CN114855062B - 20CrMnTiH齿轮钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种20CrMnTiH齿轮钢及其制备方法，涉及冶金领域。20CrMnTiH齿轮钢的制备方法，包括：将20CrMnTiH齿轮钢的钢水在低过热度、恒温恒速、弱冷却和动态末端搅拌的条件下进行连铸得到铸坯；将所述铸坯进行高温扩散加热，所述高温扩散加热包括依次进行的预热、一段加热、二段加热和均热；将所述高温扩散加热之后的铸坯进行轧制，然后速冷得到所述20CrMnTiH齿轮钢。本申请提供的方法，能够获得带状组织级别≤1.5级的20CrMnTiH齿轮钢。

Description

20CrMnTiH齿轮钢及其制备方法
技术领域
本申请涉及冶金领域，尤其涉及一种20CrMnTiH齿轮钢及其制备方法。
背景技术
带状组织是汽车渗碳齿轮钢的组织缺陷。对汽车渗碳齿轮钢而言，严重的带状组织将影响渗碳的均匀性，增加淬火变形程度，使渗碳齿轮尺寸精度变差。20CrMnTiH齿轮钢因Mn、Si、Cr、Ni、Mo等合金元素含量高，极易产生带状组织，而元素偏析是产生带状组织的最根本原因。带状组织包括一次带状组织和二次带状组织，二次带状组织可以通过合理的加热温度、终轧温度、压下率以及轧后冷却速度调控有效减轻甚至消除二次带状组织，但一次带状组织则很难通过常用热处理消除。
在钢液凝固过程中，由于钢液中各种元素的扩散速率不尽相同，在铸锭冷却结晶过程中发生选择性结晶形成化学成分呈不均匀分布的枝晶组织，铸锭中粗大的枝晶在轧制过程中沿轧制方向被拉长变形，并逐渐与变形方向保持一致。在缓冷条件下，铸坯中的碳元素和合金元素的贫化带和富集带分别形成了铁素体带及珠光体带，两种组织区域交替堆叠形成了带状组织。铸锭中的成分偏析越严重，形成的带状组织也就越严重。因此，在20CrMnTiH齿轮钢实际生产过程中需要进行低带状组织级别的稳定控制。
专利文献CN113981321A公开了一种齿轮钢带状组织控制方法，通过对低碳CrNiMo齿轮钢在洁净化冶炼、改进模铸浇注及钢锭冷却工艺、提高锻造温度和热处理，对钢材组织中的带状组织起到了一定的改善作用，但对于铸锭成分偏析调控手段过于单调，对带状组织的控制效果有限。专利文献CN110315044B公开了一种恒定拉速、扩散加热和高温轧制的工艺，获得了从齿轮钢心部到表面铁素体均匀分布的组织，带状组织可以控制在≤2.0级的水平，但末端搅拌参数固定，不能准确判断液芯位置，末端搅拌效果和操作灵活性较差，并且钢水过热度较大，导致铸坯内等轴晶率降低，中心偏析程度增加。专利文献CN105969962A公布了一种齿轮钢带状组织控制工艺，采用分段加热、两次锻造和锻后冷却工艺，获得的铸坯带状组织≤2.0级，工序较为复杂，不利于生产效率的提高。专利文献CN111424149A公开了一种钢坯加热、粗轧、中轧、一次穿水冷却、精轧、二次穿水冷却、缓慢冷却的带状组织控制工艺，一定程度降低了成分偏析，改善了带状组织，但工艺也相对较为复杂，成本较高。
发明内容
本申请的目的在于提供一种20CrMnTiH齿轮钢及其制备方法，以解决上述问题。
为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：
一种20CrMnTiH齿轮钢的制备方法，包括：
将20CrMnTiH齿轮钢的钢水在低过热度、恒温恒速、弱冷却和动态末端搅拌的条件下进行连铸得到铸坯；
将所述铸坯进行高温扩散加热，所述高温扩散加热包括依次进行的预热、一段加热、二段加热和均热；
将所述高温扩散加热之后的铸坯进行轧制，然后速冷得到所述20CrMnTiH齿轮钢。
优选地，所述低过热度为：所述钢水的过热度为15℃-25℃。
