CN110578096A - 曲轴用非调质钢、曲轴锻件及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种曲轴用非调质钢、曲轴锻件及其制备工艺，属于非调质钢技术领域。非调质钢按重量百分数计为：C 0.36‑0.39％，Si 0.50‑0.65％，Mn 1.35‑1.50％，P 0‑0.030％，S 0.040‑0.055％，Cr 0‑0.25％，Mo 0‑0.20％，Al 0‑0.03％，N 0.010‑0.020％，碳当量Ceq＝0.75‑0.81％。非调质钢的淬透性为：J5mm 47‑52HRC，J9mm 35‑42HRC，J13mm 30‑36HRC；抗拉强度≥760MPa；伸长率A≥14％；带状组织≤2.0级；布氏硬度为220‑250HBW，适于制造曲轴锻件。

Description

曲轴用非调质钢、曲轴锻件及其制备工艺
技术领域
本申请涉及非调质钢技术领域，具体而言，涉及一种曲轴用非调质钢、曲轴锻件及其制备工艺。
背景技术
曲轴是引擎的主要旋转机件，装上连杆后，可承接连杆的上下(往复)运动变成循环(旋转)运动，是发动机上的一个重要的机件。曲轴的材料是由碳素结构钢或球墨铸铁制成的，曲轴的两个重要部位是：主轴颈和连杆颈。主轴颈被安装在缸体上，连杆颈与连杆大头孔连接，连杆小头孔与汽缸活塞连接，是一个典型的曲柄滑块机构。曲轴在运转的过程中要承受弯曲、扭转、剪切、抗压等应力。所以，曲轴的材料非调质钢的选择尤其重要。
现有的曲轴用非调质钢的组分中通常含有V或/和Ti，其中，V和Ti可以有效轻质化活塞用曲轴件质量，并且使非调质钢的合金化的作用较高，提高钢的强度和韧性。但是，V和Ti的加入会增加合金元素的种类，且曲轴用非调质钢的生产工艺复杂，成本高。
发明内容
本申请的目的在于提供一种曲轴用非调质钢、曲轴锻件及其制备工艺，在不含有V和Ti的情况下，获得强度和韧性较高的曲轴用非调质钢。
第一方面，本申请实施例提供一种曲轴用非调质钢，非调质钢的组成按重量百分数计为：C 0.36-0.39％，Si 0.50-0.65％，Mn 1.35-1.50％，P 0-0.030％，S 0.040-0.055％，Cr 0-0.25％，Mo 0-0.20％，Al 0-0.03％，N 0.010-0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质。其中，碳当量满足条件：Ceq＝C+Si/8+Mn/5+Cr/9，Ceq＝0.75-0.81％。
本申请提供的曲轴用非调质钢，在不含有V和Ti的情况下，控制非调质钢中的上述组分的量，非调质钢的碳当量为0.75-0.81％，一方面没有造成曲轴用非调质钢的明显增重，使用其获得的曲轴锻件在使用的过程中，避免由于曲轴的旋转质量造成曲轴的离心力平衡负担；另一方面，可以使非调质钢的带状组织较小，晶粒细小，且淬透性合格，获得的曲轴锻件的铁素体含量较高，基本不出现贝氏体，满足曲轴的钢强度和刚度性能要求。
在一种可能的实施方式中，非调质钢的组成按重量百分数计为：Si 0.54-0.62％，Mn 1.45-1.50％，Cr 0.15-0.20％，Mo 0-0.05％，Al 0-0.01％，N 0.015-0.020％；其中，Ceq＝0.75-0.79％。
可以进一步减小非调质钢的带状组织，细化晶粒，且淬透性合格，并进一步提高曲轴锻件的铁素体含量，塑韧性得到显著改善。
第二方面，本申请实施例提供一种曲轴用非调质钢，非调质钢的组成按重量百分数计为：C 0.36-0.39％，Si 0.50-0.65％，Mn 1.35-1.50％，P 0-0.030％，S 0.040-0.055％，Cr 0-0.25％，Mo 0-0.20％，Al 0-0.03％，N 0.010-0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质。其中，碳当量满足条件：Ceq＝C+Si/8+Mn/5+Cr/9，Ceq＝0.75-0.81％。曲轴用非调质钢的淬透性为：J5mm 47-52HRC，J9mm 35-42HRC，J13mm 30-36HRC；抗拉强度≥760MPa；伸长率A≥14％；带状组织≤2.0级；布氏硬度为220-250HBW。
