CN102560252A

CN102560252A - 一种中碳Cr合金化连杆用钢及其制造方法

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Publication number: CN102560252A
Application number: CN2012100016496A
Authority: CN
Inventors: 梁娜; 翟正龙; 杜国强; 欧阳峥容; 李小雄; 吴德发; 郑桂芸; 张伟; 范黎明; 卢乃双; 毛建强
Original assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Laiwu Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2012-01-05
Filing date: 2012-01-05
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2032-01-05
Also published as: CN102560252B

Abstract

本发明提供了一种中碳Cr合金化连杆用钢及其制造方法。中碳Cr合金化连杆用钢的制造方法包括：采用电炉冶炼，控制终点的[C]和[P]，钢水的出钢温度为1620℃～1680℃，出钢时加入高锰和高铬合金并加入钢芯铝；采用LF炉进行炉外精炼，精炼过程保持白渣，精炼渣的碱度＞3.0，加入高锰合金和高铬合金并喂入铝线和钙线，精炼后进行真空处理，真空度小于67Pa，保持时间≥15分钟，然后执行软吹氩操作；采用连铸浇注铸坯，连铸中采用结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌，控制中间包的温度为1515～1530℃；对连铸坯进行缓冷后轧制，轧制压缩比≥10，加热炉的均热温度为1150℃～1200℃，加热时间≥2.5小时，开轧温度为1080℃～1120℃，终轧温度为850℃～1000℃，从而制得中碳Cr合金化连杆用钢。

Description

一种中碳Cr合金化连杆用钢及其制造方法

技术领域

本发明属于合金钢技术领域，具体地讲，本发明涉及一种中碳Cr合金化连杆用钢及其制造方法。

背景技术

连杆是发动机的重要零部件，随着发动机行业的飞速发展，连杆的产销量增速明显。连杆在机体中做复杂的平面运动，在工作过程中承受着很高的周期性冲击力、惯性力和弯曲力，其质量直接影响到发动机的性能。目前连杆用钢有调质和非调质两种，通常小功率的发动机采用碳素调质钢，大功率的发动机采用合金调质钢。国内连杆生产常用的非调质钢主要有35MnVS、C70S6、SVdH20S1、S45CVMn等。“小体积、大功率、低油耗”的高性能发动机对连杆提出更高、更新的要求，强度、刚度要高，并要具有较高的韧性、纯净度和疲劳性能。

目前已有的连杆用钢专利大都针对连杆用非调质钢，在原料成本日益增加的今天，连杆用非调质钢的生产成本较大，而且P、S含量较高，对生产工艺的控制较困难，生产难度大，并且非调质钢的强韧性匹配问题较难解决，硫化物含量及形态控制较难，因此，开发经济、实用的连杆用钢具有重要的意义。

发明内容

针对现有技术的连杆用钢存在的夹杂物多、强韧性匹配差等问题，本发明提供了一种中碳Cr合金化连杆用钢及其制造方法。

根据本发明的一方面，提供了一种中碳Cr合金化连杆用钢的制造方法，所述制造方法包括如下步骤：采用电炉冶炼，控制冶炼终点的[C]≥0.20％和[P]≤0.015％，钢水的出钢温度控制在1620℃～1680℃的范围内，在出钢过程中，加入高锰、高铬合金以将Mn含量控制在0.5wt％～0.65wt％，将Cr含量控制在0.80wt％～0.95wt％，按0.5～1Kg/t钢的量添加钢芯铝，按10～12kg/t钢的量添加合成渣；采用LF炉进行炉外精炼，精炼过程保持白渣，控制精炼渣的碱度＞3.0，并且加入高锰合金和高铬合金以将钢水中的Mn、Cr含量控制在预定的成分范围内，按照2～3.5m/t钢的量喂入铝线，按照1.5～2.5m/t钢的量喂入钙线，精炼后进行真空处理，真空度小于67Pa，保持时间≥15分钟，然后执行软吹氩操作，软吹时间≥15分钟；采用连铸浇注铸坯，连铸中采用结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌，采用长水口、浸入式水口保护浇铸，控制中间包的温度为1515～1530℃；对连铸坯进行缓冷后轧制，轧制压缩比≥10，加热炉的均热温度为1150℃～1200℃，加热时间≥2.5小时，开轧温度为1080℃～1120℃，终轧温度为850℃～1000℃，从而制得所述中碳Cr合金化连杆用钢。

