SEW汽車傳動軸焊管開發研究

楊曉龍,張　峰,張錦剛,田永吉,白　鶴,魯碧為,周新義,徐　凱

(1.國家石油天然氣管材工程技術研究中心，陜西 寶雞 721008；2.寶雞石油鋼管有限責任公司，陜西 寶雞 721008)

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SEW汽車傳動軸焊管開發研究

楊曉龍1,2,張峰1,2,張錦剛1,2,田永吉2,白鶴1,2,魯碧為1,2,周新義1,2,徐凱1,2

(1.國家石油天然氣管材工程技術研究中心，陜西 寶雞 721008；2.寶雞石油鋼管有限責任公司，陜西 寶雞 721008)

摘要：SEW是一種“高頻焊管+熱張力減徑+全管體熱處理”的新型制管工藝。其具有全管體性能均一和尺寸精度高的優點。對SEW管和傳統汽車傳動軸焊管的常規性能進行試驗比較，結果表明，SEW管的大多數性能都優于傳統汽車傳動軸焊管。SEW技術可以應用到汽車傳動軸行業，并可將SEW技術推廣到更多的制管行業中去。

關鍵詞：焊管；汽車傳動軸；SEW技術

中國汽車工業的飛速發展，帶動了汽車用鋼管的技術進步。目前，國內鋼管的生產已經能夠滿足常規汽車用；但是，對于汽車工業近年提出的高強度、輕質化和薄壁化等新要求，以及載重汽車用髙鋼級鋼管等特殊用途的鋼管，受工藝技術、設備能力以及原材料的限制，目前還不能大規模生產[1]。

與無縫鋼管相比，焊管壁厚均勻，橢圓度好，而且生產成本較低，在汽車傳動軸等汽車工業領域具有明顯優勢。在國外一些國家和地區，焊管發展迅速，大有超過無縫鋼管的趨勢。及時發現和借鑒其他行業、其他國家焊管的成功經驗，快速在汽車制造業發展焊管技術，有望逐步解決中國汽車工業的瓶頸問題。

1汽車傳動軸用焊管

汽車傳動軸用來傳遞動力，在汽車工業用焊管中占有相當大的比例。要求傳動軸用焊管尺寸精度高，焊縫牢固，毛刺殘留高度低。在標準YB/T 5209—2010《傳動軸用電焊鋼管》中，對原料、強度、直度和橢圓度等尺寸精度都有具體要求。標準中常用的牌號為CZ460和CZ500等。如果生產特殊鋼級和特殊用途傳動軸管，從原料到加工不必完全拘泥于現行標準的要求，例如生產高鋼級傳動軸焊管，目前市場已經出現了大大高于標準要求的牌號，寶鋼供應的高強汽車傳動軸管用原料卷板牌號已經達到B600QZR以上。傳統的汽車傳動軸管生產方法是在HFW焊接后對焊縫熱處理，這種方法的最大問題是焊縫和母材金屬的性能不一致[2]。本文介紹一種新的工藝方法——SEW(Stretch-reducing Electric Welding Technology)工藝技術，用于生產汽車傳動軸焊管。

2用SEW技術開發汽車傳動軸鋼管

SEW技術集焊管與無縫管的各自工藝優點于一體，是當今國際上應用的一種先進焊管制造技術，目前主要應用于石油管材領域，其核心包括高頻焊接技術、管材熱張力減徑技術和全管體熱處理技術[3-4]。

2.1原料

SEW技術和傳統焊管技術都可采用熱軋卷板作為原料，早期寶鋼研制開發了適用于制造汽車傳動軸的焊接鋼管專用卷板坯B440QZR和B480QZR，太鋼生產的440QZ在汽車傳動軸管的生產上應用也較為廣泛[5]。寶鋼現在已經開發出了汽車傳動軸管用高強鋼卷板B600QZR、B700QZR以及B750QZR。

如果采用傳統工藝生產高鋼級汽車傳動軸管，就要求原料卷板本身強度必須非常高，通過控軋控冷、卷板熱處理以及控制軋制溫度和帶鋼卷取溫度達到要求；然而這對制管設備能力提出了很高的要求，并增加了制管難度和生產成本[6]。相對來講，采用SEW技術，在對卷板本身的強度要求不是很高的情況下也可以生產高鋼級汽車傳動軸管。SEW所用卷板系微合金化鋼經TMCP軋制而成，具有較高的強度，良好的韌度及較高的尺寸精度。

