钒是钢铁材料重要的微合金化元素之一，利用其生成的碳氮化物产生析出强化和细化晶粒的作用，少量的钒就可大幅度提高材料的综合性能，因此，钒在高强度热轧带肋钢筋、高强度低合金钢、微合金非调质钢、弹簧钢、轴承钢、超高强度钢、模具钢、高速钢、马氏体耐热钢、不锈钢生产中的应用极其广泛。

面对资源枯竭和环境污染的双重挑战，汽车行业制造油耗低的环保型汽车已成为一种趋势，通过轻量化来减小油耗仍然是汽车行业的主要发展方向。驱动车桥是形状非常复杂的传力件和承载件，在汽车行驶过程中，起着支撑和保护主减速器、差速器，固定左右车轮轴向相对位置，以及承受路面反作用力和力矩的重要作用，是汽车重要的零部件。因此，驱动车桥性能对汽车的安全与可靠性有直接的影响。

国内某大型车桥制造企业过去一直使用345MPa级无缝钢管生产驱动车桥，为满足车辆轻量化及节能化的发展需求，新型车辆要求车桥减重且寿命延长，为此对车桥管提出了更高的性能要求，即在满足大变形成型胀形工艺要求的同时，车桥管强度级别进一步提高，要求屈服强度在460MPa以上，以达到车桥壁厚减薄，实现车辆轻量化的目的。

充分利用钒在钢中的有益作用，开发满足市场需求的轻量化高强车桥管具有重要意义。有学者研究了不同钒含量对材料的拉伸性能的影响，结果表明，随着钒含量的增加，钢的抗拉强度和屈服强度逐步增大，当钒含量在0.16%-0.24%时，强度值增幅趋于平稳，钒含量在0.16%时钢的断后伸长率达到最大值，而后开始下降。与不添加钒的试验钢相比，加入钒后钢的晶粒明显细化，并且随着钢中钒含量的增加，晶粒进一步细化，但同时钢中的碳化物也在逐渐增多。钒添加到钢中，大部分钒溶入到钢基体内部，少部分以碳化物的形式存在于钢中。这些细小弥散分布的碳化钒作为沉淀相，阻碍位错运动，达到析出强化的作用，从而提高钢的拉伸性能。

某车桥企业对345MPa和460MPa级车桥管性能要求，如表1所示。可以看出，在345MPa级车桥管基础上，460MPa级车桥管屈服强度提高了33%，延伸率、冲击韧性指标保持不变。

轻量化460MPa级高强车桥管CQ460的成分设计，如表2所示。CQ460的化学成分设计采用低碳路线，碳含量控制在0.18%以下，这样可使钢管在具有一定强度的同时具有良好的韧性和焊接性；Si含量控制在0.40%以下，有利于减少钢管表面红锈，提高表面质量；Mn具有固溶强化作用，其含量控制在1.80%以下为宜。添加适量的微合金元素V则有利于细化奥氏体晶粒，促进过冷奥氏体冷却相变后组织细化，并且生成的碳氮化钒析出物同步提高钢管强度，保证其强韧性。

CQ460车桥管的生产工艺流程：铁水预脱硫→转炉冶炼→LF精炼→VD脱气→圆坯连铸→锯切→环形炉加热→穿孔→连轧→定径→冷床冷却。

钢材轧制过程中，温度和变形量是两个重要的因素，直接影响钢材热轧态的性能。对于无缝钢管生产来说，成品钢管尺寸与所用圆坯尺寸协同对应，穿孔、连轧及定径过程中的变形量亦同步确定；选择适当的加热温度可以保证热轧钢管具有良好的强度和韧性。

有学者研究了均热温度对不同钒含量钢奥氏体晶粒尺寸的影响，如图1所示。钢中钒含量（质量分数）分别为0、0.042%、0.084%、0.130%，分别对应1号、2号、3号、4号。从图1可知，不同钒含量钢的变化趋势相同，奥氏体晶粒尺寸都随着均热温度升高而增大。在850-900℃低温阶段，奥氏体晶粒长大缓慢；当均热温度为900-1100℃时，奥氏体晶粒尺寸增幅变大；在1100-1150℃，奥氏体晶粒尺寸几乎无变化；继续升高达到1200℃时，出现了奥氏体晶粒急剧长大现象。均热温度低于1050℃，不管无钒钢还是含钒钢，晶粒尺寸没有太大区别；当均热温度高于1050℃时，含钒钢随着钒含量的增长，奥氏体晶粒尺寸会变细，无钒钢与含钒钢相比晶粒尺寸大幅粗化。

