一种撑断连杆用高碳非调质钢及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种钢材，尤其设及一种非调质钢材。本发明还设及了一种该非调质 钢材的制造方法。
【背景技术】
[0002] 非调质钢是一种将轴制（或锻造）与热处理结合为一体的新型节能钢材料，该钢 材料能省去调质处理（即泽火+高温回火）。目前，汽车连杆普遍采用非调质钢，在连杆用 非调质钢的发展方面，采用撑断连杆用非调质钢也是一种新的发展思路。随着汽车工业的 飞速发展，国内外汽车制造厂商不断应用提高产品质量、降低产品成本、提高生产效率的新 工艺技术，W增强其在国际市场上的竞争力。为此，在汽车发动机连杆生产制造方面，连杆 的撑断加工工艺就充分体现了提高生产效率、降低生产成本的发展趋势。图1显示了连杆 的撑断加工工艺的操作示意图。如图1所示，连杆的撑断加工工艺的基本原理在于；用一拉 刀在连杆大头孔1的剖分面上加工V形凹槽2,用专用的撑断装置对大头孔1施加一个撑开 的力F将连杆撑断。由于在V形凹槽处形成应力集中，因而连杆沿V形槽准确断裂，其断面 虽较为粗趟但基本平整。连杆撑断后，结合面不再进行任何加工，粗趟断面所具备的断面特 性可使得连杆体和连杆盖在装配时达到最佳吻合状态，并且定位程度良好，不必像传统连 杆那样采用定位螺栓、定位销、齿形等方式进行定位，从而大大地降低了生产成本。
[0003] 较之于传统的连杆制造工艺，连杆的撑断加工工艺具有如下优点：
[0004] 1)减少了加工工序，无结合面的锐削，磨削及拉削；
[0005] 2)由于结合面的特殊形状，使盖的定位更加准确，可W保证连杆在使用过程中的 精度，并且不需要定位螺栓，省去了螺母组件；
[0006] 3)连杆毛巧大头孔为圆形，相较于现有技术中的楠圆形大头孔，更加节省金属材 料和模具费用；
[0007] 4)省去了切断及结合面加工，节省了大量的刀具及磨具费；
[000引W节省了操作人员成本，降低了生产线运行费用，减少了设备维护保养费。
[0009] 然而，目前通过撑断加工工艺获得的连杆杆身与大头孔过度处的强度不够，容易 出现断裂现象，并且连杆的微观组织中的铁素体含量过高，使得撑断效果并不理想。撑断连 杆的材质及其微观组织不仅影响了连杆产品的性能和切削性能，还决定了连杆的可裂解性 和断面质量，对撑断加工工艺起了决定性的作用。撑断加工工艺要求连杆锻件在撑断过程 中大头孔不能产生明显的塑性变形，W满足后续大头孔加工后圆度误差要求，为此，除了需 要保证连杆综合性能指标之外，还需要限制连杆的初性指标，使其断口出现脆性断裂特征， W便令其具有良好的晒合性。
[0010][0011][0012][0013] 综述，现有技术中的撑断连杆存在着如下缺陷；1)抗拉强度低；2)热加工性能不 良；3)裂解性差且质量不达标，无法达到相关的技术要求。
【发明内容】
[0014] 本发明的目的在于提供一种撑断连杆用高碳非调质钢，该非调质钢兼具较高的强 度与良好的撑断和裂解性能。此外，本发明所述的撑断连杆用高碳非调质钢还具有优良的 疲劳性能、加工性能、切削性能及锻造性能。
[0015] 本发明所述的撑断连杆用高碳非调质钢经撑断后，断裂口无明显的塑性变形，符 合连杆用钢材料的撑断要求。
[0016] 为了实现上述目的，本发明提出了一种撑断连杆用高碳非调质钢，其化学元素质 量百分比含量为：
[0017] C;0. 65%-0. 85%，
[001 引 Si;0. 15%-0. 25%，
[001 引 Mn;0. 50%-0. 60%，
[0020] P:0. 010%-0. 045%，
[0021] S;0. 060%-0. 070%，
[0022] Cr;0. 10%-0. 20%，
[0023]Ni;0. 55%-0. 80%，
[0024]V;0. 03%-0. 04%，
[00巧]W ;0. 10%-0. 20%，
[0026]N;0. 0120%-0. 0160%，，
[0027]Re;0. 0001-0. 0004%，
[0028] 余量为化和其他不可避免的杂质。
[0029] 本发明所述的撑断连杆用高碳非调质钢中的各化学元素的设计原理为：
[0030] C;C元素是用于确保钢材料的强度W及用来提高钢材料裂解性所需要的元素。若 碳含量过低则无法提高钢的强度，若碳含量过高则会降低钢的疲劳性能和切削加工性能。 对于本发明所述的撑断连杆用高碳非调质钢来说，C含量需要控制在0.65-0. 85wt. %范围 之间。
