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1、(10)申请公布号 CN 102892911 A(43)申请公布日 2013.01.23CN102892911A*CN102892911A*(21)申请号 201080066811.1(22)申请日 2010.11.25114369/2010 2010.05.18 JPC22C 38/14(2006.01)C22C 38/58(2006.01)B21C 37/08(2006.01)B21D 5/12(2006.01)B21D 53/88(2006.01)C21D 9/46(2006.01)(71)申请人新日本制铁株式会社地址日本东京都(72)发明人福士孝聪 中村英幸 穴井功(74)专利代理机构。
2、北京市中咨律师事务所 11247代理人段承恩 杨光军(54) 发明名称低循环疲劳特性优异的汽车行走部件及其制造方法(57) 摘要一种低循环疲劳特性优异的汽车行走部件,其特征在于,由以质量%计,含有C:0.020.10%、Si:0.051.0%、Mn:0.32.5%、P:0.03%以下、S:0.01%以下、Ti:0.0050.1%、Al:0.0050.1%、N:0.00050.006%、和B:0.00010.01,其余量由Fe和不可避免的杂质组成的钢构成,是部件组织的80%以上为贝氏体组织的钢,板厚t和外表面曲率半径R的比R/t为5以下的部位的(211)面的X射线半值宽度为5度以下。(30)优先。
3、权数据(85)PCT申请进入国家阶段日2012.11.16(86)PCT申请的申请数据PCT/JP2010/071526 2010.11.25(87)PCT申请的公布数据WO2011/145234 JA 2011.11.24(51)Int.Cl.权利要求书2页 说明书17页 附图4页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 2 页 说明书 17 页 附图 4 页1/2页21.一种低循环疲劳特性优异的汽车行走部件,其特征在于,是由下述钢构成的汽车行走部件,所述钢以质量%计含有:C:0.020.10%、Si:0.051.0%、Mn:0.32.5%、P:0.03%以下、S:。
4、0.01%以下、Ti:0.0050.1%、Al:0.0050.1%、N:0.00050.006%、和B:0.00010.01,其余量由Fe和不可避免的杂质组成,部件组织的80%以上为贝氏体组织,板厚t和外表面曲率半径R的比R/t为5以下的部位的(211)面的X射线半值宽度为5度以下。2.根据权利要求1所述的低循环疲劳特性优异的汽车行走部件,其特征在于,构成所述汽车行走部件的钢以质量%计还含有选自Cu:0.0051.0%、Ni:0.0051.0%、Cr:0.031.0%、Mo:0.10.5%、Nb:0.0030.2%、V:0.0010.2%、W:0.0010.1%、Ca:0.00010.02%、。
5、Mg:0.00010.02%、Zr:0.00010.02%、和REM:0.00010.02%中的一种或两种以上的元素。3.一种低循环疲劳特性优异的汽车行走部件的制造方法,其特征在于,将以质量%计,含有:C:0.020.10%、Si:0.051.0%、Mn:0.32.5%、P:0.03%以下、S:0.01%以下、Ti:0.0050.1%、Al:0.0050.1%、N:0.00050.006%、和B:0.00010.01%,其余量由Fe和不可避免的杂质组成的钢板坯加热到10701300,接着,权 利 要 求 书CN 102892911 A2/2页3实施将精轧结束温度设为8501070的热轧,其后,。
