詳細資料
冷镦鋼盤條一般為低、中碳優質碳素結構鋼和優質合金結構鋼，用來冷镦成型制造各種機械标準件和緊固件。因冷镦工藝要求該鋼具有高的潔淨度，控制鋼中的Si、Al的含量，采用控制軋制和控制冷卻工藝，避免出現馬氏體、貝氏體和魏氏體組織，使鋼材具有細晶和碳化物球化組織，以提高鋼材的塑性和冷頂鍛性能。介紹了國内外冷镦鋼的開發和生産情況，化學成分對冷镦性能的影響，冷镦鋼的生産工藝特長。
冷镦鋼盤條的鋼種一般為低、中碳優質碳素結構鋼和合金結構鋼。冷镦鋼産品主要用于汽車、造船、設備制造、電子、家電、自行車、工具、輕鋼結構、建築等行業。
冷镦鋼因冷成型性能良好，在機械加工行業用冷拔代替熱軋材冷切削機加工，這種工藝的優點是在節約大量工時的同時，金屬消耗可以降低10%~30%，而且産品尺寸精度高，表面光潔度好，生産率高，是近年來興起的較先進的機加工工藝。
我國馬鋼和湘鋼從20世紀80年代開始開發冷镦鋼。據中國冶金報刊有關冷镦鋼數據資料表明，冷镦鋼市場2003年全國緊固件需求量達到300萬噸，2005年需求量預測将增至500萬噸，其中汽車用螺栓等中高檔冷镦鋼絲緊固件超過100萬噸。目前，華南一帶的冷镦鋼市場已經飽和，華東地區尚有10~20萬噸的市場空間。一汽全年用鋼材約100萬噸，其中冷镦鋼占7.7%。我國汽車工業用鋼材品種構成中冷镦鋼占7%~12%。
發展概況
國内生産
近幾年來，我國開發的冷镦鋼品牌在增加，産量在增長，質量在改進。如馬鋼：SWRCH18A、1018、ZL10A、ZL15A、ZL18A；湘鋼：XSWRCH10K、SWRCH35K、SWRCH6A、22A、ML40Cr、ML35CrMo；寶鋼：SWRCH35K；天鋼：SWRCH18A、SWRCH22A；萊鋼：ML35；石鋼；ML35、ML40、ML45、45#；杭鋼：ML35、ML40、CH35ACR；包鋼：ML35、ML42CrMo、SWRM12；太鋼：ML07A、ML20MnTiB、CH1T；首鋼：ML35、ML15；江陰興澄：ML35；江蘇沙鋼：SWRCH35K、15MnCrNiCu；大連金牛股份：ML35、ML15MnVB、ML20MnVB、ML20MnTiB、ML35CrMo、ML40Cr、ML35Mn、ML20Cr等品種。顯然，冷镦鋼的開發生産已經形成了一定的批量和規模。
國外生産
日本愛知制鋼公司近年開發了AUS系冷鍛用不鏽鋼。公司開發的AUS系列産品，按産品使用的方法不同而分别将其分為奧氏體（A）、鐵素體（F）、馬氏體（M）及沉澱硬化系列。
冷鍛用線材的典型用途是制作螺栓，其強度範圍大，
從抗拉強度400MPa到1200MPa以上，且形狀多。俄羅斯生産的緊固件品種和種類接近世界水平。制造了約10%強度級别8.8以上高強度緊固件。
進口鋼絲與國内35#中碳鋼相近，但它的金相組織非常細小均勻，白色小粒狀的先共析鐵素體非常均勻地彌散分布在基體上，沒有網狀組織存在。晶粒大小僅為1~2μm，為國産中碳鋼絲的1/10左右。并且具有良好的強塑性，在拉拔過程中顯示出優良的拉拔性能，斷絲率較低。研究認為，進口鋼絲可能在熱處理時并沒有完全奧氏體化，而僅僅加熱到奧氏體和鐵素體的兩相區進行保溫後再冷卻至室溫，進口鋼絲的奧氏體化溫度低，保溫時間短，從而熱處理後的組織細小，滲碳體與正常奧氏體化處理的滲碳體相比，尺寸更小，厚度更薄，分布更加均勻，呈現出進口鋼絲特殊的“兩相組織”。基本上為完全珠光體組織，僅有少量小塊狀（尺寸約5μm）先共析鐵素體。
生産工藝
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0.10%，随矽含量增加，鋼的抗拉強度、硬度有所提高，但延伸率低，斷面收縮率下降更顯着，不利于冷變形。鋼中錳含量适中，可改善鋼中硫的存在形态和分布，有利于提高鋼的冷成型性。
主要冷镦鋼的牌号和成分見表1。
表1各種冷镦鋼的化學成分/%
生産廠牌号CSiMnPSAls