CQ460中含有适量的钒，在高温时有细化奥氏体晶粒的作用，为避免奥氏体晶粒过于粗大，CQ460均热温度不宜过高，控制在1250℃以下。

按照CQ460的成分设计、工艺流程及控制要点进行试制，生产规格为Φ273mm×10.5mm，钢管内外表面质量良好。自热轧态钢管取样进行显微组织和力学性能检验。

CQ460显微组织如图2所示。从图2可以看出，CQ460组织均匀细小，铁素体+珠光体比例为7:3，晶粒度达8级。这是因为CQ460含有适量的钒，钒在奥氏体中溶解度大，在铁素体中溶解度小，所以，奥氏体转变为铁素体时，会有V（C，N）析出，析出物既能够抑制铁素体晶粒的长大，提高基体的强度，又可抑制贝氏体转变，使得组织更加均匀，均匀细小的组织使产品具有良好的强韧性。

CQ460力学性能见表3。从表3可以看出，CQ460力学性能完全满足设计要求，强度高，韧性好，同时具有较低的屈强比为0.75。屈强比较低，表明钢材塑性较好，构件易成型，回弹小且不易开裂。研究表明，双相组织或复相组织利于钢材的屈强比降低，双相组织使屈强比降低可用位错理论进行解释，也可简单地理解为双相组织中的软相使屈服强度降低，硬相使抗拉强度增加，因而表现为屈强比的降低。

常规屈服强度460MPa级结构管Q460采用调质工艺生产（淬火+回火），屈强比通常大于0.80，而CQ460屈强比为0.75，这是因为经调质工艺生产的Q460组织为单相组织回火索氏体，而CQ460加入了适量的钒，利用钒的析出强化和细化晶粒的作用，一方面能够保证钢管获得满意的热轧态性能，另一方面由于铁素体+珠光体的双相组织具有更低的屈强比，所以，CQ460车桥管能够很好地满足最大变形量达到80%的液压胀形工艺对钢管的成型能力需求。

按照 GB/T 229-2020的规定，冲击功值达到曲线的上平台某一百分数时，所对应的温度为韧脆转变温度，通常取上平台冲击功的50%所对应的温度为韧脆转变温度。从CQ460冲击功—温度曲线图可以看出，CQ460的韧脆转变温度低于-50℃，低温韧性优异，完全满足低温环境使用要求。

CQ460车桥管，经液压胀形工艺生产的驱动车桥桥壳表面质量良好，未出现裂纹，如图3所示。由桥壳到车桥总成，需要在桥壳上焊接零部件，CQ460桥壳焊接过程顺利，未出现焊接缺陷，表现出良好的可焊性。CQ460采用了低碳钒微合金化的成分体系，在保证钢管具有高强度的同时，碳当量处在较低水平，具有良好的焊接性能。采用CQ460车桥管制成的汽车驱动桥，需通过台架试验，试验要求疲劳次数达到80万次为合格。试验依据QC/T 534《汽车驱动桥台架试验评价指标》进行，在3倍规定载荷条件下进行疲劳试验，130万次未出现裂纹，已远远超过80万次的验收要求。试验结果表明，车桥总成抗疲劳性能优异，安全性好，完全满足使用需求。

为满足用户系列化产品需求，包钢相继生产了φ273×10mm；φ180×5.5mm；φ168×5mm、φ152×5mm等多个规格CQ460产品，产品检验屈服强度均在490MPa以上，延伸率大于25%，屈强比不大于0.75，冲击值大于100J，各项指标均优于设计要求。车桥制造企业使用CQ460生产的不同型号驱动车桥，全部通过台架试验，而且实现单只车桥减重10%，满足了车辆的轻量化要求。目前，CQ460系列规格产品制成的车桥已广泛应用于国内多家知名品牌商用车。

1）开发的含钒轻量化高强车桥用无缝钢管CQ460屈服强度大于490MPa，延伸率≥25%，屈强比0.75左右，具有良好的强韧性及成型能力，满足设计要求。

2）CQ460车桥管低温韧性优异，韧脆转变温度低于-50℃，满足车桥制品低温环境的使用需求。

3）CQ460车桥管可满足最大变形量达到80%的液压胀形工艺生产需求，不会出现裂纹。

4）使用CQ460车桥管生产的驱动车桥抗疲劳性能优异，台架试验表明3倍规定载荷下，疲劳测试达到130万次未出现裂纹，远远超过80万次无裂纹的要求；

5）CQ460车桥管实现单只车桥减重10%设计目标，满足车辆轻量化要求。