随着冶炼技术的进步和合金化技术的发展，齿轮钢的综合性能不断提高。清洁度已不再是限制齿轮使用寿命的关键因素，但合金化给齿轮钢带来了控制成分和组织均匀性的问题。合金元素偏析产生的带状组织会降低齿轮钢的塑性，使其在冷镦过程中开裂。此外，齿轮钢横截面上不对称的框型偏析区域会导致不均匀变形，降低其加工和啮合精度，即使在工作时，由于不均匀应力导致齿根断裂。汽车行业的高速发展极大地增加了对齿轮钢的需求，齿轮的加工成本也越来越受到关注。齿轮钢要求具有一定的冷镦和可加工性。为了获得良好的冷镦性能，齿轮钢必须具有良好的塑性。因此，研究合适的球化退火工艺以获得良好的粒状珠光体+铁素体组织是非常必要的。添加硫可以改善钢的切削性能，但硫是一种容易分离的元素。热轧后，硫化物呈长条状聚集在钢中，导致机械性能和切削性能较差。本文详细研究了合金元素和硫化物在扩散退火过程中的分布和改进，以及框型偏析区和硫化物在热轧过程中的演变过程。为了改善轧制后的带状组织缺陷，获得良好的粒状珠光体，对球化退火工艺、组织分析和球化机理进行了研究。通过对齿轮钢FAS中3420h硫化物的研究，发现连铸板坯主要是第二类硫化物，沿晶界呈点链聚集分布，轧制后沿轧制方向呈长条状分布。计算表明，MnS和MnS伪二元相图的铁沉淀是共晶反应的主要类型。根据热力学的计算结果，随着凝固过程的进行，Mn人和S元素在液相中不断富集。在达到溶解度积后，它们形成奥氏体之间的第二种类型。MnS的沉淀是共晶反应，数量多，尺寸小。第一种为离异共晶反应沉淀，分布相对均匀，数量少，粒度大。第二种硫化物主要分布在板坯边缘，在偏晶反应以更快的冷却速度沉淀。此外，钢中的合金元素（Al除外）在液相中逐渐富集，并在凝固后形成。在齿轮钢FAS的3420h连铸板坯中，扩散退火过程中先生长后破碎的现象与Mn和枝晶的均一化是分不开的。由于扩散速度的不同，当s保持在1250时3h，s在整个枝晶中首先是均匀的。在这个过程中，s将与Mn结合在一起，实现树突间的隔离，并在MnS表面沉淀下来，使MnS得以成长。然后Mn在整个枝晶中也会逐渐均匀，并在一些高能点，如晶界、亚晶界或位错处与s结合，形成一个新的MnS，长大后，它会变成短棒或长条状。MnS在长时间扩散退火期间不稳定且球化。最后，可以得到面积小、数量多、分布改善的MnS。随着扩散退火时间延长到5h，枝晶中Mn和Cerus元素的偏析得到改善。齿轮钢FAS3420h连铸板坯在热压变形过程中，进行了拉延和破碎的交替试验。在1200℃下轧制可以获得尺寸相对较小、数量较大的产品，其相对塑性也较低。这主要是因为基体在高温下有足够的变形。基体的变形和晶界的移动会促进长试样的断裂剥离MnS。此时，MnS主要处于崩溃状态，最终MnS的规模和数量都变小了，分布也可以得到改善。同时，由于Mn和南部的高温和高扩散率，MnS的熔合和球化得到了促进。齿轮钢3420hFAS温度-应力-微观结构的三维耦合数值模拟结果表明，轧制工艺参数对轧制圆钢中心的框型偏析区形状有明显影响。水平和垂直方向上金属流动程度的不同是连铸坯中方形框型偏析区变为矩形的原因。优化二次辊间距后，圆钢的截面分布均匀，最终在轧制后的圆钢中获得方形的框型宏观偏析。通过对轧制圆钢的宏观组织和晶粒尺寸的统计，验证了该模型的正确性。亚温球化阶段的温度和时间对齿轮钢3420hFAS获得粒状珠光体结构起着决定性作用。采用正火+亚温球化退火工艺。首先，经过850保温30分钟的正火处理后，组织细化，细小的珠光体片均匀分布在铁素体基体上，以减少碳所需的扩散路径。然后，在亚温段705，齿轮钢基体为粒状珠光体+铁素体，持续16小时，球化水平为6级。片状渗碳体的球化模型表明，渗碳体的位错和亚晶界缺陷使渗碳体表面出现凹槽，而不可见的核势垒位于凹槽附近的平面上。在亚温退火过程中，碳化物将在此处沉淀，碳元素的结晶将被破坏，这将促进凹槽中的碳向附近平面扩散，导致凹槽中的渗碳体溶解，最终使渗碳体片熔化。