冷镦钢的生产和发展动向

冷镦钢的生产和发展动向来源：紧固件协会作者：浏览次数：51发布日期：2007-11-08一、前言冷镦钢盘条的钢种一般为低，中碳优质碳素钢和合金结构钢。冷镦钢冷成型性能良好， 在机械加工行业用冷拔代替热轧材冷切削机加工，这种工艺的优点是在节约大量工时，同时 金属消耗可以降低10%30%，而且产品尺寸精度高、表面光洁度好和生产率高，是近 10年来兴起的较先进的机械加工工艺。它主要用制造标准件，非标准紧固件及各种机械零 件，如螺栓、螺母、螺钉、插销以及汽车、电气设备专用件，是目前发展迅速，应用范围广 泛的一种高效品种。根据钢材的使用状态，可将冷镦钢分为非热处理型、表面硬化型和调质型之类。大陆宝 钢、马钢和湘钢从20世纪90年代开始开发冷镦钢。据资料表明，冷镦钢市场2006年全 国紧固件需求量达到600万吨，2007年需求量预将增至700800万吨，其中汽车紧固 件用中、高档冷镦钢超过150万吨。二、冷镦钢的生产发展近几年来，大陆开发的冷镦钢品牌在增加，产量在增长，质量在改进。如宝钢：SWP CH35K、SWR CH22A、SCM435；湘钢：XSWR CH10K、SWR CH35KC、SWR CH6A； 杭钢：ML35、CH35ACR；武钢：35；包钢：ML35、SWRM12；太钢：C35、ML20MnT旧； 刑钢：SWRCH35K等等品种。显然，冷镦钢的开发生产已经形成了一定量和规模。冷镦钢盘条用线材的典型用途是制作螺栓，其强度范围大，从抗拉强度Rm400 Mpa 到1200 Mpa以上，且形状多，需求量大。三、镦钢的生产工艺（一）冷镦钢主要成分钢中碳含量一般按中下限控制为宜。钢中矽含量超过0.10%，随矽含量增加，钢的抗 拉强度、硬度有所提高，但延伸率、断面收缩率下降更显著，不利于冷变形。钢中锰含量适中，可改善钢中碳的存在形态和分布，有利于提高钢的冷成型性。主要冷镦钢的牌号和成分 见表1。表I.客种主要冷僦钢的优学成命cw%J牌号CSiMa其他.宝钢SWRCH35KSCM435SWCH22A0.32-0.320.33-0.3&：0.18-0,250.10-0.35 0.15-0.35- o.io0.60-0.900.60-0,85O.O-l.OO：0.030：0.0306.030O.-035Q.:030Cr0.90-1.20Mo0.15,0.3：0;马钢.SWRCH1.8A SWRCH35K- -M0.15-0.200.32-0.380.100.10-0.300.60-0.900.35-0.700.030.0.030.Q；0350.030B微量,湘钢.SWRCHIOSWRCH35K0.06-0.1U;0.32-0.37-0.05-0.200.12-0.200.25；0.50U.45-0.600.0300.030。顽0.035杭粗ML35CH35ACR.0.32-0.400.35-0.390.200.100.30-0.600.60-0.900.035.0.030.Q：0350.030 Ni； Cu割.25Cr0.20-0 30.武钢350.32-0.390.17-0.3750-0.80.0.035Q.:035Cr 0.)5Ni0：30包钢:ML35I如侦汹口0.32-0.40：0.38-0.45.0.200.300.30-0.600-0.50-0.J00.035：.-0.035-.D.0350.035Cr0.90-1.20Mo0.15-0.25-NiO.20:太钢.C35，ML20MnTiB.0.32-0.400.17-0.240.17-0.370.300.60-0.901.30-1.60：0.050：0.035O.035Q：035B0.0005-0.0 03Ti0.04-0.10（二）冷镦钢的生产现在大陆已形成了以宝钢和马钢为龙头的一大批冷镦钢生产企业；以宝钢和马钢的冷镦 钢生产工艺流程为例。宝钢：铁水预处理一炼钢一炉外精炼一铸锭一开坯一修磨一高速轧制一控温冷却一集卷 捆扎一检验出厂。