曲轴在运转的过程中要承受弯曲、扭转、剪切、抗压等应力。发明人发现，使用上述曲轴用非调质钢，且限定曲轴用非调质钢的淬透性、抗拉强度、伸长率、带状组织和布氏硬度。获得的曲轴锻件具备足够的刚度和强度，耐磨损且润滑良好，可以有效改善曲轴锻件承受气体压力、惯性力及惯性力矩的性能，更耐复杂工况下交变负荷的冲击。
在一种可能的实施方式中，非调质钢的组成按重量百分数计为：Si 0.54-0.62％，Mn 1.45-1.50％，Cr 0.15-0.20％，Mo 0-0.05％，Al 0-0.01％，N 0.015-0.020％；其中，Ceq＝0.75-0.79％。
可以进一步减小通过曲轴用非调质钢获得的曲轴锻件的贝氏体含量，进一步增加曲轴锻件的铁素体的含量，增大伸长率并增强抗拉强度，并有效延长曲轴锻件的使用寿命。
第三方面，本申请实施例提供一种曲轴用非调质钢的制备工艺，包括如下连铸得到铸坯。连铸中，结晶器电磁搅拌参数为620-640A/2.5Hz，末端电磁搅拌参数为590-610A/3.5Hz，凝固末端轻压下7-9mm。铸坯的材料按照重量百分数计，包括C 0.36-0.39％，Si0.50-0.65％，Mn 1.35-1.50％，P 0-0.030％，S 0.040-0.055％，Cr 0-0.25％，Mo 0-0.20％，Al 0-0.03％，N 0.010-0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质；碳当量满足条件：Ceq＝C+Si/8+Mn/5+Cr/9，Ceq＝0.75-0.81％。
在连铸过程中，通过控制结晶器电磁搅拌参数、末端电磁搅拌参数以及凝固末端轻压下量三个参数，可以联合控制铸坯从表到里的成分均匀性，获得上述组成以及满足曲轴用非调质钢的淬透性为：J5mm 47-52HRC，J9mm 35-42HRC，J13mm 30-36HRC；抗拉强度≥760MPa；伸长率A≥14％；带状组织≤2.0级；布氏硬度为220-250HBW的性能的非调质钢，可以使获得的曲轴锻件的贝氏体含量减少，铁素体含量增加，伸长率增大，抗拉强度增强。
在一种可能的实施方式中，搅拌时，先沿正向搅拌10-15s，再逆向搅拌8-10s，再正向搅拌10-15s，如此反复。
使搅拌更加均匀，避免出现过度搅拌，减少成分偏析，降低对后续曲轴锻件硬度均匀性的影响。
在一种可能的实施方式中，连铸中，钢水温度控制在钢水过热度为15-30℃内。
可以使铸坯的表面质量较高，坯壳均匀生长，且使铸坯的内部强度也较好，进一步增强非调质钢的抗拉强度。
在一种可能的实施方式中，连铸之后，还包括加热轧制的步骤：铸坯加热的温度为1200-1280℃，铸坯加热的时间为200-300min。
控制铸坯加热的温度和铸坯加热的时间，可以有效控制晶粒生长，使得组织致密，使获得的铸坯的质量更高，从而使获得的非调质钢的性能(如：淬透性、抗拉强度、伸长率、带状组织和布氏硬度)更佳。
在一种可能的实施方式中，连铸之前，还包括LF钢包炉精炼的步骤：精炼前期10min内喂入90-110m的Al线进行脱氧，然后不再喂入Al线。
可以避免非调质钢中形成大量的含Al夹杂物，从而进一步提高非调质钢的性能。
在一种可能的实施方式中，LF钢包炉精炼之后，连铸之前，还包括RH真空脱气的步骤：其中，所述RH真空脱气之后，不喂入钙线。
可以避免非调质钢中形成大尺寸的钙铝酸盐类夹杂物，进一步提高非调质钢的性能。
第四方面，本申请实施例提供一种曲轴锻件，由上述曲轴用非调质钢制成，曲轴锻件的抗拉强度≥760MPa；伸长率A≥10％；金相组织包括铁素体和珠光体；贝氏体含量≤2％；铁素体含量≥10％；布氏硬度为220-240HBW。
通过上述曲轴用非调质钢获得的曲轴锻件满足上述条件，其在进行使用的时候，承受弯曲、扭转、剪切、抗压等应力的能力更强，使用寿命更长。
在一种可能的实施方式中，曲轴锻件的伸长率A≥12％；贝氏体含量≤1％；铁素体含量≥15％；布氏硬度为220-235HBW。
