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针对西钢齿轮钢20CrMnTi中Sn等残余元素含量高,生产过程中易产生开裂以及表面缺陷、产品组织及淬透性不稳定等问题,本文对20CrMnTi钢中Sn等残余元素的影响进行了较为系统的研究；首次开展残余元素Sn对20CrMnTi钢组织转变及性能包括力学、冲击、淬透性及疲劳性能等方面的系统研究；同时对Sn等残余元素危害20CrMnTi钢热塑性的机理、改善热塑性的方法、高温氧化行为以及对热塑性改善后的20CrMnTi钢组织转变及淬透性进行了研究。主要结论如下：本研究中,随着Sn含量的增加,马氏体转变临界冷速降低,珠光体转变区域变宽,0.049%的Sn使得Ac3升高了15℃,马氏体形成温度降低13℃。冷速均控制在0.2-1℃/s左右时可获得均匀的铁素体+珠光体组织。Sn含量小于0.049%时,随着Sn含量的增加,抗拉强度和屈服强度有所提高,对面缩率和断后伸长率的影响不大,拉伸断口皆为韧窝状断裂,冲击性能降低,冲击断口皆为准解理断裂。对淬透性和疲劳性能无明显影响。Sn、Cu恶化20CrMnTi钢的热塑性的主要机理是：①Sn的晶界偏聚,降低20CrMnTi钢的晶界能,弱化晶粒间聚合力,加速晶界微孔的形成和长大以及Sn能阻碍20CrMnTi钢动态再结晶的发生；②硫化铜析出相于晶界析出,促进微孔的形成和裂纹聚合以及Cu能阻碍动态再结晶的发生。随着Sn含量、Cu当量的增加,20CrMnTi钢的热塑性明显降低,热脆性区变宽,在热脆性区内,热塑性先降低后升高,且均在750℃出现塑性谷底。先共析铁素体于奥氏体晶界析出导致塑性谷底的产生,因为铁素体的屈服强度低于奥氏体的屈服强度,在拉伸过程中产生应力集中,恶化热塑性。20CrMnTi钢的临界Sn含量为0.021%、临界Cu当量为0.15。B和稀土Y能够显著改善含锡20CrMnTi钢的热塑性。随着B/Y含量的增加,热脆性区变小,塑性谷底变浅且均向低温区移动,热塑性逐渐提高,其主要机理是钢中添加B/Y能够抑制Sn的晶界偏聚,增加晶间聚合力,阻碍奥氏体-铁素体转变,防止铁素体在奥氏体晶界析出,增加晶界滑移阻力,加快动态再结晶的发生以及抑制杂质元素S的晶界偏聚,同时B还能促进铁素体于晶内形核,软化奥氏体,提高奥氏体的变形能力,从而改善含锡20CrMnTi钢热塑性。本研究中,添加92ppmB/0.05%Y对含锡20CrMnTi钢热塑性改善效果最佳。高温氧化行为研究发现,含锡20CrMnTi钢在1150℃及1250℃时于空气中氧化1h,因为Sn在基体中具有较大的溶解度和扩散系数,在氧化层/基体界面均未发现富Sn相的存在。当铜锡共存时,1150℃空气中氧化1h,因Cu的扩散系数较小且Sn能降低Cu在奥氏体中的溶解度,所以在氧化层/基体界面发现富Cu相存在；在1250℃氧化时,则因界面处富Cu相的富集量小于消耗量,氧化层/基体界面未发现富Cu相。氧化层分为三层,最外层为Fe2O3层,中间为Fe3O4层,最内层为FeO层。对不同Si含量的含铜、锡钢的高温氧化行为研究发现,Si能降低氧化速率,进而降低氧化层/基体界面处富Cu液相的量,减少晶界渗入；同时,增大内氧化程度,增加氧化层/基体界面粗糙度,促进界面处富Cu液相向氧化层中迁移,进一步减少界面处富Cu液相的量,抑制热脆的产生。添加92ppmB的含锡20CrMnTi钢Ac3温度为844℃,因此,淬火加热温度应选择温度范围为874℃～894℃。冷速控制在0.2～1℃/s左右时可获得均匀的铁素体+珠光体组织。当冷速为3℃/s时,组织主要为粒状贝氏体+马氏体混合组织,同时有极少量的铁素体存在；当冷速大于10℃/s时,钢中全为马氏体组织。B能够提高含锡20CrMnTi钢的淬透性,B含量由15ppm增加到90ppm时,淬透性虽略有变化,但总体差别不大。