CN102108472A - 用于汽车发动机裂解连杆的高碳微合金圆钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于汽车发动机裂解连杆的高碳微合金圆钢，该钢的化学成分重量百分比为C：0.60～0.80％，Si：0.17～0.37％，Mn：0.30～0.90％，P：0.020～0.060％，S：0.050～0.080％，N：0.015～0.0300％，还含有微合金元素V、Nb、Ti、B的一种或几种，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明公开了该高碳微合金圆钢的生产方法，包括：(1)采用高拉碳出钢；(2)VD真空处理；(3)LF钢包炉；(4)连铸工艺；(5)对连铸方坯进行加热；轧制；轧后采用高温快冷、低温缓冷的分段冷却工艺。本发明提供的高碳微合金圆钢具有洁净度高、成分偏析小、裂纹敏感度低、组织均匀并细化、表面质量优良的特点，提供的生产方法具有生产成本低，节约能源、工艺路线简单，可操作性强，易于控制的特点。
Description
技术领域
本发明涉及冶金行业微合金裂解连杆生产领域，特别是涉及一种用于汽车发动机裂解连杆的高碳微合金圆钢及其生产方法。
背景技术
随着竞争的不断加剧，汽车行业的新工艺、新材料和新设备不断涌现。而今，裂解工艺作为一种全新的发动机连杆制造工艺引起了汽车制造厂的高度关注。与传统的连杆制造方法相比，裂解工艺具有缩短生产周期、减少工序、对制造设备依赖性低以及降低连杆制造费用等优点。
应用于汽车发动机的裂解连杆材料需要较高的强度、裂解过程中的低变形性和适当的脆性以及较高的切削加工性能。通常提高碳含量以及氮的微合金化是提高钢强度的有效手段，而向钢中加入一定的硫，能有效提高钢的切削加工性能。然而，它们也是造成铸坯成分偏析、裂纹和组织不均匀的主要因素。因此，窄化学成分的精确控制、成分偏析、硫化物形貌控制、热轧组织控制等工艺环节是实现高碳微合金裂解连杆用钢的关键因素。
目前，国外制造微合金圆钢主要采用电弧炉熔炼步骤与二次精炼步骤和连铸工艺步骤配合使用，或者是转炉冶炼步骤与二次精炼步骤和连铸工艺步骤配合进行生产。这些工艺成熟、且产品质量可靠，已经取代了电弧炉熔炼与模铸相配合的生产工艺。国外生产微合金圆钢的厂商主要有：日本大同知多厂：70tEAF-LF-RH-CC(弧形2流， 370mm×480mm/立式4流圆坯Φ70-350)-初轧开坯；日本爱知知多厂：80tEAF-LF-RH-CC(370mm×480mm或185mm×185mm)-初轧开坯或连轧；日本住友小仓：KR-70BOF-70tVAD/RH-CC(410mm×560mm)。国内生产微合金锻钢的厂家主要是部分特钢厂，例如北满特钢、宝钢特钢、首钢特钢、贵阳特钢、重庆特钢和兴澄特钢等可以少量生产，且多采用电炉与模铸相配合的生产工艺。只有少数钢厂摸索了部分微合金锻钢的连铸工艺，其工艺流程分别为：北满特钢：30EAF-EBT-40tLF-3.15t钢锭浇注；贵阳特钢：60tEAF-LF-CC；莱芜钢铁：15tEAF-钢包底吹氩精炼-685kg钢锭，但是他们共同的缺点是产品质量不稳定。
国内特钢厂生产的微合金圆钢主要为中、低碳微合金圆钢，包括30MnVS、35MnVS、35MnVSiN、45MnS25、SAE1141等，其钢中含碳量在0.25～0.50％，还含有较高的硫、氮等元素和微合金元素V、Nb、Ti等，和高碳微合金圆钢相比，中低碳微合金圆钢的成分偏析、裂纹敏感性更容易控制。