进一步提高曲轴锻件性能，曲轴有足够的强度和刚度，轴颈表面耐磨、工作均匀、平衡性好，延长使用寿命。
第五方面，本申请实施例提供的曲轴锻件的制备工艺，包括如下步骤：加热：曲轴加热的温度为1200-1260℃，曲轴加热的时间为30-40s。锻造：开锻温度为1170-1230℃，终锻温度为970-1030℃。冷却：在空气中自然冷却。其中，曲轴由上述曲轴用非调质钢制成。
使用上述曲轴用非调质钢，控制曲轴坯体加热的温度、加热的时间以及开锻时间和终锻时间，可以获得满足抗拉强度≥760MPa；伸长率A≥10％；金相组织包括铁素体和珠光体；贝氏体含量≤2％；铁素体含量≥10％；布氏硬度为220-240HBW等条件的曲轴锻件。
本申请提供的曲轴用非调质钢、曲轴锻件及其制备工艺的有益效果包括：
(1)、在不含有V、Ti的情况下，控制曲轴用非调质钢的Mn的含量以及碳当量Ceq的范围，一方面没有造成曲轴用非调质钢的明显增重，使用其获得的曲轴锻件在使用的过程中，避免由于曲轴的旋转质量造成曲轴的离心力平衡负担；另一方面，可以使非调质钢的带状组织较小，晶粒细小，且淬透性合格，获得的曲轴锻件的铁素体含量较高，基本不出现贝氏体，满足曲轴的钢强度和刚度性能要求。
(2)、在制备曲轴用非调质钢时，通过控制连铸中的结晶器电磁搅拌参数、末端电磁搅拌参数以及凝固末端轻压下量等三个参数，使获得的非调质钢满足淬透性为：J5mm47-52HRC，J9mm 35-42HRC，J13mm30-36HRC，抗拉强度≥760MPa，伸长率A≥14％，带状组织≤2.0级，布氏硬度为220-250HBW。可以使获得的曲轴锻件的贝氏体含量减少，铁素体含量增加，伸长率增大，抗拉强度增强。
(3)、在制备曲轴锻件时，通过使用上述非调质钢并控制加热工序以及锻造工序的条件，使获得的曲轴锻件满足抗拉强度≥760MPa，伸长率A≥10％，金相组织包括铁素体和珠光体，贝氏体含量≤2％，铁素体含量≥10％，布氏硬度为220-240HBW。可以提高曲轴锻件承受弯曲、扭转、剪切、抗压等应力的能力，延长使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图也属于本申请的保护范围。
图1为曲轴用非调质钢的偏析控制情况；
图2A为实施例1提供的曲轴锻件的金相图片；
图2B为对比例1提供的曲轴锻件的金相图片；
图3A为实施例1提供的曲轴锻件不同位置的硬度情况；
图3B为对比例1提供的曲轴锻件不同位置的硬度情况。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本申请实施例提供一种曲轴用非调质钢，其不含有V和Ti，但其相应的关于曲轴用非调质钢的轻质化，以及提高曲轴用非调质钢的强度和韧性的性能依然不会消失。主要是通过下列方式实现的：
曲轴用非调质钢的组成按重量百分数计为：C 0.36-0.39％，Si 0.50-0.65％，Mn1.35-1.50％，P 0-0.030％，S 0.040-0.055％，Cr 0-0.25％，Mo 0-0.20％，Al 0-0.03％，N0.010-0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质。其中，碳当量满足条件：Ceq＝C+Si/8+Mn/5+Cr/9，Ceq＝0.75-0.81％。
控制C的量在0.36-0.39％，能够使非调质钢的表面强度较高，且内部塑韧性较强，使获得的曲轴锻件的铁素体的含量较高。Si的量在0.50-0.65％，能够提高非调质钢的硬度和强度。Mn的含量在1.35-1.50％，能够起到固溶强化的作用，能够使非调质钢的淬透性较佳，且使其强度较佳，并能够减少曲轴锻件中出现的贝氏体的量。控制Cr的含量在0-0.25％，可以增加非调质钢的淬透性，改善非调质钢的力学性能。控制Mo的含量在0-0.20％，可以增加非调质钢的淬透性，改善非调质钢的力学性能，有利于提高韧性，且减少曲轴锻件中出现的贝氏体的量。
