[發明專利]中碳非調質鋼及其制備工藝和連桿及其制備工藝

有效

• 申請號: 202010098284.8
• 申請日: 2020-02-17
• 公開（公告）號: CN111286670B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 鐘芳華;劉年富;岳峰;周成宏;吳學興;鐘凡;楊偉光;趙賀楠
• 申請（專利權）人: 寶鋼特鋼韶關有限公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/06;C22C38/42;C22C38/44;C22C38/46;C22C38/48;C21C7/072;C21C7/10;C21D8/00;C22C33/04
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 付興奇

本申請涉及一種中碳非調質鋼及其制備工藝和連桿及其制備工藝，屬于非調質鋼技術領域。本申請對中碳非調質鋼的組分及含量進行改進和調控，并通過碳當量值、磷含量以及銅含量限定了中碳非調質鋼的脆性值K的范圍，使得中碳非調質鋼具有低塑性和優異脹斷性能及疲勞性能，主要適用于制作抗拉強度在1000Mpa級以上的脹斷連桿。本申請限定了中碳非調質鋼中的鐵素體含量≤25％，鐵素體晶粒度≥5級，并且提供了上述中碳非調質鋼的制備工藝，使得制得的中碳非調質鋼屈服強度≥750MPa，抗拉強度≥1000MPa，斷后伸長率≥8％，斷面收縮率≥25％，軋態硬度≤290HBW。

技術領域

本申請涉及非調質鋼技術領域，且特別涉及一種中碳非調質鋼及其制備工藝和連桿及其制備工藝。

背景技術

傳統的汽車發動機連桿的機械加工工藝復雜，精度要求高，往往因為加工精度問題而影響發動機的可靠性。近年來開發的脹斷連桿技術則解決了此問題。該工藝是在連桿大頭的適當位置設計并預制缺口(裂紋槽)，形成應力集中，再施加垂直于預定斷裂面的載荷進行引裂。當滿足發生脆性斷裂的條件時，在幾乎不發生塑性變形的情況下，在缺口處規則斷裂，實現連桿體與連桿蓋的無屑斷裂剖分。由于斷裂面呈犬牙交錯的自然狀態，具有極高的定位與配合精度，無需再進行接合面的加工，同時簡化了連桿螺栓孔的結構設計和整體加工工藝，具有加工工序少、節省精加工設備、節材節能、產品質量高、生產成本低等一系列優點。

傳統采用的脹斷連桿用鋼為在0.70％碳鋼基礎上開發的高碳鋼SAE1070或C70S6，其組織為珠光體加少量斷續的鐵素體，盡管容易脆性裂解，但其仍有明顯的缺點：屈強比偏低，疲勞性能偏低。此外，較多的硬相滲碳體使得切削加工性較差。文獻[電気製鋼(日文)，2000，71(1)：81-87]介紹了一種中碳脹斷連桿用非調質鋼，具有良好的脹斷性，但由于添加有高達0.25％的微合金化元素V，提高了鋼的成本，從而削弱了該鋼的經濟性；過高的Si含量(2％)亦使鍛件的表面質量變差，影響零件的疲勞性能；此外，為了改善切削加工性，鋼中添加0.1％左右的有害元素Pb，不利于環保，這些均限制了該鋼的應用。文獻[熱処理(日文)，2007，47(6)：343-349]同樣介紹了一種中碳脹斷連桿用非調質鋼，由于碳含量偏低(0.28％)，因而添加的主要起析出強化作用的微合金化元素含量過高(0.17％V+0.17％V)，使得該鋼的經濟性較差。日本專利提出的一種具有良好切削性和脹斷性的中碳非調質鋼，可用來制造脹斷連桿，但鋼中S含量過高(0.15-0.30％)，使得該鋼的冶煉特別是連鑄難度大，鋼材熱加工性較差，從而限制了該鋼的大批量工業生產應用。

發明內容

針對現有技術的不足，本申請的目的包括提供一種中碳非調質鋼及其制備工藝和連桿及其制備工藝，以改善中碳非調質鋼脹斷性能的技術問題。

第一方面，本申請實施例提供了一種中碳非調質鋼，按質量百分比計，包括C：0.42-0.50％，Si：0.50-0.80％，Mn：1.00-1.30％，P：0.015-0.045％，S：0.040-0.070％，Cr：0.10-0.30％，Mo：0.02-0.05％，V：0.10-0.20％，Ni：0.10-0.20％，Cu：0.10-0.25％，Nb：0.010-0.045％，Al≤0.030％，N：0.010-0.025％，其余為Fe和其他不可避免的雜質。中碳非調質鋼的脆性值K＝Ceq+10P+5Cu，2≤K≤3。其中，Ceq為碳當量值，P為中碳非調質鋼中磷的質量百分含量，Cu為中碳非調質鋼中銅的質量百分含量。

第二方面，本申請實施例提供了上述中碳非調質鋼的制備工藝，包括：將按比例配制的鋼水依次進行轉爐冶煉、LF爐精煉、RH爐真空脫氣、連鑄以及軋制。LF爐精煉過程中不添加鋁元素，RH爐真空脫氣過程中不添加鈣元素。

第三方面，本申請實施例提供了一種連桿，由上述中碳非調質鋼制備而成。

第四方面，本申請實施例提供了上述連桿的制備工藝，包括：對中碳非調質鋼依次進行加熱、鍛造以及冷卻；其中，鍛造后的連桿坯由900℃以上的溫度冷卻至500℃-600℃，冷卻過程中的冷卻速度為1.5℃/s-2.0℃/s。