CN110756583A - 非调质钢的制备方法以及利用其制备细晶锻件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发动机非调质胀断连杆用钢及其细晶锻件制造方法，所述连杆用钢的制备方法包括将非调质钢材轧制为Φ37‑40的棒材，所述棒材经开轧、穿水冷却、精轧、穿水冷却和终轧；所述轧制加热温度为1150‑1200℃，开轧温度为1110‑1160℃，精轧温度为860‑900℃，终轧温度为830‑860℃；所述连杆用细晶锻件的制备方法包括下料、感应加热、辊锻、吹风、锻造成型、冲孔切边、整形和控制冷却，所述连杆感应加热的温度为1260‑1280℃，辊锻温度为1200‑1250℃，锻造成型温度为1050‑1100℃。本发明制备的连杆有效细化了连杆的晶粒度，提高了材料的强度和韧、塑性，简化了生产工艺。

Description

非调质钢的制备方法以及利用其制备细晶锻件的方法
技术领域
本发明涉及一种发动机非调质涨断连杆的制备方法，具体是一种发动机涨断连杆用钢及其细晶锻件的制备方法。
背景技术
近年来，随着汽车产业的不断优化升级，微合金非调质钢代替调质钢应用于汽车产业的优点日益突出，因其具有优异的加工性能、绿色节能的环境效益和较低的生产费用而日趋广泛地用于汽车锻件。连杆是汽车发动机中的主要零件之一，主要用于连接发动机的活塞和曲轴，要承受一定的压缩、拉伸等交变载荷，因此要求发动机连杆具有良好的力学性能。目前，发动机连杆大多采用调质钢制造，其繁琐的调质、校直、加工等工序，生产成本高、能量消耗大，加剧了环境污染，且存在淬火变形、开裂等质量问题，与汽车工业发展中的节能减排不相符。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种发动机非调质涨断连杆用钢及其细晶锻件的制备方法。能够有效细化连杆的晶粒度，提高材料的强度、韧性和塑性，有效提高连杆的综合力学性能，并可取消调质处理、简化加工工艺等。
技术方案：本发明的非调质钢的制备方法，包括开轧、穿水冷却、精轧、穿水冷却以及终轧的步骤，得到Φ37-40的非调质钢的棒材。
其中，轧制加热温度为1150-1200℃，其中，开轧温度为1110-1160℃，精轧温度为860-900℃，终轧温度为830-860℃。
制备的非调质钢的化学元素成分如下(质量百分比％)：C：0.36-0.42；Si：0.60-0.75；Mn：0.95-1.05；P：0.020-0.045；S：0.060-0.090；Cr：0.100-0.25；Ni：0.010-0.20；Mo：0.02-0.06；Al：0.0070-0.010；Cu：0.06-0.40；V：0.20-0.35；Ti：0.003；N：0.0150-0.0200；余量为Fe和杂质。
采用适宜的轧制加热温度，可以使材料中的微合金元素能够充分地固熔于奥氏体中，在轧制后冷却时以弥散、细小的颗粒状第二相的形式从基体中析出，在后续锻造加热时起到阻碍晶粒长大的作用，以此达到细化晶粒的作用。
终轧后，所得棒材加热至1150℃，保温15min后检验其奥氏体晶粒度，所述奥氏体晶粒度细于8级。其目的是为了确保连杆在经过后续锻造工序后，具有较细的晶粒度。
利用上述的制备方法制备的非调质钢制备细晶锻件的方法，包括下料、感应加热、辊锻、吹风、锻造成型、冲孔切边、整形以及控制冷却的步骤。
非调质钢的化学元素成分如下(质量百分比％)：C：0.36-0.42；Si：0.60-0.75；Mn：0.95-1.05；P：0.020-0.045；S：0.060-0.090；Cr：0.100-0.25；Ni：0.010-0.20；Mo：0.02-0.06；Al：0.0070-0.010；Cu：0.06-0.40；V：0.20-0.35；Ti：0.003；N：0.0150-0.0200；余量为Fe和杂质。
