冷鐓鋼

冷鐓鋼盤條一般為低、中碳 優質碳素結構鋼和優質合金結構鋼，用來冷鐓成型製造各種機械標準件和緊固件。因冷鐓工藝要求該鋼具有高的潔凈度，控制鋼中的Si、Al的含量，採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。介紹了國內外冷鐓鋼的開發和生產情況，化學成分對冷鐓性能的影響，冷鐓鋼的生產工藝特長。

冷鐓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。冷鐓鋼產品主要用於汽車、造船、設備製造、電子、家電、自行車、工具、輕鋼結構、建築等行業。

冷鐓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%，而且產品尺寸精度高，表面光潔度好，生產率高，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年代開始開發冷鐓鋼。據中國冶金報刊有關冷鐓鋼數據資料表明，冷鐓鋼市場2003年全國緊固件需求量達到300萬噸，2005年需求量預測將增至500萬噸，其中汽車用螺栓等中高檔冷鐓鋼絲緊固件超過100萬噸。目前，華南一帶的冷鐓鋼市場已經飽和，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，其中冷鐓鋼佔7.7%。我國汽車工業用鋼材品種構成中冷鐓鋼佔7%~12%。

近幾年來，我國開發的冷鐓鋼品牌在增加，產量在增長，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，冷鐓鋼的開發生產已經形成了一定的批量和規模。

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系列產品，按產品使用的方法不同而分別將其分為奧氏體（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製作螺栓，其強度範圍大，

從抗拉強度400MPa到1200MPa以上，且形狀多。俄羅斯生產的緊固件品種和種類接近世界水平。製造了約10%強度級別8.8以上高強度緊固件。

進口鋼絲與國內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佈在基體上，沒有網狀組織存在。晶粒大小僅為1~2μm，為國產中碳鋼絲的1/10左右。並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並沒有完全奧氏體化，而僅僅加熱到奧氏體和鐵素體的兩相區進行保溫后再冷卻至室溫，進口鋼絲的奧氏體化溫度低，保溫時間短，從而熱處理后的組織細小，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，分佈更加均勻，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。

鋼中碳含量一般按中下限控制為宜。鋼中硅含量超過0.10%，隨硅含量增加，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著，不利於冷變形。鋼中錳含量適中，可改善鋼中硫的存在形態和分佈，有利於提高鋼的冷成型性。

主要冷鐓鋼的牌號和成分見表1。

表1 各種冷鐓鋼的化學成分/%

生產廠 牌號 C Si Mn P S Als

馬鋼SWRCH18A 0.15~1.20 ≤0.10 0.09~0.60 ≤0.030 ≤0.035 ≥0.02

1018 0.15~1.20 ≤0.10 0.09~0.60 ≤0.040 ≤0.050 -

ZL10A 0.70~0.12 ≤0.10 0.30~0.60 ≤0.035 ≤0.035 ≥0.02

ZL18A 0.15~0.20 ≤0.10 0.09~0.60 ≤0.035 ≤0.035 0.015~0.060

湘鋼XSWRCH10K 0.06~0.12 0.05~0.20 0.25~0.05 ≤0.030 ≤0.030 -

SWRCH35KC 0.32~0.37 0.12~0.20 0.45~0.60 ≤0.030 ≤0.035 -

寶鋼SWRCH35K 0.32~0.38 0.10`0.35 0.60~0.90 ≤0.030 ≤0.035 -

天鋼SWRCH18A、SWRCH22A 0.15~0.20

0.18~0.23 ≤0.10

≤0.10 0.60~0.90

0.70~0.10 ≤0.030

≤0.030 ≤0.035

≤0.035 ≥0.02

≥0.02

包鋼ML35

ML42CrMo 0.32~0.40

0.38~0.45 ≤0.20

≤0.30 0.30~0.60

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ML35 0.32~0.40 ≤0.20 0.30~0.60 ≤0.035 ≤0.035 Cr、Ni、Cu≤0.20