优选地，所述连铸的拉速为1.24m/min -1.35m/min。
优选地，所述弱冷却的比水量为0.27kg/L -0.32kg/L。
优选地，所述动态末端搅拌包括：通过在线计算铸坯的温度场跟踪铸坯的凝固进程，然后根据在线凝固模型LPC自动调控Q-EMS的电流和频率。
优选地，所述连铸的结晶器电磁搅拌器参数为260A/2.0Hz。
优选地，所述预热的温度为750-820℃，时间为40-50min；
所述一段加热的温度为850-1160℃，时间为30-40min；
所述二段加热的温度为1250-1290℃，时间为40-60min；
所述均热的温度为1240-1280℃，时间为50-70min。
优选地，所述轧制的压下量为20%-30%，所述轧制过程中的冷却速度为2-3℃/s。
优选地，所述速冷包括：
棒材出轧机后在冷床上的间距保持在0.7-1.0m，冷却速度达到0.8℃/s-1.0℃/s。
本申请还提供一种20CrMnTiH齿轮钢，使用所述的制备方法制得。
与现有技术相比，本申请的有益效果包括：
本申请提供的20CrMnTiH齿轮钢的制备方法，通过在低过热度、恒温恒速、弱冷却和动态末端搅拌的条件下进行连铸，消除一级带状组织；并基于前述步骤、通过将铸坯进行高温扩散加热和轧制，消除二级带状组织。
本申请提供的20CrMnTiH齿轮钢，带状组织级别≤1.5级。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请范围的限定。
图1为本申请提供的20CrMnTiH齿轮钢的制备方法的机理图；
图2为浇铸过热度与偏析和等轴晶率关系曲线；
图3为实施例1得到的20CrMnTiH齿轮钢的SEM照片；
图4为对比例1得到的20CrMnTiH齿轮钢的SEM照片。
具体实施方式
如本文所用之术语：
“由……制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
连接词“由……组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由……组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
在这些实施例中，除非另有指明，所述的份和百分比均按质量计。
“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说A组分的质量份为a份，B组分的质量份为b份，则表示A组分的质量和B组分的质量之比a：b。或者，表示A组分的质量为aK，B组分的质量为bK（K为任意数，表示倍数因子）。不可误解的是，与质量份数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。
“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，A和/或B包括(A和B)和(A或B)。
一种20CrMnTiH齿轮钢的制备方法，包括：
将20CrMnTiH齿轮钢的钢水在低过热度、恒温恒速、弱冷却和动态末端搅拌的条件下进行连铸得到铸坯；
将所述铸坯进行高温扩散加热，所述高温扩散加热包括依次进行的预热、一段加热、二段加热和均热；
将所述高温扩散加热之后的铸坯进行轧制，然后速冷得到所述20CrMnTiH齿轮钢。
