| 专利名称： | 一种提高中碳非调质钢连杆胀断性能的热处理方法 | ||
| 专利名称(英文)： | Heat treatment method for improving medium-carbon non-quenched and tempered steel connecting rod cracking performance | ||
| 专利号： | CN201510466335.7 | 申请时间： | 20150731 |
| 公开号： | CN104988295A | 公开时间： | 20151021 |
| 申请人： | 武汉钢铁（集团）公司 | ||
| 申请地址： | 430080 湖北省武汉市武昌友谊大道999号A座15层 | ||
| 发明人： | 张贤忠; 杨志刚; 刘赞丰; 卢小生; 陈庆丰; 陈子宏 | ||
| 分类号： | C21D9/00; C22C38/12 | 主分类号： | C21D9/00 |
| 代理机构： | 武汉开元知识产权代理有限公司 42104 | 代理人： | 何英君 |
| 摘要： | 本发明一种提高中碳非调质钢连杆胀断性能的热处理方法，属金属热处理领域，本方法是对设定成份的中碳非调质钢连杆的热处理方法：将该设定成份的中碳非调质钢连杆毛坯置于真空感应加热炉内，控制该加热炉的真空度为0.1-1.0Pa、炉内加热温度为1150-1200℃、保温时间为20-40min，使该钢中的微合金元素充分溶解于奥氏体中，确保连杆表面少氧化或无氧化脱碳反应发生；继而将出炉的中碳非调质钢连杆毛坯通过风冷装置，控制其冷却速度为8～12℃/秒，冷却至300～400℃后，再在缓冷装置中自然冷却至室温，使溶解于奥氏体中的微合金元素呈弥散析出，同时提高铁素体晶粒度和珠光体含量；从而提高该中碳非调质钢连杆的抗拉强度和胀断性能，满足汽车发动机胀断连杆的标准要求。 | ||
| 摘要(英文)： | The invention provides a heat treatment method for improving medium-carbon non-quenched and tempered steel connecting rod cracking performance, and belongs to the field of heat treatment of metals. The method is the heat treatment method of a medium-carbon non-quenched and tempered steel connecting rod of which the components are set, a medium-carbon non-quenched and tempered steel connecting rod blank of which the components are set is placed in a vacuum induction heating furnace, the vacuum degree of the heating furnace ranges from 0.1 Pa to 1.0 Pa, the heating temperature in the furnace ranges from 1150 DEG C to 1200 DEG C, the heat preservation time ranges from 20 min to 40 min, microalloy elements in the steel are fully dissolved in austenite, and it is guaranteed that a low oxidizing or non-oxidizing decarburizing reaction occurs on the surface of the connecting rod; the cooling speed of the medium-carbon non-quenched and tempered steel connecting rod blank come out of the furnace is controlled to be 8-12 DGE C/second through a wind-cooling device, after the medium-carbon non-quenched and tempered steel connecting rod blank is cooled to be at 300-400 DEG C, the medium-carbon non-quenched and tempered steel