其中，感应加热工序的温度为1260-1280℃，采用适宜的加热温度，可以使轧制后材料中析出的微合金第二相能够充分地固溶于奥氏体中，从而达到弥散强化的目的。
辊锻工序中(预锻)温度为1220-1250℃，锻造成型(终锻)温度为1050-1100℃，所述辊锻工序后，将工件分散放置于以一定速度前进的传送带上，并辅以吹风，使其温度降至1050-1150℃后再进行锻造成型工序。
采用适当的锻造温度，不仅有利于对材料进行锻造成型，还可以减少轧制冷却后从基体中析出的弥散、细小的第二相重新溶入基体，保证有充足的第二相颗粒阻碍再结晶晶粒长大。
所述辊锻工序是横向辊压成中部为圆杆、两端为球形的哑铃状预锻件；所述锻造成型工序是对所述哑铃状预锻件进行横向模锻，且锻造成型后连杆工字筋部位总变形量为75-80％，大头部位总变形量为35-40％，小头部位总变形量为40-45％。
采用足够的变形量可以使连杆锻造时更易发生完全动态再结晶，并提高再结晶形核率，从而达到起到细化晶粒的作用。
所述冲孔切边工序和整形工序的温度为1000-1050℃。
所述控制冷却工序是将工件分散悬挂于以一定速度前进的冷却线上，采用旋转吹风的冷却方式，对发动机涨断连杆进行吹风冷却，使发动机涨断连杆以较快的冷却速度冷至Ac1以下某一温度；然后放入料箱集中冷却，以较慢冷却速度缓慢冷却至室温。
旋转吹风的冷却速度为3-5℃/s，优选5℃/s，料箱中冷却速度不大于2.0℃/s。
所述控制冷却工序主要作用是使工件在较大的过冷度下均匀冷却，以此减少晶粒长大的能量，同时也缩短了晶粒长大的时间，从而限制了晶粒的长大，达到了控制晶粒度的目的。由于旋转吹风获得的组织较为均匀，有利于后续的切削加工和避免感应淬火变形、开裂等问题，并可进一步提高疲劳性能等。然后放入料箱集中冷却，使工件以低于2.0℃/s冷却速度冷却至室温，可以让过冷奥氏体向铁素体和珠光体组织充分转变，获得细小的晶内铁素体和细小的珠光体组织，增强连杆的强韧性。
采用上述发动机非调质涨断连杆用钢及其细晶锻件的制造方法制造的连杆，所述连杆由大、小头部位和杆部三个部分构成的一个实心整体。经锻造和冷却后，最终所得连杆的大、小头部位晶粒度为8.5-9级；连杆的杆部晶粒度细于10级；所述大、小头部位和杆部的组织均为珠光体和铁素体。
有益效果：本发明制备的连杆锻件，在达到了汽车用连杆相关技术要求的同时，还有效细化了连杆的晶粒度，提高了材料的强度和韧、塑性，起到细晶强化的作用，有效提高了连杆的综合力学性能，解决了传统非调质钢连杆在锻造后晶粒粗大的缺点；而且简化了生产工艺，获得良好的经济效益、社会效益和环境效益。
具体实施方式
实施例1
将含有以下质量百分含量的化学元素C:0.38％；Si:0.69％；Mn:1.003％；P:0.0269％；S:0.0813％；Cr:0.168％；Ni:0.061％；Mo:0.0246％；Al:0.0071％；Cu:0.067％；V:0.2822％；Ti:0.003％；N:0.015％，余量为Fe和杂质的非调质钢加热至1160℃；通过开轧、穿水冷却、精轧、穿水冷却、终轧工序对材料进行轧制，开轧温度1110℃，终轧温度为830℃，其中材料的精轧温度为860℃，经轧制处理后所得棒材的直径为37mm。
将上述棒材感应加热至1260℃；通过辊锻和锻造成型工序对轧制后所得棒材进行辊锻，辊锻(预锻)温度为1250℃；辊锻后将工件分散放置于以一定速度前进的传送带上，并辅以吹风，使其温度降至1100℃后进行锻造成型；锻造成型(终锻)温度为1100℃，锻造成型后连杆工字筋部位总变形量为75-80％，大头部位总变形量为35-40％，小头部位总变形量为40-45％；锻造完成后进行冲孔切边和校直，工件冲孔切边后温度约为1050℃，工件校直后温度约为1030℃。校直完成后进入控制冷却工序。将工件分散悬挂于以一定速度前进的冷却线上，旋转吹风冷却。通过协调鼓风机的风量、外界环境温度等，借助红外线测温仪，保证连杆以5℃/s的冷却速度冷至600℃，然后放入料箱集中冷却，以小于1.8℃/s冷却速度冷却至室温，得到所述连杆。
