Φ12~32 mm 20CrMo齿轮钢(/%:0.19~0.23C,0.48~0.58Mn,0.24~0.28Si,0.009~0.015P,0.003~0.012S,0.87~1.08Cr,0.17~0.18Mo,0.024~0.046Als)的生产流程为铁水脱硫-120 t顶底复吹转炉-LF-软吹-200 mm×200 mm方坯连铸-连轧工艺。结果表明,通过控制铁水[S]≤0.030%,BOF终点[C]≥0.08%,终点[P]≤0.012%,转炉出钢加0.6~1.0 kg/t铝块预脱氧控制LF精炼渣碱度3.5~5.0,连铸钢水过热度20~30℃,拉速1.1~1.4 m/min,开轧温度1 060~1 100℃,终轧≤900℃等工艺措施,钢中全氧含量为12.5×10 ^-6~22.5×10 ^-6,氮含量33×10 ^-6~40×10 ^-6,热轧材中心和一般疏松0.5~1.0级,热顶锻和力学性能满足标准要求,淬透性带宽△J ₉ HRC值3.0,△J ₁₅HRC值4.2。

基于“光束中空，光内送粉”技术对40CrMo钢(/%：0. 40C, 1. 20Cr,0. 25Mo)进行表面激光熔覆铁基 合金粉末(/% ：0. 60C,15. 25Cr, 1. 11Si, 1. 85Mo)以提高硬度,获得更加理想的耐磨性能。40CrMo钢硬度HV _0.2值为 250,激光熔覆后表面硬度HV。.2值为500。对基体的进行200 Y预热处理有利于获得更加良好的冶金结合，其基体 的热影响区和结合区也相对较小。由于较大的温度梯度造成的快速冷却和合金化共同影响的结果，试样结合区硬 度高于激光熔覆层其他区域。

试验Cr14-Co13-Mo5-Ni2齿轮钢由5 t VIM+1 t VAR双真空冶炼,利用Gleeble-1500热模拟机试验研究了Cr14-Co13-Mo5-Ni2钢形变温度(1040~1080℃),形变量(20%~60%)和形变速率1~20 s ^-1对钢的晶粒尺寸的影响。结果表明,形变温度1040℃、形变量60%、形变速率20 s ^-1时,Cr14-Co13-Mo5-Ni2齿轮钢具有细小圆整均匀的晶粒组织,晶粒平均尺寸为4.03 μm。

通过电弧炉留钢操作,控制EAF终点[C]≥0.10%,LF精炼白渣时间≥30 min,利用淬透性预测模型微调钢水中元素含量,控制中间包钢水过热度15~30℃、结晶器、铸流和末端电磁搅拌等工艺措施,试制的Φ110mm~Φ150 mm 22CrMoH齿轮钢（/%:0.20~0.22C，0.26~0.28Si，0.73~0.75Mn，0.007~0.012P，0.001~0.004S，1.05~1.09Cr，0.37~0.39Mo）的氧含量为8×10 ^-6~10×10 ^-6,轧材J ₁₅△HRC值≤4,夹杂物≤1.0级,低倍组织≤1.0级。

20CrMnTiH（TS）钢冶金流程为60 t 顶底复吹转炉-LF-VD-150 mm×150 mm方坯连铸。钢厂20CrMnTiH（TS）钢夹杂物一次检验不合格率达2.0%,主要为B类（复合钙铝酸盐+镁铝尖晶石,以及部分三氧化二铝）和D类夹杂（钙铝酸盐,部分为复合钙铝酸盐+镁铝尖晶石+氮化钛）,尺寸＞20μm。通过采用低磷铁水和优质废钢,转炉终点[C]≥0.09%,转炉出钢加40 kg硅钙和40 kg钢芯铝替代原只加80 kg钢芯铝预脱氧,LF精炼采用SiC70替代SiC45进行扩散脱氧,VD后喂Ti线,保证精炼终渣碱度为3.0,控制连铸时钢包余钢量＞2 t 等工艺措施使T[O]从12×10 ^-6降至8×10 ^-6,一次夹杂物检验不合格率下降至0.5%。