连铸过程恒温恒速生产确保了铸坯中心偏析在合理的范围内，为后期带状组织的调控奠定了基础，同时也保证了生产顺行。低过热度控制，会明显降低铸坯中心的偏析程度，并结合弱冷却强度的控制可以较大程度促进20CrMnTiH齿轮钢中合金元素的均匀扩散，降低铸坯偏析指数，有效消除20CrMnTiH齿轮钢组织中的一次带状组织。后期通过连铸坯的高温扩散处理和控轧控冷工艺，促进铸坯中枝晶形成元素和残余碳化物的均匀扩散，消除20CrMnTiH齿轮钢组织中的二次带状组织。考虑到20CrMnTiH齿轮钢因Mn、Si、Cr、Ni、Mo等合金元素含量高，极易产生带状组织，而齿轮钢中带状组织的产生会增加淬火程度，造成渗碳齿轮尺寸精度偏差，因此齿轮钢对于带状组织的控制要求更高，仅仅是通过单一的连铸过程或者后期钢材热处理调控齿轮钢带状组织级别会造成产品质量的波动性较大及工艺操作难度大大提升，不能满足齿轮钢的生产需求，甚至影响连铸生产的顺行。
如图1所示，在连铸工序采用的恒温恒速+弱冷+低过热度+动态末搅集成技术，是实现铸坯低偏析指数的关键技术手段，改善了一次带状组织，并为轧制工序二次带状组织的控制奠定了基础。
铸坯加热炉高温扩散工艺，消除了坯料偏析，使形成枝晶偏析的元素、残余碳化物扩散均匀，提高了奥氏体晶粒均匀化，一定程度减轻了原始带状组织。同时降低了后续轧制工序的变形抗力。
轧制工序采用的控扎控冷工艺，在奥氏体未再结晶区大压下量轧制不仅减轻消除了带状组织，同时还起到了细化晶粒的作用，并配合铸坯较快冷却速率改善带状偏析。
在一个可选的实施方式中，所述低过热度为：所述钢水的过热度为15℃-25℃。
可选的，所述钢水的过热度可以为15℃、16℃、17℃、18℃、19℃、20℃、21℃、22℃、23℃、24℃、25℃或者15℃-25℃之间的任一值。
在一个可选的实施方式中，所述连铸的拉速为1.24m/min -1.35m/min。
可选的，所述连铸的拉速可以为1.24m/min、1.25m/min、1.26m/min、1.27m/min、1.28m/min、1.29m/min、1.30m/min、1.31m/min、1.32m/min、1.33m/min、1.34m/min、1.35m/min或者1.24m/min-1.35m/min之间的任一值。
连铸机恒温恒速浇铸是生产优质铸坯的前提，同时也是连铸生产稳定顺行的保障，因此在20CrMnTiH齿轮钢铸坯生产过程中需要保证连铸机恒温恒速浇铸。钢水过热度能显著影响铸坯等轴晶率和偏析，如图2所示。随着钢水过热度增加，铸坯内等轴晶率降低，而中心偏析程度明显增加。当控制钢水过热度在15~25℃之间时，对改善铸坯偏析程度，降低铸坯偏析指数有明显作用。另外，冷却强度也是影响铸坯凝固过程中合金元素扩散行为的重要因素。依据铸坯尺寸规格，确定合适的冷却强度对降低铸坯偏析指数至关重要。因此，采用铸坯弱冷工艺为高温出坯创造了条件，一定程度提高铸坯的均匀化程度。
在一个可选的实施方式中，所述弱冷却的比水量为0.27kg/L -0.32kg/L。
可选的，所述弱冷却的比水量可以为0.27kg/L、0.28kg/L、0.29kg/L、0.30kg/L、0.31kg/L、0.32kg/L或者0.27kg/L-0.32kg/L之间的任一值。
在一个可选的实施方式中，所述动态末端搅拌包括：通过在线计算铸坯的温度场跟踪铸坯的凝固进程，然后根据在线凝固模型LPC自动调控Q-EMS的电流和频率。
在一个可选的实施方式中，所述连铸的结晶器电磁搅拌器参数为260A/2.0Hz。
需要说明的是，动态末端搅拌和结晶器电磁搅拌是同时进行的。
结晶器和动态末端电磁搅拌（M-EMS和Q-EMS）技术是改善铸坯内部质量缺陷的重要途径，感应磁场产生的电磁力破碎树枝晶，使其作为等轴晶形核位点，对于降低铸坯成分偏析具有显著作用。结晶器和凝固动态末端电磁搅拌的参数选择直接影响铸坯的偏析指数和均匀性控制水平。
通过在线计算铸坯的温度场跟踪铸坯的凝固进程，然后根据在线凝固模型（LPC）自动调控Q-EMS参数（电流和频率），实现凝固末端电磁搅拌动态控制 。
通过分析不同结晶器和动态末端电磁搅拌参数组合下铸坯C偏析指数变化（如表1所示） ，最终优选出针对240mm×240mm断面20CrMnTiH齿轮钢的最佳结晶器和动态末端电磁搅拌参数组合。