6、以满足(A)式的冷却速度V(/秒)冷却到500以下,接着,进行造管使得在外径设为D、板厚设为t时,开坯工序中的钢材最表面的造管应变变为以下(B)式的范围,接着,进行压制成形,300/MV3000/M(A)0.7t/(D-t)1.2t/(D-t)(B)其中,Mexp6.2(C+0.27Mn+0.2Cr+0.05Cu+0.11Ni+0.25Mo)+0.74(C),(C)式的C、Mn、Cr、Cu、Ni、Mo的值为质量%。4.根据权利要求3所述的低循环疲劳特性优异的汽车行走部件的制造方法,其特征在于,所述钢板坯以质量%计还含有选自Cu:0.0051.0%、Ni:0.0051.0%、Cr:0.031.0。
7、%、Mo:0.10.5%、Nb:0.0030.2%、V:0.0010.2%、W:0.0010.1%、Ca:0.00010.02%、Mg:0.00010.02%、Zr:0.00010.02%、和REM:0.00010.02%中的一种或两种以上。权 利 要 求 书CN 102892911 A1/17页4低循环疲劳特性优异的汽车行走部件及其制造方法技术领域0001 本发明涉及低循环疲劳特性优异的汽车行走部件及其制造方法。作为本发明的汽车行走部件,有例如前桥梁、悬架构件等。背景技术0002 汽车行走部件,不用说可加工性,由于在行驶中反复受到冲击载荷和扭转载荷等,因此在需要高的强度的同时需要高的疲劳特性。
8、。冲击载荷和扭转载荷等也有时成为影响到坯料的塑性区域的大的载荷,因此特别是在高应力振幅低循环区域(断裂次数为105次以下)的疲劳特性受到重视。0003 例如,对于作为汽车行走部件的汽车前桥梁,在专利文献1中曾提出了对筒状的被加工体(例如钢管)的内表面赋予液体压力并进行压制加工的方法、和采用该方法得到的异型截面筒状体的前桥梁。0004 为了确保充分的疲劳特性,该前桥梁通过在将钢管压制加工后实施淬火、退火等的硬化热处理,使部件的疲劳特性和强度提高到所希望的水平。0005 如果进行这样的硬化热处理,则部件的成本变高,而且存在部件形状由于热处理而变化,需要追加矫正的情况、和部件软化需要追加的强化手段(。
9、例如表面硬质化处理等)的情况。0006 因此,在产业界期待没有压制后的热处理而能够制造的具有充分的疲劳特性的汽车行走部件。0007 另外,作为疲劳特性优异的汽车行走部件,在专利文献2中,曾提出了由Nb和Mo的复合添加钢构成的部件。Nb和Mo的复合添加钢在弯曲成形后表层部由于加工硬化而变硬,并且,为了提高疲劳特性而进行的去内部应力退火时的硬度的降低少,因此疲劳特性优异。0008 的确在压制成形后若进行退火则可以认为具有充分的疲劳特性。0009 但是,在保持压制成形的状态下,由于存在铁素体,因此担心在压制成形后产生多数的成为疲劳裂纹的起点的微小空隙(void)。另外,低循环区域的疲劳,成为大大超过。
10、铁素体相的屈服应力的应力振幅,因此铁素体相变得容易滑动,局部地发生疲劳损伤。因此,不能认为具有充分的低循环疲劳特性。0010 现有技术文献0011 专利文献1:日本特开2001-3218460012 专利文献2:日本特开2008-63656发明内容0013 保持压制成形状态不进行热处理而能够制造的具有充分的低循环疲劳特性的汽车行走部件,迄今为止尚未提出。特别是实施了大的弯曲成形的汽车行走部件,在弯曲大的部位,得不到充分的低循环疲劳特性。说 明 书CN 102892911 A2/17页50014 因此,本发明的课题是提供一种汽车行走部件及其制造方法,所述汽车行走部件为低成本,不需要追加矫正和追加。
11、的强化手段,压制成形后不进行热处理,即使是实施了大的弯曲成形的情况也具有充分的低循环疲劳特性。0015 本发明者们为了得到具有充分的低循环疲劳特性的汽车行走部件,研讨了从成形的前后到负荷疲劳载荷的、构成部件的钢材的微小空隙的生成和疲劳裂纹的产生和进展过程。0016 其结果,本发明者们新发现了;在钢制的汽车行走部件中,在钢材的制造时和成形加工时产生的微小空隙在加工后作为部件使用时,促进疲劳裂纹的产生和进展。0017 另外,本发明者们新发现了:根据成形后的部件的成为低循环疲劳裂纹的起点的部位的板厚t和外表面曲率半径R的比R/t的值,对低循环疲劳特性有利的显微组织不同。0018 由成为低循环疲劳裂纹。
