LG40Cr汽车发动机连杆用钢的开发

梁　娜，杜国强

（山钢股份莱芜分公司　特钢事业部，山东　莱芜271105）



生产技术

LG40Cr汽车发动机连杆用钢的开发

梁娜，杜国强

（山钢股份莱芜分公司特钢事业部，山东莱芜271105）

摘要：莱钢特钢事业部采用50 t电炉短流程生产工艺开发了连杆用LG40Cr钢，根据其技术要求设计合理的生产工艺过程，针对关键技术加强过程和关键参数控制，并对生产的203炉LG40Cr钢化学成分、力学性能、低倍和非金属夹杂物进行统计分析。结果表明，LG40Cr钢成分及各项性能稳定，综合性能优良，满足连杆用钢高洁净度、高均质化、高性能稳定性的要求。关键词：连杆用钢；LG40Cr钢；化学成分；力学性能

1　前　言

连杆是发动机的重要零部件，在工作过程中承受着很高的周期性冲击力、惯性力和弯曲力，其质量直接影响到发动机的性能。目前，国内汽车发动机连杆用钢主要为45、40Cr、35CrMoA、42CrMoA等调质钢以及35MnVS、C70S6、SVdH20S1、S45CVMn等非调质钢［1-4］。随着汽车行业的发展，高品质、低成本的连杆用钢受到越来越多连杆生产厂家的青睐。为了更好地满足连杆用钢高洁净度、高均质化、低成本的要求，莱钢特钢事业部开发了LG40Cr汽车发动机连杆用钢，并对其相关性能进行分析。

2　钢的主要技术要求

2.1化学成分

LG40Cr钢的化学成分要求见表1。

表1　LG40Cr钢的化学成分要求（质量分数）%

2.2低倍组织

钢材的横截面酸浸低倍组织试片上不得有目视可见的缩孔、气泡、裂纹、夹杂、翻皮、白点、晶间裂纹等缺陷。酸浸低倍组织级别应符合表2规定。

表2　LG40Cr钢材的低倍组织要求

2.3力学性能

用热处理毛坯制成试样测定钢材的纵向力学性能，检验结果应符合表3规定。推荐热处理制度：淬火（850±15）℃/油＋回火（520±50）℃/水或油。钢材尺寸小于试样毛坯尺寸时，用原始钢材进行热处理。

表3　LG40Cr钢的力学性能要求

2.4非金属夹杂物及晶粒度

钢材中的非金属夹杂物合格级别应符合表4的规定。按GB/T 6394标准检验钢材的奥氏体晶粒度

3　关键控制技术

LG40Cr钢工艺流程：配料（热装40%以上铁水）→50 t电炉→LF炉精炼＋VD真空脱气处理→连铸（电磁搅拌）→入坑缓冷/热送→轧制成材。

1）窄成分设计。钢材的窄成分设计对于钢材性能稳定至关重要。按照连杆用钢力学性能及硬度要求并参照发动机主机厂实行的标准，考虑成本、钢材均匀性、洁净度和加工性能等来设计主要成分C、Mn、Cr、P、S和Al的范围。

2）提高钢材高洁净度。为了满足钢材洁净度的要求，严格控制P、S及气体含量，控制夹杂物形态。在电炉冶炼过程中，严格脱氧脱磷操作，终点C≥0.20%，P≤0.015%，残余元素含量符合标准要求；精炼过程造白渣，控制炉渣碱度＞3.0，白渣保持时间＞20 min。LF出钢前喂入铝线、钙线，按照2～3 m/t喂入铝线，1.0～2.5 m/t喂入钙线；VD真空精炼，真空度＜67 Pa保持时间≥15 min，软吹氩时间≮15（应≥5级）。min，软吹氩时严禁钢水裸露和大氩气量搅拌降温；连铸过程采用浸入式水口全程保护浇铸。

3）提高钢材均匀性。为了保证钢材组织和性能的均匀性，在VD处理后，软吹氩时间≮15 min；连铸过程采用电磁搅拌；钢坯加热炉内均匀加热，均热温度1 150～1 180℃，加热时间≥2.5 h；保证钢材的压缩比。