表1 不同组合电搅参数条件对应铸坯碳偏析统计
Figure P_220425091747286_286639001
在一个可选的实施方式中，所述预热的温度为750-820℃，时间为40-50min；
所述一段加热的温度为850-1160℃，时间为30-40min；
所述二段加热的温度为1250-1290℃，时间为40-60min；
所述均热的温度为1240-1280℃，时间为50-70min。
可选的，所述预热的温度可以为750℃、760℃、770℃、780℃、790℃、800℃、810℃、820℃或者750-820℃之间的任一值，时间可以为40min、41min、42min、43min、44min、45min、46min、47min、48min、49min、50min或者40-50min之间的任一值；所述一段加热的温度可以为850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃、1160℃或者850-1160℃之间的任一值，时间可以为30min、31min、32min、33min、34min、35min、36min、37min、38min、39min、40min或者30-40min之间的任一值；所述二段加热的温度可以为1250℃、1260℃、1270℃、1280℃、1290℃或者1250-1290℃之间的任一值，时间可以为40min、45min、50min、55min、60min或者40-60min之间的任一值；所述均热的温度可以为1240℃、1250℃、1260℃、1270℃、1280℃或者1240-1280℃之间的任一值，时间可以为50min、55min、60min、65min、70min或者50-70min之间的任一值。
在一个可选的实施方式中，所述轧制的压下量为20%-30%，所述轧制过程中的冷却速度为2-3℃/s。
可选的，所述轧制的压下量可以为20%、21%、22%、23%、24%、25%、26%、27%、28%、29%、30%或者20%-30%之间的任一值，所述轧制过程中的冷却速度可以为2℃/s、2.5℃/s、3℃/s或者2-3℃/s之间的任一值。
在一个可选的实施方式中，所述速冷包括：
棒材出轧机后在冷床上的间距保持在0.7-1.0m，冷却速度达到0.8℃/s-1.0℃/s。
可选的，棒材出轧机后在冷床上的间距可以保持在0.7m、0.8m、0.9m、1.0m或者0.7-1.0m之间的任一值，冷却速度可以为0.8℃/s、0.9℃/s、1.0℃/s或者0.8℃/s-1.0℃/s之间的任一值。
通过铁碳相图及相关析出物重新测算完全奥氏体化温度及第二相熔解温度，实现各主要合金元素进行高温扩散，既保证奥氏体均匀化，又避免奥氏体过分粗大。轧制过程采用控轧控冷方式控制二次带状组织的产生。合理控制轧制过程中坯料轧制压下量及所处温度区间，实现再结晶区和非再结晶区轧制相结合。保证再结晶区轧制过程中晶粒破碎细化；非再结晶区轧制过程中发生塑性变形而使得奥氏体晶粒被拉长，晶粒内部变形带及部分碳氮化物析出，使得相变后铁素体晶粒尺寸细化，降低带状组织级别。
最后是轧后冷却过程的合理控制。通过合理布置棒材冷床间距及头中尾冷却速度控制，实现轧后冷却过程中均匀、快速冷却，进一步减少铁素体形核自由能，保证铁素体均匀形核以及珠光体转变，最终达到减轻缓解带状组织的目的。
本申请还提供一种20CrMnTiH齿轮钢，使用所述的制备方法制得。
下面将结合具体实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
首先对20CrMnTiH齿轮钢的成分进行说明（余量为铁和不可避免的杂质），具体如下表2所示：