马钢：铁水预处理一转炉炼钢一炉外精炼一连铸一高速轧制（有低温控制轧制）一控温 冷却一集卷捆扎一检验出厂。治炼冷镦钢的关键是要提高钢水的纯净度，降低钢水的非金属夹杂物和污染度。钢水终 点碳含量稳定在规定范围内，是降低钢水氧化程度和减少钢水非金属夹杂污染的主要措施； 而且知整个工艺流程中均采用了大量的先进技术。如：在模铸开坯时切净料头、料尾，经反 转修磨后并通过磁探伤，保证钢坯轧制前的表面质量（宝钢）。采用单线多通道柔性切换技 术，具备超强冷却控温控轧能力，可以实现750C低温轧制（马钢）。四、冷镦钢的质量难点目前冷镦钢线材大陆能提供的5.5?40?，较成熟的范围是6.5?25?。高档次紧固件 对原料的质量要求如下：盘条具有较高的塑料指标，断面收缩率和延伸率较高；在冷塑性变 形中，材料的变形抗力小、加工硬化率低、材料的屈强比值小和盘条硬度HRB适当，不要 过高；盘条具有良好的表面质量、应光滑圆整、无凹凸折叠、结疤裂纹、麻点等，钢的组织 致密，无内部缺陷。冷镦钢质量有两个主要指标。显微组织:（除特殊要求外）应该是铁素体加珠光体（F+P）， 要求为24级，3级为优。非金属夹杂物：夹杂物是造成冷镦开裂的主要原因之一，B类 （氧化铝）和D类（球状氧化物）夹杂物的影响最大，颗粒愈大，愈易开裂，在距表面2mm 以内的夹杂物不应大于0.15mm。主要控制缺陷：有冷镦钢的心部碳偏析，材料及退火过 程中的表面脱碳，冷镦裂纹，调质中的淬火开裂和变形。最合适的冷镦变形组织是碳化物球化组织，其强度和硬度降低、塑性较好，有利于冷镦 变形。SWRCH35K、ML35为典型中碳冷镦钢盘条，当冷镦变形量60%时，在冷镦前应 进行700C-730C保温46级，保证成品的加工塑性。而对于中碳合金钢SCM435、 ML40Cr采用等温球化退火，在（Acl以上20C-40C） 750C-770C加热保温4-6小时 （注）后，炉冷到略低于Arl温度680C-700C等温6-8时（注）然后冷至500C左右出炉空冷。钢材的显微组织由粗变细，由片状变球状，根据JB/T5074-1991低、中、碳 钢球化体评级，控制在46级，显微组织特征为点状球化体及少量球化体+铁素体或均 匀分布球化体+铁素体，使用时通过调整拉拔变形量，可改善冷镦成型性能。注：保证时间可根据装炉量多少增减统计资料表明，冷镦无裂中有80%85%是因冷镦钢表面存在折叠、划伤、密集的发 纹，局部微裂纹、结疤等缺陷造成的。对于高强度紧固件的冷镦钢的内在质量和表面质量要求很严格，故应从五个方面著手加 强质量控制，即：表面质量、显微组织、化学成分、非金属夹杂物和晶粒度。五、冷镦钢发展动向从节约能源、节省资源、保护环境出发，对机械基础件之一的紧固件，如何追求更加合 理的设计和轻量化的要求，这时，对使用的原材料提出了更高的要求。因此，最有效的措施 是制造工艺流程更趋合理和提高紧固件冷镦钢的使用强度。（一）非调质钢紧固件用非调质钢主要是冷作硬化型非调质钢。牌号前冠以“LF字母，用非调质钢制造 螺栓可省略螺栓冷拔前的球化退火和螺栓成形后的淬火回火处理，还可减少螺纹部分的脱碳 倾向，提高生产成品率。因此，经济效果十分明显。由于非调质钢在冷镦时的硬度较通常的线材高，这使得冷镦复杂形状的凸缘类螺栓时产 生裂纹的机率较高，而且冷镦模具寿命有所降低。为此，非调质钢制造的螺栓主要为7T级 和8.8级，加工量少的10.9级双头螺栓也有采用非调质钢制造。目前大陆使用的非调质钢，组织上为低碳含锰的铁素体+珠光体型和贝氏体型，并添加 有微量合含元素（V、Ti、Nb和N等），细化晶粒和析出强化元素，采用炉外精炼减少夹 杂物，通过控温轧制（锻制）、控温冷却，在铁素体和珠光体中弥散析出碳、氮化物为强化 相，使钢在轧制（锻制）后不经调质处理即可获得中碳钢经调质后所达到的力学性能的钢种。紧固件用非调质的钢牌号为LF10MnSiTi、LF20Mn2、LF18Mn2V （均还未列入国家 标准）。