產(chǎn)整體式車軸用鋼管的材質(zhì)主要是20Mn2［6-7］，而美國(guó)等國(guó)家的材質(zhì)卻不同。為打開美國(guó)半掛汽車車軸用無(wú)縫鋼管市場(chǎng)，內(nèi)蒙古包鋼鋼聯(lián)股份有限公司（簡(jiǎn)稱包鋼股份）與廣東富華工程機(jī)械制造有限公司聯(lián)合開發(fā)了符合美國(guó)市場(chǎng)要求的半掛汽車車軸用無(wú)縫鋼管。

1 美國(guó)對(duì)車軸用無(wú)縫鋼管的要求

1.1 化學(xué)成分

半掛汽車車軸用無(wú)縫鋼管的化學(xué)成分需滿足美國(guó)ASTM A 29/A 29M—2005《熱加工碳素鋼和合金鋼棒材的一般要求》標(biāo)準(zhǔn)［8］對(duì)1527鋼級(jí)的成分要求，具體見表1。

1.2 交貨狀態(tài)及性能

美國(guó)對(duì)半掛汽車車軸用無(wú)縫鋼管要求以熱軋態(tài)交貨，晶粒度≥5級(jí)，屈服強(qiáng)度≥315 MPa，抗拉強(qiáng)度≥490 MPa，伸長(zhǎng)率≥21.0%。

1.3 試樣熱處理性能

2005年起，西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院（以下簡(jiǎn)稱“西安交大一附院”）胸外科開始嘗試推行ERAS，由于涉及到外科、麻醉科、呼吸科、康復(fù)科等諸多科室和環(huán)節(jié)，剛開始，胸外科選擇從幾個(gè)點(diǎn)切進(jìn)去，如呼吸道管理、疼痛管理、血栓預(yù)防等，2016年，ERAS延展到了所有環(huán)節(jié)。

根據(jù)協(xié)議要求，需對(duì)鋼管取樣進(jìn)行熱處理，熱處理制度：750℃入爐保溫3 min，隨爐升溫至910℃保溫6 min進(jìn)行水淬；520℃入爐、保溫60 min后出爐空冷。試樣熱處理后的性能要求為：屈服強(qiáng)度≥690 MPa，伸長(zhǎng)率≥20.0%，硬度223～277 HB。

2 無(wú)縫鋼管的成分設(shè)計(jì)

根據(jù)美國(guó)市場(chǎng)對(duì)半掛汽車車軸用無(wú)縫鋼管化學(xué)成分及性能的特殊要求，以及化學(xué)元素在鋼中的作用［9］，結(jié)合包鋼股份生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)出該半掛汽車車軸用無(wú)縫鋼管的化學(xué)成分，見表2。

表2 半掛汽車車軸用無(wú)縫鋼管的化學(xué)成分設(shè)計(jì)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

由于包鋼股份煉鋼生產(chǎn)的工藝特點(diǎn)，其他殘余元素的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于要求，因而不進(jìn)行特別設(shè)計(jì)。

3 生產(chǎn)工藝路線

為保證產(chǎn)品質(zhì)量及成品性能的穩(wěn)定，通過(guò)對(duì)生產(chǎn)技術(shù)方案進(jìn)行討論研究，制定了半掛汽車車軸用無(wú)縫鋼管的生產(chǎn)工藝路線：80 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐冶煉→LF精煉→喂CaSi絲處理→連鑄圓坯→Ф180 mm MPM連軋管機(jī)組軋管→包裝入庫(kù)。

3.1 連鑄生產(chǎn)情況

連鑄坯的規(guī)格為Ф180 mm，平均拉坯速度為2.45 m/min，平均過(guò)熱度為24.7℃（該鋼種的液相線溫度為1 506℃）。連鑄坯的化學(xué)成分和硫印檢驗(yàn)結(jié)果見表3～4。

