CN104775081A - 一种撑断连杆用高碳非调质钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种撑断连杆用高碳非调质钢及其制造方法，其化学元素(wt.％)为：C：0.65％-0.85％，Si：0.15％-0.25％，Mn：0.50％-0.60％，P:0.010％-0.045％，S：0.060％-0.070％，Cr：0.10％-0.20％，Ni：0.55％-0.80％，V：0.03％-0.04％，W：0.10％-0.20％，N：0.0120％-0.0160％,Re：0.0001-0.0004％；余量为Fe以及不可避免杂质。本发明所公开的撑断连杆用高碳非调质钢的制造方法，其包括步骤：电炉初炼→钢包精炼+真空脱气→模铸或连铸→钢棒轧制。该撑断连杆用高碳非调质钢具有较高的强度和良好的撑断性能。

Description

一种撑断连杆用高碳非调质钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种钢材，尤其涉及一种非调质钢材。本发明还涉及了一种该非调质钢材的制造方法。

背景技术

非调质钢是一种将轧制(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(即淬火+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，以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，其断面虽较为粗糙但基本平整。连杆撑断后，结合面不再进行任何加工，粗糙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。

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：

1)减少了加工工序，无结合面的铣削，磨削及拉削；

2)由于结合面的特殊形状，使盖的定位更加准确，可以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；

3)连杆毛坯大头孔为圆形，相较于现有技术中的椭圆形大头孔，更加节省金属材料和模具费用；

4)省去了切断及结合面加工，节省了大量的刀具及磨具费；

5)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。

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，以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，还需要限制连杆的韧性指标，使其断口出现脆性断裂特征，以便令其具有良好的啮合性。

公开号为CN101883873A，公开日为2010年11月10日，名称为“裂解连杆用钢”的中国专利文献公开了一种裂解连杆用钢，该裂解连杆用钢中各化学元素的质量百分含量(wt.)为：C：0.25～0.5％、Si：0.01～2.0％、Mn：0.50～2.0％、P：0.015～0.080％、S：0.01～0.2％、V：0.02～0.20％、Cr：0.05～1.0％、Ti：0.01～0.10％、N：0.01％以下。由于该裂解连杆用钢中的碳含量低，为了改善撑断性，需要添加一定量的Ti，但是Ti的添加降低了连杆的切削性能，并且Ti含量的添加不易控制。

公开号为CN101892424A，公开日为2010年11月24日，名称为“一种胀断连杆用中碳非调质钢”的中国专利文献公开了一种非调质钢，其各化学元素的质量百分含量(wt.％)为：C：0.35～0.55％，Si：0.40～0.80％，Mn：0.80～1.50％，P：0.04～0.15％，S：0.03～0.10％，Cr：0.10～0.50％，V：0.05～0.25％，B：0.0005～0.006％，Ti：0.01～0.10％，Al：0.005～0.05％，N：0.005～0.020％，RE：0.005～0.04％，余量为Fe和其它不可避免的杂质。同时，C、P和B的含量还必需满足脆性参数关系式：0.60≤C(％)+3P(％)+50B(％)≤1.0。该非调质钢的碳含量相对较低。

公开号为102108472A，公开日为2011年6月29日，名称为“用于汽车发动机裂解连杆的高碳微合金圆钢及其生产方法”的中国专利文献公开了一种用于汽车发动机裂解连杆的钢材料，其各化学元素的质量百分含量(wt.％)为：C：0.60～0.80％，Si：0.17～0.37％，Mn：0.30～0.90％，P：0.020～0.060％，S：0.050～0.080％，N：0.015～0.0300％，以及微合金元素V、Nb、Ti和B的一种或几种，余量为Fe及不可避免的杂质。该钢材料中不含有Cr元素。