石鋼ML35、

ML40、

ML45 0.32~0.40

0.37~0.45

0.42~0.50 ≤0.20

≤0.20

≤0.20 0.30~0.60

0.30~0.60

0.30~0.60 ≤0.035

≤0.035

≤0.035 ≤0.035

≤0.035

≤0.035 Cr、Ni、Cu≤0.25

Cr、Ni、Cu≤0.25

Cr、Ni、Cu≤0.25

杭鋼CH35ACR 0.35~0.39 ≤0.10 0.09~0.60 ≤0.030 ≤0.030 Cr0.20~0

太鋼ML07A ≤0.0.9 ≤0.10 0.30~0.60 ≤0.035 ≤0.035 -

ML20MnTiB 0.17~0.24 ≤0.30 1.30~1.60 ≤0.035 ≤0.035 B0.0005~0.003

Ti0.04~0.10

冷鐓鋼生產的工藝流程：鐵水→轉爐→精鍊爐→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。

冶鍊冷鐓鋼的關鍵是要提高鋼水的純凈度，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內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。

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致引起產品開裂。

3． 鋼材的加工硬化敏感性儘可能的低，這樣不致使冷鐓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，鋼中含碳量對於鋼材的冷塑性變形性能的影響是很大的。在生產實際中，冷鐓，冷擠用鋼的含碳量大於0.25%時，要求鋼材在拉拔前要進行球化退火。對於變形程度為65%~80%的冷鐓件，不經過中間退火而進行三次鐓鍛變形時，其含碳量不應超過0.4%。

2． 錳（Mn）錳在鋼的冶鍊中與氧化鐵作用（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，對於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． 硅（Si）硅是鋼在冶鍊時脫氧劑的殘餘物。當鋼中含硅量增加0.1%時，抗拉強度σb提高13.7Mpa。經驗表明，含硅量超過0.17%且含碳量較高時，對鋼材的塑性降低有很大的影響。在鋼中適當增加硅的含量，對鋼材的綜合力學性能，特別是彈性極限有利，還可增加鋼的耐蝕性。但是鋼中含硅量超過0.15%時，使鋼急劇形成非金屬夾雜物。高硅鋼即使退火，也不會軟化，降低鋼的冷塑性變形性能。因此，除了產品有高強度性能要求外，冷鐓鋼總是盡量要求減少硅的含量。

4． 硫（S）硫是有害雜質。鋼中的硫在冷鐓時會使金屬的結晶顆粒彼此分離引起裂紋，硫的存在還促使鋼產生熱脆和生鏽，因此，含硫量應小於0.055%。優質鋼應小於0.04%，由於硫、磷和錳的化合物能改善切削性能、冷鐓螺母用鋼的含硫量可放寬到0.08~0.12%，以有利於攻螺紋。但一般沒有專為螺母順利攻螺紋而冶鍊的高硫鋼材供應。

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，冷鐓時使產品開裂，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），鉬（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。

在金屬製品生產中廣泛使用ML35和ML45冷鐓鋼，結合各鋼廠的生產工藝和產品開發，具體介紹ML35鋼的有關情況（表2）。

表2 ML35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/%

標準 ≥315 ≥530 ≥20 ≥45

首鋼優化目標 380 575 31 60

首鋼和包鋼用轉爐生產ML35鋼，萊鋼和江陰興澄用電弧爐生產ML35鋼。ML35鋼的生產按照GB6478-86標準生產，主要用於製造8.8級高強度標準件。

首鋼提出：ML35冷鐓鋼屈服強度平均值為380MPa，合格的屈服強度≥380MPa；ML35冷鐓鋼抗拉強度的平均值為576MPa，合格的抗拉強度≥576MPa；ML35冷鐓鋼斷面收縮率的平均值為56%，合格的面縮率≥56%。

