冷鐓鋼的生產(chǎn)和發(fā)展動(dòng)向

1、冷鐓鋼的生產(chǎn)和發(fā)展動(dòng)向來(lái)源：緊固件協(xié)會(huì)作者：瀏覽次數(shù)：51發(fā)布日期：2007-11-08一、前言冷鐓鋼盤條的鋼種一般為低，中碳優(yōu)質(zhì)碳素鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼。冷鐓鋼冷成型性能良好， 在機(jī)械加工行業(yè)用冷拔代替熱軋材冷切削機(jī)加工，這種工藝的優(yōu)點(diǎn)是在節(jié)約大量工時(shí)，同時(shí) 金屬消耗可以降低10%30%，而且產(chǎn)品尺寸精度高、表面光潔度好和生產(chǎn)率高，是近 10年來(lái)興起的較先進(jìn)的機(jī)械加工工藝。它主要用制造標(biāo)準(zhǔn)件，非標(biāo)準(zhǔn)緊固件及各種機(jī)械零 件，如螺栓、螺母、螺釘、插銷以及汽車、電氣設(shè)備專用件，是目前發(fā)展迅速，應(yīng)用范圍廣 泛的一種高效品種。根據(jù)鋼材的使用狀態(tài)，可將冷鐓鋼分為非熱處理型、表面硬化型和調(diào)質(zhì)型之類。大陸寶 鋼、

2、馬鋼和湘鋼從20世紀(jì)90年代開(kāi)始開(kāi)發(fā)冷鐓鋼。據(jù)資料表明，冷鐓鋼市場(chǎng)2006年全 國(guó)緊固件需求量達(dá)到600萬(wàn)噸，2007年需求量預(yù)將增至700800萬(wàn)噸，其中汽車緊固 件用中、高檔冷鐓鋼超過(guò)150萬(wàn)噸。二、冷鐓鋼的生產(chǎn)發(fā)展近幾年來(lái)，大陸開(kāi)發(fā)的冷鐓鋼品牌在增加，產(chǎn)量在增長(zhǎng)，質(zhì)量在改進(jìn)。如寶鋼：SWP CH35K、SWR CH22A、SCM435；湘鋼：XSWR CH10K、SWR CH35KC、SWR CH6A； 杭鋼：ML35、CH35ACR；武鋼：35；包鋼：ML35、SWRM12；太鋼：C35、ML20MnT舊； 刑鋼：SWRCH35K等等品種。顯然，冷鐓鋼的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)已經(jīng)形成了一定量和規(guī)模。

3、冷鐓鋼盤條用線材的典型用途是制作螺栓，其強(qiáng)度范圍大，從抗拉強(qiáng)度Rm400 Mpa 到1200 Mpa以上，且形狀多，需求量大。三、鐓鋼的生產(chǎn)工藝（一）冷鐓鋼主要成分鋼中碳含量一般按中下限控制為宜。鋼中矽含量超過(guò)0.10%，隨矽含量增加，鋼的抗 拉強(qiáng)度、硬度有所提高，但延伸率、斷面收縮率下降更顯著，不利于冷變形。鋼中錳含量適中，可改善鋼中碳的存在形態(tài)和分布，有利于提高鋼的冷成型性。主要冷鐓鋼的牌號(hào)和成分 見(jiàn)表1。表I.客種主要冷僦鋼的優(yōu)學(xué)成命c(diǎn)w%J牌號(hào)CSiMa其他.寶鋼SWRCH35KSCM435SWCH22A0.32-0.320.33-0.3&：0.18-0,250.10-0.35 0.1

4、5-0.35- 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;馬鋼.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,湘鋼.SWRCHIOSWRCH35K0.06-0.1U;0.32-0.37-0.05-0.200.12-0.200.25；0.50U.45-0.600.0300.030。頑0.035杭粗ML35CH35ACR.0.32

5、-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.武鋼350.32-0.390.17-0.3750-0.80.0.035Q.:035Cr 0.)5Ni0：30包鋼:ML35I如偵洶口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:太鋼.C35，ML20MnTiB.0.32-0.400.17-0.240.17-0.370.

