[00329234]超洁净齿轮钢中非金属夹杂物控制关键技术

汽车工业是衡量一个国家经济发展水平的重要标志，汽车齿轮是汽车上重要的传动零件，齿轮质量的高低决定着汽车性能的好坏。通常，高质量的齿轮钢应 具有四个方面的质量指标，即窄的末端淬透性宽、洁净度高、细小均匀的晶粒度 和优良的表面质量。齿轮钢的洁净度对于齿轮钢产品性能具有重要影响，其中大颗粒的脆性点状不变形夹杂、呈串状分布的A12O3对齿轮钢的疲劳寿命最有害。 而为了细化晶粒，通常需要在齿轮钢中保持一定的酸溶铝含量（0.010%-0.040%）。 因此，必须解决如何在保持一定酸溶铝含量的情况下尽量减少钢中的A12O3夹杂 物含量的难题。

（1）齿轮钢精准钙处理改性夹杂物模型。为控制齿轮钢中的串状脆性点状 不变形A12O3夹杂物，同时进一步改善齿轮钢的水口结瘤，需要对于齿轮钢中的 A12O3夹杂进行改性处理。通过改性处理的方法将钢中的A12O3夹杂物改性为低 熔点的液态夹杂物，增强其轧制过程的变形能力以减少大颗粒脆性串状不变形夹 杂对齿轮钢疲劳寿命的影响，也可改善水口结瘤现象。但必须要关注的是，喂钙 量对于夹杂物的改性效果具有重要的影响，喂钙量过低无法将钢液中高熔点的 A12O3及A12O3-MgO完全改性，而喂钙量过高则导致生成更高熔点的CaS及CaO

生成，从而恶化齿轮钢产品质量。同时钢液成分对于钙处理具有较大影响，而目 前大多数企业还仅通过钙铝比指导现场的喂钙操作。本项目基于不同喂钙速度、 钙线插入深度的统计，得到最优喂钙速度和钙线插入深度下稳定的钙收得率，并 结合喂钙操作过程中导致的钢液增氧以及喂钙后至中间包浇注钙损，对超洁净齿 轮钢不同钢液成分条件下钙处理进行热力学计算，确定了超洁净齿轮钢的不同成 分条件下最优的喂钙线量，并结合精准钙处理软件，实现超洁净齿轮钢在线精准 钙处理，通过理论计算并结合现场钙收得率，进一步优化现场的喂钙操作。

电磁搅拌对超洁净齿轮钢铸坯中夹杂物的影响研究。电磁搅拌使钢液 在交变电磁场中产生电流，通过电磁力来控制钢液的流动、传热及凝固过程。目 前国内普遍认为电磁搅拌可以提升铸坯的表面质量、提高钢的洁净度、扩大铸坯 的等轴晶区、降低元素中心偏析，同时减轻或消除中心疏松和中心缩孔等作用。 但也有报道随着结晶器电磁搅拌强度的增加，铸坯表层附近的负偏析更加严重， 同时加剧枝晶转变区域的正偏析，恶化铸坯的均质性。为进一步明晰结晶器电磁 搅拌对于超洁净齿轮钢夹杂物的影响，本项目通过对于有结晶器电磁搅拌和无结 晶器电磁搅拌两种工况下，铸坯全断面夹杂物扫描，研究不同电磁搅拌条件对齿 轮钢铸坯中夹杂物的影响，结合铸坯宏观偏析、微观组织等结果，优化结晶器电 磁搅拌参数，从而提高齿轮钢的产品质量。

图2电磁搅拌对于齿轮钢铸坯中夹杂物的影响

成熟程度及推广应用情况：

已经经过实验室试验和工业应用；

该成果目前已经成功应用于新疆八一钢铁股份有限公司和凌源钢铁股份有 限公司等超洁净齿轮钢生产企业，应用优化了齿轮钢中夹杂物的控制，同时结合 齿轮钢铸坯质量，优化了超洁净齿轮钢连铸过程结晶器电磁搅拌参数，进一步提 高齿轮钢产品质量。本项目成果发表文章1篇，对于齿轮钢中夹杂物的控制提供 了新的思路，有效地推动了我国企业齿轮钢产品制造能力与质量水平的整体提升。

投资估算和经济效益分析：

此前的应用和推广成功地为企业优化了夹杂物的改性措施，并结合新的夹杂 物控制思路，显著提升了企业产品的质量，为企业带来了可观的经济效益。

成果亮点：

提出了超洁净齿轮钢中夹杂物控制新思路。与国内外先进企业技术相比， 具有以下创新性：（1）将现场实际动力学条件与热力学计算相结合，建立了超洁 净齿轮钢精准钙处理改性夹杂物模型。通过大量统计现场喂钙速度、钙线插入深 度等参数，得到最优动力学条件下的钙收得率。并结合喂钙操作过程中导致的钢 液增氧以及喂钙后至中间包浇注钙损，再通过热力学计算研究不同钢液条件下的 合理喂钙窗口，合理优化现场的喂钙操作。（2）研究电磁搅拌对于铸坯中夹杂物 的影响，提出齿轮钢中夹杂物控制的新思路。通过研究不同电磁搅拌条件下超洁 净齿轮钢铸坯中夹杂物的成分及分布，明晰电磁搅拌对于铸坯中夹杂物的影响。 同时结合电磁搅拌对于齿轮钢铸坯的宏观偏析、低倍组织等，提出齿轮钢中夹杂 物控制的新思路，进一步提高超洁净齿轮钢的产品质量。