首鋼和包鋼生產ML35冷鐓鋼採用80噸轉爐冶鍊。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，爐后增碳。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。鋼包內的鋼水在全程吹氬狀態下進行精鍊。用低級速到高級速逐漸提高升溫速度的方式加熱並適時加入造渣料，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鋼並形成批量生產。30t電弧爐冶鍊→40t鋼包爐精鍊→R8m連鑄140方坯→坯料精整合格后軋製成材。該鋼廠為提供純凈度高、溫度、成分均勻合適的鋼水採取的措施：（1）加強電弧爐出鋼過程及精鍊前期預脫氧工作。電弧爐出鋼時順流加噸鋼1kg硅鋇，LF前期噸鋼喂0.3kg鋁絲，同時保證1600℃左右的精鍊溫度，使脫氧產物有時間充分上浮。（2）精鍊後期補喂鋁絲，由於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於鋼中。（3）加鋁完畢后再喂入噸鋼1kg硅鈣，能防止連鑄過程中的結瘤並改善夾雜物的形態和分佈。

連鑄保護澆注

鋼水連鑄用氬氣保護澆注，耐火材料建議使用鎂質的耐火材料。最好採用中間包擋板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。一般鋼水出精鍊站后採用復蓋劑保護，大包水口採用長水口氬封保護澆注，中包施行復蓋劑保護，下水口採用浸入式水口加密墊片保護澆注，結晶器採用液面自動控制系統。優化拉速、配水。採用電磁攪拌，優點是穩定地攪拌結晶器的鋼液有利於提高鑄坯的表面質量，減少內部裂紋和中心缺陷。

包鋼將溫度和成分合格的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，結晶器採用同位素自動液面監控裝置準確控制鋼液面高度，防止溢鋼與漏鋼。澆鑄前期用進口保護渣，後期改用自產保護渣。

江陰興澄開發生產高質量連鑄坯，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並確保連鑄坯低倍表面質量：

（1）保護澆鑄：大包、中包、結晶器採用長水口、浸入式水口、復蓋劑、保護渣。

（2）採用設置擋渣堰的中包並使鋼水深度超過650mm，保護渣w(Al2O3)≤4%，使澆鑄過程中產生的Al2O3夾雜物被保護渣吸收並控制較低的拉速。

（3）採用小振幅、高振頻的參數，並控制結晶器液面波動不超過+20mm（無液面控制系統）；保護渣採用預溶型顆粒，少加勤加。

（4）中包鋼水過熱度在20~35℃以內，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，採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，穿水冷卻后鋼材平均溫度由終軋時的1130℃降為960℃。ML35的Φ18mm冷鐓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%，基本上能滿足標準要求。

萊鋼用下注法鑄錠（678kg）,鋼錠修磨后軋製成60mm*60mm方坯，再軋成盤圓。

高檔次標準件對原料的質量要求如下：盤條具有較高的塑性指標，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適當，不要過高；盤條具有良好的表面質量，一定的表面光潔度，不允許有摺疊、裂縫等表面缺陷；鋼的組織緻密，無內部缺陷。

湘鋼冷鐓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內部晶粒尺寸相差懸殊。細晶粒只有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%。

太鋼對超低碳冷鐓鋼CH1T在冷鐓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，使盤條成品具有適中的晶粒度大小，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適當的工序採用相應的退火工藝，可改善冷鐓成型性能。

江蘇沙鋼冷鐓鋼熱軋線材控軋控冷結果表明，冷鐓鋼生產加熱溫度與低、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，並適當調整溫度，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。選擇適當的吐絲溫度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。

最合適的冷鐓變形組織是碳化物球化組織，其強度和硬度降低，塑性較好有利於冷鐓變形。馬鋼以ZL18A自攻螺絲用冷鐓鋼絲，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自攻螺釘用盤條冷鐓開裂，其原因是用戶省略了球化退火的工序，拉拔后直接冷鐓造成的。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為典型中碳冷鐓鋼絲，當冷鐓變形量>60%時，在冷鐓前應進行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。