[发明专利]一种用于连杆的细晶非调质钢

说明书

技术领域

本发明涉及一种微合金非调质钢，特别是提供了一种用于连杆的细晶非调质钢，在保证胀断连杆疲劳性能的前提下，具有良好的切削加工性能和胀断性能。本发明属特种合金钢领域。

背景技术

汽车发动机连杆是发动机中的重要零件，在工作过程中承受循环应力的作用，其失效形式以疲劳破坏为主，故疲劳性能直接影响连杆的应用范围。发动机的性能稳定性要求连杆应具有较高的刚度和疲劳强度。由于其传统的机加工工艺复杂，精度要求高，特别是连杆大头孔常因加工精度而影响发动机的稳定性。对此，近年来国外开发出一种新型的胀断连杆加工技术。其原理是在连杆的大头孔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，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，可节省精加工设备，节材节能，生产成本得到明显降低。此外，胀断连杆技术还可使连杆承载能力、抗剪能力、杆/盖的定位精度及装配质量大幅度提高，对提高发动机生产技术水平和整机性能具有重要作用，因而逐步得到越来越多的应用。

但胀断连杆技术对材料的要求特殊，即要在保证综合性能的前提下，要求材料在胀断过程中不能发生较大的塑形变形，使断口呈现适当的脆性断裂特征，以达到后续加工工序对大头孔的圆度要求，并具有良好的切削加工性能。目前在用的胀断连杆用钢为C70S6，但其组织性能难以满足要求，主要表现在：屈强比低，疲劳强度难满足要求，切削加工性能较差。因此，开展胀断连杆用钢的研发不仅具有前瞻性而且具有较强的工程技术价值。

国际上开展了改善传统胀断连杆用钢性能的研究，其主要技术路线是降低传统高碳钢C70S6的碳含量，以复相铁素体+珠光体组织代替较单一的珠光体组织。然而，传统的铁素体+珠光体组织中的铁素体由于韧性较好，缺口根部的铁素体区域易延性断裂，导致了较差的胀断性能。近几年，国内也开展了相关材料研发，最典型的是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，钢的成本增加，削弱了该钢的经济型；同时过高的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，也不利于环保，这些均限制了该钢的应用。

本申请正是基于上述对国内外现状的分析并结合申请人及组成的团队的专业特点，提出研发一种新型的胀断连杆用钢。主要从成分设计入手，以弱化晶界强度和改善切削加工性能而获得具有较好胀断性能的铁素体+珠光体组织的连杆用钢。

发明内容

本发明的目的是，通过成分优化，改善钢的组织和性能，在保证胀断连杆疲劳性能的前提下，具有良好的切削加工性能和胀断性能；以Ti与Nb元素的复合使用从而开发出一种用于连杆的细晶非调质钢。

本发明是一种用于连杆的细晶非调质钢，其特征在于具有以下的元素组分及其重量百分比：（Ti+Nb）0.10~0.20%，C 0.35~0.45%，Si 0.60~0.70%，Mn 0.75~0.9%，P 0.08~0.10%，S 0.05~0.07%，Cr 0.10~0.20%，V 0.05~0.25%，B 0.0005~0.001%，Fe余量；合金钢的金相组织为上贝氏体。

本发明钢可采用电弧炉冶炼，连铸成坯，轧制成棒材等产品。本发明钢棒材通过锻造成连杆毛坯。

有关本发明钢元素成分设计的理论分析及机理：

Ti含量约在0.02%时，具有最佳的抑制奥氏体晶粒粗化的效果，但不产生明显的强化作用。将Ti与其他微合金化元素复合使用，发挥不同微合金化元素各自的作用，得到强韧化配合良好的非调质钢。

在含有V非调质钢锻后的冷却过程中，部分V在高温下，将沉淀于已析出的Ti的化合物上，形成稳定的（TiV）（CN）质点，使随后在铁素体中析出的、有效的V含量降低。而且，钢中的C,N优先与Ti结合，消耗了一部分C和N，使V（CN）中的N贫化，降低V的析出强化效果。Ti-N复合加入时，为发挥V的析出强化作用，Ti量不宜过高。

Nb-V复合加入时，其强度比单独加Nb的高。同时可使奥氏体晶粒进一步细化，使冷却后的铁素体晶粒更细小。研究指出，Nb-V复合加入时，部分V结合成（NbV）CN，使V（CN）的析出强化作用比只含V钢的小。但是，复合化合物（NbV）CN比Nb和V各自的碳氮化物更细小，而且析出温度更宽，从而更能有效组织奥氏体晶粒长大和再结晶过程，最终提高强度。

本发明的优点：