在一些实施例中，非调质钢的组成，C的重量百分数可以是：0.36％、0.37％、0.38％或0.39％；Si的重量百分数可以是：0.50％、0.54％、0.58％、0.62％或0.65％；Mn的重量百分数可以是：1.35％、1.40％、1.45％或1.50％；P的重量百分数可以是：0.000％、或0.010％、0.020％或0.030％；S的重量百分数可以是：0.040％、0.045％、0.050％或0.055％；Cr的重量百分数可以是：0.00％、0.05％、0.10％、0.15％、0.20％或0.25％；Mo的重量百分数可以是：0.00％、0.05％、0.10％、0.15％、0.20％或0.25％；Al的重量百分数可以是：0.00％、0.01％、0.02％或0.03％；N的重量百分数可以是：0.010％、0.12％、0.14％、0.16％、0.18％或0.020％。Ceq的值可以是：0.75％、0.77％、0.79％或0.81％。
进一步地，非调质钢的组成按重量百分数计为：Si 0.54-0.62％，Mn 1.45-1.50％，Cr 0.15-0.20％，Mo 0-0.05％，Al 0-0.01％，N 0.015-0.020％；其中，Ceq＝0.75-0.79％。
本申请提供的曲轴用非调质钢，在不含有V和Ti的情况下，控制非调质钢中的上述组分的量，且控制非调质钢的碳当量为0.75-0.81％，一方面没有造成曲轴用非调质钢的明显增重，使用其获得的曲轴锻件在使用的过程中，避免由于曲轴的旋转质量造成曲轴的离心力平衡负担；另一方面，可以使非调质钢的带状组织较小，晶粒细小，且淬透性合格，获得的曲轴锻件的铁素体含量较高，基本不出现贝氏体，满足曲轴的钢强度和刚度性能要求。
为了得到具有上述组分的曲轴用非调质钢，具体的制备工艺包括如下步骤：
S110，转炉冶炼：对钢铁料进行预脱氧和初始合金化得到钢水。
S120，LF钢包炉精炼：对钢水进行精炼，精炼包括精炼前期、精炼中期和精炼后期，精炼前期，造渣量较多；精炼中期，造渣的量逐渐减少；精炼后期，造渣的量较少。工作人员通过观察造渣的情况，并根据经验进行判断，就能够获知精炼的时期。
在精炼的时候，钢包底吹氩搅拌，在保持渣面微动的情况下通电加热，加入脱氧剂进行扩散脱氧，造白渣，形成还原性气氛，保持炉渣合适的流动性。
可选地，精炼前期10min内喂入90-110m的Al线进行脱氧，然后不再喂入Al线。在精炼前期，Al夹杂物会随着造渣上浮去除，而在精炼中后期，造渣的量会减少，Al夹杂物不能够随着造渣上浮有效去除。通过控制喂入Al线的时间以及长度，可以避免非调质钢中形成大量的含Al夹杂物。
在一些实施例中，喂入Al线的长度可以是90m、95m、100m、105m或110m。
S130，RH真空脱气：进行真空处理，真空处理结束之后，不喂入钙线。可选的，也可以喂入少量的Ca线，但其属于不可避免的杂质，曲轴用非调质钢中的组分中不存在Ca元素。避免非调质钢中形成大尺寸的钙铝酸盐类夹杂物。
S140，连铸得到铸坯：连铸过程中，钢水温度控制在钢水过热度为15-30℃内。例如：钢水过热度为15℃、20℃、25℃或30℃。
连铸过程中，采用结晶器电磁搅拌、末端电磁搅拌和凝固末端轻压下量等三个条件进行联合控制铸坯从表到里的成分均匀性。其中，结晶器电磁搅拌参数为620-640A/2.5Hz，末端电磁搅拌参数为590-610A/3.5Hz，凝固末端轻压下7-9mm。可以减少成分偏析，避免铸坯心部出现压下裂纹，提高铸坯质量，使曲轴用非调质钢的均匀性更好。
在一些实施例中，结晶器电磁搅拌参数为620A/2.5Hz、625A/2.5Hz、630A/2.5Hz、635A/2.5Hz或640A/2.5Hz；末端电磁搅拌参数为590A/3.5Hz、595A/3.5Hz、600A/3.5Hz、605A/3.5Hz或610A/3.5Hz；凝固末端轻压下7mm、7.5mm、8mm、8.5mm或9mm。
需要说明的是，铸坯的材料与上述曲轴用非调质钢的组成一致。
为了使搅拌更加均匀，避免出现过度搅拌，减少成分偏析，降低对后续曲轴锻件硬度均匀性的影响。搅拌时，先沿正向搅拌10-15s，再逆向搅拌8-10s，再正向搅拌10-15s，如此反复交替搅拌。例如：先顺时针搅拌10s、12s、14s或15s；再逆时针搅拌8s、9s或10s，如此反复交替搅拌。