根据本发明的一方面，冶炼原料为铁水+废钢，且铁水的质量占原料总质量的40％以上。

根据本发明的一方面，在浇注过程中，将小坯型的拉钢速度控制在0.9m/min～1.25m/min，将大坯型的拉钢速度控制在0.55m/min～0.75m/min。

根据本发明的一方面，结晶器电磁搅拌的设定参数为200～250A/3Hz，末端电磁搅拌的设定参数为100～150A/12Hz。

根据本发明的另一方面，提供了一种中碳Cr合金化连杆用钢，所述中碳Cr合金化连杆用钢的化学成分按质量百分比计为：0.38％～0.42％的C、0.17％～0.37％的Si、0.65％～0.80％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，其余为Fe和不可避免的杂质。可以通过上述方法制得所述中碳Cr合金化连杆用钢。

根据本发明的另一方面，优选的，所述中碳Cr合金化连杆用钢的化学成分按质量百分比计为：0.38％～0.42％的C、0.20％～0.30％的Si、0.65％～0.75％的Mn、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，其余为Fe和不可避免的杂质。

根据本发明，通过添加适量的合金元素Mn、Cr和Al，提高了钢材的强度、韧性，并且细化了晶粒、优化了材料的组织和性能。另外，根据本发明，通过合理的工艺设计和严格的生产过程控制，提高了钢材的纯净度，减少了夹杂物含量，使生产的连杆钢具有优良的综合性能和疲劳寿命。

具体实施方式

根据用户对连杆用钢的要求，针对现有连杆用钢存在的夹杂物多、强韧性匹配差等问题，本发明提供了一种中碳Cr合金化连杆用钢。具体地讲，在根据本发明的中碳Cr合金化连杆用钢中，通过合理的成分设计，添加适量的合金元素Mn、Cr和Al来提高钢材的强度、韧性，细化晶粒、优化材料的组织和性能。另外，本发明还提供了制造中碳Cr合金化连杆用钢的方法，通过合理的工艺设计和严格的生产过程控制，提高钢材的纯净度，减少夹杂物含量，使生产的连杆钢具有优良的综合性能和疲劳寿命。

本发明提供了一种中碳Cr合金化连杆用钢，其化学成分按质量百分比计为：0.38％～0.42％的C、0.17％～0.37％的Si、0.65％～0.80％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，其余为Fe和不可避免的杂质。根据本发明，通过添加适量的Mn、Cr和Al，以Mn、Cr通过固溶强化的作用来提高材料的强度，以Al细化晶粒，通过细晶强化作用来同时提高材料的强度和韧性，从而获得良好的综合性能。

根据本发明，采用窄成分控制及合金化成分设计。具体地讲，根据本发明，采用窄成分控制及Mn、Cr、Al合金化方法，稳定钢材的热处理性能，在提高钢的强度、改善组织的同时，提高钢的韧性和疲劳寿命。为此，根据本发明连杆用钢，进行了如下成分设计：C：0.38％～0.42％、Mn：0.65％～0.80％、Cr：0.95％～1.10％、Al≥0.020％，以提高钢的综合性能。

在上述优化设计基础上，为保证钢的性能稳定一致，优选地，中碳Cr合金化连杆用钢的化学成分按质量百分比计为：0.38％～0.42％的C、0.20％～0.30％的Si、0.65％～0.75％的Mn、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，其余为Fe和不可避免的杂质。

另外，根据本发明，在中碳Cr合金化连杆用钢的制造过程中，通过提高钢的纯净度、减少夹杂物数量，保证钢的性能质量。

下面将详细地描述根据本发明的中碳Cr合金化连杆用钢的制备方法。钢的化学成分设计要求如上所述，制备方法包括冶炼、浇注和轧制。

(1)冶炼

采用电炉冶炼，冶炼原料为铁水+废钢，且铁水质量比例≥40％，以降低电耗，稀释钢水，降低杂质元素浓度。为有效地降低钢中的氮、氢等气体含量，电炉冶炼入炉原料必须经过优选，对加入的合金等原料要进行烘烤干燥，电炉冶炼全过程采用造泡沫渣操作，均匀脱碳，减少吸氮，加强脱磷操作；同时，控制冶炼终点的[C]≥0.20％和[P]≤0.015％，并且使杂质元素含量符合设计要求，钢水的出钢温度控制在1620℃～1680℃的范围内。在电炉出钢合金化过程中，加入高锰、高铬合金，将Mn含量控制在0.50wt％～0.65wt％，将Cr含量控制在0.80wt％～0.95wt％，同时按0.5～1Kg/t钢的量向钢水中加入钢芯铝，按10～12kg/t钢的量加入合成渣，以减轻炼钢造渣负荷，加快成渣速度，从而改善冶金效果。

