一种Ca微合金化易切削高强度胀断连杆用钢及制造方法技术

本发明专利技术涉及一种Ca微合金化易切削高强度胀断连杆用钢，该钢材的化学成分按质量百分比计为C：0.25～0.60%，Si：0.10～1.20%，Mn：0.40～1.50%，Cr：0.05～0.50%，S：0.02～0.15%，P：0.02～0.15%，V：0.03～0.55%，Ca：0.0005～0.0080%，N：0.002～0.035%，Al：0.002～0.080%，Ti：≤0.02%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素。该钢材经冶炼、连铸、加热、热轧、冷却，组织特征为均匀的铁素体+珠光体。钢材通过优化钢材中关键元素，特别采用Ca微合金化，获得一种具备高强度、良好的切削加工性、良好的胀断性综合性能优良的胀断连杆用钢，满足了发动机轻量化、经济性及驾驶舒适性的设计要求。

Ca micro alloyed steel for easy cutting and high strength expansion and breaking connecting rod and manufacturing method thereof

The invention relates to a Ca microalloyed high strength connecting rod free cutting steel, chemical composition of the steel in weight percentage of C:0.25 ~ 0.60%, Si:0.10 ~ 1.20%, Mn:0.40 ~ 1.50%, Cr:0.05 ~ 0.50%, S:0.02 ~ 0.15%, P:0.02 ~ 0.15%, V:0.03 ~ 0.55%, Ca:0.0005 ~ 0.0080%, N:0.002 ~ 0.035%, Al:0.002 ~ 0.080%, Ti: 0.02% or less, the balance of impurity Fe and inevitable. The steel is characterized by homogeneous ferrite + pearlite after smelting, continuous casting, heating, hot rolling and cooling. Through the optimization of the key elements of steel in steel, especially micro alloying with Ca, obtained with a high strength, good machinability, good expansion and excellent breaking performance of connecting rod steel, meet the lightweight, fuel economy and design of driving comfort requirements.

