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1、（1）以下红笔是已做了修改的内容，请你确认；（2）蓝笔是提出的问题请你修改；（3）请以此为版本进行修改（即不要用原版本）；(4) 稿件末请提供电话号码及详细的地址和邮编（以便联系和文章发表后寄稿酬用）；(5)文中图的原始格式文件，需单独发来，以便于编辑排版时做进一步修改；（6）粉色表示与你探讨或有误。（7）作者新做修改的内容请用绿笔。改后请阅读一遍。20CrMnTi齿轮钢生产工艺的改进曹志刚1，2 作者简介：曹志刚（1968-），男，籍贯为四川省岳池县，工程师，硕士，研究方向为方坯轧制过程中金属流变规律及碳偏析控制。 电话： E-mail：czg6878； 修订日期：2011-8-5.若为基金
2、项目，请提供基金号及来源名称。作者简介请按：“姓名（出生年-），性别（民族-汉族可省），籍贯（市县），职称，学位，主要研究方向。”格式写齐。，杜忠泽1，许伟阳2，颜慧成2，俞海明3 (1.西安建筑科技大学冶金工程学院, 西安； 2.钢铁研究总院连铸技术国家工程研究中心，先进钢铁流程及材料国家重点实验室，北京 ；3.新疆八一钢铁股份有限公司，乌鲁木齐 )摘要：本文简述了某钢铁公司第二炼钢厂将转炉齿轮钢钢水倒运到电炉车间进行精炼的工艺管控过程。其中转炉的脱磷和挡渣操作，精炼炉的送电制度，钙处理是影响质量的关键控制环节。同时也对轧制工艺进行改进，采用控轧控冷的TMCP技术，使圆钢轧材质量更加稳定。关
3、键词：齿轮钢；转炉；脱磷；精炼炉；钙处理；TMCP控轧控冷中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：The Improvement of Key Techniques During the Production of Gear Steel 20CrMnTiCAO Zhi-gang1，2, Du Zhong-ze1,Xu Wei-yang2, Yan Hui-cheng2 , Yu Hai-Ming3 (1. School of Metallurgy Engineering, Xian University of Architecture &Technology, Xian , China; 2.
4、National Engineering Research Central of Continuous Casting Technology, Central Iron and Steel Research Institute, The State Key Laboratory of Advanced Processes and Products for Iron and Steel, Beijing 10081, China；3. No.2 Steelmaking Plant of Xinjiang Bayi Iron & Steel Corporation, Urumqi , China)
5、Abstract: We mainly discuss the techniques management during the transport molten steel for gear steel production in the NO.2 plant in a steel and iron company in this paper. The dephosphorus and slag stay operations in the BOF, the electricity delivery rule and calcium disposal in LF are the import
6、ant procedures. Meanwhile the operation in the rolling processing is also improved, the advanced TMCP technique of Controlled rolling and controlled cooling (CRCC technology) is adopted, and the quality of rolling product is more stable.Key words: gear steel; BOF； dephosphorus; LF; calcium disposal;