采用全流程取样,利用ASPEX全自动扫描分析法进行检验,对70 t EAF+LF+RH工艺生产的齿轮钢18CrNiMo7-6钢中夹杂物特性的演变规律进行系统的分析和研究,试验结果表明,LF精炼调整成分后,夹杂物数量去除率粒径1～10μm为89%,> 10μm为97%,从LF精炼调整成分后至软吹结束,夹杂物数量去除率粒径1～10μm为54%,> 10μm为66%,>20μm的夹杂物基本清除。夹杂物完成了Al ₂O ₃→Al ₂O ₃·MgO→Al ₂O ₃·CaO的转变。

通过理化和原材料奥氏体晶粒度检验分析了温锻（880~930℃）加工工艺对20CrMnTiH3齿轮钢奥氏体晶粒长大的影响,得到温锻加工齿轮工序在后续890~920℃渗碳过程中该钢奥氏体容易异常长大,830℃渗碳淬火后转变为粗大马氏体组织。温锻后回火、普通正火工艺对渗碳淬火后20CrMnTiH3齿轮钢奥氏体晶粒粗大无改善效果,而通过950℃1 h空冷至650℃8h空冷的等温正火工艺可以避免渗碳淬火后粗大马氏体。

对A类夹杂物超标（A细>3.0级,A粗>2.5级）含硫齿轮钢QT20CrMo（/%:0.20C,0.020S,0.020Al,0.95Cr,0.20Mo）Φ16 mm轧材和150 mm×150 mm铸坯中的MnS央杂进行了分析,得出铸坯中心区域的大尺寸MnS夹杂物是轧材中超标A类夹杂物的来源,并且中心偏析严重是铸坯中心区域形成大尺寸MnS夹杂物的主要原因。通过将二次冷却比水量从0.37 L/kg提高到0.59 L/kg后,铸坯中心碳偏析指数由1.12~1.44降低至0.99~1.23,硫偏析指数由1.28~1.70降低至1.01~1.31,最大网状MnS尺寸由2 000μm降低至1 000μm。QT20CrMo钢轧材A类夹杂物合格率达100%,A细类央杂物≤2.0级的比例由25.0%提高至97.0%。

18CrNiMo7-6钢（/%:0.17C,0.57Mn,0.24Si,0.012P,0.003S,1.70Cr,1.49Ni,0.28Mo）的冶金流程为60t EAF-LF-VD-2.1t铸锭。取样分析了EAF铝锭预脱氧,LF铝粒和碳化硅混合脱氧剂扩散脱氧（LF初渣成分/%:57~60CaO,20.5~22.0Al ₂O ₃,9.9~11.3SiO ₂,8.8~10.6MgO,0.7~1.1FeO,0.7~0.9MnO）,VD后和软吹后钢中夹杂物数量、尺寸和组成的变化。结果表明,精炼过程1~10μm夹杂物数量降低16.67%,>10μm夹杂物数量降低50%,≥30μm夹杂物基本去除;精炼过程中生成的夹杂主要为镁铝钙的复合夹杂物和CaS,MgS,MnS等硫化物;成品材中主要为Mg-Al的氧化物夹杂,硫化物以MgS为主,有少量MnS、CaS。应进一步优化冶炼工艺,控制中小型夹杂物的形成。

开发的窄淬透性带20CrMnTiH齿轮钢的生产工艺流程为铁水预脱硫-130t BOF-LF-RH-280mm×280mm坯连铸-轧制至Φ60mm圆钢。通过设计的内控成分（/%:0.18~0.20C，0.20~0.30Si，0.90~0.98Mn，≤0.025P，≤0.010S，0.05~0.07Ti，≤0.0015O），设立结晶器电磁搅拌参数200A,2.5Hz，控制拉速0.62m/min，过热度15~30℃。检验结果表明,化学成分稳定,钢中氧含量≤11.3×10 ^-6，非金属夹杂级别≤1.0，带状组织级别≤2.0,淬透性带宽HRC值≤3.5,满足产品协议要求。