因此，开发一种成分偏析少、裂纹敏感度低、均匀并细化组织的高碳微合金圆钢，以满足连杆裂解工艺的需要已成为紧迫的要求。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种用于汽车发动机裂解连杆的高碳微合金圆钢，使其具有成分偏析少、裂纹敏感度低、组织均匀并细化的特点。
本发明的另一个目的是在保证钢中S的回收率的同时，降低钢中含氧量；通过控制连铸冷却制度和缓冷工艺减少连铸坯成分偏析和裂纹倾向；通过控制轧制和冷却工艺来细化和均匀组织，从而解决高碳微合金圆钢的生产问题。
本发明提供的一种用于汽车发动机裂解连杆的高碳微合金圆钢，该钢的化学成分重量百分比为C：0.60～0.80％，Si：0.17～0.37％，Mn：0.30～0.90％，P：0.020～0.060％，S：0.050～0.080％，N：0.015～0.0300％，还含有微合金元素V、Nb、Ti、B的一种或几种，余量为Fe及不可避免的杂质。
在上述技术方案中，所述该钢的化学成分重量百分比为C：0.70％，Si：0.27％，Mn：0.60％，P：0.040％，S：0.065％，N：0.0225％，还含有微合金元素V、Nb、Ti、B的一种或几种，余量为Fe及不可避免的杂质。
本发明提供的一种用于汽车发动机裂解连杆的高碳微合金圆钢的生产方法，其生产工艺由下述步骤组成：
(1)采用高拉碳出钢，出钢碳含量控制在0.50～0.60％，炉后向钢包中加铝块和Ba-Ca-Si进行预脱氧，其中铝块加入量为0.5～0.7kg/t、Ba-Ca-Si加入量为1.5～2.0kg/t；其他为合金及造渣材料；
(2)VD真空处理，67Pa以下保压时间≥15min，真空时间≥30min；
(3)LF钢包炉进行成分调整(包括S、N及微合金元素)和进一步精炼处理，保证出钢氧含量低于15ppm；
(4)采用电磁搅拌和弱冷制度的连铸工艺，电池搅拌电流为300～400A，频率为6～7HZ；结晶器冷却水量为1950～2050L/min，二冷段中的足辊段、活动段、固定I段、固定II段的冷却水量分别为28L/min、28L/min、15L/min、10L/min，拉坯速度为0.8～1.0m/min，连铸坯矫直温度为800～900℃；
(5)采用分阶段加热技术对连铸方坯进行加热，第一阶段：0～750℃，加热速度为10℃/min，第二阶段：750～1220℃，加热速度为 15℃/min，第三阶段：1220℃保温，保温时间为45min。轧制的开轧温度控制在1050～1080℃，精轧温度控制在950～980℃；轧后采用高温快冷、低温缓冷的分段冷却工艺，冷却第一阶段，精轧后快冷至650℃，冷却速度50℃/min，第二阶段650℃缓慢冷却至室温，冷却速度0.15℃/min。
在上述技术方案中，高拉碳出钢的出钢碳含量控制在0.55％，预脱氧时铝块加入量为0.6kg/t、Ba-Ca-Si加入量为1.75kg/t；其他为合金及造渣材料。
在上述技术方案中，VD真空处理中67Pa以下保压时间为20min，真空时间为40min。
在上述技术方案中，采用电磁搅拌和弱冷制度的连铸工艺中电池搅拌电流为350A，频率为6.5HZ，结晶器冷却水量为2000L/min；二冷段中的足辊段、活动段、固定I段、固定II段的拉坯速度为0.9m/min，连铸坯矫直温度为850℃。
在上述技术方案中，采用分阶段加热技术对连铸方坯进行加热后，轧制的开轧温度控制在1065℃，精轧温度控制在965℃。
有益效果：本发明提供的用于汽车发动机裂解连杆的高碳微合金圆钢与现有高碳微合金圆钢相比，洁净度高、成分偏析小、裂纹敏感度低、组织均匀并细化、表面质量优良。
