[发明专利]高弯曲疲劳寿命发动机曲轴用钢及其生产方法

说明书

本发明公开了一种高弯曲疲劳寿命发动机曲轴用钢及其生产方法，钢的化学成分重量百分比为：C 0.40～0.43％，Si 0.23～0.27％，Mn 0.73～0.77％，Cr 1.13～1.17％，P≤0.010％，S 0.018～0.025％，Mo 0.21～0.23％，Al 0.025～0.035％，O≤0.0012％，H≤0.0002％。本发明设计的曲轴用42CrMoA钢与普通工艺生产的曲轴用钢相比，热处理后抗拉强度由1130‑1200Mpa提高到1250‑1300Mpa，屈服强度由1000‑1100MpA提高到1130‑1200,MpA，夏比U型冲击功由70‑76J提高到85‑90，强韧性明显提高。本发明设计的曲轴用42CrMoA钢的淬透性更稳定，钢材的淬透性相比普通工艺生产的42CrMoA更加稳定，调质后钢材的金相组织、力学性能明显得到改善。

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种高弯曲疲劳寿命发动机曲轴用钢及其生产方法。

背景技术

曲轴是汽车发动机中最重要的部件，它承受连杆传来的力，并将其转变为转矩驱动发动机上其它附件工作，曲轴受到旋转质量的离心力、周期变化的气体变化力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受极大的弯曲扭转载荷，因此要求曲轴有足够的韧性和强度，根据QC/T637-2017《汽车发动机曲轴弯曲疲劳试验方法》中规定，对载荷循环次数超过10⁷次即可停止疲劳试验，视为合格，这对曲轴用钢的质量提出了极高的要求。

42CrMoA属于中碳合金结构钢，因其调质处理后有较高的疲劳极限和抗冲击能力，低温冲击韧性良好，常用来做汽车发动机曲轴，曲轴用钢的质量状况对曲轴的弯曲疲劳寿命有重要影响，根据曲轴弯曲疲劳试验不合格样品的检验结果，曲轴弯曲疲劳不合格的原因主要有：因化学成分不合理造成的钢材调质后的强韧性不足；钢材淬透性不稳定，未找到控制钢材淬透性有效方法；存在较大尺寸的A类夹杂物，对疲劳寿命有较大影响，在疲劳断口附近发现有长条状硫化物，长条状硫化物的存在降低了曲轴的抗疲劳性能。

现有技术的缺陷和不足：钢中各种化学元素的含量直接影响着钢调质后的强度、韧性以及后续加工等关键性能，目前曲轴用钢42CrMoA钢的化学成分中的主元素碳、硅、锰、铬、钼含量的目标值设计存在不匹配的问题，造成曲轴成品调质后的强度和韧性不能得到兼顾，最终影响曲轴成品的疲劳寿命。由于对各元素影响钢材淬透性的机理掌握不够，造成曲轴用钢的淬透性以及后续调质处理后的组织和力学性能不稳定，也是疲劳寿命不合格的重要原因。曲轴用钢为了改善机加工性能，会加入一定的硫，只有细小纺锤形硫化物才能改善机加工性能，但是目前钢中的硫化物大多数是长条状硫化物，长条状硫化物直接影响曲轴的疲劳寿命，还没有一种有效的方法改善硫化物形态。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对以上现有技术存在的缺点，提供一种高弯曲疲劳寿命发动机曲轴用钢及其生产方法，加工成曲轴零件，其弯曲疲劳寿命达到10⁷次而不损坏。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种高弯曲疲劳寿命发动机曲轴用钢，各成分按照重量百分比为：C 0.40～0.43％，Si 0.23～0.27％，Mn 0.73～0.77％，Cr1.13～1.17％，P≤0.010％，S 0.018～0.025％，Mo 0.21～0.23％，Al 0.025～0.035％，O≤0.0012％，H≤0.0002％，余量为Fe和和不可避免的杂质。

所述高弯曲疲劳寿命发动机曲轴用钢的生产方法，包括以下步骤：

1)顶底复吹转炉炼钢，通过吹炼终点炉内钢水碳含量(0.15-0.40)wt％、P≤0.010wt％、终渣TFe含量≤12.50wt％的措施控制钢水中溶解氧含量≤250ppm，要求使用低硼合金，所使用的合金要求硼≤0.0025％，转炉合金化后化学成分控制为：C 0.28～0.033％，Si 0.12～0.18％，Mn 0.63～0.73％，Cr 1.03～1.13％，P≤0.010％，Mo 0.19～0.22％，Al 0.050～0.070％，B≤0.0002ppm；