中碳含鈣汽車鋼XC45CA 的研發(fā)

頡軍定，鐘 玉，黃 鎮(zhèn)，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(yè)的快速發(fā)展。汽車、輪船等交通工具發(fā)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(fā)動機連桿具有更高的強度以實現(xiàn)輕量化及良好的切削性能。駕駛的舒適性又要求發(fā)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(yōu)的裝配性能。為滿足上述要求，發(fā)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(diào)質(zhì)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(yīng)經(jīng)濟環(huán)保及駕駛舒適性的發(fā)動機連桿的生產(chǎn)需要，能夠生產(chǎn)出一種易切削、高強度、易脹斷，成分簡單、工藝簡單、生產(chǎn)高效的連桿用鋼是本領(lǐng)域技術(shù)人員迫切需要解決的技術(shù)問題。

1 研發(fā)設(shè)計

1.1 化學成分設(shè)計

（1）采用中碳含V非調(diào)質(zhì)鋼設(shè)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(jié)約資源[1，2]；

（2）添加元素S，提高材料的切削性，以控制后續(xù)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(xié)調(diào)材料切削性、強度及脹斷性能。

1.2 工藝流程設(shè)計

該鋼種研發(fā)采用工藝路線如下：

高爐鐵水→（KR鐵水預處理→）頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)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(nèi)部超聲波探傷→檢查入庫。

1.3 重要工序的工藝設(shè)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(jié)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(nèi)部裂紋。為改善連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量，所以設(shè)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(fā)動機連桿，材料安全等級高，所以需對材料進行全數(shù)在線無損檢測。本公司采用在線表面漏磁加內(nèi)部超聲波探傷，有缺陷的材料確保不流轉(zhuǎn)至下游。

2 小批量試生產(chǎn)結(jié)果

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

3 批量生產(chǎn)情況

經(jīng)過試制給用戶送樣品作原材料及零部件評價，結(jié)果OK，隨后進入批量供貨階段。批量生產(chǎn)時對該產(chǎn)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(shù)指標實施質(zhì)量趨勢跟蹤管理[3，4]。

3.1 化學成分穩(wěn)定性

對連續(xù)量產(chǎn)的50爐材料的主要合金元素含量進行跟蹤統(tǒng)計分析，結(jié)果見圖1。

圖1 主要合金元素含量分布圖

表1 連續(xù)50爐材料的非金屬夾雜物

表2 連續(xù)50爐材料的抗拉強度/Mpa

3.2 鋼材純凈度控制

連續(xù)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(wěn)定性

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

3.4 尺寸精度穩(wěn)定性

對軋材進行尺寸精度跟蹤，結(jié)果完全符合內(nèi)控要求。

4 小結(jié)

經(jīng)過小批量試制及批量生產(chǎn)，能夠形成如下結(jié)論：

（1）所研發(fā)的材料工藝流程、化學成分、關(guān)鍵工序的工藝設(shè)計合理。

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