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1、冷镦钢及其工艺简介冷镦钢及其工艺简介冷镦钢成型用钢,冷镦是在室温下采用一次或多次冲击加载,广泛用于生产螺钉,销订,螺母等标准件.冷镦工艺可节省原料,降成本,而且通过冷作硬化提高工作的抗拉强度,改善性能,冷镦用钢必须其有良好的冷顶锻性能,钢中S和P等杂质含量减少,对刚才的表面质量要求严格,经常采用优质碳钢,若钢的含碳钢大于0.25%,应进行球化退火热处理,以改善钢的冷镦性能.力学性能要求1.屈服强度s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可能的低，
2、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s约提高27.4Mpa;抗拉强度b提高58.878.4Mpa;而伸长率则降低4.3%，断面收缩率降低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+FeOMnO+F
3、e),主要是为钢脱氧而加入。锰在钢中硫化铁作用(Mn+FeSMnS+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b和屈服强度s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b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
4、%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0.080.12%，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
5、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)用的钢称为冷镦钢，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
6、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0.50.65，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
7、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
8、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1020万吨的市场空间。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%。1冷镦钢的生产发展概况1.1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
9、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、M
10、L20MnTiB、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。1.2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
11、地弥散分布在基体上，没有网状组织存在。晶粒大小仅为12m，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5m)先共析铁素体。2冷镦钢的生产工艺2.1冷镦钢的主要成分钢中碳含量一般按中下限控制为宜。钢中硅含量超过0.10%，随硅含
12、量增加，钢的抗拉强度、硬度有所提高，但延伸率低，断面收缩率下降更显著，不利于冷变形。钢中锰含量适中，可改善钢中硫的存在形态和分布，有利于提高钢的冷成型性。主要冷镦钢的牌号和成分见表1。表1各种冷镦钢的化学成分/%生产厂牌号CSiMnPSAls马钢SWRCH18A0.151.200.100.090.600.0300.0350.0210180.151.200.100.090.600.0400.050-ZL10A0.700.120.100.300.600.0350.0350.02ZL18A0.150.200.100.090.600.0350.0350.0150.060湘钢XSWRCH10K0.060
13、.120.050.200.250.050.0300.030-SWRCH35KC0.320.370.120.200.450.600.0300.035-宝钢SWRCH35K0.320.380.100.350.600.900.0300.035-天钢SWRCH18A、SWRCH22A0.150.200.180.230.100.100.600.900.700.100.0300.0300.0350.0350.020.02包钢ML35ML42CrMo0.320.400.380.450.200.300.300.600.500.800.0350.035Cr0.901.200.0350.035Mo0.150.25
14、-0.020.05Ni0.20莱钢ML350.320.400.200.300.600.0350.035Cr、Ni、Cu0.20石钢ML35、ML40、ML450.320.400.370.450.420.500.200.200.200.300.600.300.600.300.600.0350.0350.0350.0350.0350.035Cr、Ni、Cu0.25Cr、Ni、Cu0.25Cr、Ni、Cu0.25杭钢CH35ACR0.350.390.100.090.600.0300.030Cr0.200太钢ML07A0.0.90.100.300.600.0350.035-ML20MnTiB0.170
15、.240.301.301.600.0350.035B0.00050.003Ti0.040.102.2冷镦钢的生产冷镦钢生产的工艺流程:铁水转炉精炼炉连铸(模铸)铸坯检查初轧开坯、连轧钢坯修磨高线热轧盘条成品检验入库。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的污染度。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污染的主要措施。2.2.1冷镦钢的冶炼工艺在金属制品生产中广泛使用ML35和ML45冷镦钢，结合各钢厂的生产工艺和产品开发，具体介绍ML35钢的有关情况(表2)。表2ML35钢的力学性能项目屈服强度s/MPa抗拉强度b/MPa延伸率5/%断面收缩
16、率/%标准3155302045首钢优化目标3805753160首钢和包钢用转炉生产ML35钢，莱钢和江阴兴澄用电弧炉生产ML35钢。ML35钢的生产按照GB6478-86标准生产，主要用于制造8.8级高强度标准件。首钢提出:ML35冷镦钢屈服强度平均值为380MPa，合格的屈服强度380MPa;ML35冷镦钢抗拉强度的平均值为576MPa，合格的抗拉强度576MPa;ML35冷镦钢断面收缩率的平均值为56%，合格的面缩率56%。首钢和包钢生产ML35冷镦钢采用80吨转炉冶炼。包钢造渣制度是用单渣法，供氧制度定氧压、变枪位，终点控制是拉碳补吹，炉后增碳。装入制度是造渣分批、多次加入，严格控制好过程温度，防止钢水过氧化。钢包内的钢水在全程吹氩状态下