S150，加热轧制：铸坯加热的温度为1200-1280℃，铸坯加热的时间为200-300min。铸坯加热以后进行空冷，得到曲轴用非调质钢(圆钢)。其中，铸坯加热的温度可以是1200℃、1240℃、1270℃或1280℃，铸坯加热的时间可以是200min、220min、240min或300min。
S160，试样组织、性能检测：将获得的曲轴用非调质钢进行试样组织以及性能检测。其中，带状组织的检测方式是：取轧制的圆钢按照国标检测圆钢1/2半径位置处的带状组织。淬透性的检测方式是：取样按照正火温度860±5℃，然后端部淬火处理后检测圆钢的淬透性值。力学性能的检测方式是：取样按照1150-1250℃温度进行加热，然后空冷，检测热处理样的力学性能(强度、伸长率及布氏硬度)。
通过上述检测以后，可知获得的曲轴用非调质钢的淬透性为：J5mm47-52HRC，J9mm35-42HRC，J13mm 30-36HRC；抗拉强度≥760MPa；伸长率A≥14％；带状组织≤2.0级；布氏硬度为220-250HBW。使用本申请实施例提供的曲轴用非调质钢制备曲轴锻件，可以使获得的曲轴锻件的贝氏体含量减少，铁素体含量增加，伸长率增大，抗拉强度增强。
在一些实施例中，曲轴用非调质钢的淬透性可以为：J5mm 47HRC、J5mm 49HRC、J5mm 51HRC或J5mm 52HRC，J9mm 35HRC、J9mm 37HRC、J9mm 39HRC或J9mm 42HRC，J13mm30HRC、J13mm 32HRC、J13mm34HRC或J13mm 36HRC；抗拉强度可以为760MPa、770MPa、780MPa、790MPa或800MPa；伸长率A可以为14％、16％、18％、20％或22％；带状组织可以为2.0级或1.5级；布氏硬度可以为220HBW、230HBW、240HBW或250HBW。
使用上述曲轴用非调质钢可以制备曲轴锻件，具体的制备工艺包括如下步骤：
S210，获得曲轴毛坯：将使用上述制备工艺获得的曲轴用非调质钢(圆钢)下料成曲轴毛坯。其中，圆钢下料成曲轴毛坯的长度为290-310mm。例如：曲轴毛坯的长度为290mm、295mm、300mm、305mm或310mm。
S220，加热：将曲轴毛坯置于中频加热炉中进行加热，其中，曲轴加热的温度为1200-1260℃，曲轴加热的时间为30-40s。例如：曲轴加热的温度为1200℃、1210℃、1220℃、1230℃、1240℃、1250℃或1260℃；曲轴加热的时间为30s、32s、34s、36s、38s或40s。
S230，锻造：通过辊锻、模锻对加热后的曲轴毛坯进行切边。其中，开锻温度为1170-1230℃，终锻温度为970-1030℃。例如：开锻温度为1170℃、1190℃、1210℃或1230℃；终锻温度为970℃、990℃、1010℃或1030℃。
S240，冷却：将曲轴毛坯锻造完后，在半封闭的控温冷却线上，将曲轴悬挂起来，在空气中自然冷却至室温，得到曲轴锻件。
S250，锻件组织、性能检测：将获得的曲轴锻件进行锻件组织、性能检测。其检测方式是：取锻造后的曲轴锻件按照要求检测曲轴主轴、连杆颈等不同位置的样检测组织、硬度及力学性能。
通过上述检测以后，获得的曲轴锻件的抗拉强度≥760MPa；伸长率A≥10％；金相组织包括铁素体和珠光体；贝氏体含量≤2％；铁素体含量≥10％；布氏硬度为220-240HBW。
在一些实施例中，曲轴锻件的抗拉强度可以是760MPa、800MPa、810MPa、820MPa或830MPa；伸长率A可以是10％、12％、15％、20％或22％；金相组织包括铁素体和珠光体；贝氏体含量可以为2％、1.5％或1％；铁素体含量可以是10％、12％、15％、20％或25％；布氏硬度可以为220HBW、225HBW、230HBW、235HBW或240HBW。
通过上述曲轴用非调质钢获得的曲轴锻件满足上述条件，其在进行使用的时候，承受弯曲、扭转、剪切、抗压等应力的能力更强，使用寿命更长。