connecting rod blank is naturally cooled to be at the room temperature in a slow cooling device, the microalloy elements dissolved in the austenite are separated out in a dispersion mode, and meanwhile the ferrite grain size and the content of the pearlite are increased; therefore, tensile strength and cracking performance of the medium-carbon non-quenched and tempered steel connecting rod are improved, and standard requirements of an automobile engine cracking connecting rod are met. | ||
1.一种提高中碳非调质钢连杆胀断性能的热处理方法，其特征在于，是 对按质量百分比计，设定成份为含C：0.36±0.02％、Si：0.60±0.05％、Mn： 1.30±0.05％、V：0.30±0.05％、N：0.0160±0.0020％，余量为铁和不可避 免的夹杂的中碳非调质钢连杆的热处理方法，该热处理方法由真空热处理步 骤和控制冷却步骤组成，所述真空热处理步骤：将中碳非调质钢连杆毛坯置 于真空感应加热炉内，控制真空感应加热炉的真空度为0.1～1.0Pa、炉内加 热温度为1150～1200℃、保温时间为20～40min，使中碳非调质钢中的微合 金元素充分溶解于奥氏体中，确保连杆表面少氧化或无氧化脱碳反应发生； 所述控制冷却步骤：将通过上述真空感应加热炉处理的出炉的中碳非调质钢 连杆毛坯，先通过风冷装置冷却，控制其冷却速度为8～12℃/秒，冷却至 300～400℃后，再在缓冷装置中自然冷却至室温，使溶解于奥氏体中的微合 金元素呈弥散析出，同时提高铁素体晶粒度和珠光体含量；从而提高该中碳 非调质钢连杆毛坯抗拉强度和胀断性能，其各项性能满足汽车发动机胀断连 杆的标准要求。
2.根据权利要求1所述的一种提高中碳非调质钢连杆胀断性能的热处 理方法，其特征在于，风冷装置为链式移动风冷装置。
3.根据权利要求1所述的一种提高中碳非调质钢连杆胀断性能的热处 理方法，其特征在于，缓冷装置为固定式自然冷却箱。
1.一种提高中碳非调质钢连杆胀断性能的热处理方法，其特征在于，是 对按质量百分比计，设定成份为含C：0.36±0.02％、Si：0.60±0.05％、Mn： 1.30±0.05％、V：0.30±0.05％、N：0.0160±0.0020％，余量为铁和不可避 免的夹杂的中碳非调质钢连杆的热处理方法，该热处理方法由真空热处理步 骤和控制冷却步骤组成，所述真空热处理步骤：将中碳非调质钢连杆毛坯置 于真空感应加热炉内，控制真空感应加热炉的真空度为0.1～1.0Pa、炉内加 热温度为1150～1200℃、保温时间为20～40min，使中碳非调质钢中的微合 金元素充分溶解于奥氏体中，确保连杆表面少氧化或无氧化脱碳反应发生； 所述控制冷却步骤：将通过上述真空感应加热炉处理的出炉的中碳非调质钢 连杆毛坯，先通过风冷装置冷却，控制其冷却速度为8～12℃/秒，冷却至 300～400℃后，再在缓冷装置中自然冷却至室温，使溶解于奥氏体中的微合 金元素呈弥散析出，同时提高铁素体晶粒度和珠光体含量；从而提高该中碳 非调质钢连杆毛坯抗拉强度和胀断性能，其各项性能满足汽车发动机胀断连 杆的标准要求。
2.根据权利要求1所述的一种提高中碳非调质钢连杆胀断性能的热处 理方法，其特征在于，风冷装置为链式移动风冷装置。
3.根据权利要求1所述的一种提高中碳非调质钢连杆胀断性能的热处 理方法，其特征在于，缓冷装置为固定式自然冷却箱。
翻译：技术领域
本发明一种提高中碳非调质钢连杆胀断性能的热处理方法，属金属热处 理领域，具体涉及汽车发动机胀断连杆用钢的热处理方法。
背景技术
发动机连杆胀断工艺作为一种优于传统连杆加工工艺的新工艺，已广泛 应用于连杆生产制造。而适应连杆胀断工艺的胀断连杆材料不仅影响连杆 产品的使用性能和切削性，而且决定可开裂性和断面质量，对胀断工艺起 关键作用。因此，胀断连杆材料一般要求具有较高的强度、较小的塑性变 形、合适的脆性和良好的切削加工性能。目前，国内外已开发出部分中、 高碳非调质钢取代传统的45、40Cr、35CrMo、42CrMo等调质钢。主要有高 碳的C70S6锻钢、SPLITASCO系列锻钢、FRACTIM锻钢和中碳的36MnVS4、 S53CV-FS锻钢等。