馬鋼SWRCH18A0.15~1.20≤0.100.09~0.60≤0.030≤0.035≥0.02
10180.15~1.20≤0.100.09~0.60≤0.040≤0.050-
ZL10A0.70~0.12≤0.100.30~0.60≤0.035≤0.035≥0.02
ZL18A0.15~0.20≤0.100.09~0.60≤0.035≤0.0350.015~0.060
湘鋼XSWRCH10K0.06~0.120.05~0.200.25~0.05≤0.030≤0.030-
SWRCH35KC0.32~0.370.12~0.200.45~0.60≤0.030≤0.035-
寶鋼SWRCH35K0.32~0.380.10`0.350.60~0.90≤0.030≤0.035-
天鋼SWRCH18A、SWRCH22A0.15~0.20
0.18~0.23≤0.10
≤0.100.60~0.90
0.70~0.10≤0.030
≤0.030≤0.035
≤0.035≥0.02
≥0.02
包鋼ML35
ML42CrMo0.32~0.40
0.38~0.45≤0.20
≤0.300.30~0.60
0.50~0.80≤0.035
≤0.035
Cr0.90~1.20≤0.035
≤0.035
Mo0.15~0.25-
0.02~0.05
Ni≤0.20
萊鋼ML350.32~0.40≤0.200.30~0.60≤0.035≤0.035Cr、Ni、Cu≤0.20
石鋼ML35、
ML40、
ML450.32~0.40
0.37~0.45
0.42~0.50≤0.20
≤0.20
≤0.200.30~0.60
0.30~0.60
0.30~0.60≤0.035
≤0.035
≤0.035≤0.035
≤0.035
≤0.035Cr、Ni、Cu≤0.25
Cr、Ni、Cu≤0.25
Cr、Ni、Cu≤0.25
杭鋼CH35ACR0.35~0.39≤0.100.09~0.60≤0.030≤0.030Cr0.20~0
太鋼ML07A≤0.0.9≤0.100.30~0.60≤0.035≤0.035-
ML20MnTiB0.17~0.24≤0.301.30~1.60≤0.035≤0.035B0.0005~0.003
Ti0.04~0.10
生産流程
冷镦鋼生産的工藝流程：鐵水→轉爐→精煉爐→連鑄（模鑄）→鑄坯檢查→初軋開坯、連軋→鋼坯修磨→高線熱軋盤條→成品檢驗→入庫。
冶煉冷镦鋼的關鍵是要提高鋼水的純淨度，降低鋼水的非金屬夾雜物的污染度。鋼水終點碳含量穩定在規定範圍内是降低鋼水氧化程度和減少鋼水非金屬夾雜污染的主要措施。
力學要求
1．屈服強度σs及變形抗力尺可能的小，這樣可使單位變形力相應減小，以延長模具壽命。
2．鋼材的冷變形性能要好，即材料應有較好的塑性，較低的硬度，能在較大的變形程度下不緻引起産品開裂。
3．鋼材的加工硬化敏感性盡可能的低，這樣不緻使冷镦變形過程中的變形力太大。
二、化學成份要求
1．碳（C）碳是影響鋼材冷塑性變形的最主要元素。含碳量越高，鋼的強度越高，而塑性越低。實踐證明，含碳量每提高0.1%，其屈服強度σs約提高27.4Mpa；抗拉強度σb提高58.8~78.4Mpa；而伸長率δ則降低4.3%，斷面收縮率ψ降低7.3%。由此可見，鋼中含碳量對于鋼材的冷塑性變形性能的影響是很大的。在生産實際中，冷镦，冷擠用鋼的含碳量大于0.25%時，要求鋼材在拉拔前要進行球化退火。對于變形程度為65%~80%的冷镦件，不經過中間退火而進行三次镦鍛變形時，其含碳量不應超過0.4%。
2．錳（Mn）錳在鋼的冶煉中與氧化鐵作用（Mn+FeO→MnO+Fe）,主要是為鋼脫氧而加入。錳在鋼中硫化鐵作用（Mn+FeS→MnS+Fe）,能減少硫對鋼的有害作用。所形成的硫化錳，可改善鋼的切削性能。錳使鋼的抗拉強度σb和屈服強度σs有所提高，塑性有所降低，對于鋼的冷塑性變形是不利的。但是錳對變形力的影響僅為碳的1/4左右。所以，除特殊要求外，碳鋼的含錳量，不宜超過0.9%。