表2 成分表（单位：wt%）
Figure P_220425091747352_352066001
实施例1
本实施例提供一种20CrMnTiH齿轮钢的制备方法，具体操作流程为：
（1）连铸工序：钢水过热度为16℃，结晶器电磁搅拌参数为260A/2.0Hz，动态末端搅拌参数自动设定，连铸浇铸240mm×240mm断面20CrMnTiH齿轮钢铸坯采用“恒温恒速”工艺，拉速保持在1.31m/min，并配合铸坯弱冷条件（比水量0.32kg/L）。
（2）铸坯高温扩散加热工序：铸坯在加热炉内进行分段加热，加热温度时间分别为：预热段温度为780℃，预热时间为45min；加热一段温度为900℃，加热时间为30min；加热二段温度为1260℃，加热时间为50min；均热段温度为1260℃，均热时间为60min。
（3）轧制工序：在1120℃的轧制温度下进行铸坯轧制，铸坯压下量控制在25%，冷却速度保持在2℃/s。
（4）轧后快速冷却：棒材出轧机后在冷床上的间距保持在0.8m，均匀推动冷床，保证棒材每个面充分冷却，减少热应力的产生，同时在冷床两侧安装风扇，加快棒材冷却速度，是冷却速度达到0.8℃/s以上。
最终获得的20CrMnTiH齿轮钢带状组织级别1.5级，其SEM照片如图3所示。齿轮钢疲劳极限为1250MPa，抗拉强度为1420MPa，屈服强度为1390MPa，断面收缩率为53%，中值疲劳寿命L 50 为7.0×107次。
实施例2
本实施例提供一种20CrMnTiH齿轮钢的制备方法，具体操作流程为：
（1）连铸工序：钢水过热度为18℃，结晶器电磁搅拌参数为250A/2.0Hz（磁场强度320×104T），动态末端搅拌参数自动设定，连铸浇铸240mm×240mm断面20CrMnTiH齿轮钢铸坯采用“恒温恒速”工艺，拉速保持在1.32m/min，并配合铸坯弱冷条件（比水量0.30kg/L）。
（2）铸坯高温扩散加热工序：铸坯在加热炉内进行分段加热，加热温度时间分别为：预热段温度为800℃，预热时间为40min；加热一段温度为950℃，加热时间为35min；加热二段温度为1270℃，加热时间为55min；均热段温度为1250℃，均热时间为65min。
（3）轧制工序：在1200℃的轧制温度下进行铸坯轧制，铸坯压下量控制在20%，冷却速度保持在2.5℃/s。
（4）轧后快速冷却：棒材出轧机后在冷床上的间距保持在1.0m，均匀推动冷床，保证棒材每个面充分冷却，减少热应力的产生，同时在冷床两侧安装风扇，加快棒材冷却速度，是冷却速度达到0.8℃/s以上。
最终获得的20CrMnTiH齿轮钢带状组织级别1.0级。齿轮钢疲劳极限为1296MPa，抗拉强度为1439MPa，屈服强度为1412MPa，断面收缩率为52%，中值疲劳寿命L 50 为7.1×107次。
实施例3
本实施例提供一种20CrMnTiH齿轮钢的制备方法，具体操作流程为：
（1）连铸工序：钢水过热度为25℃，结晶器电磁搅拌参数为260A/2.0Hz，动态末端搅拌参数自动设定，连铸浇铸240mm×240mm断面20CrMnTiH齿轮钢铸坯采用“恒温恒速”工艺，拉速保持在1.35m/min，并配合铸坯弱冷条件（比水量0.30kg/L）。
（2）铸坯高温扩散加热工序：铸坯在加热炉内进行分段加热，加热温度时间分别为：预热段温度为810℃，预热时间为50min；加热一段温度为1000℃，加热时间为40min；加热二段温度为1290℃，加热时间为60min；均热段温度为1270℃，均热时间为60min。
（3）轧制工序：在1200℃的轧制温度下进行铸坯轧制，铸坯压下量控制在30%，冷却速度保持在2.5℃/s。
