力学性能要求

1． 屈服强度σs及变形抗力尺可能的小，这样可使单位变形力相应减小，以延长模具寿命。 　　

2．钢材的冷变形性能要好，即材料应有较好的塑性，较低的硬度，能在较大的变形程度下不致引起产品开裂。 　　

3． 钢材的加工硬化敏感性尽可能的低，这样不致使冷镦变形过程中的变形力太大。 　　

二、化学成份要求 　　

1． 碳（C） 碳是影响钢材冷塑性变形的最主要元素。含碳量越高，钢的强度越高，而塑性越低。实践证明，含碳量每提高0.1%，其屈服强度σs约提高27.4Mpa；抗拉强度σb提高58.8~78.4Mpa；而伸长率δ则降低4.3%，断面收缩率ψ降低7.3%。由此可见，钢中含碳量对于钢材的冷塑性变形性能的影响是很大的。在生产实际中，冷镦，冷挤用钢的含碳量大于0.25%时，要求钢材在拉拔前要进行球化退火。对于变形程度为65%~80%的冷镦件，不经过中间退火而进行三次镦锻变形时，其含碳量不应超过0.4%。 　　

2． 锰（Mn） 锰在钢的冶炼中与氧化铁作用（Mn+FeO→MnO+Fe）,主要是为钢脱氧而加入。锰在钢中硫化铁作用（Mn+FeS→MnS+Fe）,能减少硫对钢的有害作用。所形成的硫化锰，可改善钢的切削性能。锰使钢的抗拉强度σb和屈服强度σs有所提高，塑性有所降低，对于钢的冷塑性变形是不利的。但是锰对变形力的影响仅为碳的1/4左右。所以，除特殊要求外，碳钢的含锰量，不宜超过0.9%。 　　

3． 硅（Si） 硅是钢在冶炼时脱氧剂的残余物。当钢中含硅量增加0.1%时，抗拉强度σb提高13.7Mpa。经验表明，含硅量超过0.17%且含碳量较高时，对钢材的塑性降低有很大的影响。在钢中适当增加硅的含量，对钢材的综合力学性能，特别是弹性极限有利，还可增加钢的耐蚀性。但是钢中含硅量超过0.15%时，使钢急剧形成非金属夹杂物。高硅钢即使退火，也不会软化，降低钢的冷塑性变形性能。因此，除了产品有高强度性能要求外，冷镦钢总是尽量要求减少硅的含量。 　　

4． 硫（S） 硫是有害杂质。钢中的硫在冷镦时会使金属的结晶颗粒彼此分离引起裂纹，硫的存在还促使钢产生热脆和生锈，因此，含硫量应小于0.055%。优质钢应小于0.04%，由于硫、磷和锰的化合物能改善切削性能、冷镦螺母用钢的含硫量可放宽到0.08~0.12%，以有利于攻螺纹。但一般没有专为螺母顺利攻螺纹而冶炼的高硫钢材供应。 　　

5． 磷（P） 磷的固容强化及加工硬化作用极强，在钢中偏析严重，增加了钢的冷脆性，使钢容易受酸的侵蚀，钢中的磷还会恶化冷塑性变形能力，在拉拔时会使线材断裂，冷镦时使产品开裂，钢中的磷含量应控制在0.045%以下。 　　