本发明提供的用于汽车发动机裂解连杆的高碳微合金圆钢的生产方法与现有的高碳微合金圆钢工艺相比，本发明生产成本低，节约能源；而且工艺路线简单，可操作性强，易于控制。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。
实施例1
本发明用于汽车发动机裂解连杆的高碳微合金圆钢的化学成分重量百分比为C：0.60％，Si：0.17％，Mn：0.30％，P：0.020％，S：0.050％，N：0.015％，还含有微合金元素V、Nb、Ti、B的一种或几种，余量为Fe及不可避免的杂质。
生产用于汽车发动机裂解连杆的高碳微合金圆钢的生产方法，包括偏低心电炉-VD真空处理炉-LF钢包炉-连铸-轧制-控制冷却工艺，其具体生产步骤由下述步骤组成：
(1)采用高拉碳出钢，出钢碳含量控制在0.50％，炉后向钢包中加铝块和Ba-Ca-Si进行预脱氧，其中铝块加入量为0.5kg/t、Ba-Ca-Si加入量为1.5kg/t；其他为合金及造渣材料；
(2)VD真空处理，67Pa以下保压时间15min，真空时间30min；
(3)LF钢包炉进行成分调整(包括S、N及微合金元素)和进一步精炼处理，保证出钢氧含量低于15ppm；
(4)采用电磁搅拌和弱冷制度的连铸工艺，电池搅拌电流为300A，频率为6HZ；结晶器冷却水量为1950L/min，二冷段中的足辊段、活动段、固定I段、固定II段的冷却水量分别为28L/min、28L/min、15L/min、10L/min，拉坯速度为0.8m/min，连铸坯矫直温度为800℃；
(5)采用分阶段加热技术对连铸方坯进行加热，第一阶段：0～750℃，加热速度为10℃/min，第二阶段：750～1220℃，加热速度为15℃/min，第三阶段：1220℃保温，保温时间为45min。轧制的开轧温度控制在1050℃，精轧温度控制在950℃；轧后采用高温快冷、低温缓冷的分段冷却工艺，冷却第一阶段，精轧后快冷至650℃，冷却速度50℃/min，第二阶段650℃缓慢冷却至室温，冷却速度0.15℃/min。
采用本发明提供的高碳微合金圆钢生产所生产的含V、N、S高碳微合金圆钢，其连铸坯低倍组织；中心缩孔为0.5级，中心疏松为0.5级，非金属夹杂物为0级；成分偏析：C偏析为1.02(碳含量相当的70钢C偏析为1.05)；S偏析为1.04(硫含量相当的C1118钢S偏析为1.06)
采用本发明提供的高碳微合金圆钢生产方法所生产的含V、N、S高碳微合金圆钢，其热轧圆钢表面光洁、无裂纹；奥氏体晶粒度≥7.5级，非金属夹杂物：A类3级，B类≤1.0级，C类≤0.5级，D类0级。钢中[O]≤12ppm，[H]≤1.5ppm。
实施例2
本发明用于汽车发动机裂解连杆的高碳微合金圆钢的化学成分重量百分比为C：0.70％，Si：0.27％，Mn：0.60％，P：0.040％，S：0.065％，N：0.0225％，还含有微合金元素V、Nb、Ti、B的一种或几种，余量为Fe及不可避免的杂质。
生产用于汽车发动机裂解连杆的高碳微合金圆钢的生产方法，包括偏低心电炉-VD真空处理炉-LF钢包炉-连铸-轧制-控制冷却工艺，其具体生产步骤由下述步骤组成：
(1)高拉碳出钢的出钢碳含量控制在0.55％，炉后向钢包中加铝块和Ba-Ca-Si进行预脱氧，其中铝块加入量为0.6kg/t、Ba-Ca-Si加入量为1.75kg/t；其他为合金及造渣材料。
(2)VD真空处理，67Pa以下保压时间20min，真空时间40min；
(3)LF钢包炉进行成分调整(包括S、N及微合金元素)和进一步精炼处理，保证出钢氧含量低于15ppm；
