中国钢铁生产艰难挑战——冷镦钢生产技术一瞥

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冷镦钢的钢种一般为低、中碳优质碳素结构钢和合金结构钢。是一种在室温条件下，即可利用冷镦工艺生产紧固件的钢种，再者采用金属塑性加工成型，材料内部组织非常严密、产品的机械性能好、成材率高、能量损耗少、产品的精度高、表面的光洁度优良，所以可用来制造螺钉、螺栓、螺母、自攻螺钉、墙板钉等各类紧固件，广泛应用于汽车、机械设备、航空设备、建筑和电器等行业领域。

冷镦钢的代表钢种并且有广泛应用的应属SCM435钢，在2013年之前，国内轿车发动机用的冷锻钢还是比较依赖进口的，虽说国内的一些钢厂，比如马钢、宝钢、攀钢等大纲厂已经有了类似钢种的开发，但是在质量方面总有一些不如意。最近韶钢炼钢厂也成功的冶炼出了SCM435钢，对于后续的使用情况如何我们暂且不论，但是从这方面可以可定，在冷镦钢冶炼方面虽有进步但还需提高。

为什么说冷镦钢到现在为止还需进口，主要就是产品的质量上面不稳定，归根结底冷镦钢的冶炼过程中存才一些问题。那么影响冷镦钢质量的问题有哪些呢？

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1、化学成分的影响
钢中硫、磷、氢、氧等杂质元素会不同程度 地影响冷镦钢的力学性能 , 降低冷镦性能。因此 , 在冷镦钢的冶炼过程中应尽可能去除杂质。钢中 氮、铝也会对钢质产生不良影响 ,  但当两者量合适时,会产生AIN难熔质点 , 阻碍晶粒长大,生成细晶粒钢,从而提高冷镦钢的综合性能。

因此 , 应对其加以适量控制。非金属夹杂直接影响钢质 , 使钢的塑性、韧性、疲劳强度、抗腐蚀能力大大降低 , 特别是这些非金属夹杂物破坏了钢的基体连续性,在静荷载和动荷载的作用下,往往成为冷镦钢裂纹的起点。因此, 应尽量降低钢中非金属夹杂物 ,  同时 ,  对其进 行变性处理 (如钙 化 等 ) ,  来减少其在钢中的危害。

2、表面裂纹的影响
表面裂纹影响冷镦钢性能的机理,如果冷镦钢存在表面裂纹 ,冷顶锻加工时, 由于裂纹 的存在引起应力集中 ,同时产生复杂的应力状态 ,导致裂纹扩张 ,最终冷顶锻开裂。国内生产的冷 镦钢在实际使用中, 经常发现此种现象 ,  严重影响产品质量。

表面裂纹产生的原因产生表面裂纹的主要原因有两个,  一为钢坯质量不合格。钢坯质
量导致的表面裂纹主要是钢锭皮下气泡或皮下夹杂在轧制中暴露于钢坯或钢材表面。钢坯有发纹 和裂缝时 , 经再轧制加工也能形成表面裂纹。钢坯表面舌状结疤过深时 ,  在轧制中可 能演变成 “ Y” 字形的裂缝。 钢坯火焰清理沟痕过陡或加热 温度不均、钢温过低以及轧后钢材冷却不当 , 也 可能形成发纹 ; 二为轧制过程控制不当所导致的表面裂纹 ,轧钢过程中如存在严重的温度不均匀 , 会在钢材表面形成横向裂纹。线材成品冷却过程中 ,  局部骤冷 , 会形成微裂纹。

3、晶粒度的影响
细小晶粒的内部和晶界附近的应变度相差较小 , 变形较均匀, 相对来说 , 因应力集中引起的 开裂的机会也较小。故细晶钢有可能在断裂之前承受较大的变形量, 可以得到较大的延伸率和断 面收缩率。同时,由于细晶钢中的裂纹不易传播, 在断裂过程中可吸收更多的能量 , 表现出较高的韧性。也就是说 , 奥氏体晶粒越细小 , 钢热处理 后的强度越高 , 塑性越好, 冲击韧性越高。但是奥氏体化温度过高或在高温下保持时间过长,  将 使钢的奥氏体晶粒长大 ,显著降低钢的冲击韧性 , 减少裂纹扩展和提高脆性转折温度。此外 ,  晶粒 粗大的钢件, 淬火变形和开裂倾向增大。尤其当 晶粒大小不均时 ,  还显著降低钢的结构强度 ,  引起应力集中 ,  易于产生脆性断裂。

一般来说 , 钢的原始组织越细 , 碳化物弥散度越大 , 则奥氏体的起始晶粒越细小。也更易于获得细小而均匀的奥氏体起始晶粒度。冷镦钢要求在保证一定强度的条件下 ,  还具有良好的塑性 和韧性, 以利冷顶锻性能等的提高。 因此提高冷镦钢晶粒度 , 细化晶粒是冷镦钢是否能够具有优良的综合机械性能的关键之一。

4、控冷与轧制工艺参数的影响
冷镦钢控冷工艺不同于对应的低、中碳素结构钢 ,  其要求最终产品要有足 够的强度 ,  良好的韧性和塑性 ,  即要具有较好的 综合力学性能。其组织为铁素体加珠光体 ,  故采 用延迟型冷却 ,以便得到适中的铁素体晶粒和少量的珠光体 ,  提高冷镦钢的强度 ,  并使塑性指标不致下降 , 获得较好的综合力学性能。

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那么有哪些方法能够提高冷锻钢的质量呢？
国内钢铁企业冷镦钢生产中最大的问题就是如何解决在实际冷顶锻加工过程中镦头开裂 , 导致产品报废的难题 , 这也是国内产品与国外产品存在的主要差距。针对冷镦钢的使用特点和质量 要求 , 结合影响冷镦钢性能的各项因素以及生产实际 , 提高冷镦钢的产品质量 ,  可以从以下三个方面来改进。

1、控制钢的成分的均匀性和稳定性,以保证钢质性能的稳定。提高钢纯净度, 减少并改善钢中夹杂物, 减少其对冷镦钢性能的危害。 降低钢中有害元素硫、磷、氧、氢的含量 , 保证合适的氮、铝含量。

2、通过对冶炼、轧钢的过程控制 , 以达到获得均匀、细化晶粒组织,提高冷镦钢的综合机械性能。

3、预防和消除表面裂纹的产生 , 杜绝冷镦钢冷顶锻时裂纹源的存在。

表面裂纹是导致冷镦钢冷顶锻开裂的主要因素之一 , 因此, 在生产过程中要加以严格控制。加强钢坯验收和装炉前的质量检查、裂缝、结疤超过规定的钢坯不投料。尽量采用大断面的钢坯 ,增加由坯到材的总变形量 ,  同时,采用合理的孔型 设计和加热制度 ,  可使钢坯轻微的原始裂缝在轧制变形过程中消失。

我国冷镦钢生产企业通过设备引进和技术开发，冷镦钢生产规模和品质已取得一定的成果，但对于市场提出的技术要求，还需采取措施进一步提高产品品质。

morgan

硕之学者

lingpeng654123

见识了。学习了。

三德黄工

Liu_dfeng

新的技术，新的突破，新的挑战，新的进步，中国制造加油

liangda

学习了，谢谢！

三德黄工