超潔凈齒輪鋼中非金屬夾雜物控制關鍵技術
汽車工業是衡量一個國家經濟發展水平的重要標志,汽車齒輪是汽車上重要的傳動零件,齒輪質量的高低決定著汽車性能的好壞。通常,高質量的齒輪鋼應具有四個方面的質量指標,即窄的末端淬透性寬、潔凈度高、細小均勻的晶粒度和優良的表面質量。齒輪鋼的潔凈度對于齒輪鋼產品性能具有重要影響,其中大顆粒的脆性點狀不變形夾雜、呈串狀分布的 Al 2 O 3 對齒輪鋼的疲勞壽命最有害。而為了細化晶粒,通常需要在齒輪鋼中保持一定的酸溶鋁含量(0.010%-0.040%)。因此,必須解決如何在保持一定酸溶鋁含量的情況下盡量減少鋼中的 Al 2 O 3 夾雜物含量的難題。
(1)齒輪鋼精準鈣處理改性夾雜物模型。為控制齒輪鋼中的串狀脆性點狀不變形 Al 2 O 3 夾雜物,同時進一步改善齒輪鋼的水口結瘤,需要對于齒輪鋼中的Al 2 O 3 夾雜進行改性處理。通過改性處理的方法將鋼中的 Al 2 O 3 夾雜物改性為低熔點的液態夾雜物,增強其軋制過程的變形能力以減少大顆粒脆性串狀不變形夾雜對齒輪鋼疲勞壽命的影響,也可改善水口結瘤現象。但必須要關注的是,喂鈣量對于夾雜物的改性效果具有重要的影響,喂鈣量過低無法將鋼液中高熔點的Al 2 O 3 及 Al 2 O 3 ·MgO 完全改性,而喂鈣量過高則導致生成更高熔點的 CaS 及 CaO生成,從而惡化齒輪鋼產品質量。同時鋼液成分對于鈣處理具有較大影響,而目前大多數企業還僅通過鈣鋁比指導現場的喂鈣操作。本項目基于不同喂鈣速度、鈣線插入深度的統計,得到最優喂鈣速度和鈣線插入深度下穩定的鈣收得率,并結合喂鈣操作過程中導致的鋼液增氧以及喂鈣后至中間包澆注鈣損,對超潔凈齒輪鋼不同鋼液成分條件下鈣處理進行熱力學計算,確定了超潔凈齒輪鋼的不同成分條件下最優的喂鈣線量,并結合精準鈣處理軟件,實現超潔凈齒輪鋼在線精準鈣處理,通過理論計算并結合現場鈣收得率,進一步優化現場的喂鈣操作。
(2)電磁攪拌對超潔凈齒輪鋼鑄坯中夾雜物的影響研究。電磁攪拌使鋼液在交變電磁場中產生電流,通過電磁力來控制鋼液的流動、傳熱及凝固過程。目前國內普遍認為電磁攪拌可以提升鑄坯的表面質量、提高鋼的潔凈度、擴大鑄坯的等軸晶區、降低元素中心偏析,同時減輕或消除中心疏松和中心縮孔等作用。但也有報道隨著結晶器電磁攪拌強度的增加,鑄坯表層附近的負偏析更加嚴重,同時加劇枝晶轉變區域的正偏析,惡化鑄坯的均質性。為進一步明晰結晶器電磁攪拌對于超潔凈齒輪鋼夾雜物的影響,本項目通過對于有結晶器電磁攪拌和無結晶器電磁攪拌兩種工況下,鑄坯全斷面夾雜物掃描,研究不同電磁攪拌條件對齒輪鋼鑄坯中夾雜物的影響,結合鑄坯宏觀偏析、微觀組織等結果,優化結晶器電磁攪拌參數,從而提高齒輪鋼的產品質量。
北京科技大學
2021-04-13