從表3～4可以看出：連鑄坯的化學(xué)成分完全滿足設(shè)計(jì)要求，殘余元素及硫印檢驗(yàn)結(jié)果表明包鋼生產(chǎn)車軸用無(wú)縫鋼管的冶煉質(zhì)量相當(dāng)理想。

3.2 軋管生產(chǎn)情況

3.2.1 軋管工藝流程

環(huán)形爐加熱→穿孔→Ф180 mm MPM連軋管機(jī)軋管→定（減）徑→精整檢驗(yàn)→包裝入庫(kù)。

表3 連鑄坯的化學(xué)成分

表4 連鑄坯的硫印檢驗(yàn)結(jié)果級(jí)

3.2.2 軋制工藝控制

出口半掛汽車車軸用無(wú)縫鋼管的規(guī)格為Ф127 mm×12 mm。環(huán)形爐加熱二段的內(nèi)外環(huán)溫度控制在1 240～1 260℃，均熱二段的內(nèi)外環(huán)溫度控制在1 270～1 290℃，加熱時(shí)間不超過(guò)4 h。穿孔后的毛管溫度為1 230～1 240℃，經(jīng)過(guò)正常的抗氧化處理，確保連軋管機(jī)芯棒的潤(rùn)滑效果，最終獲得良好的內(nèi)表面質(zhì)量。熱成品出定（減）徑機(jī)溫度為930～960℃，空冷時(shí)控制好冷床速度，避免鋼管彎曲。

3.3 性能檢測(cè)

對(duì)熱軋狀態(tài)無(wú)縫鋼管進(jìn)行拉伸性能及晶粒度檢測(cè)，結(jié)果見表5。從表5可以看出：半掛汽車車軸用無(wú)縫鋼管晶粒度及熱軋狀態(tài)的力學(xué)性能均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 熱處理性能試驗(yàn)

經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后的鋼管既要有高的強(qiáng)度極限和屈服極限，又要有足夠的塑性和韌性，即鋼管經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后具有高的綜合力學(xué)性能［9］。分析熱軋態(tài)鋼管性能的檢測(cè)情況可知：屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率均較為理想，通過(guò)調(diào)質(zhì)熱處理后，能達(dá)到熱處理后的性能要求；因此，調(diào)質(zhì)后的硬度將成為影響鋼管性能的制約因素，有針對(duì)性地開展熱處理后硬度的研究，成為熱處理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

表5 熱軋態(tài)無(wú)縫鋼管的拉伸性能及晶粒度檢測(cè)結(jié)果

4.1 調(diào)質(zhì)熱處理后的硬度

根據(jù)協(xié)議要求的熱處理工藝，首先采用520℃回火+空冷工藝處理，對(duì)處理后的鋼管進(jìn)行性能檢測(cè)，結(jié)果顯示其布氏硬度值明顯偏高。由于淬火鋼回火后的硬度主要取決于回火溫度，而與回火時(shí)間的關(guān)系較?。?0］；為此采取提升回火溫度的措施，以降低布氏硬度，即將回火溫度調(diào)整至540℃和560℃。半掛汽車車軸用無(wú)縫鋼管經(jīng)不同回火溫度熱處理后的硬度檢測(cè)結(jié)果見表6。由表6可以看出：采用560℃回火工藝生產(chǎn)的半掛汽車車軸用無(wú)縫鋼管，完全能夠滿足美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其硬度的要求。

表6 半掛汽車車軸用無(wú)縫鋼管經(jīng)不同回火溫度熱處理后的硬度檢測(cè)結(jié)果

4.2 熱處理后的性能

對(duì)經(jīng)過(guò)560℃回火熱處理后的半掛汽車車軸用無(wú)縫鋼管進(jìn)行性能及組織檢測(cè)，結(jié)果見表7。

從表7可以看出：經(jīng)過(guò)560℃回火熱處理后的半掛汽車車軸用無(wú)縫鋼管，無(wú)論是拉伸性能，還是布氏硬度值，均能達(dá)到美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)要求。其組織狀態(tài)良好，全部為回火索氏體，其金相組織如圖1所示。