20CrMnTiH齿轮钢（/%:0.17~0.23C,0.80~1.20Mn,0.17~0.37Si,1.00~1.45Cr,0.04~0.10Ti,≤0.035S,≤0.030P,≤0.0020O）的工艺流程为脱硫铁水-120t BOF-LF-160mm×160mm坯连铸-轧制Φ20~45mm材。通过目标控制LF精炼渣碱度4.0~8.0,渣中（FeO）≤0.75%,[Als]0.020%~0.035%,LF白渣时间≥30 min等并经过Ca处理和吹氩搅拌等工艺措施,145炉分析结果表明,T[O]为0.0006%~0.0018%,158炉统计结果得出,当Ca/Als=0.10~0.14时,钢中非金属夹杂物A、B、C细系≤2.0级,粗系≤1.5级,Ds类≤1.0级,20CrMnTiH齿轮钢的冶金质量显著提高。

为改善20CrMnTi钢小方坯凝固组织,基于ProCAST软件中的CAFE模型,对其凝固组织进行数值模拟,研究了不同钢水过热度、铸坯拉速、二冷比水量对凝固组织的影响。模拟结果表明,降低钢水过热度、提高铸坯拉速、降低二冷比水量均可达到增大铸坯等轴晶率和细化晶粒的目的,其中过热度对其影响最大。过热度每降低10℃,等轴晶率平均增加3.7%;拉速每增加0.1 m/min,铸坯等轴晶率平均增加1.8%;比水量每降低0.1 L/kg,铸坯等轴晶率平均增加1.65%。生产应用表明,钢水过热度30℃时,当拉速由原2.2 m/min降低至2.1 m/min,二冷比水量由0.6 L/kg提高至0.7 L/kg,铸坯中心疏松明显减少。

所研究的Cr-Co-Ni-Mo齿轮钢(/%:0.05～0.15C,4.2～6.3Ni,14.5～16.2Co,4.2～6.4Cr,3.8～5.3Mo,0.8～1.5W,0.1～0.4V,≤0.005S,≤0.008P,不加Nb和加0.01～0.03Nb)由200 kg真空感应冶炼+真空自耗重熔冶炼,并轧成Φ50mm的棒材。试样经1 050℃ 1h固溶处理,油冷,-80℃ 2 h冷处理,再经560℃ 7h时效处理。结果表明,加Nb钢中,Nb在晶界或亚晶界以微合金碳氮化物存在,有细晶强化作用,加0.01%～0.03%Nb后钢的抗拉、屈服强度和冲击功分别由无Nb钢的1 850、1 598 MPa和22 J提高至2057、1 964 MPa和33J。

齿轮钢8620RH(K)(/%:0.18～0.22C,0.17～0.26Si,0.70～0.90Mn,≤0.025P,0.015～0.025S,0.4～0.6Cr,0.4～0.7Ni,0.15～0.25Mo,0.015～0.045Al,≤0.010 0N)的冶炼流程为60 t BOF-LF-VD-300 mm×360mm铸坯。分析了工艺改进前BOF终点残余元素,出钢量,精炼合金调整量,VD增N方式和铸坯C偏析,得出BOF出钢量不稳定、中间包钢水过热度高、内控成分合格率低,铸坯C偏析指数高是导致末端淬火试验AHRC值4～5带宽符合率偏低的主要因素。通过稳定转炉装入量和出钢量,LF吹氮气增氮,空置红钢包加盖,控制中间包钢水过热度15～25℃,优化连铸电磁搅拌参数等工艺措施,使8620RH(K)钢末端淬火内控符合率由原<60%提高至82.93%。

8620齿轮钢(/%:0. 18～0.22C,0. 17～0.26Si,0.70～0.90Mn,≤0.025P,0. 15～0.23S, 0.40～0.60Cr,0.40～0.70Ni,0.15～0.25Mo)300 mm×360 mm坯连铸的中间包钢水过热度为20～30℃,拉速为0.5～0. 6 m/min,通过钻孔分析、射钉试验、原位分析和铸坯低倍组织分析,研究了电磁搅拌参数[M-EMS(100～200) A,(2.0～2.2)Hz,F-EMS(150～200)A,8 Hz]和二冷水参数(一段28 L/min,二段38～45.6L/min,三段19.2～24L/min)对连铸坯C、S偏析的影响。通过采用优化工艺参数-二冷一段28 L/min,二段45. 6 L/min,三段19. 2 L/min和电磁搅拌M-EMS 150 A,2. 2 Hz,F-EMS 200 A,8 Hz,8620系齿轮钢连铸坯偏析指数0. 98～1.05的比例由原30%提高至92.8%。