进一步地，曲轴锻件的伸长率A≥12％；贝氏体含量≤1％；铁素体含量≥15％；布氏硬度为220-235HBW。
可以提高曲轴锻件性能，曲轴有足够的强度和刚度，轴颈表面耐磨、工作均匀、平衡性好，延长使用寿命。
实施例
曲轴用非调质钢的组分如表1，
表1曲轴用非调质钢的组分(重量/％)
曲轴用非调质钢的制备工艺参数如表2，
表2曲轴用非调质钢的制备工艺参数
使用实施例1-实施例5和对比例1-对比例8提供的制备工艺参数制备得到曲轴用非调质钢。使用所得曲轴用非调质钢进行曲轴锻件的制备，曲轴锻件的制备工艺参数如表3，
表3曲轴锻件的制备工艺参数
曲轴加热的温度/℃ 曲轴加热的时间/s 曲轴锻造、冷却
实施例1 1235 32 锻后空气中自然冷却
实施例2 1228 31 锻后空气中自然冷却
实施例3 1247 34 锻后空气中自然冷却
实施例6 1247 34 锻后空气中自然冷却
实施例7 1235 32 锻后空气中自然冷却
对比例1 1251 33 锻后空气中自然冷却
对比例2 1238 37 锻后空气中自然冷却
对比例3 1241 35 锻后空气中自然冷却
对比例4 1231 34 锻后空气中自然冷却
对比例5 1238 33 锻后风机吹20s后空气自然冷却
对比例6 1235 32 锻后空气中自然冷却
对比例7 1235 32 锻后空气中自然冷却
对比例8 1235 32 锻后空气中自然冷却
实验例1
检测实施例1-实施例7以及对比例1-对比例6提供的曲轴用非调质钢的性能、组织，如表4，
其中，力学性能的检测方式是：取样按照1150-1250℃温度进行加热，然后空冷，检测热处理样的力学性能(强度、伸长率及布氏硬度)。淬透性的检测方式是：取样按照正火温度860±5℃，然后端部淬火处理后检测圆钢的淬透性值。带状组织的检测方式是：取轧制的圆钢按照国标检测圆钢1/2半径位置处检测带状组织。
表4曲轴用非调质钢的性能、组织
检测实施例1-实施例5以及对比例1-对比例8提供的曲轴锻件的性能及组织，得到表5，取锻造后的曲轴锻件按照要求检测曲轴主轴、连杆颈等不同位置的样检测组织、硬度及力学性能。
表5曲轴锻件的性能、组织
表1-表5中，从实施例1-实施例3可以看出，曲轴用非调质钢的成分满足：C 0.36-0.39％，Si 0.50-0.65％，Mn 1.35-1.50％，P 0-0.030％，S 0.040-0.055％，Cr 0-0.25％，Mo 0-0.20％，Al 0-0.03％，N 0.010-0.020％，Ceq＝0.75-0.81％；且曲轴用非调质钢的制备工艺满足：结晶器电磁搅拌参数为620-640A/2.5Hz，末端电磁搅拌参数为590-610A/3.5Hz，凝固末端轻压下7-9mm。所得的非调质钢的性能满足淬透性为：J5mm 47-52HRC，J9mm35-42HRC，J13mm 30-36HRC；抗拉强度≥760MPa；伸长率A≥14％；带状组织≤2.0级；布氏硬度为220-250HBW。使用上述非调质钢制备曲轴锻件的工艺满足：曲轴加热的温度为1200-1260℃，曲轴加热的时间为30-40s；在空气中自然冷却。所得的曲轴锻件的性能满足曲轴锻件的抗拉强度≥760MPa；伸长率A≥10％；金相组织包括铁素体和珠光体；贝氏体含量≤2％；铁素体含量≥10％；布氏硬度为220-240HBW。
从实施例4可以看出，如果Mn的含量较小，得到的曲轴用非调质钢满足其性能，但是相较于实施例1-实施例3，屈服强度相对小一点，抗拉强度相对小一点，伸长率相对大一点，淬透性相对小一点。使用其用来制备曲轴锻件，所得曲轴锻件的屈服强度相对小一点，布氏硬度稍大，超过240HBW；抗拉强度稍小，小于760MPa。
从实施例5可以看出，如果Si的含量较大，得到的曲轴用非调质钢满足其性能，但是相较于实施例1-实施例3，屈服强度相对小一点，抗拉强度相对小一点，伸长率相对大一点，带状组织相对大一点。使用其制备曲轴锻件，所得曲轴锻件的屈服强度相对大一点，布氏硬度稍大，超过240HBW，抗拉强度稍大。
从对比例1(曲轴用非调质钢的Mn和C含量过多)和对比例2(曲轴用非调质钢的Mn含量过多)可以看出，所得的曲轴用非调质钢的淬透性不合格。使用其来制备曲轴锻件，所得的曲轴锻件的布氏硬度较大，超过240HBW，且铁素体含量过低，小于10％。