【技术实现步骤摘要】
一种Ca微合金化易切削高强度胀断连杆用钢及制造方法
本专利技术涉及一种Ca微合金化钢材料及其制造方法，尤其涉及一种易切削高强度胀断连杆用钢及其制造方法。
技术介绍
随着交通运输业的快速发展。汽车、轮船等交通工具发动机使用高强度、易切削胀断连杆钢的比例不断提高。能源压力要求发动机连杆具有更高的强度以实现轻量化及良好的切削性能。驾驶的舒适性又要求发动机连杆具有良好的装配性，而胀断连杆具有相比于切断连杆具有更优的装配性能。为满足上述要求，专利技术一种Ca微合金化易切削高强度胀断连杆具有广阔的市场前景。申请号201510612936.4公开的一种易切削中碳非调质胀断连杆用钢及其制造方法，是一种易切削中碳非调质胀断连杆用钢，其特点在于其微观组织包括铁素体+珠光体，以及第二相粒子VN；所述钢种C：0.2～0.55%，Si：0.35～1.00%，Mn：0.5～1.70%，S：0.01～0.09%，P：0.03～0.15%，Cr：0.05～0.50%，V：0.05～0.45%，N：0.005～0.030%其余为Fe及其他不可避免的杂质。该钢种为一种中碳含钒非调质钢，用于制作胀断连杆，该钢种添加了元素S、P等元素，使钢材中生成复合类型的夹杂改善材料的切削性能；同时降低材料塑性变形性能，便于连杆胀断加工，又不明显影响材料的强度及疲劳寿命。但是，夹杂物类型、大小、形貌控制不良，使得材料得不到较好的综合性能。申请号201610396333.X公开的36MnVS4胀断连杆用钢制造方法，所述钢种通过控制P含量在0.020～0.030%提高胀断性能，同时控制残余元素Cr在0.10～0.15%，碳当量控制在1.18～1.27%，已提高材料性能，但是该钢种合金元素偏低，力学性能相对较低，为满足零件设计的性能要求需使用规格更大的材料，不利于发动机轻量化要求。申请号200880118575.6公开的裂解连杆用钢，所述钢种C：0.25～0.5%，Si：0.01～2.0%，Mn：0.5～2.0%，S：0.01～0.2%，P：0.015～0.080%，V：0.02～2.0%，Cr：0.05～1.0%，Ti：0.01～0.10%，N：0.01%以下，其余为Fe及其他不可避免的杂质。该钢种的切削性有所改善，但仍难解决切削性和裂解性并立的困难，而且为了提高切削性该钢种适当减少了合金添加量，导致了材料强度的下降。且此钢种添加较高含量的Ti元素，使得钢中生成较大量的有害含Ti夹杂物，使得材料的疲劳性能显著降低。综上，为了适应经济环保及驾驶舒适性的发动机连杆的生产需要，能够生产出一种易切削、高强度、易胀断，成分简单、工艺简单、生产高效的连杆用钢是本领域技术人员迫切需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种Ca微合金化易切削高强度胀断连杆用钢，该钢材具有较高的屈服强度、抗拉强度及较高的疲劳性能。另外，本专利技术所述的易切削中碳非调质胀断连杆用钢切削加工性良好，且具有良好的脆性胀断性能。本专利技术另一目的是提供一种Ca微合金化易切削高强度胀断连杆用钢的制造方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为，一种Ca微合金化易切削高强度胀断连杆用钢，该钢材的化学成分按质量百分比计为C：0.25～0.60%，Si：0.10～1.20%，Mn：0.40～1.50%，Cr：0.05～0.50%，S：0.02～0.15%，P：0.02～0.15%，V：0.03～0.55%，Ca：0.0005～0.0080%，N：0.002～0.035%，Al：0.002～0.080%，Ti：≤0.02%，余量为Fe及不可避免的杂质元素，S/Ca：≥15。本专利技术钢材力学性能满足：屈服强度为550～650MPa，抗拉强度为800～950MPa，延伸率≤20%，常温冲击功AKv≤23J。本专利技术所述的Ca微合金化易切削高强度胀断连杆用钢，综合改善材料的强度、切削加工性、胀断性三个特性。通常为了提高材料的切削性需考虑减少合金元素，适当降低材料硬度，但减少合金成分，又将提高钢材塑性，不利于连杆的胀断，两者处于此消彼长的关系，很难并立。本专利技术目的是在确保材料强度满足要求的情况下综合协调材料的切削加工性及胀断性。研究发现，通过添加Ca元素并控制其微合金化，形成特定的夹杂物，既能提高材料的切削加工性，又不降低材料的胀断性。本专利技术钢材的各元素设计原理如下：Ca：0.0005～0.0080%。本专利技术的Ca微合金化易切削高强度胀断连杆用钢，Ca作为合金元素添加到钢材中，意在综合调和钢材的切削加工性及胀断性能，又不明显影响钢材的强度和疲劳性能。经试验表明，在该钢种添加Ca，能够综合改变钢材中夹杂物的组份、尺寸、形貌，有利于提高钢材切削性能。同时，Ca的添入可脆化钢材的晶界强度，极大提高钢材的裂解性能。为充分发挥上述效果，本专利技术中的钢材Ca含量范围设定为0.0005～0.0080%。S/Ca：≥15。试验表明，若钢材中Ca的含量过高，会导致材料中产生影响材料强度及疲劳性能的夹杂物，所以通过控制S/Ca≥15来抵消因添加Ca引起的材料强度及疲劳性能的降低。本专利技术中的钢材S/Ca设定为≥15。S：0.02～0.15%。S是易切削元素。当钢中含有一定量的Mn时，易形成MnS或者含MnS的复合夹杂物，从而提高切削材料切削性能，同时在材料胀断时，起到切口效应，从而提高材料的胀断性。但含硫夹杂物通常熔点较低，S含量过高，材料会发生热脆效应及增加脱碳的倾向。为充分发挥上述效果，本专利技术中的钢材S含量范围设定为0.02～0.15%。P：0.02～0.15%。P在铸造凝固时会有较严重的微观偏析倾向，随后在加热时在晶界聚集，增加钢材脆性，特别是冷脆性能。一般的钢材需尽可能地降低P含量，但在本专利技术的钢材中，有意添加一定量的P元素来增加钢材脆性，并使钢中的铁素体溶有一定含量的P，使得材料中铁素体的塑性大大降低，从而提高材料的胀断性。为充分发挥上述效果，本专利技术中的钢材P含量范围设定为0.02～0.15%。N：0.002～0.035%。N在钢中与V、Al等元素形成化合物，起到强化及细化晶粒的作用。为充分发挥上述效果，本专利技术中的钢材N含量范围设定为0.002～0.035%。Al：0.002～0.080%。Al作为脱氧有效元素，通过与N结合形成的AlN可有效地防止奥氏体晶粒粗化，起到防止晶粒长大的作用。但Al含量过高，易形成的Al2O3尖晶石类、AlN类属于硬脆的夹杂物，呈多边形、球形特征，从而恶化材料的性能，特别是疲劳性能。为充分发挥上述效果，本专利技术中的钢材Al含量范围设定为0.002～0.080%。Ti：≤0.02%。Ti在钢中虽能起到细化晶粒的作用，但易形成影响材料强度及疲劳的夹杂物，本专利技术中的钢材Ti含量范围设定为≤0.02%。为了满足材料的强度等综合性能，钢材又添入如下主要合金元素。C：0.25～0.60%。C是用于确保强度以及用于提高胀断性所需的重要合金元素，特别在提高材料强度方面，是一种非常有效又经济的添加元素。将C含量的下限设定为0.25%。C含量优选为0.28%以上，更优选为0.30%以上。但C含量太高，将降低材料的切削性能，将C含量上限设定为0.60%，C含量优选为0.55%以下，更优选为0.50%以下。Si：0.10～本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ca微合金化易切削高强度胀断连杆用钢，其特征在于：该钢材的化学成分按质量百分比计为C：0.25～0.60%，Si：0.10～1.20%，Mn：0.40～1.50%，Cr：0.05～0.50%，S：0.02～0.15%，P：0.02～0.15%，V：0.03～0.55%，Ca：0.0005～0.0080%，N：0.002～0.035%， Al：0.002～0.080%，Ti：≤0.02%，余量为Fe 及不可避免的杂质元素，S/Ca：≥15。