6． 其它合金元素 碳钢中其它合金元素，如铬（Cr），钼（Mo），镍（Ni），等，都作为杂质存在，对钢的影响远不及碳那样大，含量也极其微小。

用途

用冷镦加工方法制造紧固件、连接件(如螺栓、螺母、螺钉、铆钉等)用 

 钢称为冷镦钢，俗称铆螺钢。 　　通常使用的有调质型合金钢、低温回火型合金结构钢、低碳低合金高强度钢、铁素体-马氏体双相钢等。 　　冷镦是在常温下利用金属塑性成形的。采用冷镦工艺制造紧固件，不但效率高、质量好，而且用料省、成本低。但是冷镦工艺对原材料的质量要求较高。 　　冷镦性能是冷镦钢的重要性能之一。冷镦钢应具备的主要性能是，具有良好的冷成形性；对于冷镦钢变形要具有尽可能小的阻力和可能高的变形能力。为此，一般要求冷镦钢的屈强比为0.5~0.65，断面收缩率大于50%。此外，为避免在冷镦时表面开裂，要求钢材表面质量良好，同时钢材的表面脱碳要尽可能小。 　　标准规定钢材应进行冷顶试验。要求试样冷顶锻后冷顶锻前高度之比为高级；1/4；较高及；1/3；普通级；1/2。一般标准规定为1/2。 　　冷镦钢因冷成型性能良好，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的同时，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，生产率高，是近年来兴起的较先进的机加工工艺。

详细资料

冷镦钢盘条一般为低、中碳优质碳素结构钢和优质合金结构钢，用来冷镦成型制造各种机械标准件和紧固件。因冷镦工艺要求该钢具有高的洁净度，控制钢中的Si、Al的含量，采用控制轧制和控制冷却工艺，避免出现马氏体、贝氏体和魏氏体组织，使钢材具有细晶和碳化物球化组织，以提高钢材的塑性和冷顶锻性能。介绍了国内外冷镦钢的开发和生产情况，化学成分对冷镦性能的影响，冷镦钢的生产工艺特长。 　　

冷镦钢盘条的钢种一般为低、中碳优质碳素结构钢和合金结构钢。冷镦钢产品主要用于汽车、造船、设备制造、电子、家电、自行车、工具、轻钢结构、建筑等行业。 　　

冷镦钢因冷成型性能良好，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的同时，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，生产率高，是近年来兴起的较先进的机加工工艺。 　　

我国马钢和湘钢从20世纪80年代开始开发冷镦钢。据中国冶金报刊有关冷镦钢数据资料表明，冷镦钢市场2003年全国紧固件需求量达到300万吨，2005年需求量预测将增至500万吨，其中汽车用螺栓等中高档冷镦钢丝紧固件超过100万吨。目前，华南一带的冷镦钢市场已经饱和，华东地区尚有10~20万吨的市场空间。一汽全年用钢材约100万吨，其中冷镦钢占7.7%。我国汽车工业用钢材品种构成中冷镦钢占7%~12%。