然后，采用LF炉进行炉外精炼，精炼过程保持白渣，控制精炼渣的碱度＞3.0；加入高锰、高铬合金，以将Mn、Cr含量控制在所需的成分范围内，按照2～3.5m/t钢的量喂入铝线，按照1.5～2.5m/t钢的量喂入钙线。精炼后在VD(真空脱气)炉内进行真空处理，真空度小于67Pa，保持时间≥15分钟，VD后执行软吹氩操作，软吹氩的时间不少于15分钟，以便更好地脱氢、脱氧，更好地去除夹杂。

(2)浇注

采用连铸浇注铸坯，连铸中应采用结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌，其中，结晶器电磁搅拌设定参数为200～250A/3Hz，末端电磁搅拌设定参数为100～150A/12Hz，以提高钢液的均匀性；采用长水口、浸入式水口保护浇铸，以防止钢液二次氧化。控制中间包的温度为1515～1530℃。对于小坯型而言，可以将拉钢速度控制在0.9m/min～1.25m/min；对于大坯型而言，可以将拉钢速度控制在0.55m/min～0.75m/min，以保证铸坯质量。

(3)轧制

对连铸坯进行缓冷后轧制，为保证钢的内部质量，轧制压缩比≥10。控制加热炉的均热温度为1150℃～1200℃，加热时间≥2.5小时，开轧温度为1080℃～1120℃，终轧温度为850℃～1000℃，从而制得热轧圆钢，即，根据本发明的中碳Cr合金化连杆用钢。

严格执行加热制度，以防温度过高造成过热、过烧，温度过低难以轧制；保证加热时间，确保钢坯加热的均匀性；控制开轧、终轧温度，保证钢材的轧制质量及性能。

需要指出的是，以上制备方法中未加限定的工艺条件均可参照本领域常规技术。

下面将结合具体的实施例对本发明作进一步说明。

实施例

制造中碳Cr合金化连杆用钢，采用UHP超高功率电炉、LF炉外精炼、VD真空脱气处理工艺冶炼，连铸浇注铸坯、轧制成材工艺生产钢材。各实施例生产Φ70mm规格的钢材。具体生产工艺如下：

(1)冶炼

采用电炉冶炼，入炉原料为经过优选废钢+铁水，铁水加入量为45％～55％，对入炉合金进行烘烤干燥，电炉冶炼全过程造泡沫渣操作，均匀脱碳，减少吸氮，加强脱磷操作；终点[C]＝0.20～0.25％、[P]＝0.010～0.015％，杂质元素含量符合设计要求，钢水的出钢温度为1650～1670℃。电炉出钢合金化过程，加入高锰、高铬合金，从而将Mn控制在0.50％～0.65％，将Cr控制在0.80％～0.95％，同时按0.5～1kg/t钢的量向钢水中加入钢芯铝，按10～12kg/t钢的量加入合成渣。LF炉外精炼，精炼过程保持白渣，精炼渣碱度3.0～3.5；加入高锰、高铬合金，以将Mn、Cr含量控制在表1所列出的各实施例的成分范围内；按照3～3.5m/t钢喂入铝线，1.5～2m/t钢喂入钙线。精炼后真空处理，真空度小于40-60Pa，保持时间15～16分钟，VD后软吹氩达15分钟。

(2)浇注

采用连铸浇注铸坯，结晶器电磁搅拌的设定参数为200A/3Hz，末端电磁搅拌的设定参数为100A/12Hz，以提高钢的均匀性；采用长水口、浸入式水口保护浇铸，防止钢液二次氧化。控制中间包温度为1520℃～1530℃，拉速为0.60m/min～0.65m/min。

(3)轧制

对连铸坯进行缓冷后轧制，为保证钢的内部质量，轧制压缩比为20。控制加热炉均热温度为1150℃～1180℃，加热时间为2.5～3.5小时，开轧温度为1080℃～1120℃，终轧温度为900℃～950℃，从而制得热轧圆钢，即，中碳Cr合金化连杆用钢。

各实施例的具体工艺参数见表1和表2。表1是实施例1至实施例3的连杆用钢的化学成分，表2是在实施例1至实施例3的连杆用钢的制造过程中连铸中间包钢水温度、拉坯速度、钢坯加热温度、时间及轧制温度。

表1各实施例的连杆用合金结构钢的化学成分(重量，％)

实施例	C	Si	Mn	Cr	P	S	Al	Fe
									1	0.38	0.24	0.68	0.99	0.015	0.014	0.034	余量
2	0.40	0.27	0.71	0.98	0.020	0.017	0.054	余量
									3	0.42	0.22	0.69	0.97	0.012	0.008	0.041	余量