7、 TMCP of CRCC technology0引言齿轮钢主要应用于汽车、工程机械及机械制造业的传动部件。在国内，传统齿轮钢20CrMnTi不论产量及用量仍占主导地位，约占齿轮钢全部用量的60%以上。高质量的齿轮不但要有良好的强韧性、耐磨性, 能很好地承受冲击、弯曲和接触应力, 而且还要求变形小、精度高和噪声低。这就要求齿轮钢棒材的实物质量控制如下：淬透性带窄（7 8HRC）、洁净度高（钢材中氧不大于2010-6）、晶粒细小均匀（奥氏体晶粒度6 级）、带状组织轻微（2 级），钢材低倍组织偏析轻微（3级）。钢的切削加工性能好，非金属夹杂物少 1-2。 某钢铁公司第二炼钢厂短流程生产线生产齿轮钢
8、20CrMnTi时，由于钢中氮、硫含量较高等不利因素，造成齿轮钢部分棒材带状组织较严重（2 级)，碳偏析超标（3 级)。而碳偏析的超标直接影响到齿轮钢的淬透性带宽。为此,第二炼钢厂充分利用转炉生产线的优势，采用转炉冶炼齿轮钢，钢水经过200t钢水倒运车短途倒运，拉运到电炉生产线，经过精炼生产线的70tLF炉进行精炼，然后钢水上方坯连铸机浇铸; 同时为了减轻或消除齿轮钢的碳偏析和带状组织，在冶炼过程中，尽量降低钢中有害元素、气体及夹杂物的含量；在浇注过程中，采用低的过热度、改进电磁搅拌技术和提高冷却速度；在轧制过程中，采用高刚度大变形工艺和控轧控冷的TMCP技术。工艺实施以后，质量取得了明显的进
9、步。2.转炉冶炼控制2.1基本工艺参数20CrMnTi齿轮钢的成分如表1所示，转炉的基本参数如表2所示。转炉生产的工艺要点主要如下：1)转炉按照低氮钢的工艺组织生产，铁水硫含量不高时（wS0.030%）。2)转炉控制出钢的终点磷成分，防止钢包带渣回磷。3)转炉出钢温度控制在16201660，出钢前合金经过烘烤，降低转炉的出钢温度。表1 齿轮钢20CrMnTi的成分Table 1 The content of 20CrMnTi gear steel %CMnSiCrTiSNi0.170.240.801.100.200.401.001.300.060.120.040.40表2 转炉的基本工艺参数T
10、able 2 The basic technique parameters of BOF转炉公称容量/ t料型结构纯供氧时间/ min熔池深度/ mm铁水碳含量/%出钢量/ t脱硫铁水/%废钢/%生铁/%1208299813074.05.670902.2冶炼成分控制由于铁水的预脱硫，使得转炉的主要难点聚焦于脱磷和挡好渣两个方面。其中铁水在氧化性渣下的脱磷反应3可表述如下： 2P+5(FeO)(P2O5)+5Fe （1） 3(FeO)+ (P2O5)(3FeO P2O5) （2） (1)式+(2)式： 2P+8(FeO)(3FeO P2O5)+5Fe （3） 由于在14001600时，(3FeO
11、 P2O5)不稳定，为了有效脱磷，则必须使渣中磷在高碱度下生成更稳定的化合物(4CaO P2O5)，即发生置换反应： (3FeO P2O5)4(CaO)(4CaO P2O5)+3(FeO) （4）(3)式+(4)式： 2P+5(FeO)+ 4(CaO)(4CaO P2O5)+5Fe （5） 式（5）平衡常数Kp与温度的关系为：lgKp51875/T-33.16 （6）由式（5）可知，渣中高(CaO)、(FeO)有利于脱磷，一般经常采用的脱磷剂如铁矿石、烧结矿、氧化铁皮等，要求其(FeO)含量不低于20%；由式（6）可知，低较低温度冶炼对脱磷有利。另外，要严格控制下渣，因为渣中（FeO）含量大于
12、20%,若挡渣不成功，下渣以后，对于后续的工艺的还原控制带来难度，延长精炼炉精炼时间，容易导致连铸断钢水的事故。转炉冶炼成分控制要点如下： 1)铁水原料磷含量较高时采用双渣操作；转炉在低温期间，增加化渣时间；脱碳反应开始以后，及时补加烧结矿化渣，保证渣中氧化铁处于脱磷的有利条件范围；脱碳反应结束前，取样倒渣；终点前测温根据钢水的温度，添加生白云石或者轻烧白云石调整温度的同时，调整炉渣中间氧化镁的含量，增加炉渣的粘度，减少下渣带渣的几率。工艺过程中的典型转炉渣样成分如表3。 2)转炉出钢前倒渣根据渣况决定倒渣的量，如果渣况粘度较低，以倒出大部分氧化渣的操作为重点，减少挡渣的难度。 3)转炉出钢温