（4）轧后快速冷却：棒材出轧机后在冷床上的间距保持在0.9m，均匀推动冷床，保证棒材每个面充分冷却，减少热应力的产生，同时在冷床两侧安装风扇，加快棒材冷却速度，是冷却速度达到0.8℃/s以上。
最终获得的20CrMnTiH齿轮钢带状组织级别1.0级。齿轮钢疲劳极限为1314MPa，抗拉强度为1457MPa，屈服强度为1375MPa，断面收缩率为54%，中值疲劳寿命L 50 为7.2×107次。
实施例4
本实施例提供一种20CrMnTiH齿轮钢的制备方法，具体操作流程为：
（1）连铸工序：钢水过热度为18℃，结晶器电磁搅拌参数为260A/2.0Hz，动态末端搅拌参数自动设定，连铸浇铸240mm×240mm断面20CrMnTiH齿轮钢铸坯采用“恒温恒速”工艺，拉速保持在1.29m/min，并配合铸坯弱冷条件（比水量0.30kg/L）。
（2）铸坯高温扩散加热工序：铸坯在加热炉内进行分段加热，加热温度时间分别为：预热段温度为800℃，预热时间为50min；加热一段温度为1150℃，加热时间为40min；加热二段温度为1280℃，加热时间为60min；均热段温度为1270℃，均热时间为60min。
（3）轧制工序：在1220℃的轧制温度下进行铸坯轧制，铸坯压下量控制在30%，冷却速度保持在3℃/s。
（4）轧后快速冷却：棒材出轧机后在冷床上的间距保持在0.9m，均匀推动冷床，保证棒材每个面充分冷却，减少热应力的产生，同时在冷床两侧安装风扇，加快棒材冷却速度，是冷却速度达到0.8℃/s以上。
最终获得的20CrMnTiH齿轮钢带状组织级别1.0级。齿轮钢疲劳极限为1369MPa，抗拉强度为1498MPa，屈服强度为1400MPa，断面收缩率为55%，中值疲劳寿命L 50 为7.2×107次。
对比例1
与实施例1不同的是，钢水过热度为30℃，其他工艺条件一致。
最终获得的20CrMnTiH齿轮钢带状组织级别2.0级，如图4所示。齿轮钢疲劳极限为1019MPa，抗拉强度为1218MPa，屈服强度为960MPa，断面收缩率为41%，中值疲劳寿命L 50 为4.2×107次。
对比例1相较于实施例1，钢水过热度更高，连铸坯的凝固时间相对较长，枝晶结构更大，等轴晶比例下降，元素偏析较严重，容易形成铁素体带和珠光体带，造成带状组织级别较高。
对比例2
与实施例2不同的是，动态末端电磁搅拌改为末端电磁搅拌，其参数为450A/5.0Hz，其他工艺条件一致。
最终获得的20CrMnTiH齿轮钢带状组织级别2.5级。齿轮钢疲劳极限为1046MPa，抗拉强度为1156MPa，屈服强度为1201MPa，断面收缩率为43%，中值疲劳寿命L 50 为3.0×107次。
对比例2相较于实施例2，采用了末端电磁搅拌，其位置是根据初期铸坯中液芯位置和坯壳厚度固定放置，末端搅拌效果和操作灵活性较差，造成柱状晶破碎效果不佳，枝晶偏析严重，带状组织更容易形成。
对比例3
与实施例3不同的是，在铸坯高温扩散加热工序的加热二段温度为1200℃，加热时间30min，其他工艺条件一致。
最终获得的20CrMnTiH齿轮钢带状组织级别2.0级。齿轮钢疲劳极限为989MPa，抗拉强度为1009MPa，屈服强度为1130MPa，断面收缩率为40%，中值疲劳寿命L 50 为2.9×107次。
对比例3相较于实施例3，高温扩散加热二段温度较低和时间较短，造成铸坯中元素扩散效果不理想，碳元素和合金元素的贫化带及富集带没有得到本质改观，带状组织级别较高。
对比例4
与实施例4不同的是，轧制工序的轧制温度为940℃，铸坯压下量为15%，其他工艺条件一致。
最终获得的20CrMnTiH齿轮钢带状组织级别2.5级。齿轮钢疲劳极限为1157MPa，抗拉强度为1213MPa，屈服强度为986MPa，断面收缩率为42%，中值疲劳寿命L 50 为3.3×107次。