实施例2
将含有以下质量百分含量的化学元素C:0.38％；Si:0.69％；Mn:1.003％；P:0.0269％；S:0.0813％；Cr:0.168％；Ni:0.061％；Mo:0.0246％；Al:0.0071％；Cu:0.067％；V:0.2822％；Ti:0.003％；N:0.015％，余量为Fe和杂质的非调质钢加热至1170℃；通过开轧、穿水冷却、精轧、穿水冷却、终轧工序对材料进行轧制，开轧温度1110℃，终轧温度为830℃，其中材料的精轧温度为860℃，经轧制处理后所得棒材的直径为37mm。
将上述棒材感应加热至1270℃；通过辊锻和锻造成型工序对轧制后所得棒材进行辊锻，辊锻(预锻)温度为1240℃；辊锻后将工件分散放置于以一定速度前进的传送带上，并辅以吹风，使其温度降至1070℃后进行锻造成型；锻造成型(终锻)温度为1070℃，锻造成型后连杆工字筋部位总变形量为75-80％，大头部位总变形量为35-40％，小头部位总变形量为40-45％；锻造完成后进行冲孔切边和校直，工件冲孔切边后温度约为1030℃，工件校直后温度约为1010℃。校直完成后进入控制冷却工序。将工件分散悬挂于以一定速度前进的冷却线上，旋转吹风冷却。通过协调鼓风机的风量、外界环境温度等，借助红外线测温仪，保证连杆以5℃/s的冷却速度冷至600℃，然后放入料箱集中冷却，以小于1.8℃/s冷却速度冷却至室温，得到所述连杆。
实施例3
将含有以下质量百分含量的化学元素C:0.38％；Si:0.69％；Mn:1.003％；P:0.0269％；S:0.0813％；Cr:0.168％；Ni:0.061％；Mo:0.0246％；Al:0.0071％；Cu:0.067％；V:0.2822％；Ti:0.003％；N:0.015％，余量为Fe和杂质的非调质钢加热至1155℃；通过开轧、穿水冷却、精轧、穿水冷却、终轧工序对材料进行轧制，开轧温度1110℃，终轧温度为860℃，其中材料的精轧温度为900℃，经轧制处理后所得棒材的直径为37mm。
将上述棒材感应加热至1260℃；通过辊锻和锻造成型工序对轧制后所得棒材进行辊锻，辊锻(预锻)温度为1250℃；辊锻后将工件分散放置于以一定速度前进的传送带上，并辅以吹风，使其温度降至1090℃后进行锻造成型；锻造成型(终锻)温度为1090℃，锻造成型后连杆工字筋部位总变形量为75-80％，大头部位总变形量为35-40％，小头部位总变形量为40-45％；锻造完成后进行冲孔切边和校直，工件冲孔切边后温度约为1050℃，工件校直后温度约为1030℃。校直完成后进入控制冷却工序。将工件分散悬挂于以一定速度前进的冷却线上，旋转吹风冷却。通过协调鼓风机的风量、外界环境温度等，借助红外线测温仪，保证连杆以5℃/s的冷却速度冷至600℃，然后放入料箱集中冷却，以小于1.8℃/s冷却速度冷却至室温，得到所述连杆。
实施例4
将含有以下质量百分含量的化学元素C:0.38％；Si:0.69％；Mn:1.003％；P:0.0269％；S:0.0813％；Cr:0.168％；Ni:0.061％；Mo:0.0246％；Al:0.0071％；Cu:0.067％；V:0.2822％；Ti:0.003％；N:0.015％，余量为Fe和杂质的非调质钢加热至1155℃；通过开轧、穿水冷却、精轧、穿水冷却、终轧工序对材料进行轧制，开轧温度1110℃，终轧温度为830℃，其中材料的精轧温度为860℃，经轧制处理后所得棒材的直径为37mm。