13、度保持在1650左右，保证钢包内钢水的温度，减少精炼炉送电升温的时间。4)转炉出钢前采用合成渣加铝脱氧的工艺，确保脱氧产物在出钢过程中大部分的聚集上浮，转炉出钢前的脱氧合金选择：硅铝钙钡、电石、硅铁、硅锰合金、低碳锰铁、铝铁进行脱氧合金化。5)转炉出钢采用电石、硅铝钙钡预脱氧，按吨钢1.02.5kg加入，合金化用硅锰合金和硅铁。采用了以上工艺，钢液成分得到了有效控制，减轻后续的精炼的压力。表3 典型转炉渣样成分 Table 3 The classic content of slag of BOF 渣样编号化学成分/%CaO/ SiO2CaOSiO2FeOMgOMnO145.328514.000
14、311.749911.83321.93543.2377237.193111.426216.688210.70162.72863.2551340.055514.761315.37989.19252.5932.7136439.297812.165915.500311.56092.68213.2302544.618414.96389.96513.06522.27482.9818642.00612.757816.28898.91192.12013.2926742.907213.471514.325411.09061.85693.185834.165912.552721.79228.26813.1621
15、2.7218945.326111.805415.47139.07932.16273.83951033.761910.535227.12123.40612.4973.20471133.386312.172321.98589.04413.15842.74283.精炼炉冶炼控制表4 精炼炉的渣样成分 Table 4 The classic content of slag of LF %精炼渣样化学成分/%CaO/ SiO2(R)CaOSiO2P2O5FeAl2O3MnOCaF2精161.0614.450.150.545.440.0514.434.23精260.6812.870.060.4514.96
16、0.038.14.72精359.4411.110.161.4619.670.116.745.35精458.8111.80.110.4120.460.037.144.98精560.319.40.141.6421.870.067.26.42精656.568.990.111.615.260.188.466.29精炼炉的公称容量为70t，采用钢包底吹气形式。精炼炉的操作要点：控制钢液的成分；深脱氧，减少钢液吸氮；对于钢液进行钙处理，减少夹杂物的数量。故根据转炉钢水的工艺特点，按照以下程序操作，使得精炼炉的吸氮量在1010-6以内，钙处理的效果也很满意。1）钢水到达70t精炼炉以后，测温定氧，温度低于目
17、标成分30，采用较大功率的电压送电升温，过程中添加高效埋弧剂埋弧，吹氩采用中等强度的吹氩流量吹氩。2）选用精炼剂为电石、硅铁粉、铝渣球，铝渣球加入量大于2kg/t，确保渣中Al2O3控制在20%30%，精炼炉碱度控制在2.83.0。精炼使用低铝钛铁，精炼终点铝控制在0.015%以上，确保成品wAls0.010%。精炼炉的渣样成分如表4所示。3）精炼炉应保证冶炼时间在30min以上，必须保证白渣15min以上方可喂丝出钢，喂丝前应将烟道闸板关闭，Fe-Ca线每炉喂400m/炉（铝含量高时可适当增加喂丝量），精炼炉钢包喂丝后保证软吹15min以上，软吹后保证钢包镇静时间5min。4）钙处理的控制。
18、精炼工序中须将钢液中酸溶铝的量控制在0.010%左右。结瘤的主要原因除了铝的氧化物以外，硫化物结瘤的情况也较为突出，为此，根据钢液中硫钙平衡，在喂Fe-Ca线以前将钢液中的硫含量控制在0.015%以下，使得结瘤的次数大幅度下降。4.连铸工艺改进连铸工艺的改进措施包括以下几项。1)中包上水口扩径：齿轮钢连铸浇注主要面临的问题是水口结瘤，为从源头上减少结瘤几率，中包上水口由平常使用直径22mm水口改为使用直径30mm水口。2)钢水过热度的优化：实践摸索中发现，只有在钢水过热度控制合适的情况下，电磁搅拌技术才能发挥较好的效果。前期由于缺乏生产经验，过热度控制一直偏高。因此，通过调整开机时间、控制生产
