SEW汽车传动轴焊管开发研究

杨晓龙,张　峰,张锦刚,田永吉,白　鹤,鲁碧为,周新义,徐　凯

(1.国家石油天然气管材工程技术研究中心，陕西 宝鸡 721008；2.宝鸡石油钢管有限责任公司，陕西 宝鸡 721008)



SEW汽车传动轴焊管开发研究

杨晓龙1,2,张峰1,2,张锦刚1,2,田永吉2,白鹤1,2,鲁碧为1,2,周新义1,2,徐凯1,2

(1.国家石油天然气管材工程技术研究中心，陕西 宝鸡 721008；2.宝鸡石油钢管有限责任公司，陕西 宝鸡 721008)

摘要：SEW是一种“高频焊管+热张力减径+全管体热处理”的新型制管工艺。其具有全管体性能均一和尺寸精度高的优点。对SEW管和传统汽车传动轴焊管的常规性能进行试验比较，结果表明，SEW管的大多数性能都优于传统汽车传动轴焊管。SEW技术可以应用到汽车传动轴行业，并可将SEW技术推广到更多的制管行业中去。

关键词：焊管；汽车传动轴；SEW技术

中国汽车工业的飞速发展，带动了汽车用钢管的技术进步。目前，国内钢管的生产已经能够满足常规汽车用；但是，对于汽车工业近年提出的高强度、轻质化和薄壁化等新要求，以及载重汽车用髙钢级钢管等特殊用途的钢管，受工艺技术、设备能力以及原材料的限制，目前还不能大规模生产[1]。

与无缝钢管相比，焊管壁厚均匀，椭圆度好，而且生产成本较低，在汽车传动轴等汽车工业领域具有明显优势。在国外一些国家和地区，焊管发展迅速，大有超过无缝钢管的趋势。及时发现和借鉴其他行业、其他国家焊管的成功经验，快速在汽车制造业发展焊管技术，有望逐步解决中国汽车工业的瓶颈问题。

1汽车传动轴用焊管

汽车传动轴用来传递动力，在汽车工业用焊管中占有相当大的比例。要求传动轴用焊管尺寸精度高，焊缝牢固，毛刺残留高度低。在标准YB/T 5209—2010《传动轴用电焊钢管》中，对原料、强度、直度和椭圆度等尺寸精度都有具体要求。标准中常用的牌号为CZ460和CZ500等。如果生产特殊钢级和特殊用途传动轴管，从原料到加工不必完全拘泥于现行标准的要求，例如生产高钢级传动轴焊管，目前市场已经出现了大大高于标准要求的牌号，宝钢供应的高强汽车传动轴管用原料卷板牌号已经达到B600QZR以上。传统的汽车传动轴管生产方法是在HFW焊接后对焊缝热处理，这种方法的最大问题是焊缝和母材金属的性能不一致[2]。本文介绍一种新的工艺方法——SEW(Stretch-reducing Electric Welding Technology)工艺技术，用于生产汽车传动轴焊管。

2用SEW技术开发汽车传动轴钢管

SEW技术集焊管与无缝管的各自工艺优点于一体，是当今国际上应用的一种先进焊管制造技术，目前主要应用于石油管材领域，其核心包括高频焊接技术、管材热张力减径技术和全管体热处理技术[3-4]。

2.1原料

SEW技术和传统焊管技术都可采用热轧卷板作为原料，早期宝钢研制开发了适用于制造汽车传动轴的焊接钢管专用卷板坯B440QZR和B480QZR，太钢生产的440QZ在汽车传动轴管的生产上应用也较为广泛[5]。宝钢现在已经开发出了汽车传动轴管用高强钢卷板B600QZR、B700QZR以及B750QZR。

如果采用传统工艺生产高钢级汽车传动轴管，就要求原料卷板本身强度必须非常高，通过控轧控冷、卷板热处理以及控制轧制温度和带钢卷取温度达到要求；然而这对制管设备能力提出了很高的要求，并增加了制管难度和生产成本[6]。相对来讲，采用SEW技术，在对卷板本身的强度要求不是很高的情况下也可以生产高钢级汽车传动轴管。SEW所用卷板系微合金化钢经TMCP轧制而成，具有较高的强度，良好的韧度及较高的尺寸精度。

2.2化学成分

经过SEW工艺后，原料的化学成分几乎没有什么变化，所以应从原料上严格把控化学成分。对用SEW技术生产的焊管和传统方法生产的焊管以及相关标准进行试验比较分析[7]。有些标准时间较长，不能满足现在的要求，对于生产髙钢级的汽车传动轴焊管，可以考虑中碳钢、低合金高强度钢以及其他钢种。

SEW管生产时采用高频电阻焊接，后期以传动轴的形式应用到车辆上还会涉及到其他焊接过程，所以成分设计应首先考虑焊接性能；SEW焊管涉及到热张力减径过程，应考虑热加工性能；SEW焊管要经过全管体热处理，应考虑热处理性能。综上所述，SEW传动轴管成分设计见表1。

表1　SEW管化学成分(质量分数)　(%)

2.3HFW焊接

HFW焊接(高频电阻焊)是热轧卷板经过成型机成型后，利用高频电流的集肤效应和邻近效应，使管坯边缘加热熔化，在挤压辊的作用下通过压力焊接完成管坯焊接。髙钢级焊管在HFW焊接时，应综合考虑设备挤压能力和流线角，如果流线角过小，焊缝区的氧化物夹杂得不到很好的挤出，最后就会成为焊缝开裂的裂纹源。SEW管的HFW焊接工艺参数见表2。