2.2化學成分

經過SEW工藝后，原料的化學成分幾乎沒有什么變化，所以應從原料上嚴格把控化學成分。對用SEW技術生產的焊管和傳統方法生產的焊管以及相關標準進行試驗比較分析[7]。有些標準時間較長，不能滿足現在的要求，對于生產髙鋼級的汽車傳動軸焊管，可以考慮中碳鋼、低合金高強度鋼以及其他鋼種。

SEW管生產時采用高頻電阻焊接，后期以傳動軸的形式應用到車輛上還會涉及到其他焊接過程，所以成分設計應首先考慮焊接性能；SEW焊管涉及到熱張力減徑過程，應考慮熱加工性能；SEW焊管要經過全管體熱處理，應考慮熱處理性能。綜上所述，SEW傳動軸管成分設計見表1。

表1　SEW管化學成分(質量分數)　(%)

2.3HFW焊接

HFW焊接(高頻電阻焊)是熱軋卷板經過成型機成型后，利用高頻電流的集膚效應和鄰近效應，使管坯邊緣加熱熔化，在擠壓輥的作用下通過壓力焊接完成管坯焊接。髙鋼級焊管在HFW焊接時，應綜合考慮設備擠壓能力和流線角，如果流線角過小，焊縫區的氧化物夾雜得不到很好的擠出，最后就會成為焊縫開裂的裂紋源。SEW管的HFW焊接工藝參數見表2。

表2　SEW管焊接工藝參數

2.4熱張力減徑

采用在線中頻加熱，將HFW管快速加熱到奧氏體相變溫度Ac3以上，然后進行熱機械軋制，最后得到所需規格的管徑和壁厚。較快的加熱速度能夠抑制晶粒的過快增大。采用熱張力減徑技術，實現了同一管坯改變規格的連續高效生產，同時還一定程度地優化了焊縫組織。

2.5全管體熱處理

為了得到焊縫和母材組織均一化、綜合性能良好的全管體，對熱張力減徑管進行全管體熱處理。根據試驗及分析研究，熱處理工藝采用淬火+高溫回火的調質處理，熱處理工藝見表3。

表3　熱處理工藝

3組織與性能分析

3.1顯微組織

SEW管分別在1、10和50 ℃/s冷卻速度下的顯微組織形貌如圖1所示。從圖1中可以看出，當冷卻速度>50 ℃/s時，可以得到綜合性能良好的馬氏體組織。通過研究變形量對組織的影響后發現，當熱張力減徑時，管材經熱機械軋制，隨著變形量的增加，晶粒得到明顯細化，而且對焊縫有明顯的優化作用。

圖1　試驗鋼在不同冷卻速度下的顯微組織形貌

HFW焊管顯微組織圖和熱張力減徑+最后全管體熱處理的成品管顯微組織圖分別如圖2和圖3所示。HFW管焊縫中心區域存在明顯的脫碳層(見圖2)，但是經過熱張力減徑+全管體熱處理后，焊縫和母材組織趨于一致，均為回火索氏體，且減少了母材的帶狀組織(見圖3)。可見，采用SEW工藝，可以得到焊縫和母材組織均一化的汽車傳動軸管，消除了焊縫和母材的組織差異。

圖2　HFW焊管顯微組織

圖3　SEW管顯微組織

3.2拉伸性能

將傳統汽車傳動軸焊管、SEW管和標準YB/T 5209—2010《傳動軸用電焊鋼管》中最高鋼級CZ550進行比較(見表4)，發現無論是母材還是焊縫，SEW管的屈服強度和抗拉強度較高，延伸率則兩者相當。

表4　拉伸試驗結果

3.3沖擊性能

比較傳統汽車傳動軸焊管和SEW管的沖擊性能，發現兩者沖擊性能都較好，沖擊試驗數據較為接近(見表5)。

表5　沖擊性能檢測結果

3.4壓扁性能

所取SEW管的壓扁性能均符合YB/T 5209—2010標準要求，所取傳統焊管有的在第1階段就產生裂紋，不符合標準要求，具體見表6[8]。

表6　壓扁性能檢測結果

3.5尺寸精度

尺寸精度測量結果見表7。從表7中可知，傳統焊管的尺寸精度較好。SEW管的尺寸精度雖然也滿足標準要求，但已經比較靠近標準的極限值。要解決此問題，除了嚴格要求原料的尺寸精度外，更重要的是在HFW焊接過程中，尤其是熱張力減徑過程中，做到精細化管理，嚴格要求，以及穩定的尺寸精度控制。