[0031] Si;Si元素在钢中起到脱氧剂的作用。由于Si在钢中不形成碳化物，而是W固溶 体的形式存在于铁素体中，即具有显著的固溶强化铁素体，W达到降低钢材料塑性的作用。 此外，Si还能够促进P、S元素的晶界偏聚，使晶界适当脆化。为了达到此目的，Si含量的 下限设定为0. 15wt. %。然而，因为过高的Si含量又将恶化钢的热加工性和锻件表面质量， 所W需要将Si含量的上限设定为0. 25wt. %。
[0032] Mn;Mn元素除起脱氧剂的作用W外，还具有显著的固溶强化作用。另外，Mn与 S可W形成MnS夹杂，在撑断时起到缺口效应W提高钢材料的裂解性。为了充分提高钢 材料的裂解性，需将Mn控制在0. 50wt. %W上，但是，Mn含量过高则容易在微观组织中 产生贝氏体，从而导致钢材料的切削性和裂解性的下降，由此，还需要将Mn控制得不超过 0? 60wt. %。
[0033] P;P元素在钢液凝固时容易形成微观偏析，随后在高温加热时偏聚在晶界，令钢 材料的脆性显著增大，其是有效地提高钢材料的裂解性能的元素。不过，一旦P元素过剩， 那么钢材料的热加工性能就会降低。鉴于此，本发明所述的撑断连杆用高碳非调质钢中的 P含量控制范围是；〇.OlOwt.P《0. 045wt. %。
[0034] S;S能够形成硫化物夹杂物，该夹杂物能够发挥裂解时的切口效应，W提高钢材 料的裂解性。与此同时，夹杂物也是提高切削性的有益元素。不过，一旦S含量过剩则会降 低钢材料的热加工性。基于本发明的技术方案，为了充分发挥S的有益效果并避免其所带 来的不利因素，需要将S含量控制为0. 06-0. 070wt. %。
[00巧]&是中强碳化物的形成元素，其可W显著地提高钢材料的强度、耐磨性等各 项综合性能。另外，化还能降低C的活度，W防止加热、轴制和热处理步骤中的脱碳。但是， 过高含量的化会恶化钢材料的切削加工性，并且还会增加合金添加成本。因此，本发明所 述的撑断连杆用高碳非调质钢中的化含量需要控制为0. 10-0. 20wt. %。
[0036] Ni;Ni具有提高钢材料疲劳强度的效果。不过，一旦Ni含量过高就会降低热 加工后的切削性，因此，本发明所述的撑断连杆用高碳非调质钢中的Ni含量应当控制在 0. 55-0. 80wt. %范围之间。
[0037] V;V容易与C、N结合而形成VN、VC等。V的碳氮化物具有较强的析出强化作用，除 了能够进一步地提高软相铁素体的强度，改善钢材料的胀断性能W外，还可明显地提高钢 材料的疲劳性能。然而，过量的V不仅会降低钢的切削性，同时还会增加钢的生产成本。为 此，需要将本发明的撑断连杆用高碳非调质钢中的V的质量百分含量控制为0. 03-0. 04%。
[0038] W;W是中等碳化物的形成元素。通常认为W可W形成合金渗碳体，起到细化晶粒 的作用。由于W相对其他合金元素而言比重较大，特别是采用模铸工艺的诱注方式时往往 引起钢锭偏析，故而，在本发明的技术方案中的W的含量不应过高。由此，将本发明的非调 质钢中的W的添加量设定为；0.lOwt. % -0. 20wt. %，W同时改善钢的锻造性能（红热性和 热强性）和晶粒度。
[0039] N;N易于与A1、V等结合而形成A1N、VN，其能够抑制钢在高温下的奥氏体晶粒的 长大，从而提高钢材料的疲劳性能。可是，当N含量超过0.016wt. %时，尤其是在炼钢步骤 中容易产生气泡等冶金缺陷，同时N含量过高也不利于进行批量生产。鉴于此，本发明所述 的撑断连杆用高碳非调质钢中的N含量应当设计为0.0120-0.oieowt. %。
[0040]Re;将Re加入钢中能够起到精炼、脱硫、中和低烙点有害杂质的作用。另外，添加 Re元素还能够改善钢的加工性能，进而提高钢的机械性能。为此，本发明所述的撑断连杆用 高碳非调质钢中的Re含量为0.OOOlwt. % -0. 0004wt. %。
[0041] 进一步地，本发明所述的撑断连杆用高碳非调质钢的不可避免的杂质中的 Cu《0. 20%。
[0042] 化：化能够提高材料的强度和初性。可是，含量过高的化会在高温时产生热脆， 从而降低材料的疲劳性能，故而，本发明的撑断连杆用高碳非调质钢中的化应当控制为 《0. 20wt. %。
[0043] 进一步地，本发明所述的撑断连杆用高碳非调质钢的不可