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

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。

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。

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：

C：0.65％-0.85％，

Si：0.15％-0.25％，

Mn：0.50％-0.60％，

P:0.010％-0.045％，

S：0.060％-0.070％，

Cr：0.10％-0.20％，

Ni：0.55％-0.80％，

V：0.03％-0.04％，

W：0.10％-0.20％，

N：0.0120％-0.0160％,，

Re：0.0001-0.0004％，

余量为Fe和其他不可避免的杂质。

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：

C：C元素是用于确保钢材料的强度以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。

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，而是以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，以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，所以需要将Si含量的上限设定为0.25wt.％。

Mn：Mn元素除起脱氧剂的作用以外，还具有显著的固溶强化作用。另外，Mn与S可以形成MnS夹杂，在撑断时起到缺口效应以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.％以上，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.％。

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：0.010wt.％≤P≤0.045wt.％。

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，以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.％。

Cr：Cr是中强碳化物的形成元素，其可以显著地提高钢材料的强度、耐磨性等各项综合性能。另外，Cr还能降低C的活度，以防止加热、轧制和热处理步骤中的脱碳。但是，过高含量的Cr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Cr含量需要控制为0.10-0.20wt.％。

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。

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以外，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％。

W：W是中等碳化物的形成元素。通常认为W可以形成合金渗碳体，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浇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：0.10wt.％-0.20wt.％，以同时改善钢的锻造性能(红热性和热强性)和晶粒度。

N：N易于与Al、V等结合而形成AlN、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0.0120-0.0160wt.％。

Re：将Re加入钢中能够起到精炼、脱硫、中和低熔点有害杂质的作用。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0.0001wt.％-0.0004wt.％。

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％。

Cu：Cu能够提高材料的强度和韧性。可是，含量过高的Cu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Cu应当控制为≤0.20wt.％。

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Mo≤0.03％。

Mo：Mo有利于提高材料的韧性，然而，在本技术方案中Mo还会降低材料的裂解性。为此，需要将钢中的Mo含量控制为≤0.03wt.％。

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Al≤0.010％。

Al：铝虽然是钢中常用的脱氧剂，然而在本技术方案中Al过高会在钢中形成氧化物夹杂，不仅会降低材料的疲劳性能，还会降低材料的热加工性能和切削性能。鉴于此，本发明所述的撑断连杆用高碳非调质钢中的Al含量应当控制为≤0.010wt.％。

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Ti≤0.003％。

Ti：一般来说，Ti有助于细化晶粒，但是，对于本技术方案来说，其容易与N结合而形成硬质且粗大的TiN，进而会降低材料的疲劳强度。尤其是当Ti含量大于0.003wt.％时，材料的疲劳强度会显著下降，故而Ti含量需要控制在0.003wt.％以下。

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B≤0.0003％。

B：微量的B能够提高钢的强度。可是，当碳含量较高时，B提高钢的强度的作用逐渐减弱，而且过高的B吸收了更多的N减弱了N元素形成第二相粒子细化晶粒的效果，同时使钢的强度产生波动，提高了产品塑性，不利于撑断。基于此，本发明的撑断连杆用高碳非调质钢中的B含量需要≤0.0003wt.％。

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[H]≤0.00015％。

H：在本发明的技术方案中，一旦H含量超过了0.00015wt.％就会产生白点缺陷，所以需要将本发明所述的非调质钢中的H控制在0.00015wt.％以下。

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[O]≤0.0020％。

O：O容易与Al结合而形成硬质的氧化物类夹杂物，其会降低疲劳强度。尤其是，当O的含量大于0.0020wt.％时，钢的疲劳强度也会显著下降。鉴于此，需要将O含量设定在0.0020wt.％以下。

当然，上述不可避免的杂质应当是控制得越低越好，然而，这些杂质不可能完全被清除尽，不可避免的杂质控制得越低，生产制造成本就越高。为此，需要结合本发明所获得的技术效果与生产成本的经济性进行综合考量上述杂质的控制范围。

