定制化連桿用鋼的開發及應用

文／范全保，李金波·河鋼集團邯鋼公司技術中心

連桿是發動機中的重要零部件，在工作過程中承受著較高的周期性沖擊力、慣性力和彎曲力，其產品質量直接影響到發動機的綜合性能。連桿質量受原材料性能、加工工藝等多重因素影響，其中原材料性能是影響連桿質量的重要因素之一。開發成分均一、組織均勻、內部純凈、性能優異、尺寸精度高的連桿用鋼是連桿原材料生產企業追求的方向，為此各大特鋼企業密切關注汽車及鍛造行業發展，積極開發高品質連桿用鋼。

目前汽車材料正朝著更安全、節能、環保、輕量化、低成本等方向發展，為此，河鋼邯鋼結合自身優勢開展定制化連桿用鋼產品的研究，從產品設計、試驗、生產、使用等多重環節考慮客戶產品需求，加強對原材料的質量控制。

材料及研究方案

定制化開發理念

河鋼邯鋼連桿用鋼的開發充分考慮原材料性能和連桿鍛造加工工藝及性能的匹配性，通過開展連桿鍛造加工工藝調研、連桿特殊特性識別、實驗室過程模擬和中試等定制化開發連桿用鋼產品。考慮連桿鍛造工藝、熱處理工藝的特點和最終性能的實現，設計出最優的定制化成分體系、工藝路線、性能指標等，如表1所示的42CrMoH化學成分體系。

表1 42CrMoH化學成分體系（%）

冶煉及軋制工藝

本文研究的定制化連桿用鋼以表1中42CrMoH化學成分體系2為例，采用生產工藝路線為：轉爐冶煉+LF精煉+RH真空處理+五機五流連鑄380mm×280mm大方坯+開坯150mm×150mm初軋坯+棒材軋制φ20～90mm。

轉爐冶煉采用頂底復吹工藝，終點碳控制≥0.08%，P控制在0.015%以下。LF精煉白渣操作，白渣保持時間≥15min。RH高真空度100Pa以下保持10～15min，凈吹處理時間≥15min。連鑄采用五機五流380mm×280mm大斷面澆注，采用全程保護澆注，使用結晶器電磁攪拌及凝固末端動態輕壓下技術，低過熱度澆鑄△T=15～30℃，連澆爐次拉速控制在0.65m/min，二冷水采用弱冷。

開坯軋制：坯料尺寸380mm×280mm，加熱溫度1150～1250℃，加熱時間≥120min。棒材軋制：坯料尺寸150mm×150mm，加熱溫度1080～1200℃，加熱時間≥90min。

分析與討論

通過定制化開發42CrMoH連桿用鋼，力學性能、淬透性、非金屬夾雜物、低倍組織、晶粒度、脫碳層、硬度等性能指標均滿足設計要求。其中力學性能指標合格率100%，熱軋態布氏硬度260～280HB。淬透性J9值51～54HRC，J15值44～47HRC，淬透性帶寬≤4HRC，實現了淬透性窄帶寬下限控制。低倍組織中心疏松≤1.0級，一般疏松、中心偏析、錠型偏析≤0.5級，未發現目視可見的殘余縮孔、氣泡、裂紋等缺陷。非金屬夾雜物A類≤1.5級，B類、D類非金屬夾雜物級別≤0.5級，無C類非金屬夾雜物存在。奧氏體晶粒度7.5～8.5級，脫碳層（0.40%～0.60%）D（直徑），帶狀組織≤2.0級，1/3熱頂鍛和塔形發紋檢測均合格，檢測結果如表2～表6所示。

連桿加工及性能檢測

定制化42CrMoH連桿用鋼各項性能（表7）與連桿加工工藝有較好的匹配性，均滿足連桿鍛造、熱處理及機械加工要求，生產的連桿質量穩定。

定制化42CrMoH連桿各項檢測指標符合性較好，其中連桿硬度為28～29HRC，硬度偏差為2HRC；調質顯微組織為回火索氏體加少量游離鐵素體，2.0級；熱處理后鍛件表面脫碳層深為0.05～0.08mm；拉伸試驗中抗拉強度920～940 MPa，屈服強度800～820MPa；連桿鍛件切削性能良好，重量公差合格；金屬低倍組織流線與外形相符。

表2 42CrMoH力學性能檢測

表3 42CrMoH淬透性平均值（HRC）

表4 42CrMoH低倍組織檢測（級）

表5 42CrMoH非金屬夾雜物檢測（級）

表6 42CrMoH其他性能檢測

表7 連桿性能檢測

結論

⑴河鋼邯鋼定制化生產的42CrMoH連桿用鋼性能穩定，各項指標與連桿加工工藝有較好的匹配性。其中淬透性帶寬≤4HRC，低倍組織疏松、偏析≤1.0級，非金屬夾雜物A類≤1.5級，B/C/D類≤0.5級，帶狀組織≤2.0級，晶粒度7.5～8.5級，脫碳層（0.40%～0.60%）D。

⑵定制化42CrMoH連桿各項檢測指標符合性較好，其中連桿硬度偏差≤2HRC，調質組織級別為2.0級，鍛件表面脫碳層深為0.05～0.08mm。抗拉強度920～940MPa，屈服強度800～820MPa，連桿鍛件切削性能良好，重量公差合格，金屬低倍組織流線與外形相符。