專(zhuān)利名稱(chēng)：一種中碳Cr合金化連桿用鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于合金鋼技術(shù)領(lǐng)域，具體地講，本發(fā)明涉及一種中碳Cr合金化連桿用鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
連桿是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零部件，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)的飛速發(fā)展，連桿的產(chǎn)銷(xiāo)量增速明顯。連桿在機(jī)體中做復(fù)雜的平面運(yùn)動(dòng)，在工作過(guò)程中承受著很高的周期性沖擊力、慣性力和彎曲力，其質(zhì)量直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。目前連桿用鋼有調(diào)質(zhì)和非調(diào)質(zhì)兩種，通常小功率的發(fā)動(dòng)機(jī)采用碳素調(diào)質(zhì)鋼，大功率的發(fā)動(dòng)機(jī)采用合金調(diào)質(zhì)鋼。國(guó)內(nèi)連桿生產(chǎn)常用的非調(diào)質(zhì)鋼主要有35MnVS、C70S6、SVdH20Sl、S45CVMn等?！靶◇w積、大功率、低油耗”的高性能發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)連桿提出更高、更新的要求，強(qiáng)度、剛度要高，并要具有較高的韌性、純凈度和疲勞性能。目前已有的連桿用鋼專(zhuān)利大都針對(duì)連桿用非調(diào)質(zhì)鋼，在原料成本日益增加的今天，連桿用非調(diào)質(zhì)鋼的生產(chǎn)成本較大，而且P、S含量較高，對(duì)生產(chǎn)工藝的控制較困難，生產(chǎn)難度大，并且非調(diào)質(zhì)鋼的強(qiáng)韌性匹配問(wèn)題較難解決，硫化物含量及形態(tài)控制較難，因此，開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的連桿用鋼具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的連桿用鋼存在的夾雜物多、強(qiáng)韌性匹配差等問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種中碳Cr合金化連桿用鋼及其制造方法。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種中碳Cr合金化連桿用鋼的制造方法，所述制造方法包括如下步驟采用電爐冶煉，控制冶煉終點(diǎn)的[C]彡0.20%和[P] <0.015%，鋼水的出鋼溫度控制在1620°C 1680°C的范圍內(nèi)，在出鋼過(guò)程中，加入高錳、高鉻合金以將Mn 含量控制在0. 5wt % 0. 65wt %，將Cr含量控制在0. 80wt % 0. 95wt %，按0. 5 lKg/t 鋼的量添加鋼芯鋁，按10 12kg/t鋼的量添加合成渣；采用LF爐進(jìn)行爐外精煉，精煉過(guò)程保持白渣，控制精煉渣的堿度> 3. 0，并且加入高錳合金和高鉻合金以將鋼水中的MruCr含量控制在預(yù)定的成分范圍內(nèi)，按照2 3. 5m/t鋼的量喂入鋁線(xiàn)，按照1. 5 2. 5m/t鋼的量喂入鈣線(xiàn)，精煉后進(jìn)行真空處理，真空度小于67Pa，保持時(shí)間> 15分鐘，然后執(zhí)行軟吹氬操作，軟吹時(shí)間> 15分鐘；采用連鑄澆注鑄坯，連鑄中采用結(jié)晶器電磁攪拌和末端電磁攪拌， 采用長(zhǎng)水口、浸入式水口保護(hù)澆鑄，控制中間包的溫度為1515 1530°C ；對(duì)連鑄坯進(jìn)行緩冷后軋制，軋制壓縮比彡10，加熱爐的均熱溫度為1150°C 1200°C，加熱時(shí)間彡2. 5小時(shí)， 開(kāi)軋溫度為1080°C 1120°C，終軋溫度為850°C 1000°C，從而制得所述中碳Cr合金化連桿用鋼。根據(jù)本發(fā)明的一方面，冶煉原料為鐵水+廢鋼，且鐵水的質(zhì)量占原料總質(zhì)量的 40%以上。