(4)采用电磁搅拌和弱冷制度的连铸工艺，电池搅拌电流为350A，频率为6.5HZ；结晶器冷却水量为2000L/min，二冷段中的足 辊段、活动段、固定I段、固定II段的冷却水量分别为28L/min、28L/min、15L/min、10L/min，拉坯速度为0.9m/min，连铸坯矫直温度为850℃；
(5)采用分阶段加热技术对连铸方坯进行加热，第一阶段：0～750℃，加热速度为10℃/min，第二阶段：750～1220℃，加热速度为15℃/min，第三阶段：1220℃保温，保温时间为45min。轧制的开轧温度控制在1065℃，精轧温度控制在965℃；轧后采用高温快冷、低温缓冷的分段冷却工艺，冷却第一阶段，精轧后快冷至650℃，冷却速度50℃/min，第二阶段650℃缓慢冷却至室温，冷却速度0.15℃/min。
采用本发明提供的高碳微合金圆钢生产所生产的含V、N、S高碳微合金圆钢，其连铸坯低倍组织；中心缩孔为0.5级，中心疏松为0.5级，非金属夹杂物为0级；成分偏析：C偏析为1.02(碳含量相当的70钢C偏析为1.05)；S偏析为1.04(硫含量相当的C1118钢S偏析为1.06)
采用本发明提供的高碳微合金圆钢生产方法所生产的含V、N、S高碳微合金圆钢，其热轧圆钢表面光洁、无裂纹；奥氏体晶粒度≥7.5级，非金属夹杂物：A类3级，B类≤1.0级，C类≤0.5级，D类0级。钢中[O]≤12ppm，[H]≤1.5ppm。
实施例3
本发明用于汽车发动机裂解连杆的高碳微合金圆钢的化学成分重量百分比为C：0.80％，Si：0.37％，Mn：0.90％，P：0.060％，S：0.080％，N：0.0300％，还含有微合金元素V、Nb、Ti、B的一种或几种，余量为Fe及不可避免的杂质。
生产用于汽车发动机裂解连杆的高碳微合金圆钢的生产方法，包 括偏低心电炉-VD真空处理炉-LF钢包炉-连铸-轧制-控制冷却工艺，其具体生产步骤由下述步骤组成：
(1)采用高拉碳出钢，出钢碳含量控制在0.60％，炉后向钢包中加铝块和Ba-Ca-Si进行预脱氧，其中铝块加入量为0.7kg/t、Ba-Ca-Si加入量为2.0kg/t；其他为合金及造渣材料；
(2)VD真空处理，67Pa以下保压时间25min，真空时间50min；
(3)LF钢包炉进行成分调整(包括S、N及微合金元素)和进一步精炼处理，保证出钢氧含量低于15ppm；
(4)采用电磁搅拌和弱冷制度的连铸工艺，电池搅拌电流为400A，频率为7HZ；结晶器冷却水量为2050L/min，二冷段中的足辊段、活动段、固定I段、固定II段的冷却水量分别为28L/min、28L/min、15L/min、10L/min，拉坯速度为1.0m/min，连铸坯矫直温度为900℃；
(5)采用分阶段加热技术对连铸方坯进行加热，第一阶段：0～750℃，加热速度为10℃/min，第二阶段：750～1220℃，加热速度为15℃/min，第三阶段：1220℃保温，保温时间为45min。轧制的开轧温度控制在1080℃，精轧温度控制在980℃；轧后采用高温快冷、低温缓冷的分段冷却工艺，冷却第一阶段，精轧后快冷至650℃，冷却速度50℃/min，第二阶段650℃缓慢冷却至室温，冷却速度0.15℃/min。
采用本发明提供的高碳微合金圆钢生产所生产的含V、N、S高碳微合金圆钢，其连铸坯低倍组织；中心缩孔为0.5级，中心疏松为0.5级，非金属夹杂物为0级；成分偏析：C偏析为1.02(碳含量相当的70钢C偏析为1.05)；S偏析为1.04(硫含量相当的C1118钢S偏析为1.06)
采用本发明提供的高碳微合金圆钢生产方法所生产的含V、N、 S高碳微合金圆钢，其热轧圆钢表面光洁、无裂纹；奥氏体晶粒度≥7.5级，非金属夹杂物：A类3级，B类≤1.0级，C类≤0.5级，D类0级。钢中[O]≤12ppm，[H]≤1.5ppm。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (7)