12、的起点的部位的板厚t和外表面曲率半径R的比R/t变为5以下那样的弯曲主体成形的部件,在R/t为5以下的部位的组织整体中强制性地产生变形。本发明者们发现了,钢的组织是以贝氏体为主体的均匀组织时,成形后的微小空隙的产生少,低循环疲劳寿命变长,贝氏体在组织中占的比例低于80%时,在软质组织和硬质组织的边界形成多数的微小空隙,该空隙促进疲劳裂纹的产生和进展,低循环疲劳寿命变短。0019 关注于该见解,进行了各种研讨的结果,本发明者们发现了,通过将钢的组织控制成以贝氏体组织为主体,造出缺陷充分少的钢管后,实施弯曲主体的成形,由此与使用其他组织的钢或采用其他成形方法制造出的部件相比,可得到具有飞跃性地优异。
13、的低循环疲劳特性的部件。0020 本发明是基于上述见解完成的,其要旨如下。0021 (1)一种低循环疲劳特性优异的汽车行走部件,其特征在于,是由下述钢构成的汽车行走部件,所述钢以质量%计含有:0022 C:0.020.10%、0023 Si:0.051.0%、0024 Mn:0.32.5%、0025 P:0.03%以下、0026 S:0.01%以下、0027 Ti:0.0050.1%、0028 Al:0.0050.1%、0029 N:0.00050.006%、和0030 B:0.00010.01,其余量由Fe和不可避免的杂质组成,0031 部件组织的80%以上为贝氏体组织,0032 板厚t和外。
14、表面曲率半径R的比R/t为5以下的部位的(211)面的X射线半值宽度为5度(deg)以下。0033 (2)根据上述(1)的低循环疲劳特性优异的汽车行走部件,其特征在于,构成上述汽车行走部件的钢以质量%计还含有选自0034 Cu:0.0051.0%、0035 Ni:0.0051.0%、0036 Cr:0.031.0%、说 明 书CN 102892911 A3/17页60037 Mo:0.10.5%、0038 Nb:0.0030.2%、0039 V:0.0010.2%、0040 W:0.0010.1%、0041 Ca:0.00010.02%、0042 Mg:0.00010.02%、0043 Zr:。
15、0.00010.02%、和0044 REM:0.00010.02%中的一种或两种以上的元素。0045 (3)一种低循环疲劳特性优异的汽车行走部件的制造方法,其特征在于,将以质量%计,含有:0046 C:0.020.10%、0047 Si:0.051.0%、0048 Mn:0.32.5%、0049 P:0.03%以下、0050 S:0.01%以下、0051 Ti:0.0050.1%、0052 Al:0.0050.1%、0053 N:0.00050.006%、和0054 B:0.00010.01%,其余量由Fe和不可避免的杂质组成的钢板坯加热到10701300,接着,0055 实施精轧结束温度设为。
16、8501070的热轧,其后,0056 以满足(A)式的冷却速度V(/秒)冷却到500以下,接着,0057 进行造管使得在外径设为D、板厚设为t时,开坯工序中的钢材最表面的造管应变变为以下(B)式的范围,接着,进行压制成形,0058 300/MV3000/M(A)0059 0.7t/(D-t)1.2t/(D-t)(B)0060 其中,M=exp6.2(C+0.27Mn+0.2Cr+0.05Cu+0.11Ni+0.25Mo)+0.74(C)0061 (C)式的C、Mn、Cr、Cu、Ni、Mo的值为质量%。0062 根据上述(3)所述的低循环疲劳特性优异的汽车行走部件的制造方法,其特征在于,上述钢板。
17、坯以质量%计还含有选自0063 Cu:0.0051.0%、0064 Ni:0.0051.0%、0065 Cr:0.031.0%、0066 Mo:0.10.5%、0067 Nb:0.0030.2%、0068 V:0.0010.2%、0069 W:0.0010.1%、0070 Ca:0.00010.02%、0071 Mg:0.00010.02%、说 明 书CN 102892911 A4/17页70072 Zr:0.00010.02%、和0073 REM:0.00010.02%中的一种或两种以上。0074 本发明的汽车行走部件,成形为弯曲主体,并且,组织为贝氏体主体且均匀,因此在成形时难以产生微小空。
