LG40Cr汽車發(fā)動機連桿用鋼的開發(fā)

梁　娜，杜國強

（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)動機連桿用鋼的開發(fā)

梁娜，杜國強

（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)計合理的生產(chǎn)工藝過程，針對關(guān)鍵技術(shù)加強過程和關(guān)鍵參數(shù)控制，并對生產(chǎn)的203爐LG40Cr鋼化學成分、力學性能、低倍和非金屬夾雜物進行統(tǒng)計分析。結(jié)果表明，LG40Cr鋼成分及各項性能穩(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；化學成分；力學性能

1　前　言

連桿是發(fā)動機的重要零部件，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)動機的性能。目前，國內(nèi)汽車發(fā)動機連桿用鋼主要為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)動機連桿用鋼，并對其相關(guān)性能進行分析。

2　鋼的主要技術(shù)要求

2.1化學成分

LG40Cr鋼的化學成分要求見表1。

表1　LG40Cr鋼的化學成分要求（質(zhì)量分數(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、晶間裂紋等缺陷。酸浸低倍組織級別應(yīng)符合表2規(guī)定。

表2　LG40Cr鋼材的低倍組織要求

2.3力學性能

用熱處理毛坯制成試樣測定鋼材的縱向力學性能，檢驗結(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，用原始鋼材進行熱處理。

表3　LG40Cr鋼的力學性能要求

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別應(yīng)符合表4的規(guī)定。按GB/T 6394標準檢驗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。鋼材的窄成分設(shè)計對于鋼材性能穩(wěn)定至關(guān)重要。按照連桿用鋼力學性能及硬度要求并參照發(fā)動機主機廠實行的標準，考慮成本、鋼材均勻性、潔凈度和加工性能等來設(shè)計主要成分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，嚴格脫氧脫磷操作，終點C≥0.20%，P≤0.015%，殘余元素含量符合標準要求；精煉過程造白渣，控制爐渣堿度＞3.0，白渣保持時間＞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保持時間≥15 min，軟吹氬時間≮15（應(yīng)≥5級）。min，軟吹氬時嚴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℃，加熱時間≥2.5 h；保證鋼材的壓縮比。

4　產(chǎn)品實物質(zhì)量

對生產(chǎn)的203爐LG40Cr鋼的成分、力學性能、低倍組織和非金屬夾雜物進行統(tǒng)計分析。

4.1化學成分

圖1所示為LG40Cr鋼C、Mn、Cr成分的統(tǒng)計結(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較小，保證了材料性能的穩(wěn)定。

圖1　LG40Cr鋼化學成分統(tǒng)計結(jié)果

4.2力學性能

圖2所示為LG40Cr鋼的力學性能統(tǒng)計結(jié)果。從圖2可以看出，LG40Cr鋼的力學性能較穩(wěn)定：屈服強度860～945 MPa占91.6%，抗拉強度1 000～ 1 070 MPa占99%，伸長率12%～14%占97.5%，斷面收縮率45%～52.5%。鋼材的強塑性匹配良好，屈強比達0.8以上。

圖2　LG40Cr鋼力學性能統(tǒng)計結(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細類1～1.5級，A粗類0～1級；B細類0～1級，B粗類0～1級；D細類0～0.5級，D粗類0～0.5級；C類與Ds類夾雜物均為0級。晶粒度7～8級。鋼材的非金屬夾雜物控制良好，潔凈度較高，晶粒度細小，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)計結(jié)果

4.4低倍組織

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

圖4所示為LG40Cr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)品的各項性能可以很好地滿足連桿用鋼的要求。

參考文獻：

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［2］王秋冰，馬鳴，盧震鳴，等.發(fā)動機連桿用材料與工藝的發(fā)展趨勢［J］.柴油機設(shè)計與制造，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：TF762+.3；TG142.1

文獻標識碼：A

文章編號：1004-4620（2016）02-0010-03

收稿日期：2015-12-29

作者簡介：梁娜，女，1982年生，2007年畢業(yè)于昆明理工大學材料學專業(yè)，碩士。現(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。