[发明专利]一种非调质钢的冶炼方法、非调质钢及连杆

说明书

本申请涉及一种非调质钢的冶炼方法、非调质钢及连杆，属于钢铁生产领域。本申请通过对初炼炉出钢过程加Al量、LF精炼过程Al含量、上连铸前钢液终点Ca含量和Al含量的精确控制，尤其是在真空处理过程在RH真空槽内采用保留一定大气压的条件下加入含钙合金等关键工艺进行控制，可以在铸坯中得到大量均匀分布的、块状规则形貌的、III类含Ca类硫化物(Ca,Mn)S，该硫化物占所有硫化物的比例≥85％，且该含Ca硫化物(Ca,Mn)S中，Ca的质量百分数为0.5％～10％，该类型硫化物在轧制过程不易变形，成纺锤状，同时避免了钢中严重带状组织的生成，大大降低了连杆涨断过程裂纹扩展阻力，提高了非调质钢的涨断性能。

技术领域

本申请涉及钢铁生产技术领域，尤其涉及一种非调质钢的冶炼方法、非调质钢及连杆。

背景技术

连杆是汽车发动机的一个关键部件，它连接活塞和曲轴，将活塞的直线往复运动转化成曲轴的旋转运动，推动汽车前进。高强度、易切削性、涨断性能是非调质连杆用钢的三个主要性能指标，高强度是汽车轻量化的基础，在此基础上，良好的切削性能和涨断性能是目前连杆材料不断追求的目标。

涨断工艺过程是：首先在连杆大头位置两侧开槽，然后施加横向膨胀力，使连杆大头裂开，形成独一无二的裂解面，最后对连杆进行加工、装配。由于裂解面自然形成，裂纹位置一一对应，连杆不会发生横向位移，加工精度高。涨断工艺是目前最主要的连杆方式，避免了传统连杆的分体加工，大大提高了连杆的加工效率和精度。

涨断性能差的表现形式有：(1)裂解过程连杆大头失圆(原来是圆的，受力变成椭圆了)；(2)裂解过程断面不齐、掉渣(裂解过程裂纹扩展时错位、分叉，造成部分金属从基体分离)；(3)裂纹在扩展的过程中阻力大，裂解不开。裂解过程裂纹扩展不畅，是涨断性能差的主要原因。所以，目前对连杆材料的塑性和冲击性能都有上限要求。

为提高钢的涨断性能，现有技术中，常常向钢中加入弱化晶界的元素，例如P、Cu等，这些元素在晶界聚集，使钢变脆，涨断过程中裂纹沿着晶界迅速扩展，避免断口掉渣、大头变形的情况发生。然而，增加钢中P元素，会导致钢出现明显的冷脆现象，且偏析的P元素容易导致严重的带状组织，造成材料力学性能上的各向异性；Cu元素太高也会导致连铸坯表面出现明显的裂纹缺陷。

为保证连杆加工过程良好的切削性能，绝大部分连杆用钢中都加入了常见的S元素，其形成的硫化物可以促进断屑，提高可加工性。研究表明，裂解过程一般是垂直于金属变形方向(例如轧制方向)，即裂解方向是垂直于钢中硫化物长度方向，示意图如图1所示。裂纹在扩展过程中直接将硫化物破坏、穿过硫化物，或者沿着硫化物和基体界面向前扩展。长条状硫化物大大延长了裂纹扩展路径，增加裂纹扩展功，阻碍了涨断裂解过程的快速进行。相比而言，长宽比较小的纺锤状硫化物对裂纹扩展影响较小。因此，将长条状硫化物变性为纺锤状或球状硫化物，也可以提高连杆用钢的涨断性能。

现有技术中，CN106939391A公开了一种Ca微合金化易切削高强度涨断连杆用钢及制造方法，其主要通过控制钢中Ca、S、Ca/S来控制钢中硫化物形貌，进而实现连杆用钢高的屈服强度、抗拉强度及较高的疲劳性能，切削加工性良好，且具有良好的脆性涨断性能，但是该现有技术未对Ca合金的加入方式和时机进行具体描述。

因此，本领域亟需开发一种涨断性能良好的非调质钢以及其制备方法。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提供一种非调质钢的冶炼方法、非调质钢及连杆，该冶炼方法可操作性强，制备的非调质钢具有良好的涨断性能，能够很好地应用于连杆中。

本申请的第一方面是提供一种非调质钢的冶炼方法，该方法包括：初炼炉冶炼，LF精炼，RH真空处理，连铸；

初炼炉冶炼过程中，控制加Al量为0.2kg/吨钢～0.5kg/吨钢；

LF精炼过程中，控制Al含量范围为0.002wt％～0.010wt％；