19、节奏、提高操作水平等手段，将钢水过热度严格控制在30左右，有效地保证了结晶器电磁搅拌技术的使用效果。3)连铸保护浇注工艺的优化：齿轮钢生产中气体含量对铸坯力学性能和轧制过程影响明显，通过LF炉冶炼，钢液氧、氮控制良好，但是生产过程中钢水极易与大气接触造成氧、氮的增加，因此连铸工序环节的控制尤为重要，于是采取全程保护浇注，避免钢水的二次氧化。开浇炉次保护浇注，在开浇时先用氩气填满中间包空间；钢包长水口配吹氩保护，加装吹氩环，并采取加密封垫密封保护。中包侵入式水口加耐火纤维毡保护，采用双垫操作。保证中间包覆盖剂与结晶器内保护渣的均匀覆盖，将中包覆盖剂的消耗量由原来的吨钢0.1kg增加至吨钢0.5k
20、g，确保中包覆盖剂均匀覆盖钢液面并随时保证覆盖剂厚度在50mm 以上，确保“黑渣操作”。 据分析夹杂物来源主要有脱氧产物、钢包和中间包耐火材料的侵蚀、结晶器保护渣卷入、二次氧化产物等4,影响方坯中心偏析的因素有：钢水过热度、拉速、二次冷却强度、电磁搅拌、轻压下等5。采取上述优化措施后连铸坯检验结果见表5。表5. 优化后齿轮钢20CrMnTiA低倍检验情况Table 5 The etched macrostructure check after techniques improvement of gear steel皮下气泡表面气泡边部裂纹等轴晶偏析夹杂物 缩孔中心疏松0.5级2级0.5级50%
21、轻微负偏析1级0.5级1级5.轧制工艺的改进5.1轧制的温度控制该厂轧制20CrMnTi时采用控轧控冷的TMCP技术。控制轧制关键在于轧制是在比通常轧制温度低的范围内进行，通过低温轧制能够实现铁素体的大幅度晶粒细化。现场操作时使轧件在奥氏体再结晶区进行轧制，全线轧制温度控制在9001050，通过多道次、大变形量轧制(整条轧制线的面缩率均大于18%)，以获得均匀的再结晶组织，或混有较大变形的未再结晶组织，奥氏体晶粒细化，无巨晶粒组织;同时，奥氏体晶粒在未再结晶区大变形量、多道次变形，晶粒被拉长，产生变形带和大量位错，以使奥氏体向马氏体、珠光体、铁素体转变时，形核率增加，晶粒细化。根据上述原则，开
22、轧温度控制在1050士20，粗、中精轧轧件的温度变化大致为1050990920; 粗轧阶段的总变形量控制在76%75%范围内;中轧阶段的变形量为46%;精轧阶段的总变形量为60%。5.2 齿轮钢控制冷却工艺通过控制钢材冷却速度和温度，得到所需的金相组织与性能。齿轮钢的控制冷却为棒材轧制后余热处理或轧后余热淬火，利用轧后在奥氏体状态下直接进行表层淬火，随后由芯部传出余热进行自身回火，来提高强度，改善塑性，使圆钢得到良好的综合性能。其工序步骤为6：第一阶段: 表面淬火阶段圆钢离开精轧机后在终轧温度900930下立即进行快速冷却，冷却速度须大于使表面层深度达到淬火马氏体的临界速度，发生奥氏体向马氏体
23、相转变。经过对比试验，冷却速度控制在0.52.0/s，终冷温度控制在(620士20)较适宜。此阶段结束时，芯部温度很高，仍处在奥氏体状态，表层为马氏体和残余奥氏体。第二阶段: 自回火阶段圆钢通过快冷后，在空气中冷却。圆钢各截面内外温度梯度很大，芯部热量向外层扩散，传至表面淬火层，使己形成的马氏体发生自回火，转变为回火马氏体，残余奥氏体转变为马氏体，邻近表层的奥氏体根据钢的成分和冷却条件不同，转变为贝氏体、屈氏体、或索氏体组织，芯部仍处在奥氏体状态。第三阶段: 芯部组织转变钢空冷一段时间，断面热量能重新分布，组织趋于一致，同时降温。此时心部由奥氏体转变为铁素体+珠光体或F+S+B。5.3实施TM
24、CP技术效果 采用上述TMCP技术后，产品性能比传统轧制的明显提高。经TMCP控轧控冷的试样与传统轧制的试样性能比较来看，其抗拉强度提高了12%，屈服强度提高了9%，碳偏析大为减轻，带状组织基本消失，材质的韧性和塑性得到进一步改善。在变形工艺、合金成分一定的条件下，加快冷却速度，降低终轧温度，降低终冷温度均可达到细化晶粒的目的，本试验中晶粒尺寸平均达到9.6m，已接近8级。细化晶粒成为提高圆钢强度的主要手段。见图1、图2。 图1 20CrMnTi试样纵剖面金相组织（100）Fig. 1 Macrostructure of Longitudinal distribution of steel，2