6、300.60-0.901.30-1.60：0.050：0.035O.035Q：035B0.0005-0.0 03Ti0.04-0.10（二）冷鐓鋼的生產(chǎn)現(xiàn)在大陸已形成了以寶鋼和馬鋼為龍頭的一大批冷鐓鋼生產(chǎn)企業(yè)；以寶鋼和馬鋼的冷鐓 鋼生產(chǎn)工藝流程為例。寶鋼：鐵水預(yù)處理一煉鋼一爐外精煉一鑄錠一開(kāi)坯一修磨一高速軋制一控溫冷卻一集卷 捆扎一檢驗(yàn)出廠。馬鋼：鐵水預(yù)處理一轉(zhuǎn)爐煉鋼一爐外精煉一連鑄一高速軋制（有低溫控制軋制）一控溫 冷卻一集卷捆扎一檢驗(yàn)出廠。治煉冷鐓鋼的關(guān)鍵是要提高鋼水的純凈度，降低鋼水的非金屬夾雜物和污染度。鋼水終 點(diǎn)碳含量穩(wěn)定在規(guī)定范圍內(nèi)，是降低鋼水氧化程度和減少鋼水非金屬夾雜污染的主要

7、措施； 而且知整個(gè)工藝流程中均采用了大量的先進(jìn)技術(shù)。如：在模鑄開(kāi)坯時(shí)切凈料頭、料尾，經(jīng)反 轉(zhuǎn)修磨后并通過(guò)磁探傷，保證鋼坯軋制前的表面質(zhì)量（寶鋼）。采用單線多通道柔性切換技 術(shù)，具備超強(qiáng)冷卻控溫控軋能力，可以實(shí)現(xiàn)750C低溫軋制（馬鋼）。四、冷鐓鋼的質(zhì)量難點(diǎn)目前冷鐓鋼線材大陸能提供的5.5?40?，較成熟的范圍是6.5?25?。高檔次緊固件 對(duì)原料的質(zhì)量要求如下：盤條具有較高的塑料指標(biāo)，斷面收縮率和延伸率較高；在冷塑性變 形中，材料的變形抗力小、加工硬化率低、材料的屈強(qiáng)比值小和盤條硬度HRB適當(dāng)，不要 過(guò)高；盤條具有良好的表面質(zhì)量、應(yīng)光滑圓整、無(wú)凹凸折疊、結(jié)疤裂紋、麻點(diǎn)等，鋼的組織 致密，無(wú)內(nèi)部

8、缺陷。冷鐓鋼質(zhì)量有兩個(gè)主要指標(biāo)。顯微組織:（除特殊要求外）應(yīng)該是鐵素體加珠光體（F+P）， 要求為24級(jí)，3級(jí)為優(yōu)。非金屬夾雜物：夾雜物是造成冷鐓開(kāi)裂的主要原因之一，B類 （氧化鋁）和D類（球狀氧化物）夾雜物的影響最大，顆粒愈大，愈易開(kāi)裂，在距表面2mm 以內(nèi)的夾雜物不應(yīng)大于0.15mm。主要控制缺陷：有冷鐓鋼的心部碳偏析，材料及退火過(guò) 程中的表面脫碳，冷鐓裂紋，調(diào)質(zhì)中的淬火開(kāi)裂和變形。最合適的冷鐓變形組織是碳化物球化組織，其強(qiáng)度和硬度降低、塑性較好，有利于冷鐓 變形。SWRCH35K、ML35為典型中碳冷鐓鋼盤條，當(dāng)冷鐓變形量60%時(shí)，在冷鐓前應(yīng) 進(jìn)行700C-730C保溫46級(jí)，保證成品的

9、加工塑性。而對(duì)于中碳合金鋼SCM435、 ML40Cr采用等溫球化退火，在（Acl以上20C-40C） 750C-770C加熱保溫4-6小時(shí) （注）后，爐冷到略低于Arl溫度680C-700C等溫6-8時(shí)（注）然后冷至500C左右出爐空冷。鋼材的顯微組織由粗變細(xì)，由片狀變球狀，根據(jù)JB/T5074-1991低、中、碳 鋼球化體評(píng)級(jí)，控制在46級(jí)，顯微組織特征為點(diǎn)狀球化體及少量球化體+鐵素體或均 勻分布球化體+鐵素體，使用時(shí)通過(guò)調(diào)整拉拔變形量，可改善冷鐓成型性能。注：保證時(shí)間可根據(jù)裝爐量多少增減統(tǒng)計(jì)資料表明，冷鐓無(wú)裂中有80%85%是因冷鐓鋼表面存在折疊、劃傷、密集的發(fā) 紋，局部微裂紋、結(jié)疤等缺