将上述棒材感应加热至1250℃；通过辊锻和锻造成型工序对轧制后所得棒材进行辊锻，辊锻(预锻)温度为1240℃；辊锻后将工件分散放置于以一定速度前进的传送带上，并辅以吹风，使其温度降至1080℃后进行锻造成型；锻造成型(终锻)温度为1080℃，锻造成型后连杆工字筋部位总变形量为75-80％，大头部位总变形量为35-40％，小头部位总变形量为40-45％；锻造完成后进行冲孔切边和校直，工件冲孔切边后温度约为1040℃，工件校直后温度约为1020℃。校直完成后进入控制冷却工序。将工件分散悬挂于以一定速度前进的冷却线上，旋转吹风冷却。通过协调鼓风机的风量、外界环境温度等，借助红外线测温仪，保证连杆以5℃/s的冷却速度冷至600℃，然后放入料箱集中冷却，以小于1.8℃/s冷却速度冷却至室温，得到所述连杆。
上述实施例1-4制得到的连杆，是由锻造状态的大、小头部位和杆部构成的一个实心整体。其中连杆的大、小头部位晶粒度为8.5～9级；连杆的杆部晶粒度细于10级，其抗拉强度大于1060MPa，屈服强度大于800MPa，屈强比在于0.75，硬度大于304HB；所述大、小头部位和杆部的组织均为珠光体和铁素体。其中连杆的大头部位、小头部位和杆部三个部分的组织均为珠光体和铁素体，具有较好的组织均匀性和较高的力学性。

Claims (10)

1.一种非调质钢的制备方法，其特征在于：包括开轧、穿水冷却、精轧、穿水冷却以及终轧的步骤，得到Φ37-40的非调质钢的棒材；
其中，轧制加热温度为1150-1200℃，其中，开轧温度为1110-1160℃，精轧温度为860-900℃，终轧温度为830-860℃。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：终轧后，所得棒材加热至1150℃，保温15min后检验其奥氏体晶粒度。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：按质量百分比，制备所述非调质钢的各成分包括：C：0.36-0.42％；Si：0.60-0.75％；Mn：0.95-1.05％；P：0.020-0.045％；S：0.060-0.090％；Cr：0.100-0.25％；Ni：0.010-0.20％；Mo：0.02-0.06％；Al：0.0070-0.010％；Cu：0.06-0.40％；V：0.20-0.35％；Ti：0.003％；N：0.0150-0.0200％；余量为Fe和杂质。
4.一种利用权利要求1-3任一所述的非调质钢制备细晶锻件的方法，其特征在于：包括下料、感应加热、辊锻、吹风、锻造成型、冲孔切边、整形以及控制冷却的步骤；
其中，感应加热工序的温度为1260-1280℃，辊锻工序中温度为1220-1250℃，锻造成型温度为1050-1100℃。
5.根据权利要求4所述的制备细晶锻件的方法，其特征在于：所述辊锻工序后，将工件分散放置并辅以吹风，使其温度降至1050-1150℃后再进行锻造成型工序。
6.根据权利要求4所述的制备细晶锻件的方法，其特征在于：所述辊锻工序是横向辊压成中部为圆杆、两端为球形的哑铃状预锻件。
7.根据权利要求6所述的制备细晶锻件的方法，其特征在于：所述锻造成型工序是对所述哑铃状预锻件进行横向模锻，且锻造成型后连杆工字筋部位总变形量为75-80％，大头部位总变形量为35-40％，小头部位总变形量为40-45％。
8.根据权利要求4所述的制备细晶锻件的方法，其特征在于：所述冲孔切边工序和整形工序的温度为1000-1050℃。
9.根据权利要求4所述的制备细晶锻件的方法，其特征在于：所述控制冷却工序是将工件分散悬挂并采用旋转吹风的冷却方式使其冷却至Ac1以下，然后放入料箱集中冷却至室温。
10.根据权利要求9所述的制备细晶锻件的方法，其特征在于：旋转吹风的冷却速度为3-5℃/s，料箱中冷却速度不大于2.0℃/s。
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