一种高强韧性CrMo系连杆用钢及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种高强韧性CrMo系连杆用钢及其制造方法，该钢的化学成分质量百分比为：C：0.38‑0.43％、Si：0.15‑0.35％、Mn：0.75‑1.00％、Cr：0.80‑1.10％、P：≤0.015％、S：≤0.010％、Ni：0.20‑0.40％、Cu：≤0.20％、Mo：0.15‑0.25％、Al：0.010‑0.040％、[O]≤0.0015％、[N]≤0.0075％、[H]≤0.0002％，其余为Fe和不可避免的杂质。其制造方法包括冶炼、浇注、轧制、冷却和后处理。冶炼包括电炉冶炼、LF炉精炼和VD炉脱气处理；通过合理的成分设计和生产工艺，该钢具有高的强度、塑性、韧性及纯净度。

A high strength and toughness CrMo series connecting rod steel and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
一种高强韧性CrMo系连杆用钢及其制造方法
本专利技术属于汽车用钢
，具体涉及一种高强韧性CrMo系连杆用钢及其制造方法。
技术介绍
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，“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。对于连杆用调质钢，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。连杆是汽车发动机的关键零部件，其质量的好坏直接影响发动机的性能，对钢材的纯净度、综合力学性能和疲劳性能要求严格，而且要求钢材的表面和内部几乎无缺陷。目前已有的连杆用钢专利大都针对裂解连杆，而高性能的连杆用调质钢的专利较少，本专利针对连杆用钢高强度、高塑性、高韧性和高纯净度的性能要求，提供一种连杆用钢及其制造方法。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种高强韧性CrMo系连杆用钢及其制造方法，通过控制材料的化学成分和合理的生产工艺来控制钢材的洁净度、优化材料的组织和性能的均质性，使材料获得优良的力学性能、疲劳性能以及高的内外部质量。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种高强韧性CrMo系连杆用钢，其化学成分按质量百分比为：C：0.38-0.43％、Si：0.15-0.35％、Mn：0.75-1.00％、Cr：0.80-1.10％、P：≤0.015％、S：≤0.010％、Ni：0.20-0.40％、Cu：≤0.20％、Mo：0.15-0.25％、Al：0.010-0.040％、[O]≤0.0015％、[N]≤0.0075％、[H]≤0.0002％，其余为Fe和不可避免的杂质。本专利技术采用Mn、Cr、Ni、Mo多元合金化来提高材料的强度、塑性和冲击韧性，使钢材具有良好的综合力学性能及适度的硬度，采用低P、S、气体的成分设计保证钢材的洁净度，提高钢材的疲劳性能，降低钢的冷脆性，以Al来细化晶粒，最终使材料获得良好的综合性能。本专利技术的技术特点之一在于合理的成分设计，采用Mn、Cr、Ni、Mo多元合金化，低P、S及[O]、[H]，适量Al的成分设计。采用多元合金化的方法，提高钢的综合力学性能，设计Mn：0.75-1.00％、Cr：0.80-1.10％、Ni：0.20-0.40％、Mo：0.15-0.25％，在保证钢强度的同时，也使钢材具有良好的塑性和冲击韧性；为保证钢材高的洁净度和低的冷脆性，采用低P、S和低气体成分设计，P：≤0.015％、S：≤0.010％、[O]≤0.0015％、[H]≤0.0002％；为细化晶粒，提高钢的综合性能，Al：0.010-0.040％。考虑钢材性能的稳定性及成本方面的原因，优选地，上述高强韧性CrMo系连杆用钢，其化学成分按质量百分比为：C：0.39-0.41％、Si：0.19-0.25％、Mn：0.85-0.90％、Cr：0.94-1.00％、P：≤0.015％、S：≤0.010％、Ni：0.20-0.30％、Cu：≤0.20％、Mo：0.20-0.25％、Al：0.015-0.040％、[O]≤0.0015％、[N]≤0.0070％、[H]≤0.00015％，其余为Fe和不可避免的杂质。上述高强韧性CrMo系连杆用钢，作为一种优选方式，所述连杆用钢为圆钢，更优选地，所述连杆用钢的规格为Φ20mm～Φ120mm。上述高强韧性CrMo系连杆用钢，作为一种优选方式，经调质处理后所述连杆用钢的屈服强度不小于800MPa，抗拉强度不小于930MPa，断后伸长率不小于18％，断面收缩率不小于54％，-46℃冲击功不小于80J，所述连杆用钢的热轧态硬度为200-269HB；优选地，经调质处理后所述连杆用钢的屈服强度为830-870MPa，抗拉强度为970-1000MPa，断后伸长率为19％-23％，断面收缩率为56-65％，-46℃冲击功为90-120J，所述连杆用钢热轧态硬度为200-255HB。本专利技术的技术特点之二在于采用合理的生产工艺，提高钢的纯净度，保证钢的综合力学性能及疲劳性能，使钢材满足使用条件的需要。本专利技术还提供一种高强韧性CrMo连杆用钢的制造方法，所述CrMo连杆用钢的化学成分设计要求如上所述，所述制造方法依次包括冶炼、浇注、轧制、冷却、后处理工序；所述冶炼工序中依次包括电炉冶炼、LF炉精炼、VD炉脱气处理子工序。上述高强韧性CrMo连杆用钢的制造方法，作为一种优选实施方式，所述电炉冶炼子工序中，铁水加入量占电炉冶炼原料总质量的比例≥40％(比如45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％)，电炉出钢终点[C]≥0.10wt％、[P]≤0.010wt％；出钢温度1630～1670℃，造渣料按12～16kg/t钢(比如13kg/t钢、14kg/t钢、15kg/t钢)加入；更优选地，所述铁水加入量占电炉冶炼原料总质量的比例为60-80％；电炉出钢终点[C]0.11wt％-0.15wt％；所述出钢温度1640～1660℃；所述造渣料按13～15kg/t钢加入。上述高强韧性CrMo连杆用钢的制造方法，作为一种优选实施方式，所述LF炉精炼子工序：控制渣碱度大于等于3.0，进行脱氧、脱硫操作，使钢中硫含量控制在0.008wt％以下；取一次样前，喂入铝线，控制钢中的全铝含量0.025～0.040wt％，白渣保持时间不少于30min；LF出钢前，按1.5～3.0m/t钢喂入钙线；更优选地，所述LF精炼控制所述渣碱度大于等于4.0，更优选为4.0-4.5；所述硫含量控制在0.005wt％以下；所述白渣保持时间为30-40min；所述LF出钢前，按1.5～2.0m/t钢喂入钙线。上述高强韧性CrMo连杆用钢的制造方法，作为一种优选实施方式，所述VD炉脱气处理子工序的真空处理过程，真空度67Pa以下的保持时间≥12分钟(比如13min、14min、15min、17min、20min)；VD真空处理后软吹氩时间不小于20分钟(比如22min、25min、28min、30min、40min、50min)；更优选地，真空度67Pa以下的所述保持时间为12-15min，VD真空处理后的所述软吹氩时间为25-35min(比如26min、28min、32min、34min)。上述高强韧性CrMo连杆用钢的制造方法，作为一种优选实施方式，为保证钢材的纯净度，在LF炉精炼子工序和VD炉脱气处理子工序之间还包括钢液入VD炉前扒渣。上述高强韧性CrMo连杆用钢的制造方法，作为一种优选实施方式，所述冶炼工序中，整个冶炼过程采用吹氩控制，在不同子工序的不同阶段合理控制氩气流量，使钢液既能被充分搅拌又不裸露，确保钢液化学成分和温度的均匀，加快化学反应，并去除有害气体和夹杂物，净化钢液，从而提高钢材的均匀性和洁净度；更优选地，电炉冶炼出钢时吹氩流量500～600NL/min(比如520本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强韧性CrMo系连杆用钢，其特征在于，所述连杆用钢的化学成分按质量百分比为：C：0.38-0.43％、Si：0.15-0.35％、Mn：0.75-1.00％、Cr：0.80-1.10％、P：≤0.015％、S：≤0.010％、Ni：0.20-0.40％、Cu：≤0.20％、Mo：0.15-0.25％、Al：0.010-0.040％、[O]≤0.0015％、[N]≤0.0075％、[H]≤0.0002％，其余为Fe和不可避免的杂质。/n