以抚顺特钢一炼钢厂的生产数据为实践依据,以改善汽车齿轮钢FAS3420H的洁净度为目的。使用扫描电镜分析水口结瘤物和棒材中氧化物夹杂的化学成分,确定了通过减少钢中的B类夹杂物来解决水口结瘤问题的方向。通过优化电弧炉供氧曲线降低钢水氧化性、优化精炼炉渣流动性和碱度提高夹杂物吸附能力等措施,解决了连铸过程水口结瘤问题,同时达到棒材的氧含量平均值为9.2×10 ^-6,B类夹杂物B细不高于1.0级、B粗不高于0.5级的控制水平。

通过LF使用0.004%Ti的中碳锰铁和0.012%Ti的低钛铬铁调整合金成分,扩散脱氧0.3%Ti的碳化硅使用量≤10 kg/炉,使用高碱度精炼渣（/%）:50～55CaO,5～8SiO ₂,27～31Al ₂O ₃,7MgO, ≤0.8（FeO+MnO）以及喂硫线等工艺措施,生产的4炉16MnCr5钢化学成分稳定/%:0.17～0.19C, 0.12～0.16Si, 1.15～1.16Mn, 0.012～0.016P, 0.026～0.030S, 0.93～0.96Cr, 0.007～0.008Ti, 0.0006～0.0008B, 0.026～0.030Alt, 0.0013～0.0015O,钢中非金属夹杂物A细系≤2.0级,A粗系≤1.5级,其它均≤1.0级,带状组织≤2.0级,淬透性带宽△HRC值≤6,满足技术协议要求。

采用非线性方程计算法计算20CrMnTiH钢末端淬透性,只需利用生产实际数据加以修正,就能进行精确的淬透性计算和预报,与实测值偏差不超过2HRC。采用化学成分设计和控制,保证20CrMnTiH钢△[C]不超过0.007%,△[Si]波动不超过0.04%,△[Mn]、△[Cr]不超过0.02%,△[Ti]不超过0.01%,△[Alt]不超过0.010%,[Ni]、[Cu]不超过0.05%,[Mo]、[W]、[V]不超过0.03%,[P]、[S]不超过0.020%,[N]和[B]分别不超过0.006 0%和0.0005%,并控制碳偏析指数不超过1.035%,可实现国际先进水平的末端淬透性HRC4带宽控制。

通过金相显微镜、扫描电镜和能谱仪分析了20CrMnTiH齿轮钢Φ120 mm棒材锯切下料过程硬点缺陷成因。结果表明,齿轮钢棒材试样内部存在30～80μm大颗粒夹杂物聚集是造成齿轮钢锯切过程硬点缺陷的主要原因。这些大颗粒夹杂物主要为Al ₂O ₃夹杂物和TiN夹杂物的聚集。通过控制120 t转炉出钢钢水溶解氧含量小于200×10 ^-6、调整精炼终点钙铝参数（0.015%～0.025%Al,0.0015%～0.0020%Ca）、连铸保护浇铸减少过程吸氮、浇铸钢水温度由1530℃降至1525℃、优化二冷配水加速钢的凝固等措施,消除了转炉生产20CrMnTiH齿轮钢硬点缺陷。

采用全流程系统取样的方式,对120 t BOF-LF-VD-CC工艺生产20CrMnTi齿轮钢中氧含量和夹杂物特性的演变规律进行系统的分析和研究。实验结果表明,采用铝脱氧和高碱度[（CaO）/（SiO ₂）=3.8～7]还原渣工艺,能使铸坯中T[O]低于20×10 ^-6;中间包钢水中平均T[O]增加6×10 ^-6;齿轮钢冶炼过程中,夹杂物完成了Al ₂O ₃→Al ₂O ₃-MgO→Al ₂O ₃-CaO-MgO的转变。