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 Al 2 O 3 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 Al 2 O 3 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 Al 2 O 3 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

Al 2 O 3 夹杂进行改性处理。通过改性处理的方法将钢中的 Al 2 O 3 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

Al 2 O 3 及 Al 2 O 3 ·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。（2）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。