[发明专利]一种汽车发动机涨断连杆用高强度高屈强比非调质钢及生产方法

说明书

本发明公开了一种汽车发动机涨断连杆用高强度高屈强比非调质钢及生产方法，该钢的化学成分按重量百分比计为：C 0.40‑0.50％，Si 0.40‑0.60％，Mn 1.00‑1.30％，S 0.040‑0.060％，V 0.10‑0.20％，Nb 0.020‑0.035％，Cr 0.10‑0.30％，Ni 0.10‑0.30％，N 0.010‑0.020％，余为Fe及杂质元素。通过本发明的组分配比，加上控轧控冷工艺的结合，使连杆材料力学性能Rel≥850MPa，Rm≥1000MPa，屈强比可达到0.84以上，有利于汽车发动机轻量化。

技术领域

本发明汽车发动机涨断连杆用钢，属非调质钢领域，具体涉及一种汽车发动机涨断连杆用铌钒复合强化非调质钢。

背景技术

汽车发动机连杆是汽车发动机里的五大关键零部件之一，连杆将所承受的活塞压力传递给曲轴，与活塞一起组成运动部件。连杆作为发动机的核心受力部件，承受强烈的交变载荷，其质量直接影响到发动机的性能和可靠性。

连杆加工主要有切断和涨断两种工艺，传统的连杆机械加工工艺复杂，常因加工精度误差而影响发动机的稳定性，涨断连杆技术则较好地解决了此问题，且加工工序少，使连杆的生产成本得到显著降低。涨断连杆技术对材料的要求特殊，即在保证强韧性等综合性能的前提下，限制连杆的韧性，即要求材料在涨断过程中不能发生较大的塑性变形，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，国内开发了一系列涨断连杆用非调质钢，典型的有38MnV，40MnV，48MnV，C70和C70S6等。目前应用较为广泛的为高碳非调质钢C70S6，C70S6钢容易发生脆性裂解，但仍有明显的缺点：屈强比偏低；疲劳性能比调质钢低；脆性的片层状渗碳体的硬度高、含量多，使钢的切削加工性能较差。此外，随着汽车轻量化、节能的发展趋势，对涨断连杆材质提出更高的要求，除了保证涨断性能及强度外，要求连杆材料具有更高的屈强比以充分发挥材质的力学性能。

CN201510332645.X公开了汽车发动机胀断连杆用钢，通过添加0.15～0.25wt％的微合金化元素V并控制0.015～0.025wt％的N，其他元素合理匹配，可生产出具有高强度、合适脆性和良好切削加工性能的汽车涨断连杆用钢，连杆强度达到Rel≥800MPa，Rm≥1100MPa。但该材料屈强比较低，产品性能不能有效利用，不利于材料的轻量化。

CN201811175895.7公开了一种高强度胀断连杆的非调质钢及其连铸生产工艺，通过采用钛钒复合强化，Ti 0.030～0.070wt％，V 0.25～0.35wt％，并控制N 0.015～0.025％，使得连杆材料的强度进一步提升，其连杆锻件性能可达到Rel≥900MPa，Rm≥1100MPa，但在当前Ti、N含量下，凝固过程会析出数十微米的大尺寸TiN相，不但降低Ti的有利作用，还会危害连杆的疲劳性能。

CN201810637610.0公开了一种中碳非调质胀断连杆用钢及其制造方法，通过钢中添加P0.030-0.060％及V 0.17-0.24％、Nb 0.036-0.045％，在保证钢的涨断性能的前提下可使连杆用钢的抗拉强度Rm达到950～1200MPa，屈服强度≥750MPa，屈强比≥0.73。P元素对于材料抗拉强度的作用要大于屈服强度，不利于屈强比的增加；此外，V元素在0.20％以上对屈强比的影响已不大，且Nb元素在中碳钢中含量达到0.035％以上由于生成大颗粒的液析碳化物几率增加，强化效果减弱，且不利于产品疲劳性能，再加上V、Nb合金昂贵，增加了产品的成本。

CN201410421719.2公开了抗拉强度≥1200MPa的汽车连杆用易切削钢及生产方法，通过增加B来提高钢的强度，抗拉强度≥1200MPa，屈服强度≥850MPa；B元素主要通过在晶界偏聚提高钢的强度，但由于晶界强化钢的塑性变好，不利于钢屈强比的增加。