【技术特征摘要】
1.一种高强韧性CrMo系连杆用钢，其特征在于，所述连杆用钢的化学成分按质量百分比为：C：0.38-0.43％、Si：0.15-0.35％、Mn：0.75-1.00％、Cr：0.80-1.10％、P：≤0.015％、S：≤0.010％、Ni：0.20-0.40％、Cu：≤0.20％、Mo：0.15-0.25％、Al：0.010-0.040％、[O]≤0.0015％、[N]≤0.0075％、[H]≤0.0002％，其余为Fe和不可避免的杂质。


2.根据权利要求1所述的高强韧性CrMo连杆用钢，其特征在于，所述连杆用钢的化学成分按质量百分比为：C：0.39-0.41％、Si：0.19-0.25％、Mn：0.85-0.90％、Cr：0.94-1.00％、P：≤0.015％、S：≤0.010％、Ni：0.20-0.30％、Cu：≤0.20％、Mo：0.20-0.25％、Al：0.015-0.040％、[O]≤0.0015％、[N]≤0.0070％、[H]≤0.00015％，其余为Fe和不可避免的杂质；
优选地，所述连杆用钢为圆钢，再优选地，所述连杆用钢的规格为Φ20mm～Φ120mm。


3.根据权利要求1或2所述的高强韧性CrMo连杆用钢，其特征在于，经调质处理后的所述连杆用钢的屈服强度不小于800MPa，抗拉强度不小于930MPa，断后伸长率不小于18％，断面收缩率不小于54％，-46℃冲击功不小于80J，所述连杆用钢的热轧态硬度为200-269HB；
优选地，经调质处理后所述连杆用钢的屈服强度为830-870MPa，抗拉强度为970-1000MPa，断后伸长率为19％-23％，断面收缩率为56-65％，-46℃冲击功为90-120J，所述连杆用钢热轧态硬度为200-255HB。


4.一种权利要求1所述的高强韧性CrMo连杆用钢的制造方法，其特征在于，所述制造方法依次包括冶炼、浇注、轧制、冷却、后处理工序；其中，所述冶炼工序中依次包括电炉冶炼、LF炉精炼、VD炉脱气处理子工序。


5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，
所述电炉冶炼子工序中，铁水加入量占电炉冶炼原料总质量的比例≥40％，电炉出钢终点[C]≥0.10wt％、[P]≤0.010wt％；出钢温度1630～1670℃，造渣料按12～16kg/t钢加入；
优选地，所述铁水加入量占电炉冶炼原料总质量的比例为60-80％；所述电炉出钢终点[C]0.11wt％-0.15wt％；所述出钢温度1640～1660℃；所述造渣料按13～15kg/t钢加入。


6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，
所述LF炉精炼子工序中，控制渣碱度大于等于3.0，进行脱氧、脱硫操作，使钢中硫含量控制在0.008wt％以下；取一次样前，喂入铝线，控制钢中的全铝含量0.025～0.040wt％，白渣保持时间不少...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁娜，马丙涛，任琪，吴德发，马文，郭磊，况兴宇，石树坤，赵冠夫，
申请(专利权)人：山东钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37