本发明的技术方案通过合理的成分设计，添加合金元素Mn、Cr、Ni以及微量元素V、W、Re等，以提高钢的抗拉强度，并通过控制一定量的Si元素，同时添加微量元素Re来提高加工性能。通过控制C、Mn、P、S等元素并添加微量元素V来形成有利的V的碳氮化物，利用其较强的析出强化作用，细化了晶粒，从而改善钢的撑断性能。

进一步地，本发明所述的撑断连杆用高碳非调质钢的微观组织基体为珠光体+铁素体。

更进一步地，所述珠光体为片层状珠光体，所述铁素体为断续网状铁素体。

添加微量元素V并控制C、Mn、P、S等元素，以形成有利的V的碳氮化物，V的碳氮化物能够起到析出强化的作用，并且能够细化晶粒，进一步地提高软相铁素体的强度，从而改善钢的撑断性能。另外，通过上述成分控制还能有效地保证钢的微观组织为珠光体+铁素体。

更进一步地，在本发明所述的撑断连杆用高碳非调质钢中，上述铁素体的相比例≤5.0％。铁素体组织具有良好的塑性和韧性，而对于本技术方案来说，连杆在撑断时要求几乎不发生塑性变形，断面呈现脆性的解理面，故要求铁素体的含量≤5.0％。

进一步地，本发明所述的撑断连杆用高碳非调质钢的晶粒度为7.5-8.0级。

更进一步地，本发明所述的撑断连杆用高碳非调质钢的微观组织包括在基体内部和晶界处弥散分布的析出物V(C，N)颗粒(即碳氮化钒)。

V元素具有较高的溶解度，在奥氏体区的温度范围内容易处于固溶状态，在之后的热加工过程中，随着温度的降低，其会以细小弥散第二相颗粒析出。V与N有很强的亲和力，N作为一种廉价的微合金化元素加入到钢中，使得处于固溶态的V转变为析出态的V，能够起到细化晶粒，提高沉淀强化的效果，以达到现有技术中的调质钢所要求的强度水平。当N含量较少时，析出相以VC为主，随着N含量的增加，逐渐转变为VN为主的析出相，主要分布于晶界。当N含量控制在0.0120-0.0160wt.％范围之间时，提高了V(C，N)在奥氏体中的析出温度以及析出驱动力，析出的粒子主要为V(C，N)颗粒。粒子析出数量越多，颗粒尺寸和间距就会越小，分布形式也发生了变化。较多的细小析出颗粒弥散地分布在基体内部和晶界，这种细小的析出粒子相对奥氏体晶界产生“钉扎”作用，阻止了奥氏体晶粒的长大。由于V(C，N)在奥氏体中具有较高的溶解度，在冷却过程中析出，通过析出沉淀强化来提高钢的强度水平，尤其是大幅度地提升钢的抗拉强度水平。

更进一步地，上述微观组织还具有析出物AlN、VN和VC的至少其中之一。

更进一步地，本发明所述的撑断连杆用高碳非调质钢的抗拉强度为900-1050MPa，延伸率10-20％，断面收缩率为20-30％，冲击功≤16J。

相应地，本发明还提供了上述撑断连杆用高碳非调质钢的制造方法，该制造方法包括如下步骤：

(1) 电炉初炼；

(2) 钢包精炼+真空脱气；

(3) 模铸或连铸；

(4) 钢棒轧制。

在电炉初炼步骤中，炉料可以采用P和S含量低的废钢、切头以及优质生铁，合金材料则可以采用铬铁、低磷锰铁、钼铁等，还原剂可以使用硅铁粉、碳粉、铝粉等。

在钢包精炼+真空脱气步骤中，在钢包精炼炉内进行钢液精炼，去除钢中有害气体和夹杂物，钢包入座、测温、分析后，根据实际情况来调整钢包内的压力。

进一步地，在本发明所述的撑断连杆用高碳非调质钢的制造方法中，在上述钢棒轧制步骤中，在轧制前先在步进式加热炉中进行加热，其中预热段温度低于800℃，第一加热段温度为960-1060℃，第二加热段温度为1150-1200℃，均热段温度为1150-1200℃。

