特殊钢
SPECIAL  STEEL 第40卷第5期
・54・2019年10月
Vol. 40. No. 5October  2019
汽车用非调质钢C38+N 的研究
李刚郭晓俊王连海
（抚顺特殊钢股份有限公司技术中心，抚顺113001）
摘 要 汽车用非调质钢C38 + N 既可以用作制造曲轴材料，亦可以用来生产发动机胀断连杆，采取优化化学 成分（/% ：0. 36 ~0.40C ,0.50 -0. 65Si , 1.40 ~ 1.55Mn,0. 10 ~0. 20Cr,0.015 ~ 0. 020N.0. 020 ~ 0. 035S, WO. 025P,
0.003 -0.015A1）、喂S 线控制硫化物含量等手段，生产的C38 + N 钢机械性能为Rp 0.2 506 -544 MPa, Rm  854 ~
879 MPa,A  12% ~23.5%,Z26% -30% ，满足标准要求。
关键词C38+N 非调质钢曲轴材料发动机胀断连杆
Study  on  Non-quenched  and  Tempered  Steel
C38 + N  for  Automobile
Li  Gang , Guo  Xiaojun  and  Wang  Lianhai
(FuShun  Spdcial  Steel  Shares  Co  Ltd. FuShun  113001 )
Abstract  Non-quenched  and  tempered  steel  C38 + N  for  automobile  can  be  used  into  not  only  crank  shaft  materials , but  also  produced  engine  connecting  rods. By  optimizing  chemical  composition  (/% ：0. 36 ~0. 40C,0. 50 ~0. 65Si, 1.40 ~ 1.55Mn,0. 10 ~0.20Cr,0.015 ~0. 020N ,0. 020 ~0.035S, W0・025P,0.003 -0.015A1) and  by  feeding  S  wire  to  control  sulfur  content  in  steel  etc , measures , the  mechanical  properties  of  steel  C38 + N  are  Rp 0 2 506 ~ 544 MPa  Rm  854 ~ 879 MPa, A  12% ~23.5% and  Z  26% ~30% to  meet  the  requirement  of  standard.
Material  Index  C38 + N , Non-quenched  and  Tempered  Steel , Crank  Shaft  Materials , Engine  Connecting  Rods
传统汽车零件以中碳钢棒材为坯料，热锻成形后 经过调质处理使零件达到强韧性较好的综合性能。
但其缺点有能耗高、工序多、周期长、污染重，效率低
等。从使用质量来说，调质钢还有一重要隐患，当尺 寸较大时会存在淬透性不足的情况，使零件芯部得不
到强韧性匹配较好的组织。随着冶金技术的进步，一 类新型材料在二十世纪七十年代开发并迅速推广应
用，这一材料即是微合金化非调质钢。非调质钢通过微合金化冶金技术及控轧控冷技
术可实现高的强韧性匹配度，是满足以上需要的有效 途径⑴。非调质钢的应用不仅可以简化工艺、省能 耗、降成本，还可以减少调质过程中淬火引起的变形 开裂，简化矫直工序3】。因此非调质钢在汽车工业
上的应用可以显著降低汽车零部件制造过程中的消
耗，并呈现快速发展的势头。1汽车零件中的非调质钢
目前汽车重要零件如发动机曲轴、发动机连杆、 前轴、转向节、半轴仍以调质钢为主（42CrMo 等），但
非调质钢开始展现其强大的应用前景，微合金化晶粒
与尺寸和性能关系表明：晶粒细化是唯一能使钢强韧 化的有效手段，此外，析出强化也是微合金化的一种
主要强化机制。微合金化元素的碳化物、氮化物以细
小质点形式存在，可作为钢冷却过程中的外来形核核
心，因而能有效的改善钢的性能。目前非调质钢已经
在汽车领域大量应用，如48MnVS 、49MnVS3、