25、0CrMnTiA （100）图2 20CrMnTi试样横截面金相组织（100）Fig. 2 Macrostructure of Cross distribution of steel，20CrMnTiA （100）过低的终冷温度(低于500)及过高的冷却速度(冷速超过10/s)，虽然能获得更细的铁素体晶粒，进一步提高产品的强度，但过低的终冷温度，易得到贝氏体组织，使产品的韧性变坏;过高的冷却速度，在组织中易出现魏氏组织，会降低钢的冲击韧性和塑性。6.结论该厂通过倒运转炉钢水到电炉车间生产齿轮钢，使得钢材质量得到了大幅度提高。所得结论如下：1）转炉控制出钢的终点磷成分，磷含量较高时采用双渣操作和
26、倒渣作业，防止钢包带渣回磷是保证LF处理的关键。转炉出钢温度控制在16201660，出钢前合金经过烘烤，减少转炉的出钢温度，减少LF的送电时间能够优化LF的操作。3） LF精炼时，钙处理前添加钛铁，硫含量必须控制在0.015%以下，能够有效减少硫化钙结瘤的事故。钙处理结束以后，软吹5min，使夹杂物上浮， 4） 连铸工序通过扩大水口、控制过热度、优化保护浇注，使连铸坯质量得到提高。5） 采用TMCP控轧控冷技术轧制20CrMnTi圆钢后，产品性能比传统轧制明显提高。参考文献（可能的话，建议增加钢铁钒钛1篇文献，不勉强）（以下文献均需增加英文；其格式请按文后附件要求及格式写）1 Cui Jing
27、yu, Chen Jingshen, Tang Guozhi, et al. Analysis Testing of Gear Steel 20CrMnTiH-1C/CSM 2009 Annual Meeting Proceedings. Beijing: Metallurgical Industry Press,2005:778-780.崔京玉，陈京生，唐国志，等.齿轮钢20CrMnTiH-1研究试制C/ 2005中国钢铁年会议文集.北京：冶金工业出版社，2005：778-780.2 Yan Yongchun, Du Lina, Production states and Developme
28、nt of Gear SteelJ. Shanxi Machinery, Supplement 1 in 2003: 70-71. 闫咏春，杜丽娜.齿轮钢生产现状及发展J.山西机械，2003年增刊1：70-71.3 Wang Xinhua, Ferrous metallurgy(steelmaking) M.Beijing: metallurgical Industry Press, 2005：25-34. 王新华.钢铁冶金炼钢学M.北京：高等教育出版社，2005：25-34.4 Lu Mingxia, Nie Aicheng, Zhou Xiaoming, et al. Quality An
29、alysis on Concast Billet Rolled Product of Gear Steel 20CrMnTiHJ.Special Steel, 2001，22（6）：50. 卢明霞，聂爱诚，周小明，等.连铸坯轧材的质量分析J.特殊钢，2001，22（6）：50.5 He Hongyin, Liu Haitao, Chen Weiqing, et al. Optimization of Continuous Casting Parameters for High Carbon Steel Billet and Control of Central Segregation of B
30、illetsJ.Iron Steel Vanadium Titanium, 32（1）:85. 贺洪印，刘海涛，陈伟庆，等.高碳钢小方坯连铸参数优化及铸坯中心偏析控制J.钢铁钒钛，2011，32（1）:85.6 Ma Zhanfu, Microstructure and Property Research of Screw Bar During Controlled Rolling and Controlled Colling after rollingD. Masters thesis of Xian University of Architecture &Technology，2004.3