在上述加工步骤中，将预热段温度控制得低于800℃，然后在第一加热段控制加热温度为960-1060℃，保温后进入第二加热段，接着将此段的加热温度设定为1150-1200℃，保温后进入均热段，均热段温度控制为1150-1200℃，保温后出炉轧制。

更进一步地，在本发明所述的撑断连杆用高碳非调质钢的制造方法中，完成加热后进行钢棒轧制，其中开轧温度为1050-1120℃，终轧温度850-950℃。

在上述开轧温度和终轧温度下，有利于N从γ固溶体中脱溶出来，并与钢中的V结合成VN或V(C，N)。由于N在α-Fe中的溶解度小于在γ-Fe中的溶解度，且又由于受到相变的激发而造成VN或V(C，N)析出量的二个峰值。一旦终轧温度过低，VN或V(C，N)的峰值析出，会造成VN或V(C，N)分布不均匀，以及回复再结晶不充分而产生组织上的各向异性，因此，终轧温度不能太低，需要将其控制为850-950℃。

进一步地，在本发明所述的撑断连杆用高碳非调质钢的制造方法中，在上述钢包精炼+真空脱气步骤中，控制吊包温度为1550-1570℃。

进一步地，在本发明所述的撑断连杆用高碳非调质钢的制造方法中，上述电炉初炼步骤中，控制出钢温度为1630-1650℃。

由此可见，本发明所述的撑断连杆用高碳非调质钢的制造方法的特点是低温浇铸、高温加热、高温轧制和高温终轧，通过该工艺可以获得微观组织为珠光体+铁素体的撑断连杆用高碳非调质钢的，其中，铁素体的相比例可以控制为≤5.0％。

另外，本发明钢所述的撑断连杆用高碳非调质钢的制造方法采用控制低温浇铸、高温加热、高温轧制和高温终轧等工艺方法，控制了第二相粒子VN、VC、V(C，N)的析出时机和析出数量，从而细化了奥氏体晶粒，使得奥氏体晶粒度达到7.5-8.0级。

为此，本发明的技术方案通过控制钢材料中的微观组织和奥氏体晶粒度，使得钢材料中的微观组织和成分更为均匀，从而提高撑断连杆用高碳非调质钢的撑断性能。

本发明所述的撑断连杆用高碳非调质钢具有较高的强度和较好的延伸率其抗拉强度Rm：900-1050MPa，延伸率A：10-20％。

本发明所述的撑断连杆用高碳非调质钢具有良好的韧性和裂解性，其冲击功KU₂：≤16J，断面收缩率Z：20-30％。

本发明所述的撑断连杆用高碳非调质钢具备良好的疲劳性能、切削性能和锻造性能。

另外，本发明所述的撑断连杆用高碳非调质钢的微观组织均匀，其具备优良的撑断性能。

此外，本发明所述的撑断连杆用高碳非调质钢中的合金元素简单，成本经济，大幅度地降低了生产制造成本。

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。

本发明所述的撑断连杆用高碳非调质钢的制造方法能够获得强度高、韧性好、撑断性能优良且疲劳性能、加工性能、切削性能、锻造性能和裂解性优良的高碳非调质钢。该高碳非调质钢适合采用连杆的撑断工艺。

本发明所述的撑断连杆用高碳非调质钢的制造方法工艺控制温度可靠，工艺步骤成本低。

附图说明

图1为连杆的撑断加工工艺的操作示意图。

图2为实施例A1的撑断连杆用高碳非调质钢制成连杆后大头部位的微观组织图。

图3为实施例A1的撑断连杆用高碳非调质钢制成连杆后工字筋部位的微观组织图。

图4为实施例A1的撑断连杆用高碳非调质钢制成连杆后小头部位的微观组织图。

图5为实施例A1的撑断连杆用高碳非调质钢经撑断后的断口裂纹扩展起始区的SEM图。

图6为实施例A1的撑断连杆用高碳非调质钢经撑断后的断口裂纹扩展区的SEM图。

图7为实施例A1的撑断连杆用高碳非调质钢经撑断后的断口最后断裂区的SEM图。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例对本发明所述的撑断连杆用高碳非调质钢及其制造方法做进一步的解释和说明，然而，该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