国内冷镦钢的开发和生产

近几年来，我国开发的冷镦钢品牌在增加，产量在增长，质量在改进。如

马钢：SWRCH18A、1018、ZL10A、ZL15A、ZL18A；

湘钢：XSWRCH10K 、SWRCH35K、SWRCH6A、22A、ML40Cr、ML35CrMo；

宝钢：SWRCH35K；

天钢：SWRCH18A、SWRCH22A；

莱钢：ML35；石钢；ML35、ML40、ML45、 45#；杭钢：ML35、ML40、CH35ACR；

包钢：ML35、ML42CrMo、SWRM12；

太钢：ML07A、ML20MnTiB、CH1T；

首钢：ML35、ML15；江阴兴澄：ML35；

江苏沙钢：SWRCH35K、15MnCrNiCu；

大连金牛股份：ML35、ML15MnVB、ML20MnVB、ML20MnTiB、ML35CrMo、ML40Cr、ML35Mn、ML20Cr等品种。

显然，冷镦钢的开发生产已经形成了一定的批量和规模。

国外冷镦钢的生产

　　日本爱知制钢公司近年开发了AUS系冷锻用不锈钢。公司开发的AUS系列产品，按产品使用的方法不同而分别将其分为奥氏体（A）、铁素体（F）、马氏体（M）及沉淀硬化系列。 　　冷锻用线材的典型用途是制作螺栓，其强度范围大，从抗拉强度400MPa到1200MPa以上，且形状多。俄罗斯生产的紧固件品种和种类接近世界水平。制造了约10%强度级别8.8以上高强度紧固件。 　　进口钢丝与国内35#中碳钢相近，但它的金相组织非常细小均匀，白色小粒状的先共析铁素体非常均匀地弥散分布在基体上，没有网状组织存在。晶粒大小仅为1~2μm，为国产中碳钢丝的1/10左右。并且具有良好的强塑性，在拉拔过程中显示出优良的拉拔性能，断丝率较低。研究认为，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两相区进行保温后再冷却至室温，进口钢丝的奥氏体化温度低，保温时间短，从而热处理后的组织细小，渗碳体与正常奥氏体化处理的渗碳体相比，尺寸更小，厚度更薄，分布更加均匀，呈现出进口钢丝特殊的“两相组织”。基本上为完全珠光体组织，仅有少量小块状（尺寸约5μm）先共析铁素体。

  冷镦钢的质量热点问题

　　高档次标准件对原料的质量要求如下：盘条具有较高的塑性指标，断面收缩率及延伸率较高；在冷塑性变形中，材料的变形抗力小，加工硬化率低，材料的σs/σb值小；盘条硬度HB适当，不要过高；盘条具有良好的表面质量，一定的表面光洁度,不允许有折叠、裂缝等表面缺陷；钢的组织致密，无内部缺陷。 　　湘钢冷镦钢质量有两个主要工艺影响因素，即连铸结晶器卷渣与线材料轧制过程中不均匀冷却。结晶器卷渣形成大型夹杂，破坏了钢的连续性；线材轧制过程中不均匀冷却造成线材内部晶粒尺寸相差悬殊。细晶粒只有3~4μm；而粗晶精粒可达50~60μm以上。粗晶粒与细晶粒区的显微硬度相差50%。 　　太钢对超低碳冷镦钢CH1T在冷镦成型时出现缺陷的防范措施：1）控制1150~1200℃的较低钢坯加热温度是控制铁素体晶粒度的关键参数。同时，需严格控制盘条吐丝温度在910~930℃之间，使盘条成品具有适中的晶粒度大小，以6~6.5级为宜。2）提高盘条表面质量。使用时通过调整拉拔变形量和在适当的工序采用相应的退火工艺，可改善冷镦成型性能。 　　江苏沙钢冷镦钢热轧线材控轧控冷结果表明，冷镦钢生产加热温度与低、中碳钢相同，但加热上严格控制炉压，使炉膛气压保持微正压3~10Pa，并适当调整温度，减少表面氧化而脱碳。实现开轧温度930~950℃低温轧制，防止奥氏体晶粒的粗大。选择适当的吐丝温度820~840℃。减少氧化铁的生成量，配上较低的冷却速度0.8~2℃/s，使奥氏体分解转变时间较长，以此获得细小的铁素体加少量均匀的珠光体。 　　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。马钢以ZL18A自攻螺丝用冷镦钢丝，球化退火温度为（680±10℃）保温4h，钢丝的渗碳体球化效果最好。ZL18A自攻螺钉用盘条冷镦开裂，其原因是用户省略了球化退火的工序，拉拔后直接冷镦造成的。为满足用户的这种要求而提出的措施：C、Mn含量按中下限控制；负偏差轧制，减小拉拔的总变形量；改进轧制工艺，降低盘条的强度，减少或避免魏氏组织。ML35、ML45为典型中碳冷镦钢丝，当冷镦变形量>60%时，在冷镦前应进行720℃、保温4h的球化退火，使珠光体球化组织达到4~6级，保证钢丝的加工塑性。

　　 　结束语

　　我国冷镦钢的开发生产已取得了初步成果，但质量还有待进一步提高。了解和掌握国内外冷镦钢的生产技术水平，在重钢公司现有的生产设备条件下，借鉴其它钢厂的成功经验，在生产过程中坚持优化冷镦钢全部工序的工艺技术规程，进行铁水预处理、转炉冶炼、钢包精炼、连铸机连铸、加强坯料加热、中间轧制、吐丝温度控制，严格按标准执行，可以生产出市场要求性能的冷镦钢

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