根據(jù)本發(fā)明的一方面，在澆注過(guò)程中，將小坯型的拉鋼速度控制在0.9m/min 1. 25m/min，將大坯型的拉鋼速度控制在0. 55m/min 0. 75m/min。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，結(jié)晶器電磁攪拌的設(shè)定參數(shù)為200 250A/3HZ，末端電磁攪拌的設(shè)定參數(shù)為100 150A/12HZ。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種中碳Cr合金化連桿用鋼，所述中碳Cr合金化連桿用鋼的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)為0. 38% 0. 42%的C、0. 17% 0. 37%的Si、
0.65% 0. 80%的Μη、0. 95% 1. 10%的Cr、少于等于0. 025%的P、少于等于0. 025%的 S、不少于0. 020%的Al，其余為!^e和不可避免的雜質(zhì)?？梢酝ㄟ^(guò)上述方法制得所述中碳Cr 合金化連桿用鋼。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，優(yōu)選的，所述中碳Cr合金化連桿用鋼的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)為0. 38% 0. 42% 的 C、0. 20% 0. 30% 的 Si、0. 65% 0. 75%&Μη、0. 95%
1.05%的Cr、少于等于0. 020%的P、少于等于0. 025%的S、0. 020% 0. 060%的Al，其余為狗和不可避免的雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)添加適量的合金元素Mn、Cr和Al，提高了鋼材的強(qiáng)度、韌性，并且細(xì)化了晶粒、優(yōu)化了材料的組織和性能。另外，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)合理的工藝設(shè)計(jì)和嚴(yán)格的生產(chǎn)過(guò)程控制，提高了鋼材的純凈度，減少了夾雜物含量，使生產(chǎn)的連桿鋼具有優(yōu)良的綜合性能和疲勞壽命。
具體實(shí)施例方式根據(jù)用戶(hù)對(duì)連桿用鋼的要求，針對(duì)現(xiàn)有連桿用鋼存在的夾雜物多、強(qiáng)韌性匹配差等問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種中碳Cr合金化連桿用鋼。具體地講，在根據(jù)本發(fā)明的中碳Cr合金化連桿用鋼中，通過(guò)合理的成分設(shè)計(jì)，添加適量的合金元素Mn、Cr和Al來(lái)提高鋼材的強(qiáng)度、韌性，細(xì)化晶粒、優(yōu)化材料的組織和性能。另外，本發(fā)明還提供了制造中碳Cr合金化連桿用鋼的方法，通過(guò)合理的工藝設(shè)計(jì)和嚴(yán)格的生產(chǎn)過(guò)程控制，提高鋼材的純凈度，減少夾雜物含量，使生產(chǎn)的連桿鋼具有優(yōu)良的綜合性能和疲勞壽命。本發(fā)明提供了一種中碳Cr合金化連桿用鋼，其化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)為 0. 38% 0. 42% 的 C、0. 17% 0. 37% 的 Si、0. 65% 0. 80% 的Μη、0. 95% 1. 10% 的 Cr、 少于等于0. 025%的P、少于等于0. 025%的S、不少于0. 020%的Al，其余為!^e和不可避免的雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)添加適量的Mn、Cr和Al，以Mn、Cr通過(guò)固溶強(qiáng)化的作用來(lái)提高材料的強(qiáng)度，以Al細(xì)化晶粒，通過(guò)細(xì)晶強(qiáng)化作用來(lái)同時(shí)提高材料的強(qiáng)度和韌性，從而獲得良好的綜合性能。根據(jù)本發(fā)明，采用窄成分控制及合金化成分設(shè)計(jì)。具體地講，根據(jù)本發(fā)明，采用窄成分控制及Mn、Cr、Al合金化方法，穩(wěn)定鋼材的熱處理性能，在提高鋼的強(qiáng)度、改善組織的同時(shí)，提高鋼的韌性和疲勞壽命。為此，根據(jù)本發(fā)明連桿用鋼，進(jìn)行了如下成分設(shè)計(jì)C: 0. 38% 0. 42%, Mn :0. 65% 0. 80%, Cr :0. 95% 1. 10%, Al 彡 0. 020%，以提高鋼的
