【摘 要】
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目前,齿轮钢20CrMnTi是国内用量最大、最广泛的齿轮钢种。目前我国齿轮钢纯净度较低,与发达国家还有一定的差距。某厂在生产齿轮钢20CrMnTi时,非金属夹杂物弥散程度不够,分布不均,大尺寸夹杂物较多,严重影响了使用性能。本文以某厂生产齿轮钢20CrMnTi为研究对象,在工厂调研基础上,进行了钙处理过程热力学计算,通过钙处理工艺优化,分析了钙处理工艺对齿轮钢20CrMnTi中夹杂物的影响。在利用
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目前,齿轮钢20CrMnTi是国内用量最大、最广泛的齿轮钢种。目前我国齿轮钢纯净度较低,与发达国家还有一定的差距。某厂在生产齿轮钢20CrMnTi时,非金属夹杂物弥散程度不够,分布不均,大尺寸夹杂物较多,严重影响了使用性能。本文以某厂生产齿轮钢20CrMnTi为研究对象,在工厂调研基础上,进行了钙处理过程热力学计算,通过钙处理工艺优化,分析了钙处理工艺对齿轮钢20CrMnTi中夹杂物的影响。在利用FactSage热力学软件进行CaO-SiO2-Al2O3-MgO四元系精炼渣设计计算的基础上,在实验室条件下通过渣-钢反应实验研究了不同质量分数CaO-SiO2-Al2O3-MgO四元系精炼渣对齿轮钢20CrMnTi夹杂物的影响,并开展了工业试验。主要结论如下:（1）工厂调研结果显示,该厂较多炉次精炼过程炉渣氧化性较高,精炼渣控制不稳定,且冶炼过程和浇铸过程有吸气现象。大尺寸夹杂物主要成分为CaO-Al2O3,一部分来源于卷渣,尺寸一般不超过50 μm夹杂物中CaO/A12O3较高,MgO和SiO2质量分数很低;一部分来源于水口结瘤物,尺寸在30～100μm,CaO/Al2O3较低,并含有一定的MgO。（2）不同工序夹杂物检测结果显示,氩站过程夹杂物主要为MnS和Al2O3;LF精炼、VD、中包和铸坯过程主要为钙铝酸盐夹杂和TiN;LF精炼钙处理后,VD、中包和铸坯过程有部分氧化物夹杂在低熔点区外。（3）热力学计算显示,该厂LF精炼钙处理时只有少量炉次能将夹杂物转变为低熔点的C12A7,将LF精炼铝粒扩散脱氧改为SiC加少量铝粒扩散脱氧后,铸坯中全氧和氮质量分数均与原工艺相近,钙处理后基本可以将夹杂物转变为低熔点的C12A7夹杂物。（4）FactSage热力学计算结果显示,CaO-SiO2-Al2O3-MgO四元系精炼渣高碱度低熔点区面积随着MgO质量分数的增加先增加再降低。精炼渣中MgO质量分数不超过6%效果较好。当渣中CaO/Al2O3一定时,随着碱度增加,Al2O3活度减小,CaO活度增加,SiO2活度降低,平衡时溶解氧质量分数降低;当碱度一定时,随着CaO/Al2O3增加,Al2O3活度减小,CaO活度增加,SiO2活度降低,平衡时溶解氧质量分数降低。（5）在实验室进行了不同碱度和不同CaO/Al2O3精炼渣-钢液平衡实验,实验炉次夹杂物中心为CaO-Al2O3-MgO-SiO2,外侧为（Ca,Mn）S包裹层。当精炼渣中CaO/Al2O3为1.5时,随着碱度的增加,夹杂物中心SiO2逐渐减少,包裹层中的MnS逐渐转变为CaS。当精炼渣碱度为7时,随着精炼渣CaO/Al2O3增加,包裹层中的MnS逐渐转变为CaS,氧化物夹杂中心CaO和SiO2质量分数有所增加,精炼渣熔点逐渐降低,单位面积夹杂物个数也逐渐降低,>8 μm夹杂物占比逐渐降低。（6）工业试验结果表明,原工艺和新工艺在不同工序和铸坯全氧质量分数无较大差异,钢中硫化物和TiN夹杂物控制水平接近。新工艺LF精炼、VD、中包和铸坯的氧化物夹杂平均尺寸和数量明显小于原工艺。新工艺铸坯中单位面积超过30 μm大尺寸夹杂物个数也小于原工艺,其中来源于水口结瘤大尺寸夹杂物明显少于原工艺,这说明新工艺对减轻水口结瘤有一定作用,对钢中氧化物夹杂的控制有较好的效果。
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