【技术特征摘要】
1.一种Ca微合金化易切削高强度胀断连杆用钢，其特征在于：该钢材的化学成分按质量百分比计为C：0.25～0.60%，Si：0.10～1.20%，Mn：0.40～1.50%，Cr：0.05～0.50%，S：0.02～0.15%，P：0.02～0.15%，V：0.03～0.55%，Ca：0.0005～0.0080%，N：0.002～0.035%，Al：0.002～0.080%，Ti：≤0.02%，余量为Fe及不可避免的杂质元素，S/Ca：≥15。2.根据权利要求1所述的Ca微合金化易切削高强度胀断连杆用钢，其特征在于：钢材屈服强度为550～650MPa，抗拉强度为800～950MPa，延伸率≤20%，常温冲击功AKv≤23J。3.如权利要求1或2所述的Ca微合金化易切削高强度胀断连杆用的制造方法，步骤如下：（1）冶炼→（2）连铸→（3）加热→（4）热轧→（5）冷却，冶炼符合钢材化学成分的钢水，炼钢采用高性能精炼合成渣，控制钢材各类夹杂物的数量及形态，同时去除有害夹杂，特别是外来大颗粒夹杂物；钢包保持长时间的夹杂物去除过程让非金属夹杂物充分上浮，保证外来大颗粒夹杂物的去除；选择专用的精炼渣和...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾铁，邵淑艳，陈斌，杨高成，周群，孟文斌，
申请(专利权)人：江阴兴澄特种钢铁有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32