綜合性能。在上述優(yōu)化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，為保證鋼的性能穩(wěn)定一致，優(yōu)選地，中碳Cr合金化連桿用鋼的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)為0. 38 % 0. 42 %的C、0. 20 % 0. 30 %的Si、0. 65 % 0. 75 %的Μη、0. 95 % 1. 05 %的Cr、少于等于0. 020 %的P、少于等于0. 025 %的S、 0. 020% 0. 060%的Al，其余為!^e和不可避免的雜質(zhì)。另外，根據(jù)本發(fā)明，在中碳Cr合金化連桿用鋼的制造過(guò)程中，通過(guò)提高鋼的純凈度、減少夾雜物數(shù)量，保證鋼的性能質(zhì)量。下面將詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的中碳Cr合金化連桿用鋼的制備方法。鋼的化學(xué)成分設(shè)計(jì)要求如上所述，制備方法包括冶煉、澆注和軋制。(1)冶煉采用電爐冶煉，冶煉原料為鐵水+廢鋼，且鐵水質(zhì)量比例> 40 %，以降低電耗，稀釋鋼水，降低雜質(zhì)元素濃度。為有效地降低鋼中的氮、氫等氣體含量，電爐冶煉入爐原料必須經(jīng)過(guò)優(yōu)選，對(duì)加入的合金等原料要進(jìn)行烘烤干燥，電爐冶煉全過(guò)程采用造泡沫渣操作，均勻脫碳，減少吸氮，加強(qiáng)脫磷操作；同時(shí)，控制冶煉終點(diǎn)的[C]彡0.20%和[P] ^0.015%, 并且使雜質(zhì)元素含量符合設(shè)計(jì)要求，鋼水的出鋼溫度控制在1620°C 1680°C的范圍內(nèi)。在電爐出鋼合金化過(guò)程中，加入高錳、高鉻合金，將Mn含量控制在0. 50wt % 0. 65wt %，將 Cr含量控制在0. 80wt% 0. 95wt%，同時(shí)按0. 5 lKg/t鋼的量向鋼水中加入鋼芯鋁，按 10 12kg/t鋼的量加入合成渣，以減輕煉鋼造渣負(fù)荷，加快成渣速度，從而改善冶金效果。然后，采用LF爐進(jìn)行爐外精煉，精煉過(guò)程保持白渣，控制精煉渣的堿度> 3. 0 ；加入高錳、高鉻合金，以將MruCr含量控制在所需的成分范圍內(nèi)，按照2 3. 5m/t鋼的量喂入鋁線(xiàn)，按照1. 5 2. 5m/t鋼的量喂入鈣線(xiàn)。精煉后在VD (真空脫氣)爐內(nèi)進(jìn)行真空處理，真空度小于67Pa，保持時(shí)間> 15分鐘，VD后執(zhí)行軟吹氬操作，軟吹氬的時(shí)間不少于15分鐘， 以便更好地脫氫、脫氧，更好地去除夾雜。(2)澆注采用連鑄澆注鑄坯，連鑄中應(yīng)采用結(jié)晶器電磁攪拌和末端電磁攪拌，其中，結(jié)晶器電磁攪拌設(shè)定參數(shù)為200 250A/3HZ，末端電磁攪拌設(shè)定參數(shù)為100 150A/12Hz，以提高鋼液的均勻性；采用長(zhǎng)水口、浸入式水口保護(hù)澆鑄，以防止鋼液二次氧化。控制中間包的溫度為1515 1530°C。對(duì)于小坯型而言，可以將拉鋼速度控制在0. 9m/min 1. 25m/min ；對(duì)于大坯型而言，可以將拉鋼速度控制在0. 55m/min 0. 75m/min,以保證鑄坯質(zhì)量。(3)車(chē)L制對(duì)連鑄坯進(jìn)行緩冷后軋制，為保證鋼的內(nèi)部質(zhì)量，軋制壓縮比> 10?？刂萍訜釥t的均熱溫度為1150°C 1200°C，加熱時(shí)間彡2. 5小時(shí)，開(kāi)軋溫度為1080°C 1120°C，終軋溫度為850°C 1000°C，從而制得熱軋圓鋼，S卩，根據(jù)本發(fā)明的中碳Cr合金化連桿用鋼。