影响冷镦钢质量的因素及控制措施

影响冷镦钢质量的因素及控制措施

冷镦钢，又称铆螺钢或冷顶锻钢，是利用金属的塑性，采用冷镦加工成型工艺生产互换性较高的标准件用钢。冷镦钢产品广泛用于制造螺栓、螺母、螺钉等各类紧固件；另一重要用途是制造冷挤压零部件和各种冷镦成形的零配件，该用途是随着汽车工业发展起来的，逐步扩大到电器、照相机、纺织器材、冷冻机等领域。

国内外冷镦钢生产概况

1 国内冷镦钢

我国冷镦钢的标准化工作起步较晚，尚未形成完整体系，冷镦钢用国家标准仅有3个：GB/T6478—2001《冷镦和冷挤压用钢》，GB/T4232—1993《冷顶锻用不锈钢丝》和GB/T5953—1999《冷镦钢丝》。冷镦用钢的实物质量尚不能完全满足标准件行业要求，在一定程度上依赖进口。据海关统计，我国每年进口的紧固件在12～13万t。随着紧固件工业的迅猛发展，新钢种不断地开发和引进，对外的出口日益增多，汽车、石油、机械各行业的技术进步，对配套的紧固件提出许多新要求，不但是形式尺寸上的，而且是性能与可靠性上的，实际上是对紧固件材料提出更高的要求。

我国紧固件行业发生了较大的变化，具体表现：(1)采用国外钢种牌号如

10B22M，10B25LHC，MNB123H等，主要是出口订单上规定要使用的牌号；(2)同一牌号的钢种衍生出多个交货状态的品种，如SWRCH35K，有免退火、正火、退火+磷化交货，满足不同用户的需求；(3)大量采用合金、低合金钢种，以适合耐高温、耐高压、耐腐蚀的要求，如SNB5-7，SNB16(JIS4107—94)，

SNB21-24(JIS4108)；(4)采用抗延时断裂用钢生产的钢结构用螺栓抗拉强度超过1200MPa。

2 国外冷镦钢

国外采用HNDS2制造12.9级螺栓(代替SCM440)，延时破断有明显改进，采用45CrNiMoTi在1500MPa级别使用，其性能优于回火马氏体高强度螺栓，贝氏体钢很少见到有(晶界)碳化物析出，避免了穿晶破坏而发生的延时断裂。

国外发达国家冷镦钢产业已基本形成规模，重点是根据用户的要求改善冷镦

钢材料的质量性能，而产量无太大变化。日本大同为降低标准件材料成本和加工成本，推出了多种不锈钢螺栓和螺钉用钢；高周波钢业开发了一系列不锈冷镦钢新产品，利用设备优势推出SUS系列产品，大大提高了钢的冷镦性能；日本精线为适应建筑行业要求，开发了具有良好耐蚀和冷镦性能、通过淬回火硬化的马氏体冷镦钢。爱知制钢公司开发了AUS系列冷锻用不锈钢，分为奥氏体(A)、铁素体(F)、马氏体(M)及沉淀硬化系列，其强度范围大，抗拉强度为400～1200MPa，且规格多。

进口冷镦线材具有良好的强塑性，优良的拉拔性能，断丝率较低。晶粒大小仅为1～2μm，为国产中碳钢丝的1/10左右。进口钢丝可能在热处理时并没有完全奥氏体化，而仅仅加热到奥氏体和铁素体的双相区进行保温后再冷却至室温，奥氏体化温度低，保温时间短，从而热处理后的组织细小，渗碳体尺寸较小，厚度较薄，分布均匀，呈现出进口钢丝特殊的“双相组织”。

冷镦钢的技术要求及主要工艺流程

1 冷镦钢的技术要求冷镦钢盘条一般为低、中碳优质碳素结构钢和合金结构钢。标准件对原材料尺寸精度要求比较严格，热轧钢材规格有限，尺寸精度也很难满足要求，所以标准件几乎全部采用冷拉钢丝作为原料，合格的冷镦钢丝必须满足以下要求。

(1)化学成分要求。O，P，S等元素对钢中夹杂物的形态及数量、大小有决定性影响，所以要求控制其含量；对合金钢而言，硅、铝、锰等元素控制在中下限为宜，避免造成冷顶锻裂纹。

(2)表面质量。标准件厂统计表明，冷镦开裂的80%是由钢丝表面缺陷造成的，如折叠、划伤、密集的发纹、局部微裂纹、结疤。因此对线材表面质量要求很严，尺寸公差±0.20mm，不圆度<0.30mm，表面裂纹、划伤最深<0.07mm。

(3)脱碳。表面脱碳造成螺栓表面强度降低，疲劳寿命大幅度下降。平均脱碳层深度要求见表1。

表1 冷镦线材的脱碳层要求 mm

(4)非金属夹杂物。钢中非金属夹杂物含量高、尺寸大是造成标准件冷镦开裂的一个重要原因，尤其是非金属夹杂中B类和D类脆性夹杂，距钢丝表面愈近危害性越大，所以要求B类夹杂物距表层2mm之内应不大于15μm。

(5)金相组织。冷镦钢的金相组织为铁素体+粒状珠光体，珠光体的晶粒尺寸和分布也是影响冷镦性能的因素，理想的组织是珠光体晶粒大小相近并均匀地分布在铁素体基体上。珠光体不同显微组织冷镦性能从好到坏的排列次序为粒状珠光体、索氏体、细片状珠光体、片状珠光体。

(6)低倍组织。冷镦钢丝对钢的低倍组织要求比较严，低倍检查不应有缩孔、分层、白点、裂纹、气孔等缺陷，对中心疏松、方框偏析、中心增碳等缺陷，不同钢种都有明确的级别规定。

(7)晶粒度。冷镦钢丝内部组织不同于其它钢丝，晶粒度不是越细越好。晶粒度太细，抗拉强度、屈服强度升高，变形抗力增大，对冷镦成型很不利。除10.9级以上螺栓晶粒细、保证成品强度外，冷镦钢丝的晶粒度应控制在5～7级。

(8)冷镦性能。冷镦性能好是指钢丝具有较低的变形抗力，能经受很大程度的变形而不产生裂纹。一般认为以断面收缩率和屈强比作为衡量冷镦性能指标比较可靠。合金钢的断面收缩率应不小于50%。冷镦钢丝的屈强比小，冷镦性能相对要好，合金钢的屈强比应不大于0.70。从冷镦性能角度考虑，钢丝的冷加工强化系数越低越好，即不易产生加工硬化。

高档次标准件对原料的质量要求：盘条具有较高的塑性指标、断面收缩率及延伸率；在冷塑性变形中，材料的变形抗力小，加工硬化率低，材料的屈强比小，盘条硬度适中，不要过高；盘条具有良好的表面质量，一定的表面粗糙度，不允许有折叠、裂纹等表面缺陷；钢的组织致密，无内部缺陷。

2 冷镦钢主要生产工艺

冶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含量。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的主要措施。

冷镦钢盘条生产的工艺流程：

铁水→转炉→精炼炉→连铸→加热→高速线材轧制→高线控制冷却→成品