10、陷造成的。對(duì)于高強(qiáng)度緊固件的冷鐓鋼的內(nèi)在質(zhì)量和表面質(zhì)量要求很嚴(yán)格，故應(yīng)從五個(gè)方面著手加 強(qiáng)質(zhì)量控制，即：表面質(zhì)量、顯微組織、化學(xué)成分、非金屬夾雜物和晶粒度。五、冷鐓鋼發(fā)展動(dòng)向從節(jié)約能源、節(jié)省資源、保護(hù)環(huán)境出發(fā)，對(duì)機(jī)械基礎(chǔ)件之一的緊固件，如何追求更加合 理的設(shè)計(jì)和輕量化的要求，這時(shí)，對(duì)使用的原材料提出了更高的要求。因此，最有效的措施 是制造工藝流程更趨合理和提高緊固件冷鐓鋼的使用強(qiáng)度。（一）非調(diào)質(zhì)鋼緊固件用非調(diào)質(zhì)鋼主要是冷作硬化型非調(diào)質(zhì)鋼。牌號(hào)前冠以“LF字母，用非調(diào)質(zhì)鋼制造 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處理，還可減少螺紋部分的脫碳 傾向，提高生產(chǎn)成品率。因此，經(jīng)濟(jì)效果十

11、分明顯。由于非調(diào)質(zhì)鋼在冷鐓時(shí)的硬度較通常的線材高，這使得冷鐓復(fù)雜形狀的凸緣類螺栓時(shí)產(chǎn) 生裂紋的機(jī)率較高，而且冷鐓模具壽命有所降低。為此，非調(diào)質(zhì)鋼制造的螺栓主要為7T級(jí) 和8.8級(jí)，加工量少的10.9級(jí)雙頭螺栓也有采用非調(diào)質(zhì)鋼制造。目前大陸使用的非調(diào)質(zhì)鋼，組織上為低碳含錳的鐵素體+珠光體型和貝氏體型，并添加 有微量合含元素（V、Ti、Nb和N等），細(xì)化晶粒和析出強(qiáng)化元素，采用爐外精煉減少夾 雜物，通過(guò)控溫軋制（鍛制）、控溫冷卻，在鐵素體和珠光體中彌散析出碳、氮化物為強(qiáng)化 相，使鋼在軋制（鍛制）后不經(jīng)調(diào)質(zhì)處理即可獲得中碳鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后所達(dá)到的力學(xué)性能的鋼種。緊固件用非調(diào)質(zhì)的鋼牌號(hào)為L(zhǎng)F10MnSiTi

12、、LF20Mn2、LF18Mn2V （均還未列入國(guó)家 標(biāo)準(zhǔn)）。這都是冷作硬化型非調(diào)質(zhì)鋼，要求熱軋線材抗拉強(qiáng)度Rm控制在550700MPa， 制造8.8級(jí)螺栓。另一種熱軋線材拉強(qiáng)度Rm控制在600900MPa，制造10.9級(jí)緊固件。為了提高螺栓的屈強(qiáng)比和去除加工應(yīng)力，需要對(duì)非調(diào)質(zhì)鋼進(jìn)行200C400C的回火處 理，10.9級(jí)螺栓在200C的回火處理與電鍍后的驅(qū)氫處理可同時(shí)進(jìn)行；而8.8級(jí)螺栓在 350C的回火處理可與著色發(fā)蘭工序一道進(jìn)行。既減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，又達(dá)到節(jié)能降耗目的。（二）硼鋼為了增加緊固件的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，在提高鋼材性能和治金質(zhì)量的同時(shí)，還要求減少生產(chǎn)成 本，省略或簡(jiǎn)化工序，降低對(duì)能源的消