嚴(yán)格執(zhí)行加熱制度，以防溫度過(guò)高造成過(guò)熱、過(guò)燒，溫度過(guò)低難以軋制；保證加熱時(shí)間，確保鋼坯加熱的均勻性；控制開(kāi)軋、終軋溫度，保證鋼材的軋制質(zhì)量及性能。需要指出的是，以上制備方法中未加限定的工藝條件均可參照本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)。下面將結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例制造中碳Cr合金化連桿用鋼，采用UHP超高功率電爐、LF爐外精煉、VD真空脫氣處理工藝冶煉，連鑄澆注鑄坯、軋制成材工藝生產(chǎn)鋼材。各實(shí)施例生產(chǎn)Φ70πιπι規(guī)格的鋼材。 具體生產(chǎn)工藝如下(1)冶煉 采用電爐冶煉，入爐原料為經(jīng)過(guò)優(yōu)選廢鋼+鐵水，鐵水加入量為45 % 55 %，對(duì)入爐合金進(jìn)行烘烤干燥，電爐冶煉全過(guò)程造泡沫渣操作，均勻脫碳，減少吸氮，加強(qiáng)脫磷操作； 終點(diǎn)[C] =0.20 0.25%、[P] = 0.010 0.015%，雜質(zhì)元素含量符合設(shè)計(jì)要求，鋼水的出鋼溫度為1650 1670°C。電爐出鋼合金化過(guò)程，加入高錳、高鉻合金，從而將Mn控制在 0. 50%~ 0. 65%，將Cr控制在0. 80% 0. 95%，同時(shí)按0. 5 lkg/1鋼的量向鋼水中加入鋼芯鋁，按10 12kg/t鋼的量加入合成渣。LF爐外精煉，精煉過(guò)程保持白渣，精煉渣堿度3. 0 3. 5 ；加入高錳、高鉻合金，以將Mn、Cr含量控制在表1所列出的各實(shí)施例的成分范圍內(nèi)；按照3 3.5m/t鋼喂入鋁線(xiàn)，1.5 2m/t鋼喂入鈣線(xiàn)。精煉后真空處理，真空度小于40-60Pa，保持時(shí)間15 16分鐘，VD后軟吹氬達(dá)15分鐘。(2)澆注采用連鑄澆注鑄坯，結(jié)晶器電磁攪拌的設(shè)定參數(shù)為200A/3HZ，末端電磁攪拌的設(shè)定參數(shù)為100A/12HZ，以提高鋼的均勻性；采用長(zhǎng)水口、浸入式水口保護(hù)澆鑄，防止鋼液二次氧化。控制中間包溫度為1520°C 1530°C，拉速為0. 60m/min 0. 65m/min。(3)車(chē)L制對(duì)連鑄坯進(jìn)行緩冷后軋制，為保證鋼的內(nèi)部質(zhì)量，軋制壓縮比為20?？刂萍訜釥t均熱溫度為1150°C 1180°C，加熱時(shí)間為2. 5 3. 5小時(shí)，開(kāi)軋溫度為1080°C 1120°C，終軋溫度為900°C 950°C，從而制得熱軋圓鋼，即，中碳Cr合金化連桿用鋼。各實(shí)施例的具體工藝參數(shù)見(jiàn)表1和表2。表1是實(shí)施例1至實(shí)施例3的連桿用鋼的化學(xué)成分，表2是在實(shí)施例1至實(shí)施例3的連桿用鋼的制造過(guò)程中連鑄中間包鋼水溫度、 拉坯速度、鋼坯加熱溫度、時(shí)間及軋制溫度。表1各實(shí)施例的連桿用合金結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分(重量，％ )
權(quán)利要求
1.一種中碳Cr合金化連桿用鋼的制造方法，其特征在于所述制造方法包括如下步驟采用電爐冶煉，控制冶煉終點(diǎn)的[C]彡0.20%和[P]彡0.015%，鋼水的出鋼溫度控制在1620°C 1680°C的范圍內(nèi)，在出鋼過(guò)程中，加入高錳、高鉻合金以將Mn含量控制在 0. 5wt % 0. 65wt %，將Cr含量控制在0. 80wt % 0. 95wt %，按0. 5 lKg/t鋼的量添加鋼芯鋁，按10 12kg/t鋼的量添加合成渣；采用LF爐進(jìn)行爐外精煉，精煉過(guò)程保持白渣，控制精煉渣的堿度> 3. 0，并且加入高錳合金和高鉻合金以將鋼水中的MruCr含量控制在預(yù)定的成分范圍內(nèi)，按照2 3. 5m/t鋼的量喂入鋁線(xiàn)，按照1. 5 2. 5m/t鋼的量喂入鈣線(xiàn)，精煉后進(jìn)行真空處理，真空度小于67Pa， 保持時(shí)間> 15分鐘，然后執(zhí)行軟吹氬操作，軟吹時(shí)間> 15分鐘；采用連鑄澆注鑄坯，連鑄中采用結(jié)晶器電磁攪拌和末端電磁攪拌，采用長(zhǎng)水口、浸入式水口保護(hù)澆鑄，控制中間包的溫度為1515 1530°C ；對(duì)連鑄坯進(jìn)行緩冷后軋制，軋制壓縮比彡10，加熱爐的均熱溫度為1150°C 1200°C， 加熱時(shí)間彡2. 