专利名称：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、SVdH20Sl、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]彡0.20%和[P] <0.015%，钢水的出钢温度控制在1620°C 1680°C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 lKg/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MruCr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°C ；对连铸坯进行缓冷后轧制，轧制压缩比彡10，加热炉的均热温度为1150°C 1200°C，加热时间彡2. 5小时， 开轧温度为1080°C 1120°C，终轧温度为850°C 1000°C，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Μη、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!^e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%&Μη、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，其余为狗和不可避免的杂质。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。
具体实施例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Μη、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!^e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 彡 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Μη、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!^e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，均勻脱碳，减少吸氮，加强脱磷操作；同时，控制冶炼终点的[C]彡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°C 1680°C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 lKg/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MruCr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，以提高钢液的均勻性；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°C。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)车L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°C 1200°C，加热时间彡2. 5小时，开轧温度为1080°C 1120°C，终轧温度为850°C 1000°C，从而制得热轧圆钢，S卩，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，确保钢坯加热的均勻性；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Φ70πιπι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，均勻脱碳，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°C。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 lkg/1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，以提高钢的均勻性；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°C 1530°C，拉速为0. 60m/min 0. 65m/min。(3)车L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°C 1180°C，加热时间为2. 5 3. 5小时，开轧温度为1080°C 1120°C，终轧温度为900°C 950°C，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，％ )
权利要求
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]彡0.20%和[P]彡0.015%，钢水的出钢温度控制在1620°C 1680°C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 lKg/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MruCr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°C ；对连铸坯进行缓冷后轧制，轧制压缩比彡10，加热炉的均热温度为1150°C 1200°C， 加热时间彡2. 5小时，开轧温度为1080°C 1120°C，终轧温度为850°C 1000°C，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 Μη、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!^e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% ο. 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Μη、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!^e和不可避免的杂质。
全文摘要
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。
文档编号C21C7/10GK102560252SQ201210001649
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月5日 优先权日2012年1月5日
发明者卢乃双, 吴德发, 张伟, 李小雄, 杜国强, 梁娜, 欧阳峥容, 毛建强, 翟正龙, 范黎明, 郑桂芸 申请人:莱芜钢铁集团有限公司