从对比例3可以看出，曲轴用非调质钢的碳当量过低，所得曲轴用非调质钢的抗拉强度过低，淬透性不合格，抗拉强度过小。使用其制备曲轴锻件，所得曲轴锻件的伸长率不合格，布氏硬度过大，超过240HBW，铁素体含量低，含有较多的贝氏体。
从对比例4可以看出，曲轴用非调质钢的组分满足上述条件，曲轴用非调质钢的制备工艺不满足：凝固末端轻压下8mm，则得到的曲轴用非调质钢的带状组织较大，为2.5级，2.0级。使用其制备曲轴锻件，所得曲轴锻件的布氏硬度过大，超过240HBW，铁素体含量较低，小于15％。
从对比例5可以看出，曲轴用非调质钢的组分满足上述条件，曲轴用非调质钢的制备工艺满足上述条件，则得到的曲轴用非调质钢满足上述性能。使用其制备曲轴锻件，所得曲轴锻件的布氏硬度过大，超过240HBW，铁素体含量较低，小于15％。
从对比例6可以看出，曲轴用非调质钢的组分中含有V，制备工艺不满足凝固末端轻压下8mm，所得曲轴用非调质钢的布氏硬度完全不合格，不能检测出来，淬透性过高，带状组织过大。使用其制备曲轴锻件，所得曲轴锻件的伸长率不合格，布氏硬度过大，超过240HBW，铁素体含量低，含有较多的贝氏体。
从对比例7可以看出，曲轴用非调质钢的组分中含有Ti，所得曲轴用非调质钢的布氏硬度完全不合格，不能检测出来。使用其用来制备曲轴锻件，所得曲轴锻件的布氏硬度过大，超过240HBW。
从对比例8可以看出，曲轴用非调质钢的组分中含有V和Ti，制备工艺不满足结晶器电磁搅拌参数为620-640A/2.5Hz，所得曲轴用非调质钢的布氏硬度完全不合格，不能检测出来，淬透性过高，带状组织较大。使用其制备曲轴锻件，所得曲轴锻件的布氏硬度过大，超过250HBW，铁素体含量低，含有较多的贝氏体。
实验例2
将实施例1、实施例4和对比例2提供的曲轴用非调质钢进行偏析控制情况的检测如图1。从图1可以看出，实施例1提供的曲轴用非调质钢的偏析控制情况优于对比例2提供的曲轴用非调质钢的偏析控制情况。实施例1提供的曲轴用非调质钢的偏析控制情况优于实施例4提供的曲轴用非调质钢的偏析控制情况。说明Mn的值过大，或Mn的值过小，均会影响曲轴用非调质钢的偏析控制情况。
检测实施例1和对比例1得到的曲轴锻件的金相图片。其中，图2A为实施例1提供的曲轴锻件的金相图片(灰度处理)；图2B为对比例1提供的曲轴锻件的金相图片(灰度处理)。从图2A和图2B对比可以看出，实施例1提供的曲轴锻件的铁素体高于对比例1提供的曲轴锻件的铁素体。
将实施例1和对比例1得到的曲轴锻件进行不同位置的硬度情况的检测如图3A和图3B。其中，图3A为实施例1提供的曲轴锻件不同位置的硬度情况，图3A的横坐标为曲轴的不同位置(分别为第2、4主轴颈和第2连杆颈，表面往里4mm、6mm和10mm处)，纵坐标为布氏硬度(HBW)；图3B为对比例1提供的曲轴锻件不同位置的硬度情况，图3B的横坐标为曲轴的不同位置(分别为第2、4主轴颈和第2连杆颈，表面往里4mm、6mm和10mm处)，纵坐标为布氏硬度(HBW)。图3A和图3B对比可以看出，实施例1提供的曲轴锻件的硬度控制较好，硬度均匀性好，对比例1提供的曲轴锻件的硬度控制不好，硬度均匀性不好。
以上所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (10)

1.一种曲轴用非调质钢，其特征在于，所述非调质钢的组成按重量百分数计为：C0.36-0.39％，Si 0.50-0.65％，Mn 1.35-1.50％，P 0-0.030％，S 0.040-0.055％，Cr 0-0.25％，Mo 0-0.20％，Al 0-0.03％，N 0.010-0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质；
其中，碳当量满足条件：Ceq＝C+Si/8+Mn/5+Cr/9，Ceq＝0.75-0.81％。