5小時(shí)，開(kāi)軋溫度為1080°C 1120°C，終軋溫度為850°C 1000°C，從而制得所述中碳Cr合金化連桿用鋼。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于冶煉原料為鐵水+廢鋼，且鐵水的質(zhì)量占原料總質(zhì)量的40%以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于在澆注過(guò)程中，將小坯型的拉鋼速度控制在0. 9m/min 1. 25m/min,將大坯型的拉鋼速度控制在0. 55m/min 0. 75m/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于所述中碳Cr合金化連桿用鋼的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)為0. 38% 0. 42%的C、0. 17% 0. 37%的Si、0. 65% 0. 80%的 Μη、0. 95% 1. 10%的Cr、少于等于0. 025%的P、少于等于0. 025%的S、不少于0. 020%的 Al，其余為!^e和不可避免的雜質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，結(jié)晶器電磁攪拌的設(shè)定參數(shù)為200 250A/3HZ，末端電磁攪拌的設(shè)定參數(shù)為100 150A/12Hz。
6.一種中碳Cr合金化連桿用鋼，其特征在于所述中碳Cr合金化連桿用鋼的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)為0. 38% 0. 42%的C、0. 17% 0. 37%的Si、0. 65% ο. 80%的Mn、 0. 95% 1. 10%的Cr、少于等于0. 025%的P、少于等于0. 025%的S、不少于0. 020%的Al， 其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的中碳Cr合金化連桿用鋼，其特征在于所述中碳Cr合金化連桿用鋼的化學(xué)成分按質(zhì)量百分比計(jì)為0. 38 % 0. 42 %的C、0. 20 % 0. 30 %的Si、 0. 65% 0. 75%的Μη、0. 95% 1. 05%的Cr、少于等于0. 020%的P、少于等于0. 025%的 S、0. 020% 0. 060%的Al，其余為!^e和不可避免的雜質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種中碳Cr合金化連桿用鋼及其制造方法。中碳Cr合金化連桿用鋼的制造方法包括采用電爐冶煉，控制終點(diǎn)的[C]和[P]，鋼水的出鋼溫度為1620℃～1680℃，出鋼時(shí)加入高錳和高鉻合金并加入鋼芯鋁；采用LF爐進(jìn)行爐外精煉，精煉過(guò)程保持白渣，精煉渣的堿度＞3.0，加入高錳合金和高鉻合金并喂入鋁線(xiàn)和鈣線(xiàn)，精煉后進(jìn)行真空處理，真空度小于67Pa，保持時(shí)間≥15分鐘，然后執(zhí)行軟吹氬操作；采用連鑄澆注鑄坯，連鑄中采用結(jié)晶器電磁攪拌和末端電磁攪拌，控制中間包的溫度為1515～1530℃；對(duì)連鑄坯進(jìn)行緩冷后軋制，軋制壓縮比≥10，加熱爐的均熱溫度為1150℃～1200℃，加熱時(shí)間≥2.5小時(shí)，開(kāi)軋溫度為1080℃～1120℃，終軋溫度為850℃～1000℃，從而制得中碳Cr合金化連桿用鋼。
文檔編號(hào)C21C7/10GK102560252SQ201210001649
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月5日
發(fā)明者盧乃雙, 吳德發(fā), 張偉, 李小雄, 杜國(guó)強(qiáng), 梁娜, 歐陽(yáng)崢容, 毛建強(qiáng), 翟正龍, 范黎明, 鄭桂蕓 申請(qǐng)人:萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司