表2　SEW管焊接工艺参数

2.4热张力减径

采用在线中频加热，将HFW管快速加热到奥氏体相变温度Ac3以上，然后进行热机械轧制，最后得到所需规格的管径和壁厚。较快的加热速度能够抑制晶粒的过快增大。采用热张力减径技术，实现了同一管坯改变规格的连续高效生产，同时还一定程度地优化了焊缝组织。

2.5全管体热处理

为了得到焊缝和母材组织均一化、综合性能良好的全管体，对热张力减径管进行全管体热处理。根据试验及分析研究，热处理工艺采用淬火+高温回火的调质处理，热处理工艺见表3。

表3　热处理工艺

3组织与性能分析

3.1显微组织

SEW管分别在1、10和50 ℃/s冷却速度下的显微组织形貌如图1所示。从图1中可以看出，当冷却速度>50 ℃/s时，可以得到综合性能良好的马氏体组织。通过研究变形量对组织的影响后发现，当热张力减径时，管材经热机械轧制，随着变形量的增加，晶粒得到明显细化，而且对焊缝有明显的优化作用。

图1　试验钢在不同冷却速度下的显微组织形貌

HFW焊管显微组织图和热张力减径+最后全管体热处理的成品管显微组织图分别如图2和图3所示。HFW管焊缝中心区域存在明显的脱碳层(见图2)，但是经过热张力减径+全管体热处理后，焊缝和母材组织趋于一致，均为回火索氏体，且减少了母材的带状组织(见图3)。可见，采用SEW工艺，可以得到焊缝和母材组织均一化的汽车传动轴管，消除了焊缝和母材的组织差异。

图2　HFW焊管显微组织

图3　SEW管显微组织

3.2拉伸性能

将传统汽车传动轴焊管、SEW管和标准YB/T 5209—2010《传动轴用电焊钢管》中最高钢级CZ550进行比较(见表4)，发现无论是母材还是焊缝，SEW管的屈服强度和抗拉强度较高，延伸率则两者相当。

表4　拉伸试验结果

3.3冲击性能

比较传统汽车传动轴焊管和SEW管的冲击性能，发现两者冲击性能都较好，冲击试验数据较为接近(见表5)。

表5　冲击性能检测结果

3.4压扁性能

所取SEW管的压扁性能均符合YB/T 5209—2010标准要求，所取传统焊管有的在第1阶段就产生裂纹，不符合标准要求，具体见表6[8]。

表6　压扁性能检测结果

3.5尺寸精度

尺寸精度测量结果见表7。从表7中可知，传统焊管的尺寸精度较好。SEW管的尺寸精度虽然也满足标准要求，但已经比较靠近标准的极限值。要解决此问题，除了严格要求原料的尺寸精度外，更重要的是在HFW焊接过程中，尤其是热张力减径过程中，做到精细化管理，严格要求，以及稳定的尺寸精度控制。

表7　尺寸精度测量结果

4结语

通过上述分析，得出结论如下。

1)SEW技术采用 “高频焊管技术+管材热机械轧制技术”的组合，即以高尺寸精度控制的TMCP(Thermo Mechanical Control Process)热轧卷板为原料，通过HFW成型焊接，随后对快速加热到奥氏体相变温度Ac3以上的HFW焊管管坯进行多个轧辊的连续高温热机械轧制，最后进行全管体热处理。通过这种方法，细化了焊缝区的晶粒，改善了焊缝组织，消除了焊缝和母材的成分和组织差异，得到铁素体基体上弥散分布细小碳化物的回火索氏体组织，降低了焊管残余应力，消除了原料钢带存在的带状组织，使焊管强度高，韧度好，而且抗腐蚀性能好。

2)SEW管与无缝钢管相比，具有壁厚均匀、椭圆度好和尺寸精度高等优点，SEW管与传统焊管相比，具有焊缝和母材成分、组织、性能差异小，钢管全管体性能均一化的优点。

3)对SEW管与传统汽车传动轴焊管进行比较可知，SEW管的拉伸性能、冲击性能、压扁性能和尺寸精度等常规性能均符合传动轴焊管标准要求， 其中大多数性能比传统汽车传动轴焊管优异，尺寸精度应在实际生产中重点控制。

4)与国外相比，中国的焊管行业还有较大的发展空间，SEW技术同时拥有无缝管和焊管的优点，发展潜力巨大，应积极推广，并将SEW技术应用到更多的高附加值的制管行业中去。

参考文献

[1] 程远存. W6Mo5Cr4V2钢传动轴强度与疲劳寿命分析[D].武汉：武汉理工大学，2010.

[2] 丛山. 汽车传动轴用高强钢的组织和性能研究[D].吉林：吉林大学，2014.

[3] 王军,毕宗岳,张峰,等. SEW石油套管的开发[J].钢管,2013,42(6)：39-45.

[4] 王军,毕宗岳,张峰,等. SEW-110T高抗挤石油套管试验研究[J].钢铁钒钛,2013,34(6)：85-90.

[5] 刘彩玲. 高强度汽车传动轴用冷拔精密焊管的研制[J].世界钢铁,2010(1)：65-70.

[6] 陈宝林. 汽车用焊接钢管的发展[J].焊管,1998,21(2)：28-32.

[7] 全国钢标准化技术委员会.YB/T 5209—2010传动轴用电焊钢管[S].北京：中国标准出版社，2010.

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

责任编辑马彤

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

作者简介：杨晓龙(1987-)，男，助理工程师，硕士，主要从事管材开发等方面的研究。

中图分类号：U 463.21；TG 4

文献标志码:A