35MnVS和38MnVS以及49MnVS3等非調(diào)質(zhì)鋼的生產(chǎn)應(yīng)用研究

李新平

（江西恒大高新技術(shù)股份有限公司，江西 南昌 330096）

非調(diào)質(zhì)鋼具有簡化生產(chǎn)工藝流程，提高材料利用率，降低能耗和制造成本（25%～28%）的優(yōu)點(diǎn)[1]。非調(diào)質(zhì)鋼在汽車行業(yè)的應(yīng)用已日趨廣泛[2]，國內(nèi)廣泛應(yīng)用于汽車連桿、控制臂、曲軸等。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國非調(diào)質(zhì)鋼的年用量在10～15萬噸，其中汽車行業(yè)的年用量就達(dá)5～8萬噸。非調(diào)質(zhì)鋼已先后經(jīng)歷了鐵素體-珠光體型、貝氏體型、馬氏體型等三個(gè)階段的發(fā)展，目前工業(yè)上最廣泛應(yīng)用的是鐵素體-珠光體型非調(diào)質(zhì)鋼，鐵素體-珠光體型非調(diào)質(zhì)鋼現(xiàn)廣泛應(yīng)用于汽車零部件。本文對(duì)非調(diào)質(zhì)鋼應(yīng)用的一些生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)成果，以及生產(chǎn)過程中的一些技術(shù)問題做探討分析，為國內(nèi)非調(diào)質(zhì)鋼在連桿、控制臂、曲軸等的廣泛應(yīng)用提供一些參考。

1 35MnVS在連桿生產(chǎn)中的應(yīng)用

1.1 連桿的鍛造工藝性

連桿的作用是連接活塞和曲軸，使活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)變換成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，受到拉伸、壓縮和彎曲應(yīng)力及交互疲勞載荷作用[3]。在我國，應(yīng)用非調(diào)質(zhì)鋼最成功的零件是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)連桿，約占全國非調(diào)質(zhì)鋼生產(chǎn)總量的一半。例如，上海大眾汽車連桿使用的非調(diào)質(zhì)鋼是30Mn2VS；江鈴汽車連桿使用的非調(diào)質(zhì)鋼是35MnVS。

連桿鍛造工藝流程為：下料—中頻加熱—滾鍛—制坯—預(yù)鍛—終鍛—切邊—風(fēng)冷—拋丸。

1.2 連桿的鍛后控冷工藝

表1是連桿用鋼35MnVS的化學(xué)成分技術(shù)要求，此批連桿用鋼有爐號(hào)有兩種。

表1 35MnVS鋼化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）

從表1可以看出，原材料均符合技術(shù)要求。但是在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，鍛造并鼓風(fēng)冷卻后，檢測(cè)其金相組織，經(jīng)鍛造的爐號(hào)1#的35MnVS連桿不能超過500轉(zhuǎn)/min的冷速進(jìn)行風(fēng)冷，否則，金相組織出現(xiàn)大量異常，硬度也偏低。而經(jīng)鍛造的爐號(hào)2#的35MnVS連桿則可用800轉(zhuǎn)/min的冷速進(jìn)行風(fēng)冷，金相硬度都符合要求。從表1中可以看出，爐號(hào)1#鋼比爐號(hào)2#鋼V含量低0.016%，在鍛后冷卻過程中，V的碳化物彌散析出，可以阻礙奧氏體的再結(jié)晶過程，細(xì)化晶粒。爐號(hào)1#鋼的V的這方面作用較弱，晶粒相對(duì)粗大，冷速較快時(shí)，易產(chǎn)生魏氏體組織和貝氏體組織。

圖1為連桿經(jīng)鍛造成型后，不合理風(fēng)冷時(shí)的金相組織照片，零件組織產(chǎn)生了大量貝氏體組織。這是由于風(fēng)量太大，吹風(fēng)時(shí)間過長，導(dǎo)致冷卻速度過快造成的。生產(chǎn)中也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)冷卻速度過慢，低于40℃/min，硬度往往達(dá)不到要求。由于冷卻緩慢，先共析鐵素體晶粒尺寸大，鐵素體含量也較高，珠光體含量相對(duì)減少。此外，高溫停留時(shí)間長，V的碳化物容易聚集長大，起不到彌散強(qiáng)化作用，這將導(dǎo)致材料硬度降低。

圖1 連桿在不合理冷卻速度下的金相組織

圖2是連桿在80～180℃/min冷卻速度范圍內(nèi)的金相組織，組織由鐵素體和珠光體組成，提高冷卻速度，珠光體相對(duì)含量的增多，提高了鋼的強(qiáng)硬度[4]。將冷速控制在80～180℃/min，獲得比較理想的組織，

圖2 連桿在合理冷卻速度下的金相組織

2 38MnVS在控制臂生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 控制臂用非調(diào)質(zhì)鋼

近年來，控制臂已逐漸廣泛采用非調(diào)質(zhì)鋼，例如江鈴汽車控制臂采用鐵素體-珠光體型非調(diào)質(zhì)鋼38MnVS；日本愛知制鋼開發(fā)了貝氏體非調(diào)質(zhì)鋼SVd15BX，豐田高級(jí)轎車“皇冠”控制臂采用鐵素體-珠光體型非調(diào)質(zhì)鋼38MnVS，制造成本降低了5%～10%。

2.2 控制臂的鍛后控冷工藝

控制臂鍛件所采用38MnVS非調(diào)質(zhì)鋼，鍛造工藝流程為：下料—中頻加熱—滾鍛—制坯—預(yù)鍛—終鍛—切邊/校形—控冷—拋丸。

控制臂對(duì)控冷設(shè)備要求高，設(shè)備結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工藝流程更多，制造成本高?？刂票劭乩渚€具體分為四個(gè)區(qū)：快冷區(qū)、等溫區(qū)、緩冷區(qū)、對(duì)流區(qū)。

