定制化连杆用钢的开发及应用

文／范全保，李金波·河钢集团邯钢公司技术中心

连杆是发动机中的重要零部件，在工作过程中承受着较高的周期性冲击力、惯性力和弯曲力，其产品质量直接影响到发动机的综合性能。连杆质量受原材料性能、加工工艺等多重因素影响，其中原材料性能是影响连杆质量的重要因素之一。开发成分均一、组织均匀、内部纯净、性能优异、尺寸精度高的连杆用钢是连杆原材料生产企业追求的方向，为此各大特钢企业密切关注汽车及锻造行业发展，积极开发高品质连杆用钢。

目前汽车材料正朝着更安全、节能、环保、轻量化、低成本等方向发展，为此，河钢邯钢结合自身优势开展定制化连杆用钢产品的研究，从产品设计、试验、生产、使用等多重环节考虑客户产品需求，加强对原材料的质量控制。

材料及研究方案

定制化开发理念

河钢邯钢连杆用钢的开发充分考虑原材料性能和连杆锻造加工工艺及性能的匹配性，通过开展连杆锻造加工工艺调研、连杆特殊特性识别、实验室过程模拟和中试等定制化开发连杆用钢产品。考虑连杆锻造工艺、热处理工艺的特点和最终性能的实现，设计出最优的定制化成分体系、工艺路线、性能指标等，如表1所示的42CrMoH化学成分体系。

表1 42CrMoH化学成分体系（%）

冶炼及轧制工艺

本文研究的定制化连杆用钢以表1中42CrMoH化学成分体系2为例，采用生产工艺路线为：转炉冶炼+LF精炼+RH真空处理+五机五流连铸380mm×280mm大方坯+开坯150mm×150mm初轧坯+棒材轧制φ20～90mm。

转炉冶炼采用顶底复吹工艺，终点碳控制≥0.08%，P控制在0.015%以下。LF精炼白渣操作，白渣保持时间≥15min。RH高真空度100Pa以下保持10～15min，净吹处理时间≥15min。连铸采用五机五流380mm×280mm大断面浇注，采用全程保护浇注，使用结晶器电磁搅拌及凝固末端动态轻压下技术，低过热度浇铸△T=15～30℃，连浇炉次拉速控制在0.65m/min，二冷水采用弱冷。

开坯轧制：坯料尺寸380mm×280mm，加热温度1150～1250℃，加热时间≥120min。棒材轧制：坯料尺寸150mm×150mm，加热温度1080～1200℃，加热时间≥90min。

分析与讨论

通过定制化开发42CrMoH连杆用钢，力学性能、淬透性、非金属夹杂物、低倍组织、晶粒度、脱碳层、硬度等性能指标均满足设计要求。其中力学性能指标合格率100%，热轧态布氏硬度260～280HB。淬透性J9值51～54HRC，J15值44～47HRC，淬透性带宽≤4HRC，实现了淬透性窄带宽下限控制。低倍组织中心疏松≤1.0级，一般疏松、中心偏析、锭型偏析≤0.5级，未发现目视可见的残余缩孔、气泡、裂纹等缺陷。非金属夹杂物A类≤1.5级，B类、D类非金属夹杂物级别≤0.5级，无C类非金属夹杂物存在。奥氏体晶粒度7.5～8.5级，脱碳层（0.40%～0.60%）D（直径），带状组织≤2.0级，1/3热顶锻和塔形发纹检测均合格，检测结果如表2～表6所示。

连杆加工及性能检测

定制化42CrMoH连杆用钢各项性能（表7）与连杆加工工艺有较好的匹配性，均满足连杆锻造、热处理及机械加工要求，生产的连杆质量稳定。

定制化42CrMoH连杆各项检测指标符合性较好，其中连杆硬度为28～29HRC，硬度偏差为2HRC；调质显微组织为回火索氏体加少量游离铁素体，2.0级；热处理后锻件表面脱碳层深为0.05～0.08mm；拉伸试验中抗拉强度920～940 MPa，屈服强度800～820MPa；连杆锻件切削性能良好，重量公差合格；金属低倍组织流线与外形相符。

表2 42CrMoH力学性能检测

表3 42CrMoH淬透性平均值（HRC）

表4 42CrMoH低倍组织检测（级）

表5 42CrMoH非金属夹杂物检测（级）

表6 42CrMoH其他性能检测

表7 连杆性能检测

结论

⑴河钢邯钢定制化生产的42CrMoH连杆用钢性能稳定，各项指标与连杆加工工艺有较好的匹配性。其中淬透性带宽≤4HRC，低倍组织疏松、偏析≤1.0级，非金属夹杂物A类≤1.5级，B/C/D类≤0.5级，带状组织≤2.0级，晶粒度7.5～8.5级，脱碳层（0.40%～0.60%）D。

⑵定制化42CrMoH连杆各项检测指标符合性较好，其中连杆硬度偏差≤2HRC，调质组织级别为2.0级，锻件表面脱碳层深为0.05～0.08mm。抗拉强度920～940MPa，屈服强度800～820MPa，连杆锻件切削性能良好，重量公差合格，金属低倍组织流线与外形相符。