1.一种用于汽车发动机裂解连杆的高碳微合金圆钢，其特征在于：该钢的化学成分重量百分比为C：0.60～0.80％，Si：0.17～0.37％，Mn：0.30～0.90％，P：0.020～0.060％，S：0.050～0.080％，N：0.015～0.0300％，还含有微合金元素V、Nb、Ti、B的一种或几种，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的用于汽车发动机裂解连杆的高碳微合金圆钢，其特征在于：所述该钢的化学成分重量百分比为C：0.70％，Si：0.27％，Mn：0.60％，P：0.040％，S：0.065％，N：0.0225％，还含有微合金元素V、Nb、Ti、B的一种或几种，余量为Fe及不可避免的杂质。
3.生产如权利要求1所述的一种用于汽车发动机裂解连杆的高碳微合金圆钢的生产方法，其特征在于：其生产工艺由下述步骤组成：
(1)采用高拉碳出钢，出钢碳含量控制在0.50～0.60％，炉后向钢包中加铝块和Ba-Ca-Si进行预脱氧，其中铝块加入量为0.5～0.7kg/t、Ba-Ca-Si加入量为1.5～2.0kg/t；其他为合金及造渣材料；
(2)VD真空处理，67Pa以下保压时间≥15min，真空时间≥30min；
(3)LF钢包炉进行成分调整(包括S、N及微合金元素)和进一步精炼处理，保证出钢氧含量低于15ppm；
(4)采用电磁搅拌和弱冷制度的连铸工艺，电池搅拌电流为300～400A，频率为6～7HZ；结晶器冷却水量为1950～2050L/min，二冷段中的足辊段、活动段、固定I段、固定II段的冷却水量分别为28L/min、28L/min、15L/min、10L/min，拉坯速度为0.8～1.0m/min，连铸坯矫直温度为800～900℃；
(5)采用分阶段加热技术对连铸方坯进行加热，第一阶段：0～750℃，加热速度为10℃/min，第二阶段：750～1220℃，加热速度为15℃/min，第三阶段：1220℃保温，保温时间为45min；轧制的开轧温度控制在1050～1080℃，精轧温度控制在950～980℃；轧后采用高温快冷、低温缓冷的分段冷却工艺，冷却第一阶段，精轧后快冷至650℃，冷却速度50℃/min，第二阶段650℃缓慢冷却至室温，冷却速度0.15℃/min。
4.根据权利要求3所述的一种用于汽车发动机裂解连杆的高碳微合金圆钢的生产方法，其特征在于：高拉碳出钢的出钢碳含量控制在0.55％，预脱氧时铝块加入量为0.6kg/t、Ba-Ca-Si加入量为1.75kg/t；其他为合金及造渣材料。
5.根据权利要求3所述的一种用于汽车发动机裂解连杆的高碳微合金圆钢的生产方法，其特征在于：VD真空处理中67Pa以下保压时间为20min，真空时间为40min。
6.根据权利要求3所述的一种用于汽车发动机裂解连杆的高碳微合金圆钢的生产方法，其特征在于：采用电磁搅拌和弱冷制度的连铸工艺中电池搅拌电流为350A，频率为6.5HZ，结晶器冷却水量为2000L/min；二冷段中的足辊段、活动段、固定I段、固定II段的拉坯速度为0.9m/min，连铸坯矫直温度为850℃。
7.根据权利要求3所述的一种用于汽车发动机裂解连杆的高碳微合金圆钢的生产方法，其特征在于：采用分阶段加热技术对连铸方坯进行加热后，轧制的开轧温度控制在1065℃，精轧温度控制在965℃。
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