表7　尺寸精度測量結果

4結語

通過上述分析，得出結論如下。

1)SEW技術采用 “高頻焊管技術+管材熱機械軋制技術”的組合，即以高尺寸精度控制的TMCP(Thermo Mechanical Control Process)熱軋卷板為原料，通過HFW成型焊接，隨后對快速加熱到奧氏體相變溫度Ac3以上的HFW焊管管坯進行多個軋輥的連續高溫熱機械軋制，最后進行全管體熱處理。通過這種方法，細化了焊縫區的晶粒，改善了焊縫組織，消除了焊縫和母材的成分和組織差異，得到鐵素體基體上彌散分布細小碳化物的回火索氏體組織，降低了焊管殘余應力，消除了原料鋼帶存在的帶狀組織，使焊管強度高，韌度好，而且抗腐蝕性能好。

2)SEW管與無縫鋼管相比，具有壁厚均勻、橢圓度好和尺寸精度高等優點，SEW管與傳統焊管相比，具有焊縫和母材成分、組織、性能差異小，鋼管全管體性能均一化的優點。

3)對SEW管與傳統汽車傳動軸焊管進行比較可知，SEW管的拉伸性能、沖擊性能、壓扁性能和尺寸精度等常規性能均符合傳動軸焊管標準要求， 其中大多數性能比傳統汽車傳動軸焊管優異，尺寸精度應在實際生產中重點控制。

4)與國外相比，中國的焊管行業還有較大的發展空間，SEW技術同時擁有無縫管和焊管的優點，發展潛力巨大，應積極推廣，并將SEW技術應用到更多的高附加值的制管行業中去。

參考文獻

[1] 程遠存. W6Mo5Cr4V2鋼傳動軸強度與疲勞壽命分析[D].武漢：武漢理工大學，2010.

[2] 叢山. 汽車傳動軸用高強鋼的組織和性能研究[D].吉林：吉林大學，2014.

[3] 王軍,畢宗岳,張峰,等. SEW石油套管的開發[J].鋼管,2013,42(6)：39-45.

[4] 王軍,畢宗岳,張峰,等. SEW-110T高抗擠石油套管試驗研究[J].鋼鐵釩鈦,2013,34(6)：85-90.

[5] 劉彩玲. 高強度汽車傳動軸用冷拔精密焊管的研制[J].世界鋼鐵,2010(1)：65-70.

[6] 陳寶林. 汽車用焊接鋼管的發展[J].焊管,1998,21(2)：28-32.

[7] 全國鋼標準化技術委員會.YB/T 5209—2010傳動軸用電焊鋼管[S].北京：中國標準出版社，2010.

[8] American Petroleum Institute. API SPEC 5CT—2011Specification for casing and tubing [S]. Washington：API Publicaiton，2011.

責任編輯馬彤

Research on SEW Automotive Drive Shaft Welded Pipe

YANG Xiaolong1,2, ZHANG Feng1,2, ZHANG Jingang, TIAN Yongji2, BAI He1,2, LU Biwei1,2, ZHOU Xinyi1,2, XU Kai1,2

(1.Chinese National Engineering Research Center for Petroleum and Natural Gas Tubular Goods， Baoji 721008， China；2.Baoji Petroleum Steel Pipe Co.， LTD.， Baoji 721008， China)

Abstract：SEW is a new kind of high frequency welded pipe, hot stretch-reducing and whole body heat treatment process producing steel pipe,which has the advantage of uniform performance of the whole pipe body and good precision in geometric size of the pipe.The conventional performance of the pipe produced by SEW technology and traditional automobile transmission shaft welded pipe is compared. The results show that most of the performance of the SEW pipe is so good that the SEW technology is completely feasible in the automotive drive shaft industry.The SEW technology should be promoted to the other steel pipe industry.

Key words:welded pipe， automobile transmission shaft， SEW technology

收稿日期：2015-08-31

作者簡介：楊曉龍(1987-)，男，助理工程師，碩士，主要從事管材開發等方面的研究。

中圖分類號：U 463.21；TG 4

文獻標志碼:A