控制臂鍛件切邊后溫度為850℃～900℃，控制臂冷卻線快冷區(qū)控制的冷卻速度為60～80℃/min，在快冷區(qū)進(jìn)行快速冷卻，冷卻約3～4分鐘，溫度達(dá)到630℃～650℃，然后進(jìn)入等溫區(qū)，等溫區(qū)保溫溫度為600℃～630℃，等溫時(shí)間約為35～45分鐘。組織完全轉(zhuǎn)變成鐵素體+珠光體后，再進(jìn)入到緩冷區(qū)，防止產(chǎn)生大的應(yīng)力，時(shí)間大約25-30分鐘。最后進(jìn)入對(duì)流區(qū)，使鍛件迅速冷卻到室溫，以便下料。

圖3為控制臂鍛造控冷后金相組織，組織由鐵素體和珠光體組成，組織分布均勻。當(dāng)冷速達(dá)到一定程度，先共析鐵素體晶界、晶內(nèi)均析出，組織比較均勻。晶粒度達(dá)到6～7級(jí)，沒有出現(xiàn)粗晶、混晶等現(xiàn)象。如果等溫溫度過高，過冷度較小，容易生成大塊狀鐵素體，并且有團(tuán)簇狀現(xiàn)象。由于較高溫度轉(zhuǎn)變時(shí)，先共析鐵素體在晶界處充分析出，鐵素體含量較高。如果等溫溫度太低時(shí)，過冷度太大，先共析鐵素體變得很細(xì)小，鐵素體數(shù)量太少，容易形成貝氏體組織?？刂票坼懠?jīng)過鍛造后，均通過以上控冷線對(duì)控制臂進(jìn)行冷卻，鍛件金相組織、硬度和機(jī)械性能都能達(dá)到技術(shù)要求，能完全滿足技術(shù)要求。

圖3 控制臂在合理冷卻速度下的金相組織

3 49MnVS3在曲軸生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 曲軸的鍛造工藝性

曲軸是最早應(yīng)用鐵素體+珠光體型非調(diào)質(zhì)鋼的零部件，如東風(fēng)汽車采用48MnV制造康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸，江鈴汽車采用49MnVS3非調(diào)質(zhì)鋼制造曲軸、德國大眾采用49MnVS制造桑塔納汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸等[5]。曲軸鍛件所采用49MnVS3非調(diào)質(zhì)鋼，鍛造工藝流程如下：下料—中頻加熱—輥鍛—-預(yù)鍛—終鍛—切邊—校形—控冷—拋丸。

3.2 曲軸的生產(chǎn)工藝分析及改進(jìn)

曲軸生產(chǎn)過程中出現(xiàn)問題有晶粒粗大，硬度過高，硬度散差大，伸長率低，達(dá)不到技術(shù)要求。經(jīng)分析，產(chǎn)生的原因及改進(jìn)措施如下。

（1）晶粒粗大。原因：中頻爐加熱溫度過高，在中頻爐內(nèi)停留時(shí)間過長，爐膛內(nèi)高溫停留造成晶粒度過大；曲軸毛坯進(jìn)控冷線溫度偏高，在傳送帶上高溫長時(shí)間停留，促使了晶粒的長大。改進(jìn)措施：中頻加熱爐時(shí)間由原來的節(jié)拍3分鐘改為1分半鐘，中頻加熱溫度由原來的1250℃降為1200℃，進(jìn)控冷線的溫度控制在850℃左右。經(jīng)采取上述措施，晶粒度由原來的1～2級(jí)變?yōu)楝F(xiàn)在的4～6級(jí)之間。

（2）硬度散差大。原因：高溫加熱V元素溶解充分，沒有足夠的VC顆粒阻礙晶粒迅速長大，有效厚度不同部位鍛造變形差別大，再結(jié)晶不同，快速冷卻時(shí)，有效厚度小的部位過冷度大，珠光體含量多且細(xì)，晶粒細(xì)小，硬度高。改進(jìn)方法：縮短加熱時(shí)間，原材料V的含量保持上限，減少加熱時(shí)充分溶解，以阻礙晶粒長大，硬度散差小于12HB。

（3）伸長率偏小。原因：晶粒粗大、珠光體體量的增多及其片層間距減小，析出強(qiáng)化程度高，都降低材料的韌性。而且鐵素體呈網(wǎng)狀析出，鐵素體含量少也降低韌性，抗拉強(qiáng)度增加，屈服強(qiáng)度下降。改進(jìn)方法：降低加熱溫度，控制控冷過程，細(xì)化晶粒，增加晶粒度有效面積。

4 結(jié)論

連桿、控制臂、曲軸等汽車零部件分別采用非調(diào)質(zhì)鋼35MnVS、38MnVS、49MnVS3生產(chǎn)。在最初生產(chǎn)過程中，出現(xiàn)許多技術(shù)問題，如組織異常、晶粒粗大、硬度不均勻等問題。針對(duì)這些出現(xiàn)的問題，不斷摸索和開發(fā)新工藝，通過對(duì)生產(chǎn)線工藝流程的嚴(yán)格控制和反復(fù)試驗(yàn)，得出了連桿、控制臂、曲軸等非調(diào)質(zhì)鋼汽車零部件的合理工藝參數(shù)和生產(chǎn)規(guī)律?，F(xiàn)在這些零部件鍛造工藝性及控冷等都比較良好，均能滿足生產(chǎn)的要求。