4　产品实物质量

对生产的203炉LG40Cr钢的成分、力学性能、低倍组织和非金属夹杂物进行统计分析。

4.1化学成分

图1所示为LG40Cr钢C、Mn、Cr成分的统计结果。从图1中可以看出，各主要成分都控制在较窄的范围内，C：0.39%～0.41%占96%，基本控制在0.40%±0.01%；Mn：0.66%～0.70%占96%，基本控制在0.68%±0.02%；Cr：0.96%～1%占100%，全部控制在0.98%±0.02%，C、Mn、Cr主要成分均控制在窄成分范围内，各连续炉次之间主要成分波动较小，保证了材料性能的稳定。

图1　LG40Cr钢化学成分统计结果

4.2力学性能

图2所示为LG40Cr钢的力学性能统计结果。从图2可以看出，LG40Cr钢的力学性能较稳定：屈服强度860～945 MPa占91.6%，抗拉强度1 000～ 1 070 MPa占99%，伸长率12%～14%占97.5%，断面收缩率45%～52.5%。钢材的强塑性匹配良好，屈强比达0.8以上。

图2　LG40Cr钢力学性能统计结果

4.3非金属夹杂物

图3所示为非金属夹杂物统计结果，从图中可以看出非金属夹杂物的主要集中范围为：A细类1～1.5级，A粗类0～1级；B细类0～1级，B粗类0～1级；D细类0～0.5级，D粗类0～0.5级；C类与Ds类夹杂物均为0级。晶粒度7～8级。钢材的非金属夹杂物控制良好，洁净度较高，晶粒度细小，为材料良好的疲劳性能提供了保障。

图3　LG40Cr钢材非金属夹杂物统计结果

4.4低倍组织

钢材的低倍组织级别为一般疏松0.5～1.0级，中心疏松0.5～1.5级，锭型偏析0～1级，无其他低倍缺陷。

图4所示为LG40Cr的低倍组织及其纵剖面的流线，钢材纵剖面试样经腐蚀后未发现冶金及铸造缺陷，宏观观察金属组织有一定的方向性，塑性杂质随着金属材料变形沿轧向呈带状分布。

图4　LG40Cr钢材低倍组织及纵剖面流线

5　结　论

莱钢特钢事业部生产的LG40Cr钢的各项性能均很好地满足了技术要求，且性能稳定，洁净度高，具有良好的综合性能。现行的生产工艺稳定可行，产品的各项性能可以很好地满足连杆用钢的要求。

参考文献：

［1］曹正.汽车发动机连杆材料的现状及发展趋势［J］.汽车工艺与材料，2007（1）：7-10.

［2］王秋冰，马鸣，卢震鸣，等.发动机连杆用材料与工艺的发展趋势［J］.柴油机设计与制造，2007,15（1）：40-44.

［3］李鹏.国外汽车发动机连杆材料最新应用［J］.汽车工艺与材料，2010（1）：42-45.

［4］姚贵升.汽车裂解连杆用钢的开发［J］.汽车工艺与材料，2004 （11）：6-9.

Development of LG40Cr Steel for Automobile Engine Connecting Rods

LIANG Na, DU Guoqiang

（The Special Steel Division of Laiwu Company of Shandong Iron and Steel Co., Ltd., Laiwu 271105, China）

Abstract:The 50 t EF short process production technology was used to develop LG40Cr steel for connecting rods, and the reasonable production process was designed according to its technical requirements. The key process and parameter have been controlled strictly. The statistics and analysis on the chemical compositions, mechanical properties, macrostructure and non-metallic inclusions of 203 furnaces of steel produced were carried out, and the results showed that: LG40Cr steel had a very high stability in chemical compositions and various properties, comprehensive performance excellent, which can meet the requirements of steel for connecting rods in high cleanliness, high homogeneity and high property stability.

Key words:connecting rod steel; LG40Cr steel; chemical composition; mechanical property

中图分类号：TF762+.3；TG142.1

文献标识码：A

文章编号：1004-4620（2016）02-0010-03

收稿日期：2015-12-29

作者简介：梁娜，女，1982年生，2007年毕业于昆明理工大学材料学专业，硕士。现为山钢股份莱芜分公司特钢事业部工程师，从事特殊钢新产品开发工作。