按照下述步骤制造实施例A1-A8中及对比例B1和B2中的撑断连杆用高碳非调质钢：

(1)电炉初炼：在60-150吨的电弧炉中进行钢液初炼，在氧化期勤流渣去P，出渣温度为1630-1660℃，出钢温度为1630-1650℃；

(2)钢包精炼+真空脱气：LF初脱氧后补加合金块搅拌5～10分钟，当钢液测温T≥1580℃时，进入真空位脱气，真空度≤66.7Pa，真空保持时间15-20min，以保证[H]≤0.00015wr.％，控制各化学元素的配比如表1所示，当所有化学元素进入所限定的范围内后开始吊包，吊包温度为1550-1570℃；

(3)连铸：连铸时钢包内高温钢液通过保护套管，浇进中间包，控制中间包的过热度20-40℃，中间包内的钢液经连铸结晶器，加电磁搅拌后，以合理的拉速浇注出140×140mm²～320×425mm²断面尺寸的合格连铸坯，依据不同的方坯尺寸，将浇注速度控制为0.6-2.10m/min；

(4)钢棒轧制：先将合格的钢坯表面进行清理，在轧制前先在步进式加热炉中进行加热，其中预热段温度低于800℃，第一加热段温度为960-1060℃，第二加热段温度为1150-1200℃，均热段温度为1150-1200℃，加热总时间150min，方坯料阴阳面温差≤30℃钢坯出炉，出炉后的钢坯高压水除磷去氧化皮，进行钢棒轧制，其中开轧温度为1050-1120℃，终轧温度850-950℃。

上述制造方法所涉及各步骤中的具体工艺参数详细参见表2。

需要说明的是，在上述连铸步骤中，中间包使用前需要完全清理，中间包内表面为耐火涂层且不得有裂缝。此外，若步骤(3)采用模铸，则在模铸浇铸钢锭时，控制浇注速度以防止钢锭的成分偏析。

表1列出了制成实施例A1-A8和对比例B1-B2的各化学元素的质量百分比含量。

表1.(wt.％，余量为Fe和其他不可避免的杂质)

序号	A1	A2	A3	A4	A5	A6	A7	A8	B1	B2
											C	0.65	0.84	0.67	0.66	0.71	0.69	0.67	0.8	0.38	0.45
Si	0.18	0.2	0.22	0.24	0.15	0.2	0.19	0.16	0.7	0.35
											Mn	0.6	0.58	0.56	0.57	0.54	0.52	0.58	0.51	1.49	0.73
P	0.03	0.014	0.044	0.032	0.022	0.011	0.02	0.012	0.008	0.009

S	0.066	0.062	0.061	0.064	0.07	0.061	0.069	0.068	0.023	0.048
											Cr	0.15	0.12	0.19	0.11	0.16	0.17	0.15	0.14	0.15	0.14
Ni	0.58	0.55	0.59	0.69	0.55	0.64	0.73	0.78	0.01	0.18
											V	0.034	0.031	0.032	0.03	0.033	0.04	0.037	0.031	0.12	0.099
W	0.1	0.14	0.11	0.13	0.17	0.19	0.12	0.14	0.001	0.001
											N	0.013	0.016	0.013	0.014	0.015	0.015	0.012	0.013	0.02	0.0111
Re	0.0001	0.0001	0.0002	0.0001	0.0003	0.0001	0.0004	0.0001	0	0
											Cu	0.11	0.18	0.11	0.13	0.14	0.08	0.15	0.1	0.03	0.09
Mo	0.01	0.02	0.01	0.01	0.03	0.01	0.01	0.01	0.01	0.01
											Al	0.008	0.006	0.007	0.008	0.01	0.006	0.01	0.009	0.016	0.01
Ti	0.0011	0.0018	0.001	0.0028	0.001	0.001	0.0022	0.0014	0.022	0.014
											B	0.00022	0.00015	0.00018	0.00016	0.00029	0.0001	0.00013	0.00018	0.0001	0.0002
H	0.0001	0.0001	0.00015	0.0001	0.0001	0.0001	0.0001	0.0001	0.0001	0.0001
											O	0.0018	0.0012	0.0017	0.0016	0.0018	0.0009	0.0011	0.001	0.0011	0.0017