2.根据权利要求1所述的曲轴用非调质钢，其特征在于，所述非调质钢的组成按重量百分数计为：Si 0.54-0.62％，Mn 1.45-1.50％，Cr 0.15-0.20％，Mo 0-0.05％，Al 0-0.01％，N 0.015-0.020％；其中，Ceq＝0.75-0.79％。
3.一种曲轴用非调质钢，其特征在于，所述非调质钢的组成按重量百分数计为：C0.36-0.39％，Si 0.50-0.65％，Mn 1.35-1.50％，P 0-0.030％，S 0.040-0.055％，Cr 0-0.25％，Mo 0-0.20％，Al 0-0.03％，N 0.010-0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质；
其中，碳当量满足条件：Ceq＝C+Si/8+Mn/5+Cr/9，Ceq＝0.75-0.81％；所述曲轴用非调质钢的淬透性为：J5mm 47-52HRC，J9mm 35-42HRC，J13mm 30-36HRC；抗拉强度≥760MPa；伸长率A≥14％；带状组织≤2.0级；布氏硬度为220-250HBW。
4.根据权利要求3所述的曲轴用非调质钢，其特征在于，所述非调质钢的组成按重量百分数计为：Si 0.54-0.62％，Mn 1.45-1.50％，Cr 0.15-0.20％，Mo 0-0.05％，Al 0-0.01％，N 0.015-0.020％；其中，Ceq＝0.75-0.79％。
5.一种曲轴用非调质钢的制备工艺，其特征在于，包括连铸得到铸坯：
所述连铸中，结晶器电磁搅拌参数为620-640A/2.5Hz，末端电磁搅拌参数为590-610A/3.5Hz，凝固末端轻压下7-9mm；
其中，所述铸坯的材料按照重量百分数计，包括C 0.36-0.39％，Si 0.50-0.65％，Mn1.35-1.50％，P 0-0.030％，S 0.040-0.055％，Cr 0-0.25％，Mo 0-0.20％，Al 0-0.03％，N0.010-0.020％，余量为Fe和不可避免的杂质；碳当量满足条件：Ceq＝C+Si/8+Mn/5+Cr/9，Ceq＝0.75-0.81％；
可选的，所述铸坯的材料按照重量百分数计，包括Si 0.54-0.62％，Mn 1.45-1.50％，Cr 0.15-0.20％，Mo 0-0.05％，Al 0-0.01％，N 0.015-0.020％；其中，Ceq＝0.75-0.79％。
6.根据权利要求5所述的曲轴用非调质钢的制备工艺，其特征在于，搅拌时，先沿正向搅拌10-15s，再逆向搅拌8-10s，再正向搅拌10-15s，如此反复；
可选的，所述连铸中，钢水温度控制在钢水过热度为15-30℃内。
7.根据权利要求5所述的曲轴用非调质钢的制备工艺，其特征在于，所述连铸之后，还包括加热轧制的步骤：铸坯加热的温度为1200-1280℃，铸坯加热的时间为200-300min。
8.根据权利要求5所述的曲轴用非调质钢的制备工艺，其特征在于，所述连铸之前，还包括LF钢包炉精炼的步骤：精炼前期10min内喂入90-110m的Al线进行脱氧，然后不再喂入Al线；
可选的，所述LF钢包炉精炼之后，所述连铸之前，还包括RH真空脱气的步骤：其中，所述RH真空脱气之后，不喂入Ca线。
9.一种曲轴锻件，其特征在于，由权利要求1-4任一项所述的曲轴用非调质钢制成，所述曲轴锻件的抗拉强度≥760MPa；伸长率A≥10％；金相组织包括铁素体和珠光体；贝氏体含量≤2％；铁素体含量≥10％；布氏硬度为220-240HBW；
可选的，所述曲轴锻件的伸长率A≥12％；贝氏体含量≤1％；铁素体含量≥15％；布氏硬度为220-235HBW。
10.一种曲轴锻件的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
加热：曲轴加热的温度为1200-1260℃，曲轴加热的时间为30-40s；
锻造：开锻温度为1170-1230℃，终锻温度为970-1030℃；
冷却：在空气中自然冷却；
其中，曲轴由权利要求1-4任一项所述的曲轴用非调质钢制成。
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