3．矽（Si）矽是鋼在冶煉時脫氧劑的殘餘物。當鋼中含矽量增加0.1%時，抗拉強度σb提高13.7Mpa。經驗表明，含矽量超過0.17%且含碳量較高時，對鋼材的塑性降低有很大的影響。在鋼中适當增加矽的含量，對鋼材的綜合力學性能，特别是彈性極限有利，還可增加鋼的耐蝕性。但是鋼中含矽量超過0.15%時，使鋼急劇形成非金屬夾雜物。高矽鋼即使退火，也不會軟化，降低鋼的冷塑性變形性能。因此，除了産品有高強度性能要求外，冷镦鋼總是盡量要求減少矽的含量。
4．硫（S）硫是有害雜質。鋼中的硫在冷镦時會使金屬的結晶顆粒彼此分離引起裂紋，硫的存在還促使鋼産生熱脆和生鏽，因此，含硫量應小于0.055%。優質鋼應小于0.04%，由于硫、磷和錳的化合物能改善切削性能、冷镦螺母用鋼的含硫量可放寬到0.08~0.12%，以有利于攻螺紋。但一般沒有專為螺母順利攻螺紋而冶煉的高硫鋼材供應。
5．磷（P）磷的固容強化及加工硬化作用極強，在鋼中偏析嚴重，增加了鋼的冷脆性，使鋼容易受酸的侵蝕，鋼中的磷還會惡化冷塑性變形能力，在拉拔時會使線材斷裂，冷镦時使産品開裂，鋼中的磷含量應控制在0.045%以下。
6．其它合金元素碳鋼中其它合金元素，如鉻（Cr），钼（Mo），鎳（Ni），等，都作為雜質存在，對鋼的影響遠不及碳那樣大，含量也極其微小。
冶煉工藝
在金屬制品生産中廣泛使用ML35和ML45冷镦鋼，結合各鋼廠的生産工藝和産品開發，具體介紹ML35鋼的有關情況（表2）。
表2ML35鋼的力學性能
項目屈服強度σs/MPa抗拉強度σb/MPa延伸率δ5/%斷面收縮率ψ/%
标準≥315≥530≥20≥45
首鋼優化目标3805753160
首鋼和包鋼用轉爐生産ML35鋼，萊鋼和江陰興澄用電弧爐生産ML35鋼。ML35鋼的生産按照GB6478-86标準生産，主要用于制造8.8級高強度标準件。
首鋼提出：ML35冷镦鋼屈服強度平均值為380MPa，合格的屈服強度≥380MPa；ML35冷镦鋼抗拉強度的平均值為576MPa，合格的抗拉強度≥576MPa；ML35冷镦鋼斷面收縮率的平均值為56%，合格的面縮率≥56%。
首鋼和包鋼生産ML35冷镦鋼采用80噸轉爐冶煉。包鋼造渣制度是用單渣法，供氧制度定氧壓、變槍位，終點控制是拉碳補吹，爐後增碳。裝入制度是造渣分批、多次加入，嚴格控制好過程溫度，防止鋼水過氧化。鋼包内的鋼水在全程吹氩狀态下進行精煉。用低級速到高級速逐漸提高升溫速度的方式加熱并适時加入造渣料，配加CaC215~30kg，Al粒25~50kg。在還原性氣氛下深脫硫，脫硫率平均為59.2%。
江陰興澄鋼鐵有限公司開發了ML35鋼并形成批量生産。30t電弧爐冶煉→40t鋼包爐精煉→R8m連鑄140方坯→坯料精整合格後軋制成材。該鋼廠為提供純淨度高、溫度、成分均勻合适的鋼水采取的措施：（1）加強電弧爐出鋼過程及精煉前期預脫氧工作。電弧爐出鋼時順流加噸鋼1kg矽鋇，LF前期噸鋼喂0.3kg鋁絲，同時保證1600℃左右的精煉溫度，使脫氧産物有時間充分上浮。（2）精煉後期補喂鋁絲，由于此時鋼水含氧量較低，補喂的鋁大部分以溶解鋁的形式存在于鋼中。（3）加鋁完畢後再喂入噸鋼1kg矽鈣，能防止連鑄過程中的結瘤并改善夾雜物的形态和分布。
連鑄保護澆注
鋼水連鑄用氩氣保護澆注，耐火材料建議使用鎂質的耐火材料。最好采用中間包擋闆過濾元件和管道陶瓷送氣管，去除連鑄鋼水的非金屬夾雜物。一般鋼水出精煉站後采用複蓋劑保護，大包水口采用長水口氩封保護澆注，中包施行複蓋劑保護，下水口采用浸入式水口加密墊片保護澆注，結晶器采用液面自動控制系統。優化拉速、配水。采用電磁攪拌，優點是穩定地攪拌結晶器的鋼液有利于提高鑄坯的表面質量，減少内部裂紋和中心缺陷。