表7560 ℃回火熱處理后的半掛汽車車軸用無(wú)縫鋼管性能及組織檢測(cè)結(jié)果

圖1560 ℃回火熱處理后的車軸用無(wú)縫鋼管金相組織

5 應(yīng)用效果

在運(yùn)輸途中，半掛汽車車軸將不可避免地受到?jīng)_擊載荷，甚至低溫沖擊載荷的作用；為此，對(duì)生產(chǎn)的半掛汽車車軸用無(wú)縫鋼管進(jìn)行了-60℃沖擊載荷試驗(yàn)，結(jié)果非常穩(wěn)定。

包鋼股份生產(chǎn)的半掛汽車車軸用無(wú)縫鋼管經(jīng)廣東富華工程機(jī)械制造有限公司加工為半掛汽車車軸，其化學(xué)成分及生產(chǎn)工藝經(jīng)美國(guó)相關(guān)部門檢驗(yàn)合格，已取得美國(guó)PPAP（Production part approval process汽車產(chǎn)品零件批準(zhǔn)程序）的產(chǎn)品認(rèn)可，表明使用生產(chǎn)的1527鋼級(jí)無(wú)縫鋼管加工的半掛汽車車軸已具備向美國(guó)批量供貨的能力。

6 結(jié)論

（1）設(shè)計(jì)的半掛汽車車軸用無(wú)縫鋼管化學(xué)成分符合美國(guó)ASTM A 29/A 29M—2005標(biāo)準(zhǔn)對(duì)1527鋼級(jí)的要求。

（2）根據(jù)設(shè)計(jì)的工藝路線及技術(shù)方案生產(chǎn)的半掛汽車車軸用無(wú)縫鋼管，其性能完全滿足熱軋態(tài)交貨要求。

（3）通過(guò)熱處理試驗(yàn)表明：生產(chǎn)的半掛汽車車軸用無(wú)縫鋼管熱處理后的硬度、屈服強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率完全能夠滿足美國(guó)市場(chǎng)對(duì)半掛汽車車軸的要求。

（4）通過(guò)對(duì)鋼管熱處理后的性能研究，最終確定750℃入爐保溫3 min，隨爐升溫至910℃保溫6 min后進(jìn)行水淬；560℃回火、保溫60 min后出爐空冷是生產(chǎn)適于美國(guó)市場(chǎng)的半掛汽車車軸用無(wú)縫鋼管的最佳熱處理制度。

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［10］劉宗昌.材料組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?cè)恚跰］.北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

R&D of Seamless Steel Tube for Semi-trailer Axle Service Suitable for US Market

ZHANG Baoyu
（Seamless Steel Tube Plant，Inner Mongolia Baogang Ganglian Corp.，Ltd.，Baotou 014010，China）

Following the special requirements for the seamless steel tube for semi-trailer axle purpose by the US market，the chemical composition，the manufacturing process and the heat treatment schedule are accordingly designed and determined，while testing and inspections are conducted to the as-hot rolled and as-heat treated seamless steel tubes for semi-trailer axle service for their properties and hardness.It is concluded that the following heat treatment schedule should be deemed as the best one to satisfy the requirements by the US market for the seamless steel tube for semi-trailer axle purpose.First the tube is held in the furnace at 750℃for 3 minutes，then held for 6 minutes along with the temperature going up to 910℃，and water quenched.Afterwards，the tube is immediately tempered at 560℃，then held for 60 minutes，and finally，after leaving the furnace，air cooled.

US marke；seamless steel tube；semi-trailer axle；chemical composition design；heat treatment schedule；R&D

TG335

B

1001-2311（2014）06-0030-04

2013-07-19；修定日期：2014-10-31）

張寶玉（1968－），男，高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事無(wú)縫鋼管的質(zhì)量檢驗(yàn)工作。