31、：30.马占福.控制轧制和轧后控冷对钢材组织及性能影响的研究D.西安建筑科技大学硕士学位论文，2004.3：30.以下联系方式暂保留曹志刚；（010）；czg6878联系地址：.北京市海淀区学院南路76号，钢铁研究总院连铸技术国家工程研究中心，邮编 ，电话，（办）。附1 参考文献如为非英文文献应译为英文并保留原文种，将原文种加括号后另行排下面。如下供参考：需增加文献标识码参考文献: 1 Wang Guodong, Liu Zhenyu, Xiong Shangwu, et al. The control rolling and cooling of high strength low allo
32、y steelM. Beijng: the Publishing Company Metallurgical Industry, 1992.25-42.(王国栋, 刘振宇, 熊尚武, 等.高强度低合金钢的控制轧制与控制冷却M.北京:冶金工业出版社, 1992. 25-42.)2 Hu Yanhui, Du Linxiu, Gao Cairu, et al. Industrial trials of 500MPa supersteelJ, Iron and Steel, 2004, 39(10): 54-58.(胡燕慧，杜林秀，高彩茹，刘相华，等. 500MPa级超级钢工业实验J. 钢铁，200
33、4，39(10):54-58.)3 Cota A B, Modenesi P J, Barbosa R，Santos D B. Determination of CCT diagrams by thermal analysis of an HSLA bainitic steel submitted to thermomechanical treatment J. Scripta Materials, 1999 ,40(2): 165-169.附2 2.1 摘要写法摘要最基本的两种写法是：报道性摘要与指示性摘要。报道性摘要用来报道论文所反映的主要研究成果，向读者提供论文中全部创新内容和尽可能多的
34、定量或定性的信息。指示性摘要只简要地介绍论文的论题，或者概括表述研究的目的。一般科技论文应尽量写成报道性摘要，尤其是实验研究和专题研究类论文，综述性、资料性、评论性文章可写成指示性摘要。2.2 摘要的内容与要求摘要是对论文的浓缩陈述，是论文基本思想的缩影，虽然放在前面，但它应在全文完稿后才撰写。摘要所撰写的内容大体如下：本课题的研究对象、目的；研究的主要内容和方法；主要成果及其价值；主要结论。摘要应具有：完整性，是一篇完整的短文；自明性，概括全文的主要信息，写得好的摘要，应是读者无需阅读全文就能正确地判断出该文的基本内容；独立性，可单独被使用；简洁性，一般不超过300字；可检索性，为科技情报文
35、献检索数据库的建设和维护提供方便。3引言的写法引言作为论文的开场白，主要回答“为什么研究”这个问题，引出文章的主题，使读者对论文先有一个总体的了解，明白其研究工作的发展历程和在这一研究方向中的位置。31 引言的主要内容国家标准GB77131987科学技术报告、学位论文和学术论文的编写格式对引言的内容有明确的要求。引言应包括下述内容：研究工作的背景、理由，研究对象与范围，研究目的与主题，即回答为什么写这篇论文或要解决什么问题；前人在本课题相关领域内所做的工作和尚存在的知识空白及目前研究的热点，即作简要的历史回顾和当前国内外情况的比较；说明选择特定研究方法的理由,预期研究结果及其意义。32 引言的写作要求（1）突出重点。引言中要求写的内容较多，而篇幅有限，这就需要根据研究课题的具体情况确定阐述重点。主要写好研究的理由、目的、方法和预期结果，内容不得繁琐，意思要明确，语言要简练，应能对读者产生吸引力。引言的篇幅大小，并无硬性的统一规定，需视论文篇幅及论文内容的需要来确定，一般为200600字，短则可不足100字，长则可达1000字左右。