13、耗。因此開(kāi)發(fā)了節(jié)約合金元素的低、中碳高強(qiáng)度硼鋼。 其成分設(shè)計(jì)的基本原則是降低含碳量，改善鋼的冷變形能力，加入0.0005%0.0035% 的硼，以彌補(bǔ)因降碳而造成的強(qiáng)度和淬透性的損失。另外根據(jù)需要還可加適量Cr、Mm、 Ti等合金元素，進(jìn)一步提高淬透性。硼鋼的特點(diǎn)是由于少量硼代替大量合金元素，鋼材成 本降低，碳和合金元素含量低，熱軋線材可以直接拉拔物冷鐓加工，不需要預(yù)先球化退火處 理，節(jié)約了緊固件的制造成本。硼鋼作為高強(qiáng)度螺栓用的主要材料之一，淬火變形和開(kāi)裂傾 向小，可用水淬處理，熱處理操作簡(jiǎn)便，改善了工作環(huán)境，不僅綜合力學(xué)性能好，在相同強(qiáng) 度水平韌性較中碳鋼有明顯改善，且脫碳敏感性小。9.8

14、級(jí)和10.9級(jí)螺栓用與ML40Cr、 ML35CrMo相當(dāng)?shù)腗L35MnB、ML37CrB硼鋼制造，但是由于硼鋼的抗回火軟化能力小， 其回火溫度要比SCM435、ML40Cr低6080C，因此用硼鋼制的10.9級(jí)高強(qiáng)度螺栓的 延遲斷裂敏感性大。因此，開(kāi)發(fā)出低碳硼鋼，具體途經(jīng)是通過(guò)提高硼鋼中的V含量，同時(shí) 降低P、S和C含量，從而改善硼鋼的綜合力學(xué)性能。大陸于1992年成功地研制 ML15MnVB、ML20MnVB鋼，已列入GB/T6478-2001冷鐓和冷擠壓用鋼國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 多年來(lái)用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)連桿螺栓、缸蓋螺栓以及摩托車用高強(qiáng)度螺栓，品質(zhì)甚優(yōu)，在 10001200MPa的強(qiáng)度范圍內(nèi)的耐延遲斷

15、裂性能、摩擦因數(shù)相當(dāng)于或優(yōu)于SCM435鋼。（三）超細(xì)晶粒鋼高強(qiáng)度螺栓屬于帶缺口零件，具有很高的缺口敏感性，容易在缺口集中部位處，桿與頭 部的過(guò)渡處或螺紋根部產(chǎn)生延遲斷裂。耐延遲斷裂的具體措施之一是細(xì)化晶粒。為此，近年來(lái)，大陸和國(guó)外都在進(jìn)行廣泛的研究開(kāi)發(fā)超細(xì)晶粒鋼。如：日本住友金屬的ADS系列，神 戶制鐵的KNDS系列，中國(guó)鋼鐵研究總院ADF等。研究表明，當(dāng)亞共析鋼的原奧氏體晶粒因共析鐵素體的超量析出而超細(xì)化至亞微米尺度 時(shí)，隨后發(fā)生的共析相變產(chǎn)物不論具有什么樣的形態(tài)（包括片狀）鋼材均可直接承受冷鐓成 形。大連鋼廠在鋼研總院的指導(dǎo)下，在42CrMo鋼的基礎(chǔ)上，通過(guò)降低S、P、Si、Mn的 含量，成功地開(kāi)發(fā)出一種1300MPa級(jí)的高強(qiáng)度螺栓鋼42CrMoVNb（ADF1），其綜合力 學(xué)性能有較大幅度提高，在依維柯汽車和康明斯發(fā)動(dòng)機(jī)上，作13.9-14.9級(jí)高強(qiáng)度螺栓使 用，突破了國(guó)際上最高只有12.9級(jí)螺栓的限制。近年來(lái)大量采用的鋼結(jié)構(gòu)用緊固件，抗拉 強(qiáng)度Rm超過(guò)1200MPa，國(guó)外采用KNDS2鋼制造12.9級(jí)螺栓（代替SCM440鋼）， 延遲斷裂有明顯改善。大陸采用45CrNiMoTi在1500MPa級(jí)別鋼結(jié)構(gòu)連接副使用，其性 能優(yōu)于回火馬氏體高強(qiáng)度緊固件。超細(xì)晶粒鋼很少見(jiàn)到有（晶界）碳化物析出，避免了穿晶 破壞而發(fā)生的延遲