这都是冷作硬化型非调质钢，要求热轧线材抗拉强度Rm控制在550700MPa， 制造8.8级螺栓。另一种热轧线材拉强度Rm控制在600900MPa，制造10.9级紧固件。为了提高螺栓的屈强比和去除加工应力，需要对非调质钢进行200C400C的回火处 理，10.9级螺栓在200C的回火处理与电镀后的驱氢处理可同时进行；而8.8级螺栓在 350C的回火处理可与著色发兰工序一道进行。既减轻了劳动强度，又达到节能降耗目的。（二）硼钢为了增加紧固件的市场竞争力，在提高钢材性能和治金质量的同时，还要求减少生产成 本，省略或简化工序，降低对能源的消耗。因此开发了节约合金元素的低、中碳高强度硼钢。 其成分设计的基本原则是降低含碳量，改善钢的冷变形能力，加入0.0005%0.0035% 的硼，以弥补因降碳而造成的强度和淬透性的损失。另外根据需要还可加适量Cr、Mm、 Ti等合金元素，进一步提高淬透性。硼钢的特点是由于少量硼代替大量合金元素，钢材成 本降低，碳和合金元素含量低，热轧线材可以直接拉拔物冷镦加工，不需要预先球化退火处 理，节约了紧固件的制造成本。硼钢作为高强度螺栓用的主要材料之一，淬火变形和开裂倾 向小，可用水淬处理，热处理操作简便，改善了工作环境，不仅综合力学性能好，在相同强 度水平韧性较中碳钢有明显改善，且脱碳敏感性小。9.8级和10.9级螺栓用与ML40Cr、 ML35CrMo相当的ML35MnB、ML37CrB硼钢制造，但是由于硼钢的抗回火软化能力小， 其回火温度要比SCM435、ML40Cr低6080C，因此用硼钢制的10.9级高强度螺栓的 延迟断裂敏感性大。因此，开发出低碳硼钢，具体途经是通过提高硼钢中的V含量，同时 降低P、S和C含量，从而改善硼钢的综合力学性能。大陆于1992年成功地研制 ML15MnVB、ML20MnVB钢，已列入GB/T6478-2001冷镦和冷挤压用钢国家标准。 多年来用于制造发动机连杆螺栓、缸盖螺栓以及摩托车用高强度螺栓，品质甚优，在 10001200MPa的强度范围内的耐延迟断裂性能、摩擦因数相当于或优于SCM435钢。（三）超细晶粒钢高强度螺栓属于带缺口零件，具有很高的缺口敏感性，容易在缺口集中部位处，杆与头 部的过渡处或螺纹根部产生延迟断裂。耐延迟断裂的具体措施之一是细化晶粒。为此，近年来，大陆和国外都在进行广泛的研究开发超细晶粒钢。如：日本住友金属的ADS系列，神 户制铁的KNDS系列，中国钢铁研究总院ADF等。研究表明，当亚共析钢的原奥氏体晶粒因共析铁素体的超量析出而超细化至亚微米尺度 时，随后发生的共析相变产物不论具有什么样的形态（包括片状）钢材均可直接承受冷镦成 形。大连钢厂在钢研总院的指导下，在42CrMo钢的基础上，通过降低S、P、Si、Mn的 含量，成功地开发出一种1300MPa级的高强度螺栓钢42CrMoVNb（ADF1），其综合力 学性能有较大幅度提高，在依维柯汽车和康明斯发动机上，作13.9-14.9级高强度螺栓使 用，突破了国际上最高只有12.9级螺栓的限制。近年来大量采用的钢结构用紧固件，抗拉 强度Rm超过1200MPa，国外采用KNDS2钢制造12.9级螺栓（代替SCM440钢）， 延迟断裂有明显改善。大陆采用45CrNiMoTi在1500MPa级别钢结构连接副使用，其性 能优于回火马氏体高强度紧固件。超细晶粒钢很少见到有（晶界）碳化物析出，避免了穿晶 破坏而发生的延迟断裂。六、结语随著冷镦技术的发展，对冷镦钢的要求明显增加。由于冷镦紧固件设备大部分为多工位 元冷镦机，其冷镦水平相对较为稳定，对紧固件品质的影响并不很大，而主要影响因素在于 冷镦钢的质量，其本身或固有的质量缺陷直接影响到紧固件的最终品质水平。目前，大多数 紧固件企业对冷镦钢都有严格的要求，并通过各种途经和资讯寻求最能适合冷镦工艺的钢 种，特别对冷镦高强度螺栓而言，其选用材料方面更为严格，研究和开发符合大陆资源情况 的质优价廉的高强度冷镦钢，对大陆紧固件行业在国际市场竞争中取得优势具有重要的作 用。