FAS2225、FAS2237、C70S6、36MnVS4、C38N2 钢等。非
调质钢应用过程的主要障碍是强度、硬度有余而韧性
不足，目前随着我国钢铁材料工业的发展，这一障碍
已经逐步消除。而轻量化带来的对材料更高的强韧
性要求是下一步该系列品种的重点研究方向。
2 C38+N 的材料要求和控制方式
C38+N 钢是目前应用于MAN 发动机曲轴和连
杆的材料，其成分构成相对简单，综合性能较佳，性价
比高，非常适合汽车零件量大面广的特点。但也正是
成分相对简单，对工艺控制水平提出较高的要求，因
此目前国内厂家生产及其应用受到一定限制。但随
着对该材料研究的深入，相信该材料有较大的发展前
景。表1和表2列出该材料某标准的成分和力学性
能要求，目前该材料的难点是硫化物的控制以及获得
良好的综合性能。
第5期
李 刚等：汽车用非调质钢C38 +N 的研究
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表1 C38+N 钢化学成分要求/%
Table  1 Requirement  ofchemical  composition  of  steel  C38 +N/%
C
Si  Mn  Cr  N  S  P Al
0.36-0.400.50- 1.40 - 0.10 ~ 0.015 ~ 0.020 ~ W 0.65    1.55 0.20 0.020 0.035 0.0250.003 〜0.015
Table  2
C38+N
表2 C38+N 钢的力学性能要求
Requirements  of  mechanical  properties  of  steel
热处理工艺 Rpo/MPa  Rm/MPa  A/%
Z/%
(1 220 ±20)^，保温30 min，静止空气 M450
750 - 900 M12中冷却到室温
M25
2.1强韧化手段
2.1.1合理利用强韧化合金元素
碳元素是最有效的强化元素，合理增加碳含量可
以有效增加珠光体比例，提高材料强度。但会使韧性
有一定下降。镒和锯元素通过固溶方式强化铁素体
和珠光体，并扩大奥氏体相区域，从而提髙珠光体比
例。
2.1.2晶粒细化
细化钢的晶粒能有效提高钢的韧性并保持高的
强度。非调质钢一般采用微合金化的方法通过增加 形核核心、晶界的钉扎作用等方式达到晶粒细化的目
的。
2.1.3控轧控冷技术
控轧是提高非调质钢性能的主要途径。主要控长安奔奔mini2012
制参数为：钢锭加热温度1 190 ~ 1 210七，钢材终轧
温度880 - 930七，轧制过程每道次变形量30 ~
50 mm，轧后风冷。根据下述原理，该材料在不同条
件下d 模拟组织预测（如图1所示）。（1）提高加热
温度，固溶微量元素，在随后的冷却过程中均匀析出， 达到提高强度的目的。（2）控制终锻温度、变形量和 变形温度，细化晶粒，提高材料的强韧性。（3）自然冷 却（非过程控制）不能有效控制非调质钢质量。最好
采用分段控冷技术，有效的发挥非调质钢的组织强化
作用。
由图1可以看岀，不同成分控制和不同冷却条件 下，可获得不同的组织，这是获得良好强韧性材料的 基本条件。因此成分设计和工艺设计（尤其是冷却设
计）至关重要。
2.2硫化物的控制
五菱之光面包车报价含硫易切削钢因不含重金属而环保，钢中的硫化
物割断了基体的连续性而使车屑易断，从而减轻刀具
的磨损，进而改善材料的切削性能。一般来说硫含量
越高则切削性能越好，但由于轧制后成条状的硫化猛 会造成钢韧性的各向异性⑸，而硫含量越低则其力学 性能越佳，但切削性能较差。为保持钢材的综合性
能，应该使钢中的硫化猛具备一定的长宽比，硫化物
呈球状和纺锤状比呈线条状更有利于切削。另外需 指出：硫化物的形态对疲劳性能还是有重大影响 的同，同时硫化物还会影响材料的磁痕检测，增加误 判，增加废品率。
控制硫化物形态所采用的工艺：按2.5 m/t 喂入
S 线，收得率达70%。
2.3精炼渣成分和加N 工艺
精炼渣的成分：CaO  49. 85% , SiO 2 6. 76% ,
MgO  6.5% ,FeO  0. 5% , A12O 3 2& 54%，二元碱度 7.37，多元碱度1.60。
时间/$机动车环保标志
(b)
•铁素体（0.1%）★珠光体（0.1%）
■贝氏体（0.1%）
♦珠光体（99.9%）
▲贝氏体（99.9%）
0.1
10时间/6
1000
100 000
