18CrMnB齿轮钢棒材中硬质点相成因探索

多年来，中国汽车用齿轮钢一直以20CrMnTiH型为主。该钢种由于Ti含量较高，浇铸时不但容易发生水口堵塞，而且容易产生大块不易变形的TiN夹杂。残留在钢材中的TiN将会成为疲劳源，降低后续齿轮产品使用时的疲劳寿命。然而，20CrMnTi在中国中型载荷汽车齿轮行业中仍是使用普遍的钢种，其主要原因为：1）该钢种含有国内富有的合金元素Cr和Mn，成本可控性强；2）在冶炼时Ti含量和TiN夹杂形态容易控制，渗碳时晶粒长大倾向小，渗碳后可直接淬火；3）经多年理论和实践的摸索、攻关，该钢种从生产至应用的工艺技术都比较成熟。

　　近年来，随着中国小型乘用车工业的发展，许多汽车齿轮生产线分别从德、日、美、意、法等国引进，现在已能批量生产综合性能更好的新型齿轮钢，如Cr-Mo系、Mn-Cr系、Mn-Cr-B系、Cr-Ni-Mn系、Cr-Ni-Mo系、Cr系等钢种。但在新钢种的开发过程中。不时发现热轧棒材中存在硬质点相，不仅影响其加工性能，还将会影响产品的使用寿命。研究人员以南钢生产的18CrMnB钢为例，对棒材中硬质点的成分、特性和成因等进行了试验研究，以期为解决新型Mn-Cr-B系齿轮钢的工艺问题提供理论指导。

　　目前，南钢生产的齿轮钢主要有20CrMnTi、20CrMo、20MnCr5、SAE8620、18CrMnB等，其中18CrMnB主要生产工艺流程为：100t超高功率电弧炉→95tLF精炼炉→95tVD真空炉→3机3流大方坯连铸机→棒材。

　　相关研究表明，钢材产生硬质点的主要原因一般为:1）由于区域内存在有高硬度的非金属夹杂物；2）区域内组织出现异常。18CrMnB齿轮钢的目标控制组织为铁素体＋珠光体，如果在轧制过程中温度控制不当导致魏氏体等异常组织出现，或局部区域珠光体过度发达，均将导致局部区域硬度增加。

　　为了分析出硬质相出现的可能原因，进行了相关试验研究，具体试验方案为：通过金相观察硬质点和非硬质点区域的夹杂物情况，并对其进行EDS分析，以确定具体成分；将试样腐蚀后观察其显微结构，比较硬质点和非硬质点区域的组织特征与差异。研究结果表明：

　　（1）棒材中的硬质点相为顶渣带入的各种氧化物夹杂，其中大块夹杂为高熔点复合氧化物，分散夹杂或为后续热轧过程中夹杂物破碎后，随基体变形的产物。

　　（2）硬质点区域和非硬质点区域的基体组织均为铁素体＋珠光体，未见其他异常组织。棒材表层与中心区域的珠光体尺度有明显差别，这与热轧棒材温度分布与轧制变形量差异有关，不是形成加工硬相的原因。