以C70S6钢为代表的高碳非调质钢具有高强度(抗拉强度≥950MPa、屈 服强度≥550MPa)和低韧性(延伸率≥10％、断面收缩率≥20％)，其胀断性 能优良，但经大量的生产实践发现，C70S6的可加工性能较差，刀具磨损较 快。而以36MnVS4钢为代表的中碳非调质钢具有高强度(抗拉强度≥ 1000MPa、屈服强度≥750MPa)和良好的韧性(延伸率≥20％、断面收缩率 ≥40％)，其加工性能优良，疲劳寿命高，在循环次数达到了107次时，C70S6 的疲劳极限是350MPa，而36MnVS4的疲劳极限达到420MPa，比C70S6的疲 劳极限提高了20％，但在胀断过程中连杆大头变形量较大，加工余量大。 因此，变形量大是阻碍中碳非调质钢广泛应用于胀断工艺的主要原因。
专利“一种汽车连杆及其热处理过程”(CN 104088891 A)提供了一种 汽车连杆及其热处理过程，其通过对连杆进行淬火加中温回火，得到回火 屈氏体组织，并且通过对淬火温度的控制，来细化晶粒，提高钢的冲击性 能；同时，向钢中加入微量合金元素的碳氮化物，其在热处理过程中可以 细化奥氏体晶粒，也可以产生沉淀强化效果，最后进行退火处理。这种工 艺主要适用于调质钢连杆，而对于非调质钢连杆，既增加了制造成本，又 不能得到设计所需要的组织。
专利“一种用于脱碳连杆锻件的复碳淬火热处理方法”(CN 103184318 A) 公开了一种解决锻造连杆表面脱碳的复碳淬火热处理方法，其工艺包括“连 杆表面处理-加热复碳-淬火冷却-回火”等，从而挽救了脱碳层不合格的连 杆锻件，使其合格。但由于其工序复杂，不宜控制，且生产成本较高，不 适宜规模化工艺生产。
专利“一种胀断连杆的控温冷却方法”(CN 102335715 A)，提供了一种 用于胀断连杆锻造温度控制及其冷却方法，其主要是通过将锻造后温度在 850℃以上的连杆放入带有轴流风机的冷却装置中进行快速降温；然后在铁 箱中进行堆冷至常温。其优点是对于微合金含量少的非调质钢，既能适当 提高性能，同时降低了生产成本；但对于含有大量V、Nb、Ti等微合金元 素的非调质钢连杆，其在锻后温度下快速冷却不能使钢中固溶的微合金相 最大量析出，因此，不能发挥微合金元素的有效作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高中碳非调质钢连杆胀断性能的热处理方 法，通过对设定成份的中碳非调质钢连杆实施真空热处理和控制冷却，能 在提高中碳非调质钢连杆胀断性能的同时，减少连杆表面脱碳层，从而确 保其各项性能满足汽车发动机胀断连杆的标准要求。
本发明技术方案如下：
本发明一种提高中碳非调质钢连杆胀断性能的热处理方法，是对按质量 百分比计，设定成份为含C：0.36±0.02％、Si：0.60±0.05％、Mn：1.30 ±0.05％、V：0.30±0.05％、N：0.0160±0.0020％，余量为铁和不可避免的 夹杂的中碳非调质钢连杆的热处理方法，该热处理方法由真空热处理步骤 和控制冷却步骤组成，所述真空热处理步骤：将中碳非调质钢连杆毛坯置 于真空感应加热炉内，控制真空感应加热炉的真空度为0.1～1.0Pa、炉内 加热温度为1150～1200℃、保温时间为20～40min，使中碳非调质钢中的 微合金元素充分溶解于奥氏体中，确保连杆表面少氧化或无氧化脱碳反应 发生；所述控制冷却步骤：将通过上述真空感应加热炉处理的出炉的中碳 非调质钢连杆毛坯，先通过风冷装置冷却，控制其冷却速度为8～12℃/秒， 冷却至300～400℃后，再在缓冷装置中自然冷却至室温，使溶解于奥氏体 中的微合金元素呈弥散析出，同时提高铁素体晶粒度和珠光体含量；从而 提高该中碳非调质钢连杆毛坯抗拉强度和胀断性能，其各项性能满足汽车 发动机胀断连杆的标准要求。
所述风冷装置为链式移动风冷装置。
所述缓冷装置为固定式自然冷却箱。
以下就本发明热处理工艺的原理以及技术参数控制原理进行分析说明：
含V、N的中碳非调质钢，其钢中的V与C和N在钢水凝固过程中形成 VC/VN等第二相，这些钢中的VC/VN在加热过程中固溶于奥氏体中，在随后 的冷却过程中沉淀析出呈弥散分布的第二相，对中碳非调质钢进行强化。 因此，第二相的全固溶温度是一个重要的控制参量，高于此温度并达到平 衡之后，第二相将完全处于固溶态，第二相形成元素将只会以固溶元素的 形式发挥相应的作用；而只有在此温度之下适当过冷度条件下，第二相才 有可能有效沉淀析出而以第二相的形式发挥相应的作用。当中碳非调质钢 中V含量为0.25～0.35％，N含量为0.0140～0.0180％时，VC/VN需要温度 达到1050℃以上才开始固溶于奥氏体中，而快速固溶于奥氏体中，其温度 需大于1150℃。在非调质钢连杆锻造生产时，其通常采用电感应加热，加 热温度1100～1150℃，加热时间小于10s，其生产效率高，但钢中的VC/VN 不能完全固溶于奥氏体中，在后续冷却过程中不能达到充分析出强化的作 用。