表2各实施例的各实施例的连铸轧制工艺参数

从按实施例1至实施例3中制得的钢的成品中每例取2根样，共计6根作试样，经热处理后，测试其力学性能。各试样的力学性能如表3所示，低倍组织如表4所示，非金属夹杂物如表5所示。

表3各试样的力学性能

表4各试样的低倍组织

	一般疏松	中心疏松	一般偏析	中心偏析
					试样1	0.5	1	0.5	1
试样2	0.5	0.5	0.5	0
					试样3	0.5	1	0.5	0
试样4	0.5	1	0.5	0
					试样5	0.5	1	0.5	0
试样6	0.5	1	0.5	0

表5各试样的非金属夹杂物

由上面的表3、表4和表5可以看出，采用本发明的方法制得的热轧圆钢，不仅具有优异的力学性能，而且纯净度高、组织均匀，性能稳定，综合性能良好，可以很好地满足连杆制造加工的新要求。

因此，根据本发明的中碳Cr合金化连杆用钢，仅添加常规合金元素Mn、Cr，并且生产工艺控制简单，成本较低，只需要常规的调质处理就可达到较高的强度；同时，以Al细化晶粒，提高材料的强韧性，使材料具备良好的综合性能，以适应连杆发展的要求。

与现有技术相比，本发明的技术方案的优良效果如下：

第一，通过窄成分控制，提高材料的性能稳定性，显著地提高钢材的热处理性能；

第二，通过合理的工艺设计及严格的过程控制，钢水洁净度高，组织均匀；

第三，采用Mn、Cr、Al合金化，在提高钢强度、改善组织的同时，提高钢的韧性和疲劳寿命，使该钢具有良好的综合性能。

本发明不限于上述实施例，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的实施例进行各种变型和修改。

Claims

1.一种中碳Cr合金化连杆用钢的制造方法，其特征在于所述制造方法包括如下步骤：

采用电炉冶炼，控制冶炼终点的[C]≥0.20％和[P]≤0.015％，钢水的出钢温度控制在1620℃～1680℃的范围内，在出钢过程中，加入高锰、高铬合金以将Mn含量控制在0.5wt％～0.65wt％，将Cr含量控制在0.80wt％～0.95wt％，按0.5～1Kg/t钢的量添加钢芯铝，按10～12kg/t钢的量添加合成渣；

采用LF炉进行炉外精炼，精炼过程保持白渣，控制精炼渣的碱度＞3.0，并且加入高锰合金和高铬合金以将钢水中的Mn、Cr含量控制在预定的成分范围内，按照2～3.5m/t钢的量喂入铝线，按照1.5～2.5m/t钢的量喂入钙线，精炼后进行真空处理，真空度小于67Pa，保持时间≥15分钟，然后执行软吹氩操作，软吹时间≥15分钟；

采用连铸浇注铸坯，连铸中采用结晶器电磁搅拌和末端电磁搅拌，采用长水口、浸入式水口保护浇铸，控制中间包的温度为1515～1530℃；

对连铸坯进行缓冷后轧制，轧制压缩比≥10，加热炉的均热温度为1150℃～1200℃，加热时间≥2.5小时，开轧温度为1080℃～1120℃，终轧温度为850℃～1000℃，从而制得所述中碳Cr合金化连杆用钢。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于冶炼原料为铁水+废钢，且铁水的质量占原料总质量的40％以上。

3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于在浇注过程中，将小坯型的拉钢速度控制在0.9m/min～1.25m/min，将大坯型的拉钢速度控制在0.55m/min～0.75m/min。

4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述中碳Cr合金化连杆用钢的化学成分按质量百分比计为：0.38％～0.42％的C、0.17％～0.37％的Si、0.65％～0.80％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，其余为Fe和不可避免的杂质。

5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，结晶器电磁搅拌的设定参数为200～250A/3Hz，末端电磁搅拌的设定参数为100～150A/12Hz。

6.一种中碳Cr合金化连杆用钢，其特征在于所述中碳Cr合金化连杆用钢的化学成分按质量百分比计为：0.38％～0.42％的C、0.17％～0.37％的Si、0.65％～o.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，其余为Fe和不可避免的杂质。

7.根据权利要求6所述的中碳Cr合金化连杆用钢，其特征在于所述中碳Cr合金化连杆用钢的化学成分按质量百分比计为：0.38％～0.42％的C、0.20％～0.30％的Si、0.65％～0.75％的Mn、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，其余为Fe和不可避免的杂质。