图 1 C38+ N  钢(a)晶粒度 5 级，奥氏体化 827.44 X.,/% :0. 36C ,0. 50Si , 1. 40Mn ,0. 10Cr,0. 015N,0. 020S,0. 005P,0. 003Al  和
(b)晶粒度7 级，奥氏体化820.76 °C  ,/% ：0.40C ,0.65Si,1.55Mn ,0.20Cr,0.020N ,0.035S ,0.025P,0.015A1 的 CCT  曲线
Fig. 1 CCT  curves  of  steel  C38 + N ： (a) grain  size  rating  5,austenizing  at  827. 44 迟，/% ：0. 36C ,0. 50Si , 1.40Mn,0. 10Cr,0. 015N , 0.020S,0.005P,0.003Al  and  (b) grain  size  rating  7,austenizing  at  820. 76 X.,/% ：0.40C ,0.65Si , 1.55Mn ,0.20Cr ,0.020N ,0.035S , 0.025P,0.015 A
l
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加N 工艺：调N 采用脱气后吹N 工艺,N 压力
高性价比汽车
1.6 MPa，吹 N  时间 10-20 s 0
3材料制造
抚顺特殊钢股份有限公司生产该钢种的工艺流 程为：60t  EAF  + LF  + VD  +模铸3 t 锭+轧制成材
¢140 mm/¢160 mm  +精整+探伤+包装入库。通过
以上分析，结合公司多年生产该系列钢种的经验，从
成分的优化设计，成分的准确控制、优化硫化物控制 工艺到轧后冷却重点控制，生产出合格的钢材。试验
钢的化学成分和力学性能分别见表3、表4。
材料的组织状态完全满足标准要求(如图2)。
图3 C38+N 钢轧材的硫化物形貌
Fig. 3 Morphology  of  sulfide  of  steel  C38 + N  rolled  product
表3试验C38+ N 钢化学成分/%
Table  3 Chemical  results  of  test  steel  C38 +N  /%C Si Mn Cr N S P Al 0.37
0.61
1.45
0.150.0180.0220.0040.013
表4 C38+N 钢的力学性能
Table  4 Mechanical  properties  of  steel  C38 + N 试样代号规格
位置RpO. 2/MPa
Rm/MPa A/%Z/%2828
边缘530854  2.5282819①140头部近中心
519
544
86887913122926
2829
边缘
50686013.5302820
①140尾部近中心
52653085785615132828
2824边缘
52186014292821
◎160头部近中心
509502
841830
1514.5
rally fighter3030
2823
边缘
侧位停车技巧54886312282822①160尾部近中心
51151385485014.514
3029标准要求
M450
750 - 900
>12
M25
图2 C38+N 钢轧材的组织(a)和晶粒度(b)
Fig. 2 Microstructure  ( a) and  grain  size  (b) of  steel  C38 + N  rolled  product
钢材的硫化物满足标准要求，但形态未达到最理
想的状态(如图3)。4结论
(1) 通过优化成分设计、冶炼工艺、加工工艺，结 合多年生产非调质钢的操作经验，可以批量生产出满
足标准要求的材料。
(2) 非调质钢的特点决定了材料提供者必须与 锻造厂的工艺状态相结合，才能生产出满足主机厂使
用要求的材料。
(3)钢材的均匀度、性能的稳定性提高和硫化物
形态的优化控制是今后研究工作的方向。
参考文献
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状和发展(A).中国汽车轻量化国际研讨会,2014.
李刚(1973-)男，硕士(2002年东北大学)，技
术中心副主任,1994年辽宁工学院(本科)毕业，电 弧炉冶金工艺研究。E-mail  ：ligang@ fs-ss. com
收稿日期
:
2019-04-11