而通过提高加热温度(1150～1200℃)和延长加热时间(20～40min) 可以使钢中的VC/VN完全固溶于奥氏体中，充分发挥微合金元素的作用。 同时通过真空，减少连杆表面氧化脱碳，保证连杆的质量。同时，在VC/VN 的全固溶温度以上保温使其完全固溶后，控制冷却(冷却速度控制在8～ 12℃/秒)至合适的温度(300～400℃)保温,使第二相均匀沉淀析出，可 得到最大体积分数的尺寸微细均匀的第二相颗粒,从而产生最大程度的沉 淀强化效果；而若冷却速度过慢(＜8℃/秒)，过冷度小，其VC/VN沉淀析 出化学驱动力小，不利于VC/VN的沉淀析出。而若冷却速度过快(＞12℃/ 秒)，使钢的共析相变被抑制，奥氏体被过冷到MS点(马氏体相变开始温 度)以下的温度。这时，由于温度很低使得铁原子和碳原子的扩散已不能 进行或不易进行，故奥氏体只能以不发生原子扩散、不产生化学成分变化 的方式，通过切变而由面心立方点阵改组为略有一定正方度的体心立方点 阵，即转变为马氏体，其转变产物马氏体的化学成分与母相奥氏体的成分 相同。同时，母相固溶体严重过饱和，溶质原子的扩散被抑制，造成大量 VC/VN不能相变析出，达不到提高强度的目的。
本发明一种提高中碳非调质钢连杆胀断性能的热处理方法，通过真空热 处理和控制冷却步骤，在提高连杆胀断性能的同时，减少连杆表面脱碳层， 与未经本发明热处理的相同成分的中碳非调质钢连杆毛坯比较，本发明中 碳非调质钢连杆的抗拉强度提高40-100Mpa，胀断连杆大头变形量(不圆度) ≤45um，其各项性能满足汽车发动机胀断连杆的标准要求，完全适应于汽 车连杆制造的胀断工艺和汽车轻量化及安全性的要求，技术效果显著。
具体实施方式
现结合实施例具体说明本发明是如何实施的：
本发明一种提高中碳非调质钢连杆胀断性能的热处理方法，是对按质量 百分比计，设定成份为含C：0.36±0.02％、Si：0.60±0.05％、Mn：1.30 ±0.05％、V：0.30±0.05％、N：0.0160±0.0020％，余量为铁和不可避免的 夹杂的中碳非调质钢连杆的热处理方法，通过以下实施例进一步说明本发 明规定之中碳非调质钢连杆毛坯是如何实施其真空热处理和控制冷却步骤 的，各实施例相关性能测量数据参见表1
实施例1
将按质量百分比计，成份为含C：0.34％、Si：0.55％、Mn：1.25％、V： 0.25％、N：0.0140％，余量为铁和不可避免的夹杂中碳非调质钢连杆毛坯， 置于真空感应加热炉内进行真空热处理，控制真空感应热处理炉的真空度 为0.1Pa；加热温度控制为1150℃，保温时间为20min；继而控制其冷却步 骤：将出真空感应炉的连杆毛坯置于链式冷却装置上进行风冷冷却，冷却 速度控制在8℃/秒；冷却至300℃后，将连杆毛坯收集于箱式冷却装置中 进行缓冷至室温。
实施例2
将按质量百分比计，成份为含C：0.38％、Si：0.65％、Mn：1.35％、V： 0.35％、N：0.0180％，余量为铁和不可避免的夹杂中碳非调质钢连杆毛坯， 置于真空感应加热炉内进行真空热处理，控制真空感应热处理炉的真空度 为0.1Pa；加热温度控制为1200℃，保温时间为40min；继而控制其冷却步 骤：将出真空感应炉的连杆毛坯置于链式冷却装置上进行风冷冷却，冷却 速度控制在9℃/秒；冷却至320℃后，将连杆毛坯收集于箱式冷却装置中 进行缓冷至室温。
实施例3
将按质量百分比计，成份为含C：0.36％、Si：0.60％、Mn：1.30％、V： 0.30％、N：0.0160％，余量为铁和不可避免的夹杂中碳非调质钢连杆毛坯， 置于真空感应加热炉内进行真空热处理，控制真空感应热处理炉的真空度 为0.5Pa；加热温度控制为1180℃，保温时间为30min；继而控制其冷却步 骤：将出真空感应炉的连杆毛坯置于链式冷却装置上进行风冷冷却，冷却 速度控制在10℃/秒；冷却至350℃后，将连杆毛坯收集于箱式冷却装置中 进行缓冷至室温。
实施例4
将按质量百分比计，成份为含C：0.37％、Si：0.60％、Mn：1.30％、V： 0.32％、N：0.0170％，余量为铁和不可避免的夹杂中碳非调质钢连杆毛坯， 置于真空感应加热炉内进行真空热处理，控制真空感应热处理炉的真空度 为0.2Pa；加热温度控制为1160℃，保温时间为25min；继而控制其冷却步 骤：将出真空感应炉的连杆毛坯置于链式冷却装置上进行风冷冷却，冷却 速度控制在9℃/秒；冷却至380℃后，将连杆毛坯收集于箱式冷却装置中 进行缓冷至室温。
表1是本发明实施例热处理的中碳非调质钢胀断连杆毛坯与未经本 发明热处理的相同成份中碳非调质钢连杆毛坯对比件的相关性能对比数 据。由表1明显可见，本发明的中碳非调质钢胀断连杆毛坯具有更高的 强度和胀断性能。
表1
注：不圆度：以连杆大头不圆度表示连杆胀断变形大小。
