[发明专利]中碳非调质钢及其制备工艺和连杆及其制备工艺

说明书

本申请涉及一种中碳非调质钢及其制备工艺和连杆及其制备工艺，属于非调质钢技术领域。本申请对中碳非调质钢的组分及含量进行改进和调控，并通过碳当量值、磷含量以及铜含量限定了中碳非调质钢的脆性值K的范围，使得中碳非调质钢具有低塑性和优异胀断性能及疲劳性能，主要适用于制作抗拉强度在1000Mpa级以上的胀断连杆。本申请限定了中碳非调质钢中的铁素体含量≤25％，铁素体晶粒度≥5级，并且提供了上述中碳非调质钢的制备工艺，使得制得的中碳非调质钢屈服强度≥750MPa，抗拉强度≥1000MPa，断后伸长率≥8％，断面收缩率≥25％，轧态硬度≤290HBW。

技术领域

本申请涉及非调质钢技术领域，且特别涉及一种中碳非调质钢及其制备工艺和连杆及其制备工艺。

背景技术

传统的汽车发动机连杆的机械加工工艺复杂，精度要求高，往往因为加工精度问题而影响发动机的可靠性。近年来开发的胀断连杆技术则解决了此问题。该工艺是在连杆大头的适当位置设计并预制缺口(裂纹槽)，形成应力集中，再施加垂直于预定断裂面的载荷进行引裂。当满足发生脆性断裂的条件时，在几乎不发生塑性变形的情况下，在缺口处规则断裂，实现连杆体与连杆盖的无屑断裂剖分。由于断裂面呈犬牙交错的自然状态，具有极高的定位与配合精度，无需再进行接合面的加工，同时简化了连杆螺栓孔的结构设计和整体加工工艺，具有加工工序少、节省精加工设备、节材节能、产品质量高、生产成本低等一系列优点。

传统采用的胀断连杆用钢为在0.70％碳钢基础上开发的高碳钢SAE1070或C70S6，其组织为珠光体加少量断续的铁素体，尽管容易脆性裂解，但其仍有明显的缺点：屈强比偏低，疲劳性能偏低。此外，较多的硬相渗碳体使得切削加工性较差。文献[電気製鋼(日文)，2000，71(1)：81-87]介绍了一种中碳胀断连杆用非调质钢，具有良好的胀断性，但由于添加有高达0.25％的微合金化元素V，提高了钢的成本，从而削弱了该钢的经济性；过高的Si含量(2％)亦使锻件的表面质量变差，影响零件的疲劳性能；此外，为了改善切削加工性，钢中添加0.1％左右的有害元素Pb，不利于环保，这些均限制了该钢的应用。文献[熱処理(日文)，2007，47(6)：343-349]同样介绍了一种中碳胀断连杆用非调质钢，由于碳含量偏低(0.28％)，因而添加的主要起析出强化作用的微合金化元素含量过高(0.17％V+0.17％V)，使得该钢的经济性较差。日本专利提出的一种具有良好切削性和胀断性的中碳非调质钢，可用来制造胀断连杆，但钢中S含量过高(0.15-0.30％)，使得该钢的冶炼特别是连铸难度大，钢材热加工性较差，从而限制了该钢的大批量工业生产应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本申请的目的包括提供一种中碳非调质钢及其制备工艺和连杆及其制备工艺，以改善中碳非调质钢胀断性能的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种中碳非调质钢，按质量百分比计，包括C：0.42-0.50％，Si：0.50-0.80％，Mn：1.00-1.30％，P：0.015-0.045％，S：0.040-0.070％，Cr：0.10-0.30％，Mo：0.02-0.05％，V：0.10-0.20％，Ni：0.10-0.20％，Cu：0.10-0.25％，Nb：0.010-0.045％，Al≤0.030％，N：0.010-0.025％，其余为Fe和其他不可避免的杂质。中碳非调质钢的脆性值K＝Ceq+10P+5Cu，2≤K≤3。其中，Ceq为碳当量值，P为中碳非调质钢中磷的质量百分含量，Cu为中碳非调质钢中铜的质量百分含量。

第二方面，本申请实施例提供了上述中碳非调质钢的制备工艺，包括：将按比例配制的钢水依次进行转炉冶炼、LF炉精炼、RH炉真空脱气、连铸以及轧制。LF炉精炼过程中不添加铝元素，RH炉真空脱气过程中不添加钙元素。

第三方面，本申请实施例提供了一种连杆，由上述中碳非调质钢制备而成。

第四方面，本申请实施例提供了上述连杆的制备工艺，包括：对中碳非调质钢依次进行加热、锻造以及冷却；其中，锻造后的连杆坯由900℃以上的温度冷却至500℃-600℃，冷却过程中的冷却速度为1.5℃/s-2.0℃/s。