LG40Cr汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿用鋼的開發(fā)

梁　娜，杜國(guó)強(qiáng)

（山鋼股份萊蕪分公司　特鋼事業(yè)部，山東　萊蕪271105）

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生產(chǎn)技術(shù)

LG40Cr汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿用鋼的開發(fā)

梁娜，杜國(guó)強(qiáng)

（山鋼股份萊蕪分公司特鋼事業(yè)部，山東萊蕪271105）

摘要：萊鋼特鋼事業(yè)部采用50 t電爐短流程生產(chǎn)工藝開發(fā)了連桿用LG40Cr鋼，根據(jù)其技術(shù)要求設(shè)計(jì)合理的生產(chǎn)工藝過程，針對(duì)關(guān)鍵技術(shù)加強(qiáng)過程和關(guān)鍵參數(shù)控制，并對(duì)生產(chǎn)的203爐LG40Cr鋼化學(xué)成分、力學(xué)性能、低倍和非金屬夾雜物進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明，LG40Cr鋼成分及各項(xiàng)性能穩(wěn)定，綜合性能優(yōu)良，滿足連桿用鋼高潔凈度、高均質(zhì)化、高性能穩(wěn)定性的要求。關(guān)鍵詞：連桿用鋼；LG40Cr鋼；化學(xué)成分；力學(xué)性能

1　前　言

連桿是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零部件，在工作過程中承受著很高的周期性沖擊力、慣性力和彎曲力，其質(zhì)量直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。目前，國(guó)內(nèi)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿用鋼主要為45、40Cr、35CrMoA、42CrMoA等調(diào)質(zhì)鋼以及35MnVS、C70S6、SVdH20S1、S45CVMn等非調(diào)質(zhì)鋼［1-4］。隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，高品質(zhì)、低成本的連桿用鋼受到越來越多連桿生產(chǎn)廠家的青睞。為了更好地滿足連桿用鋼高潔凈度、高均質(zhì)化、低成本的要求，萊鋼特鋼事業(yè)部開發(fā)了LG40Cr汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿用鋼，并對(duì)其相關(guān)性能進(jìn)行分析。

2　鋼的主要技術(shù)要求

2.1化學(xué)成分

LG40Cr鋼的化學(xué)成分要求見表1。

表1　LG40Cr鋼的化學(xué)成分要求（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）%

2.2低倍組織

鋼材的橫截面酸浸低倍組織試片上不得有目視可見的縮孔、氣泡、裂紋、夾雜、翻皮、白點(diǎn)、晶間裂紋等缺陷。酸浸低倍組織級(jí)別應(yīng)符合表2規(guī)定。

表2　LG40Cr鋼材的低倍組織要求

2.3力學(xué)性能

用熱處理毛坯制成試樣測(cè)定鋼材的縱向力學(xué)性能，檢驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合表3規(guī)定。推薦熱處理制度：淬火（850±15）℃/油＋回火（520±50）℃/水或油。鋼材尺寸小于試樣毛坯尺寸時(shí)，用原始鋼材進(jìn)行熱處理。

表3　LG40Cr鋼的力學(xué)性能要求

2.4非金屬夾雜物及晶粒度

鋼材中的非金屬夾雜物合格級(jí)別應(yīng)符合表4的規(guī)定。按GB/T 6394標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)鋼材的奧氏體晶粒度

3　關(guān)鍵控制技術(shù)

LG40Cr鋼工藝流程：配料（熱裝40%以上鐵水）→50 t電爐→LF爐精煉＋VD真空脫氣處理→連鑄（電磁攪拌）→入坑緩冷/熱送→軋制成材。

1）窄成分設(shè)計(jì)。鋼材的窄成分設(shè)計(jì)對(duì)于鋼材性能穩(wěn)定至關(guān)重要。按照連桿用鋼力學(xué)性能及硬度要求并參照發(fā)動(dòng)機(jī)主機(jī)廠實(shí)行的標(biāo)準(zhǔn)，考慮成本、鋼材均勻性、潔凈度和加工性能等來設(shè)計(jì)主要成分C、Mn、Cr、P、S和Al的范圍。

2）提高鋼材高潔凈度。為了滿足鋼材潔凈度的要求，嚴(yán)格控制P、S及氣體含量，控制夾雜物形態(tài)。在電爐冶煉過程中，嚴(yán)格脫氧脫磷操作，終點(diǎn)C≥0.20%，P≤0.015%，殘余元素含量符合標(biāo)準(zhǔn)要求；精煉過程造白渣，控制爐渣堿度＞3.0，白渣保持時(shí)間＞20 min。LF出鋼前喂入鋁線、鈣線，按照2～3 m/t喂入鋁線，1.0～2.5 m/t喂入鈣線；VD真空精煉，真空度＜67 Pa保持時(shí)間≥15 min，軟吹氬時(shí)間≮15（應(yīng)≥5級(jí)）。min，軟吹氬時(shí)嚴(yán)禁鋼水裸露和大氬氣量攪拌降溫；連鑄過程采用浸入式水口全程保護(hù)澆鑄。

3）提高鋼材均勻性。為了保證鋼材組織和性能的均勻性，在VD處理后，軟吹氬時(shí)間≮15 min；連鑄過程采用電磁攪拌；鋼坯加熱爐內(nèi)均勻加熱，均熱溫度1 150～1 180℃，加熱時(shí)間≥2.5 h；保證鋼材的壓縮比。

