近年来,伴随着齿轮钢产量的提高,齿轮钢的质量也在不断进步,在淬透性,气体含量,非金属夹杂物等方面取得了显著的提高,然而依然受到带状组织缺陷等问题的影响。因此了解齿轮钢带状组织的危害,分析带状组织形成原因并找到控制方法,对齿轮钢的生产和使用具有重要意义。本文以莱钢生产的20CrMnTiH系列齿轮钢为研究对象,通过生产历史数据统计分析、金相分析、热模拟实验等手段,探讨了冶炼、连铸、轧钢、热处理等工艺过程中对20CrMnTiH系列齿轮钢带状组织的影响因素、作用机理、控制措施。主要研究内容如下:(1)对20CrMnTiH系列齿轮钢的连铸生产工艺与带状组织等级进行了统计分析,确定了过热度、拉坯速度和热装热送是连铸工序影响带状组织的3个主要因素。在保持原生产工艺基本不变的情况下,应将过热的控制在<25℃的水平,同时采用低于0.65 m/min的拉速,并落地缓冷后再装入加热炉中的工艺。对于部分钢水过热度≥25℃的炉次,采用低拉速和落地缓冷的工艺可以有效降低带状组织的级别。若能够同时控制过热度、拉速及装炉方式3个影响因素,则20CrMnTiH钢带状组织≤2级的合格率将达到92%以上。(2)分析了连铸坯的宏观形貌及微观组织,发现20CrMnTiH钢连铸坯宏观组织可分为,激冷层细晶区,柱状晶区和等轴晶区;微观组织主要为粗大的网状铁素体、块状铁素体、魏氏组织、针状铁素体和珠光体;越靠近心部魏氏体含量越多,网状铁素体尺寸更大,针状铁素体的针更长。从铸坯边部和心部分别取样进行正火、锻造和轧制试验,发现铸坯边部的组织均匀,经锻造或轧制后不易形成带状组织,增大锻造比或轧制比可以减少心部区域的带状组织。(3)利用Gleeble 3800热模拟实验机,结合锻造实验、组织观察、电子探针成分分析等方法,研究了加热温度、变形温度、变形量、冷却速率对20CrMnTiH系列齿轮钢带状组织的影响。研究表明,铸坯中的成分偏析是带状组织的重要因素。连铸激冷区元素偏析小,不易形成带状组织;铸坯内部区域成分偏析明显,在适当的条件容易形成带状组织。提高加热温度等热处理方法可降低带状组织形成趋势。当加热温度达到到1250℃时,试样热模拟后的组织中带状偏析明显减弱。在变形量较小时,随着变形量的增加,枝晶沿轧制方向分布趋势增加,带状组织级别增大。而当变形量增加到一定程度时,如锻造试验中压缩比为9时,原始枝晶结构被破坏,偏析带变得不再连续,带状组织级别降低。因此提高加热温度、增大变形量等措施可以有效减轻钢材中的带状组织。小变形量时,冷却速率对带状组织影响不明显。变形温度和冷却速率关系到钢材的回复、再结晶等现象,也是影响带状组织的重要参数。(4)通过一系列热处理试验,研究了热处理工艺对带状组织评级的影响。试验表明,轧制态的齿轮钢经常存在贝氏体等非平衡态组织,给带状评级造成一定的影响。正火处理可以部分消除钢材中的贝氏体,带状组织评级结果与轧制态无明显差异。完全退火处理得到宽大的铁素体条带,带状组织评级结果为所有状态中最高的。等温退火处理可以完全消除组织中的贝氏体,带状组织评级结果与轧制态相同。