表2列出了实施例A1-A8和对比例B1-B2的制造方法的工艺参数。

表2.

表3列出了实施例A1-A8和对比例B1-B2的各项力学性能参数和微观组织情况。

表3.

序号	Rm/MPa	A/％	Z/％	KU2/J	铁素体相比例/％	晶粒度/级
							A1	984	11	26	16	2.2	7.5
A2	988	13	28	15	2.4	7.5
							A3	992	17	26	11	2.1	8.0
A4	1030	12	27	16	2.3	7.5
							A5	920	10	22	14	2.1	8.0
A6	1048	16	21	14	1.7	7.5
							A7	905	14	29	13	1.9	8.0

A8	946	11	20	11	2.0	7.5
							B1	867	17	35	68	36	7.0
B2	826	18	34	51	35	6.5

从表3可以看出，较之于对比例B1-B2，实施例A1-A8的晶粒度更细，其铁素体相比例更少，实施例A1-A8的铁素体相比例均≤2.4％，其晶粒度均不粗于7.5级。实施例A1-A8的抗拉强度Rm≥905MPa，延伸率A在10-17％范围内，断面收缩率Z为20-29％，冲击功KU₂在11-16J范围之间，由此，说明实施例中的撑断连杆用高碳非调质钢具备较高的强度，良好的加工性能，优良的疲劳性能及优异的撑断性能。反观对比例B1-B2，其抗拉强度Rm都小于900MPa，断面收缩率Z均超过30％，且冲击功KU₂均超过了50J，韧性好不利于撑断。

图2显示了实施例A1的撑断连杆用高碳非调质钢制成连杆后大头部位的微观组织。图3显示了实施例A1的撑断连杆用高碳非调质钢制成连杆后工字筋部位的微观组织。图4显示了实施例A1的撑断连杆用高碳非调质钢制成连杆后小头部位的微观组织。

从图2可以看出，实施例A1的连杆大头部位中的微观组织包括片层珠光体和断续网状铁素体基体。其中，断续网状铁素体是先共析铁素体在原奥氏体晶界析出所形成的。另外，该微观组织还包括在基体内部和晶界处弥散分布的析出物V(C，N)颗粒。

从图3可以看出，实施例A1的连杆工字筋部位的微观组织基体是由片层珠光体和断续网状铁素体组成的。其中，网状铁素体是先共析铁素体在原奥氏体晶界析出所形成的。另外，该微观组织包括在基体内部和晶界处弥散分布的析出物V(C，N)颗粒。

如图4可以看出，实施例A1的连杆小头部位的微观组织基体是由片层珠光体和断续网状铁素体组成。其中，网状铁素体是先共析铁素体在原奥氏体晶界析出所形成的。另外，该微观组织包括在基体内部和晶界处弥散分布的析出物V(C，N)颗粒。

将实施例A1-A8及对比例B1-B2中的撑断连杆用高碳非调质钢进行撑断。

图5为实施例A1的撑断连杆用高碳非调质钢经撑断后的断口裂纹扩展起始区的SEM图。图6为实施例A1的撑断连杆用高碳非调质钢经撑断后的断口裂纹扩展区的SEM图。图7为实施例A1的撑断连杆用高碳非调质钢经撑断后的断口最后断裂区的SEM图。