包鋼将溫度和成分合格的ML35鋼水用鑄機澆鑄成規格為280mm*325mm和280mm*380mm兩種鑄坯，中包鋼水達13噸時，壓塞棒開澆，結晶器采用同位素自動液面監控裝置準确控制鋼液面高度，防止溢鋼與漏鋼。澆鑄前期用進口保護渣，後期改用自産保護渣。
江陰興澄開發生産高質量連鑄坯，值得一提的關鍵技術措施是盡量減輕連鑄過程中鋼水的二次氧化并确保連鑄坯低倍表面質量：
（1）保護澆鑄：大包、中包、結晶器采用長水口、浸入式水口、複蓋劑、保護渣。
（2）采用設置擋渣堰的中包并使鋼水深度超過650mm，保護渣w(Al2O3)≤4%，使澆鑄過程中産生的Al2O3夾雜物被保護渣吸收并控制較低的拉速。
（3）采用小振幅、高振頻的參數，并控制結晶器液面波動不超過+20mm（無液面控制系統）；保護渣采用預溶型顆粒，少加勤加。
（4）中包鋼水過熱度在20~35℃以内，為防止中包鋼水濕度波動過大，大包、中包加蓋澆鑄；優化連鑄二冷制度，采取氣霧冷卻技術弱冷；拉速≤1.6m/min，矯直溫度≥950℃。
軋制
首鋼第一型材廠使用130mm連鑄方坯試軋盤圓。該廠設備：加熱爐為三段式推鋼加熱爐；軋機為16架，其中粗軋8架，精軋8架；冷床為齒條步進式。130mm連鑄方坯在加熱過程中嚴格控制加熱爐各段溫度，開軋溫度範圍在1038~1073℃，平均為1054℃。晶粒度為8.5級。為細化晶粒水冷，冷卻段長度12m，總流量234m3/h，穿水冷卻後鋼材平均溫度由終軋時的1130℃降為960℃。ML35的Φ18mm冷镦鋼力學性能屈服強度σs364MPa、抗拉強度σb559MPa、延伸率δ528%，斷面收縮率ψ853%，基本上能滿足标準要求。
萊鋼用下注法鑄錠（678kg）,鋼錠修磨後軋制成60mm*60mm方坯，再軋成盤圓。
質量熱點問題
高檔次标準件對原料的質量要求如下：盤條具有較高的塑性指标，斷面收縮率及延伸率較高；在冷塑性變形中，材料的變形抗力小，加工硬化率低，材料的σs/σb值小；盤條硬度HB适當，不要過高；盤條具有良好的表面質量，一定的表面光潔度,不允許有折疊、裂縫等表面缺陷；鋼的組織緻密，無内部缺陷。
湘鋼冷镦鋼質量有兩個主要工藝影響因素，即連鑄結晶器卷渣與線材料軋制過程中不均勻冷卻。結晶器卷渣形成大型夾雜，破壞了鋼的連續性；線材軋制過程中不均勻冷卻造成線材内部晶粒尺寸相差懸殊。細晶粒隻有3~4μm；而粗晶精粒可達50~60μm以上。粗晶粒與細晶粒區的顯微硬度相差50%。
太鋼對超低碳冷镦鋼CH1T在冷镦成型時出現缺陷的防範措施：1）控制1150~1200℃的較低鋼坯加熱溫度是控制鐵素體晶粒度的關鍵參數。同時，需嚴格控制盤條吐絲溫度在910~930℃之間，使盤條成品具有适中的晶粒度大小，以6~6.5級為宜。2）提高盤條表面質量。使用時通過調整拉拔變形量和在适當的工序采用相應的退火工藝，可改善冷镦成型性能。
江蘇沙鋼冷镦鋼熱軋線材控軋控冷結果表明，冷镦鋼生産加熱溫度與低、中碳鋼相同，但加熱上嚴格控制爐壓，使爐膛氣壓保持微正壓3~10Pa，并适當調整溫度，減少表面氧化而脫碳。實現開軋溫度930~950℃低溫軋制，防止奧氏體晶粒的粗大。選擇适當的吐絲溫度820~840℃。減少氧化鐵的生成量，配上較低的冷卻速度0.8~2℃/s，使奧氏體分解轉變時間較長，以此獲得細小的鐵素體加少量均勻的珠光體。
最合适的冷镦變形組織是碳化物球化組織，其強度和硬度降低，塑性較好有利于冷镦變形。馬鋼以ZL18A自攻螺絲用冷镦鋼絲，球化退火溫度為（680±10℃）保溫4h，鋼絲的滲碳體球化效果最好。ZL18A自攻螺釘用盤條冷镦開裂，其原因是用戶省略了球化退火的工序，拉拔後直接冷镦造成的。為滿足用戶的這種要求而提出的措施：C、Mn含量按中下限控制；負偏差軋制，減小拉拔的總變形量；改進軋制工藝，降低盤條的強度，減少或避免魏氏組織。ML35、ML45為典型中碳冷镦鋼絲，當冷镦變形量>60%時，在冷镦前應進行720℃、保溫4h的球化退火，使珠光體球化組織達到4~6級，保證鋼絲的加工塑性。