对比实验分析：该对比例相较于实施例4，轧制温度和压下量均有所降低，奥氏体并未发生再结晶现象，在轧制过程中奥氏体晶粒被拉长，元素扩散相对较慢，形成了明显的带状组织。同时，由于铸坯压下量较小，枝晶沿轧制方向分布趋势增加，同样会造成带状组织级别增加。
对比例5
与实施例4不同的是，轧制工序铸坯冷却速度为1℃/s，其他工艺条件一致。
最终获得的20CrMnTiH齿轮钢带状组织级别2.0级。齿轮钢疲劳极限为1136MPa，抗拉强度为1310MPa，屈服强度为1230MPa，断面收缩率为45%，中值疲劳寿命L 50 为3.8×107次。
对比实验分析：该对比例相较于实施例4，铸坯的冷却速度有了较大的降低，增加了在A1~600 ℃的低塑性温度区间的停留时间，带状组织级别也有所增加。
对比例6
与实施例4不同的是，仅采用单一的一次带状组织或者二次带状组织控制技术，其他工艺条件一致。
实际生产中，统计多批次20CrMnTiH齿轮钢带状组织级别，仅有生产总量10%的齿轮钢产品带状组织级别≤1.5级。
对比实验分析：仅通过单一的带状组织控制技术对20CrMnTiH齿轮钢带状组织调控，技术手段过于单薄。仅采用一次带状组织控制技术，在铸坯轧制过程中，铸坯整体温度分布并不均匀，各区域元素传质过程也不尽相同，极易在此阶段形成元素偏析，造成二次带状组织的形成。仅采用二次带状组织控制技术，在连铸过程形成的大量一次带状组织难以通过高温扩散和控轧控冷手段完全消除，同时也加大了二次带状组织调控的难度。
本申请充分结合20CrMnTiH齿轮钢的成分和生产工艺特点，针对20CrMnTiH齿轮钢的低级别带状组织的稳定控制问题，提出了不同带状组织分级调控的策略，技术效果如下：
（1）在连铸过程中采用的恒温恒速+弱冷+低过热度+动态末搅集成技术，较大程度降低了铸坯的成分偏析程度，其中碳偏析指数可控制在0.95~1.06之间，有效促进了各元素在铸坯中的均匀化分布，减少了一次带状组织的形成。
（2）采用加热炉高温扩散及轧制控轧控冷技术后，齿轮钢内二次带状组织得到有效控制，齿轮钢内带状组织稳定控制≤1.5级。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (2)

1.一种20CrMnTiH齿轮钢的制备方法，其特征在于，包括：
将20CrMnTiH齿轮钢的钢水在低过热度、恒温恒速、弱冷却和动态末端搅拌的条件下进行连铸得到铸坯；
将所述铸坯进行高温扩散加热，所述高温扩散加热包括依次进行的预热、一段加热、二段加热和均热；
将所述高温扩散加热之后的铸坯进行轧制，然后速冷得到所述20CrMnTiH齿轮钢；
所述低过热度为：所述钢水的过热度为15℃-25℃；
所述连铸的拉速为1.24m/min -1.35m/min；
所述弱冷却的比水量为0.27kg/L -0.32kg/L；
所述动态末端搅拌包括：通过在线计算铸坯的温度场跟踪铸坯的凝固进程，然后根据在线凝固模型LPC自动调控Q-EMS的电流和频率；
所述连铸的结晶器电磁搅拌器参数为260A/2.0Hz；
所述预热的温度为750-820℃，时间为40-50min；
所述一段加热的温度为850-1160℃，时间为30-40min；
所述二段加热的温度为1250-1290℃，时间为40-60min；
所述均热的温度为1240-1280℃，时间为50-70min；
所述轧制的压下量为20%-30%，所述轧制过程中的冷却速度为2-3℃/s；
所述速冷包括：
棒材出轧机后在冷床上的间距保持在0.7-1.0m，冷却速度达到0.8℃/s-1.0℃/s。
2.一种20CrMnTiH齿轮钢，其特征在于，使用权利要求1所述的制备方法制得。
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