4　產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量

對(duì)生產(chǎn)的203爐LG40Cr鋼的成分、力學(xué)性能、低倍組織和非金屬夾雜物進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

4.1化學(xué)成分

圖1所示為L(zhǎng)G40Cr鋼C、Mn、Cr成分的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。從圖1中可以看出，各主要成分都控制在較窄的范圍內(nèi)，C：0.39%～0.41%占96%，基本控制在0.40%±0.01%；Mn：0.66%～0.70%占96%，基本控制在0.68%±0.02%；Cr：0.96%～1%占100%，全部控制在0.98%±0.02%，C、Mn、Cr主要成分均控制在窄成分范圍內(nèi)，各連續(xù)爐次之間主要成分波動(dòng)較小，保證了材料性能的穩(wěn)定。

圖1　LG40Cr鋼化學(xué)成分統(tǒng)計(jì)結(jié)果

4.2力學(xué)性能

圖2所示為L(zhǎng)G40Cr鋼的力學(xué)性能統(tǒng)計(jì)結(jié)果。從圖2可以看出，LG40Cr鋼的力學(xué)性能較穩(wěn)定：屈服強(qiáng)度860～945 MPa占91.6%，抗拉強(qiáng)度1 000～ 1 070 MPa占99%，伸長(zhǎng)率12%～14%占97.5%，斷面收縮率45%～52.5%。鋼材的強(qiáng)塑性匹配良好，屈強(qiáng)比達(dá)0.8以上。

圖2　LG40Cr鋼力學(xué)性能統(tǒng)計(jì)結(jié)果

4.3非金屬夾雜物

圖3所示為非金屬夾雜物統(tǒng)計(jì)結(jié)果，從圖中可以看出非金屬夾雜物的主要集中范圍為：A細(xì)類1～1.5級(jí)，A粗類0～1級(jí)；B細(xì)類0～1級(jí)，B粗類0～1級(jí)；D細(xì)類0～0.5級(jí)，D粗類0～0.5級(jí)；C類與Ds類夾雜物均為0級(jí)。晶粒度7～8級(jí)。鋼材的非金屬夾雜物控制良好，潔凈度較高，晶粒度細(xì)小，為材料良好的疲勞性能提供了保障。

圖3　LG40Cr鋼材非金屬夾雜物統(tǒng)計(jì)結(jié)果

4.4低倍組織

鋼材的低倍組織級(jí)別為一般疏松0.5～1.0級(jí)，中心疏松0.5～1.5級(jí)，錠型偏析0～1級(jí)，無其他低倍缺陷。

圖4所示為L(zhǎng)G40Cr的低倍組織及其縱剖面的流線，鋼材縱剖面試樣經(jīng)腐蝕后未發(fā)現(xiàn)冶金及鑄造缺陷，宏觀觀察金屬組織有一定的方向性，塑性雜質(zhì)隨著金屬材料變形沿軋向呈帶狀分布。

圖4　LG40Cr鋼材低倍組織及縱剖面流線

5　結(jié)　論

萊鋼特鋼事業(yè)部生產(chǎn)的LG40Cr鋼的各項(xiàng)性能均很好地滿足了技術(shù)要求，且性能穩(wěn)定，潔凈度高，具有良好的綜合性能。現(xiàn)行的生產(chǎn)工藝穩(wěn)定可行，產(chǎn)品的各項(xiàng)性能可以很好地滿足連桿用鋼的要求。

參考文獻(xiàn)：

［1］曹正.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿材料的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］.汽車工藝與材料，2007（1）：7-10.

［2］王秋冰，馬鳴，盧震鳴，等.發(fā)動(dòng)機(jī)連桿用材料與工藝的發(fā)展趨勢(shì)［J］.柴油機(jī)設(shè)計(jì)與制造，2007,15（1）：40-44.

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［4］姚貴升.汽車裂解連桿用鋼的開發(fā)［J］.汽車工藝與材料，2004 （11）：6-9.

Development of LG40Cr Steel for Automobile Engine Connecting Rods

LIANG Na, DU Guoqiang

（The Special Steel Division of Laiwu Company of Shandong Iron and Steel Co., Ltd., Laiwu 271105, China）

Abstract:The 50 t EF short process production technology was used to develop LG40Cr steel for connecting rods, and the reasonable production process was designed according to its technical requirements. The key process and parameter have been controlled strictly. The statistics and analysis on the chemical compositions, mechanical properties, macrostructure and non-metallic inclusions of 203 furnaces of steel produced were carried out, and the results showed that: LG40Cr steel had a very high stability in chemical compositions and various properties, comprehensive performance excellent, which can meet the requirements of steel for connecting rods in high cleanliness, high homogeneity and high property stability.

Key words:connecting rod steel; LG40Cr steel; chemical composition; mechanical property

中圖分類號(hào)：TF762+.3；TG142.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-4620（2016）02-0010-03

收稿日期：2015-12-29

作者簡(jiǎn)介：梁娜，女，1982年生，2007年畢業(yè)于昆明理工大學(xué)材料學(xué)專業(yè)，碩士?，F(xiàn)為山鋼股份萊蕪分公司特鋼事業(yè)部工程師，從事特殊鋼新產(chǎn)品開發(fā)工作。