中碳含鈣汽車鋼XC45CA 的研發

頡軍定，鐘 玉，黃 鎮，顧 鐵

（江陰興澄特種鋼鐵有限公司，江蘇 江陰 214400）

隨著交通運輸業的快速發展。汽車、輪船等交通工具發動機使用高強度、易切削脹斷連桿鋼的比例不斷提高。能源壓力要求發動機連桿具有更高的強度以實現輕量化及良好的切削性能。駕駛的舒適性又要求發動機連桿具有良好的裝配性，而脹斷連桿具有相比于切斷連桿具有更優的裝配性能。為滿足上述要求，發明一種Ca微合金化易切削高強度脹斷連桿具有廣闊的市場前景。一種典型的中碳含釩非調質鋼，用于制作脹斷連桿，該鋼種添加了元素S、P等元素，使鋼材中生成復合類型的夾雜改善材料的切削性能；同時降低材料塑性變形性能，便于連桿脹斷加工，又不明顯影響材料的強度及疲勞壽命。但是，夾雜物類型、大小、形貌控制不良，使得材料得不到較好的綜合性能。

綜上，為了適應經濟環保及駕駛舒適性的發動機連桿的生產需要，能夠生產出一種易切削、高強度、易脹斷，成分簡單、工藝簡單、生產高效的連桿用鋼是本領域技術人員迫切需要解決的技術問題。

1 研發設計

1.1 化學成分設計

（1）采用中碳含V非調質鋼設計，提高材料的強度及硬度，為了提高，而其中間具有一定的韌性；并適量控制其他合金含量，從而節約資源[1，2]；

（2）添加元素S，提高材料的切削性，以控制后續加工成本；

（3）添加微量元素P，提高鐵素體強度，提高屈強比，確保材料的強度；

（4）添加微量元素Ca，對鋼種的復合硫化物夾雜改性，綜合協調材料切削性、強度及脹斷性能。

1.2 工藝流程設計

該鋼種研發采用工藝路線如下：

高爐鐵水→（KR鐵水預處理→）頂底復吹轉爐初煉→LF爐外精煉→RH真空脫氣→連鑄→鑄坯加熱→開坯軋制→坯料表面探傷修磨→中間坯加熱→成品棒材軋制→表面+內部超聲波探傷→檢查入庫。

1.3 重要工序的工藝設計

1.3.1 連鑄強電磁攪拌

由于提高材料脹斷性，鋼中添加了一定量P，且P容易在晶界偏聚，從而降低了晶粒與晶粒間的結合力，使材料的脆性增加，由于澆鑄時采用全弧形連鑄，在矯直力的作用下容易造成坯料內部裂紋。為改善連鑄坯內部質量，所以設計在澆鑄時采用末端強電磁攪拌處理，盡量減輕P的偏析。

1.3.2 開坯軋制

開坯軋制時，先將連鑄坯軋制成中間坯，開坯軋制時采用火焰清理清理，確保坯料表面有效去除；下線后的中間坯進行表面探傷及修磨，確保坯料的缺陷及脫碳層有效去除。

1.3.3 無損檢測

由于鋼材用于制作汽車發動機連桿，材料安全等級高，所以需對材料進行全數在線無損檢測。本公司采用在線表面漏磁加內部超聲波探傷，有缺陷的材料確保不流轉至下游。

2 小批量試生產結果

軋材性能：對全流生產過程進行跟蹤，確保生產工藝控制在內控范圍，取樣分析軋材性能，各項指標均滿足設計要求。

3 批量生產情況

經過試制給用戶送樣品作原材料及零部件評價，結果OK，隨后進入批量供貨階段。批量生產時對該產品進行重點跟蹤管理，對材料化學成分、純凈度、非金屬夾雜物等重要技術指標實施質量趨勢跟蹤管理[3，4]。

3.1 化學成分穩定性

對連續量產的50爐材料的主要合金元素含量進行跟蹤統計分析，結果見圖1。

圖1 主要合金元素含量分布圖

表1 連續50爐材料的非金屬夾雜物

表2 連續50爐材料的抗拉強度/Mpa

3.2 鋼材純凈度控制

連續50爐XC45CA材料的非金屬夾雜物及晶粒度控制見表1所示。

3.3 力學性能穩定性

該材料為高強化設計，為汽車輕量化服務，所以材料的強度為關鍵指標之一。連續50爐XC45CA的抗拉強度見表2所示。

3.4 尺寸精度穩定性

對軋材進行尺寸精度跟蹤，結果完全符合內控要求。

4 小結

經過小批量試制及批量生產，能夠形成如下結論：

（1）所研發的材料工藝流程、化學成分、關鍵工序的工藝設計合理。

（2）生產的鋼材各項性能復合設計要求，純凈度高，各項性能穩定，完全滿足用戶的使用要求。