18、隙。其结果,可抑制起因于该微小空隙的疲劳裂纹的产生,进而,能够抑制该微小空隙连接而成的龟裂进展,因此,本发明的汽车行走部件,低循环疲劳特性优异。0075 成形应变量越多,该倾向就越显著,本发明的汽车行走部件和以往的汽车行走部件的低循环疲劳寿命之差变大。0076 另外,本发明的汽车行走部件,在钢材的制造工序和造管工序中将微小空隙的产生抑制为最小限度。即,通过满足上述(B)式的条件,将在钢材最表面产生较多的应变的开坯(以下称为BD)工序中产生的、成为疲劳裂纹的起点的造管应变抑制为最小限度。0077 因此,本发明的汽车行走部件,制品中的成为疲劳裂纹的起点部的部位的位错和空隙等的缺陷变少,因此显示优异。
19、的低循环疲劳特性。0078 另外,本发明的汽车行走部件,组织是以贝氏体为主体且均匀,因此疲劳损伤不会局部化。此外,对于在低循环疲劳区域中的高的应力振幅,与同一强度水平的DP钢那样的以铁素体相为主体的组织相比,屈服应力高,并且相对于循环应力的位错滑动阻力变高,能够进一步抑制疲劳裂纹的产生。0079 本发明的汽车行走部件,与采用其他组织或其他制造方法制造的汽车行走部件相比,具有极其优异的低循环疲劳特性,因此能够省略成形后的硬质化、或者高强度化等的热处理。0080 通过省略热处理,能够削减热处理成本。另外,能够防止热处理时的氧化皮附着,因此不会损害部件的外观品质,而且也能够防止由热处理引起的形状变化。
20、等,具有许多的优点。附图说明0081 图1是表示贝氏体的组织面分率和低循环疲劳特性的关系的图。0082 图2是表示成为低循环疲劳裂纹的起点的部位的板厚t和外表面曲率半径R的比R/t与低循环疲劳特性的关系的图。0083 图3是模式地表示热轧-冷却时的温度和冷却速度的定义的图。0084 图4是表示实施例中的汽车行走部件的截面形状的图。0085 图5是表示(A)式和贝氏体分率的关系的图。0086 图6是表示(B)式和X射线半值宽度值的关系的图。0087 图7是表示X射线半值宽度值和低循环疲劳特性的关系的图。具体实施方式0088 以下对于构成本发明的部件的钢的组织的限定理由进行叙述。0089 图1表示。
21、构成部件的钢的贝氏体分率和低循环疲劳特性的关系。0090 低循环疲劳特性根据强度水平而不同,因此在此设为实施对裂纹产生部位施加的应力振幅/TS变为0.8那样的部件的扭转疲劳试验时的、直到产生裂纹的反复负荷次数(以说 明 书CN 102892911 A5/17页8下称为疲劳寿命)。0091 图1是使用在实施例的发明例1中使用的钢,对于改变冷却速度使贝氏体的面分率变化了的部件,实施了低循环疲劳试验的结果。0092 如图1所示,低循环疲劳特性随着贝氏体的面分率增加而提高,在贝氏体的面分率80%下成为极高的值并大致稳定化。0093 在比贝氏体软质的相过度地存在的情况下,在该软质的相中容易产生微小空隙和。
22、疲劳裂纹。另外,在比贝氏体硬质的相在钢表层部过度地存在的情况下,在硬质的相和贝氏体相的界面和/或其界面附近,容易产生微小空隙和疲劳裂纹。0094 作为比贝氏体软质的相,有铁素体、珠光体、稳定的残余奥氏体等,作为比贝氏体硬质的相,有马氏体、生成加工诱发马氏体的不稳定的残余奥氏体等。0095 构成本发明的汽车行走部件的钢中,贝氏体的组织面分率优选接近于100%,为100%也无妨。作为其余组织,铁素体、珠光体、马氏体、残余奥氏体的一种或两种以上合计含有20%以下的情况下也可充分地获得本发明的效果。0096 因此,构成本发明的汽车行走部件的钢的贝氏体分率设定为80%以上。0097 对于低循环疲劳裂纹的。