如图5、图6和图7所示，本发明钢无论在断口裂纹扩展起始区，还是在断口裂纹扩展区，亦或是在断口最后断裂区，经撑断后的断口上均无明显的塑性变形，微观断口形貌主要以解理存在，在宏观上表现为脆性断裂特征，这样符合连杆用钢材料的撑断要求。

需要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (20)

1.一种撑断连杆用高碳非调质钢，其特征在于，其化学元素质量百分比含量为：

C：0.65％-0.85％，Si：0.15％-0.25％，Mn：0.50％-0.60％，P:0.010％-0.045％，S：0.060％-0.070％，Cr：0.10％-0.20％，Ni：0.55％-0.80％，V：0.03％-0.04％，W：0.10％-0.20％，N：0.0120％-0.0160％,Re：0.0001-0.0004％；余量为Fe以及不可避免杂质。

2.如权利要求1所述的撑断连杆用高碳非调质钢，其特征在于，所述不可避免的杂质中的Cu≤0.20％。

3.如权利要求1所述的撑断连杆用高碳非调质钢，其特征在于，所述不可避免的杂质中的Mo≤0.03％。

4.如权利要求1所述的撑断连杆用高碳非调质钢，其特征在于，所述不可避免的杂质中的Al≤0.010％。

5.如权利要求1所述的撑断连杆用高碳非调质钢，其特征在于，所述不可避免的杂质中的Ti≤0.003％。

6.如权利要求1所述的撑断连杆用高碳非调质钢，其特征在于，所述不可避免的杂质中的B≤0.0003％。

7.如权利要求1所述的撑断连杆用高碳非调质钢，其特征在于，所述不可避免的杂质中的[H]≤0.00015％。

8.如权利要求1所述的撑断连杆用高碳非调质钢，其特征在于，所述不可避免的杂质中的[O]≤0.0020％。

9.如权利要求1所述的撑断连杆用高碳非调质钢，其特征在于，其微观组织基体为珠光体+铁素体。

10.如权利要求9所述的撑断连杆用高碳非调质钢，其特征在于，所述珠光体为片层状珠光体，所述铁素体为断续网状铁素体。

11.如权利要求9所述的撑断连杆用高碳非调质钢，其特征在于，铁素体的相比例≤5.0％。

12.如权利要求1所述的撑断连杆用高碳非调质钢，其特征在于，其晶粒度为7.5-8.0级。

13.如权利要求9所述的撑断连杆用高碳非调质钢，其特征在于，其微观组织包括在基体内部和晶界处弥散分布的析出物V(C，N)颗粒。

14.如权利要求9所述的撑断连杆用高碳非调质钢，其特征在于，其微观组织还包括析出物AlN、VN和VC的至少其中之一。

15.如权利要求1所述的撑断连杆用高碳非调质钢，其特征在于，其抗拉强度为900-1050MPa，延伸率10-20％，断面收缩率为20-30％，冲击功≤16J。

16.一种如权利要求1-15中任意一项所述的撑断连杆用高碳非调质钢的制造方法，其包括步骤：电炉初炼→钢包精炼+真空脱气→模铸或连铸→钢棒轧制。

17.如权利要求16所述的撑断连杆用高碳非调质钢的制造方法，其特征在于，在所述钢棒轧制步骤中，在轧制前先在步进式加热炉中进行加热，其中预热段温度低于800℃，第一加热段温度为960-1060℃，第二加热段温度为1150-1200℃，均热段温度为1150-1200℃。

18.如权利要求17所述的撑断连杆用高碳非调质钢的制造方法，其特征在于，完成加热后进行钢棒轧制，其中开轧温度为1050-1120℃，终轧温度850-950℃。

19.如权利要求16所述的撑断连杆用高碳非调质钢的制造方法，其特征在于，在所述钢包精炼+真空脱气步骤中，控制吊包温度为1550-1570℃。

20.如权利要求16所述的撑断连杆用高碳非调质钢的制造方法，其特征在于，在所述电炉初炼步骤中，控制出钢温度为1630-1650℃。