[發明專利]一種汽車脹斷連桿用中碳非調質鋼的生產工藝及其鍛造方法

有效

• 申請號: 202010918899.0
• 申請日: 2020-09-04
• 公開（公告）號: CN111961988B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 沈艷;鄧向陽;張艷軍;林俊;萬文華
• 申請（專利權）人: 中天鋼鐵集團有限公司;常州中天特鋼有限公司
• 主分類號: C22C38/46
• 分類號: C22C38/46;C22C38/44;C22C33/06;C21C7/06;C21C7/10;C21D8/06
• 代理公司: 常州市英諾創信專利代理事務所(普通合伙) 32258
• 代理人: 王志慧

本發明公開了一種汽車脹斷連桿用中碳非調質鋼的生產工藝及其鍛造方法。通過成分優化，電爐出鋼過程加入專用合成渣，精煉過程采用合理的渣系控制終渣堿度2.5～3.5，控制鋼水氧含量11～18ppm，VD真空處理后對鋼水鈣處理，連鑄過程結晶器采用專用保護渣，軋制得圓棒。鍛件的制法包括圓棒下料、加熱、鍛造，控制加熱溫度1150～1200℃，控制預鍛壓溫度1100～1130℃，控制終鍛溫度920～960℃；鍛造結束后采用強冷和緩冷相結合的冷卻方式，最終獲得了均勻的珠光體加鐵素體組織，獲得優良的硫化物形貌，改善了切削性能，同時又能獲得高的強度、韌性等綜合性能特性，研制成功了一種高強度連桿用非調質鋼材料。

技術領域

本發明涉及一種汽車脹斷連桿及制造方法，尤其涉及一種汽車脹斷連桿及其使用的中碳非調質鋼的制造方法和其鍛件的制造方法。具體的說是一種脹斷連桿用中碳非調質鋼的成分設計，冶煉工藝及其鍛件的控鍛控冷工藝。

背景技術

連桿是汽車發動機的關鍵零部件之一，是由連桿體和連桿蓋用螺栓連接而成，連桿是把發動機的活塞和曲軸連接起來，它的作用是把活塞的直線往復運動變成曲軸旋轉運動。

連桿加工主要有平切和脹斷兩種工藝，傳統的連桿平切機械加工工藝復雜，常因加工精度誤差而影響發動機的穩定性，脹斷連桿技術則較好地解決了此問題，且加工工序少，使連桿的生產成本得到顯著降低。

目前國內開發了一系列脹斷連桿用非調質鋼，應用較為廣泛的為高碳非調質鋼C70S6，該鋼容易發生脆性裂解，但仍有明顯的缺點：屈強比偏低；疲勞性能比調質鋼低；脆性的片層狀滲碳體的硬度高、含量多，使鋼的切削加工性能較差。連桿屬于運動件，而運動件的減重更利于汽車輕量化，因此隨著汽車輕量化、節能的發展趨勢，對脹斷連桿材質提出更高的要求，除了保證脹斷性能及強度外，要求連桿材料具有更高的屈強比以充分發揮材質的力學性能。而中碳非調質鋼降低鐵素體相韌性，提高鐵素體相硬度及適當脆化原奧氏體晶界，硅和錳元素的鐵素體固溶強化作用及釩元素析出強化和組織細化作用，使得材料不僅具有較高的強度水平和屈強比，同時具有遠高于傳統的脹斷連桿用高碳鋼C70S6的優異高周疲勞性能，此外中碳非調鋼的斷口呈典型脆性解理斷裂，脹斷前后的變形量小，因此加工精度更高，發動機的性能更穩定，中碳非調質鋼(如36MnVS4)較高碳的C70S6材料具有更加優良的切削性能，鉆孔工序刀具壽命可提高30％，在攻絲工序刀具壽命提高50％。

為提高36MnVS4材料的強度與韌性，需要添加足夠的Si、Mn、V等合金強化元素，合金元素的增加會導致材料易出現帶狀組織，奧氏體穩定性變差，且在軋制與鍛造的冷卻過程易出現非平衡組織，因此對鍛后冷卻工藝要求非常高，冷卻強度不夠，材料強韌性不夠，冷卻強度太大易出現異常組織，鐵素體比例增大，因此如何開發一種高強韌性并能防止異常組織形成的脹斷連桿材料成為行業的一大難點，本發明正是為了解決這一行業難點問題。

如目前研究較多的非調質鋼36MnVS4汽車發動機連桿的冶煉、軋制工藝以及鍛造工藝存在較多不足，如“非調質鋼36MnVS4汽車發動機連桿脹斷缺陷分析，張朝磊等”，研究發現通過脹斷加工模擬研究得出36MnVS4連桿較C70S6起裂位置分散，裂紋擴展不穩定，缺口敏感性高，鐵素體組織多，容易導致批量生產時脹斷工序缺陷增加，其采用毛坯生產工藝得到的非調質鋼36MnVS4連桿存在斷口不齊、脹不斷、斷口變形過大等缺陷的，且刀削性能差。而在“36MnVS4材料連桿生產過程中鐵素體含量的控制工藝”中，通過對連桿鑄件生產工藝溫度、冷卻條件等限定，但其最終得到的鐵素體體積分數大、晶粒大，其鐵素體含量僅能控制在32～35％，難以進一步降低鐵素體含量。而在非調質鋼36MnVS4中，鐵素體含量過多不利于連桿的脹斷機加工，如何在保證高強韌性力學性能的同時，還能有效降低鐵素體比例，控制獲得理想的珠光體+鐵素體平衡組織，進一步提高其良好的切削性能。設計一個重量輕、剛度和強度足夠、切削加工性能好的連桿對發動機尤為重要。

發明內容