23、起点和低循环疲劳特性详细地说明。0098 在此,所谓低循环疲劳特性,设为实施了对裂纹产生部位施加的应力振幅/TS变为0.8那样的部件的扭转疲劳试验时的疲劳寿命。0099 裂纹产生部位根据部件而不同,但一般在负荷了疲劳的应力时,施加了弯曲加工的顶点部成为裂纹产生部位。0100 图4表示采用与专利文献1所示的制造方法同样的方法试制的前桥梁的截面形状。使用该部件,采用本发明的实施例所示的方法实施了低循环疲劳试验,裂纹产生部位变为图4的容易产生裂纹的部位2(以下也称为耳部)。0101 在该部件中,耳部成为裂纹产生部位的原因有两个。0102 认为第一个原因是,由于进行了R/t小的苛刻的弯曲成形,因此在耳。
24、部生成多数的成为疲劳裂纹的起点的微小空隙。0103 认为第二个原因是,由于进行扭转疲劳试验时,耳部的振幅最大,并且,耳部的R小,因此负荷应力的集中变大,对耳部施加的应力大。0104 如上述那样,本发明的汽车行走部件,即使在实施了R/t小的苛刻的弯曲成形的情况下空隙的生成也少,低循环疲劳特性优异。图2表示该效果。0105 图2是使用在实施例1的发明例1中使用的钢,对于改变成形模具使R/t变化了的部件,实施了低循环疲劳试验的结果。0106 本发明的部件,低循环疲劳特性在R/t大的范围时与以往产品相比并没有较大地优异,但如果成为R/t小的范围、特别是R/t5,则与以往产品相比显示极其优异的疲劳寿命。。
25、0107 也就是说,在本发明中,即使是进行了Rt变为5以下那样的较大的弯曲成形的情况下,与以往部件相比也能够更加抑制空隙的生成,得到低循环疲劳特性优异的部件。0108 贝氏体的组织面分率,是通过将板厚断面埋入进行研磨后,用3%硝酸乙醇腐蚀液腐蚀,用光学显微镜以400倍观察10个视场的钢的显微组织,将贝氏体部分的面积率定量化来求出的。说 明 书CN 102892911 A6/17页90109 在此,低循环疲劳特性,是模拟实际的行驶时施加的应力,用进行扭转部件整体的疲劳试验时的疲劳寿命来评价的。疲劳试验的频率为1Hz,应力条件设为完全对称循环应力。作为良好的判断基准是疲劳寿命为6万次以上。0110。
26、 接着,对于本发明的汽车行走部件中使用的钢的成分组成进行叙述。0111 C,为了得到钢板所需要的强度水平(例如590MPa级、690MPa级、780MPa级、865MPa级、980MPa级),设定为0.02%以上。0112 如果C的含量超过0.10%,则在贝氏体中碳化物的个数增加,因此在成形时容易在其碳化物的界面产生微小空隙,并且,韧性降低,因此得不到充分的疲劳特性。而且,由于强度变得过高,因此不能够确保成形性,在对部件实施焊接时,有时产生延迟断裂裂纹。0113 因此,C的含量设定为0.020.10%。0114 Si,作为用于抑制损害疲劳特性和可加工性的粗大氧化物的脱氧元素,含有0.05%以上。
27、。如果Si的含量超过1.0%,则生成SiO2等的夹杂物,在成形时容易产生微小空隙。0115 因此,Si的含量设定为0.051.0%。0116 Mn,为了确保淬硬性,得到贝氏体组织是有效的,为了获得该效果,需要添加0.3%以上。如果Mn的含量超过2.5%,则MnO2引起的缺陷产生、和MnS引起的中心偏析变得显著。0117 因此,Mn的含量设定为0.32.5%。0118 P容易在晶界浓化,如果含量超过0.03%则有时使晶界的疲劳强度降低。0119 因此,P的含量限制在0.03%以下。0120 如果S的含量超过0.01%,则形成粗大的MnS,有时损害疲劳特性和成形性。0121 因此,S的含量限制在0。
28、.01%以下。0122 Ti,使N作为TiN固定,对确保B的淬硬性有效。为了获得该效果,需要添加0.005%以上。如果Ti的含量超过0.1%,则生成粗大的TiN,容易产生微小空隙。0123 因此,Ti的含量设定为0.0050.1%。0124 Al和N,是生成AlN促进贝氏体组织的微细化,使疲劳特性提高的元素。在Al的含量低于0.005%或者N的含量低于0.0005%时,其效果不足。如果Al的含量超过0.1%或者N的含量超过0.006%,则钢的洁净度下降,而且生成粗大的AlN,有时疲劳特性和成形性降低。0125 因此,Al的含量设定为0.0050.1%,N的含量设定为0.00050.006%。0。
29、126 B,是提高钢的淬硬性,为了得到贝氏体组织而极其有效的元素。当B的含量低于0.0001%时,不能充分地获得其效果。如果B的含量超过0.01%,则容易生成粗大的硼化物(硼化碳化物、硼化氮化物、硼化碳氮化物等),损害淬硬性,另外,在弯曲成形时和负荷疲劳载荷时也容易成为裂纹起点和微小空隙的起点。0127 因此,B的含量设定为0.00010.01%。0128 除了上述元素以外,还可以作为选择元素添加以下所示的元素。0129 .促进贝氏体生成的元素群:0130 Cu:0.0051.0%、0131 Ni:0.0051.0%、0132 Cr:0.031.0%、0133 Mo:0.10.5%。说 明 书。
30、CN 102892911 A7/17页100134 .结晶微细化元素群:0135 Nb:0.0030.2%、0136 V:0.0010.2%、0137 W:0.0010.1%。0138 .夹杂物形态控制元素群:0139 Ca:0.00010.02%、0140 Mg:0.00010.02%、0141 Zr:0.00010.02%、0142 REM:0.00010.02%。0143 可以选择这三个群之中的一个群来添加,也可以选择两个以上的群来添加。另外,在所选出的群中所含有的元素之中,可以仅添加其中的一种,也可以添加两种以上。0144 促进贝氏体生成的元素群的Cu、Ni、Cr和Mo全都提高淬硬性,。
31、对贝氏体组织的生成有效。0145 在Cu、Ni、Cr、Mo的含量分别为低于0.005%、低于0.005%、低于0.03%、低于0.1%的情况下,难以充分地得到各元素的促进贝氏体生成的作用。0146 在Cu、Ni、Cr、Mo分别为大于1.0%、大于1.0%、大于1.0%、大于0.5%的情况下,变得容易大量地生成硬质相,因此变得难以使贝氏体的组织分率为80%以上。0147 因此,在添加Cu、Ni、Cr和/或Mo的情况下,其含量设定为Cu:0.0051.0%、Ni:0.0051.0%、Cr:0.031.0%、Mo:0.10.5%。0148 微细化元素群的Nb、V和W全都将贝氏体组织微细化,对提高疲劳。
32、特性和成形性有效。0149 为了获得该效果,Nb需要添加0.003%以上、V需要添加0.001%以上、W需要添加0.001%以上。另外,如果Nb大于0.2%、V大于0.2%、W大于0.1%,则在钢中容易形成粗大碳化物,因此在成形时在其碳化物的界面容易产生微小空隙,低循环疲劳特性降低。0150 因此,添加Nb、V和/或W时,其含量设定为Nb:0.0030.2%、V:0.0010.2%、W:0.0010.1%。0151 夹杂物形态控制元素群的Ca、Mg、Zr和REM全都有对硫化物进行形态控制从而提高成形性的作用。0152 为了获得该效果,Ca需要添加0.0001%以上、Mg需要添加0.0001%以。
33、上、Zr需要添加0.0001%以上、REM需要添加0.0001%以上。如果这些元素的含量超过0.02%,则形成这些元素的粗大硫化物、团簇化了的与氧化物的复合化合物,容易产生微小空隙。0153 因此,添加Ca、Mg、Zr和/或REM时,其含量设定为Ca:0.00010.02%、Mg:0.00010.02%、Zr:0.00010.02%、REM:0.00010.02%。0154 接着,对于本发明的汽车行走部件的制造方法进行叙述。0155 首先,将具有上述成分组成的钢板坯加热到10701300后,实施将精轧结束温度设为8501070的热轧。由此,可得到疲劳特性优异的贝氏体组织。0156 当将钢板坯加热到1070以上时,通过使钢液凝固过程中析出的碳化物、氮化合物、碳氮化合物在钢中固溶,能够将贝氏体中的碳化物微细地分散,能够抑制成形时的微小空隙的产生。说 明 书CN 102892911 A10。