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技术前沿

紧固件用冷镦钢的开发及发展趋势

 

       我国20世纪90年代开始生产冷镦钢,生产企业有宝钢、马钢、沙钢、邢钢等40余家,但生产的冷镦钢还不能满足高档紧固件的生产,国内紧固件用原材料基本是热轧状态,有1/5存在开裂问题,紧固件生产企业不得不在拉拔、退火工序进行材料的改制。对于高强度紧固件,原材料冷镦成形后,还需进行最终球化退火处理以提高性能。这些处理工序不但增加成本,而且污染环境,特别对于中小企业,由于不具备保护气氛热处理条件,常常会导致表面氧化和脱碳,严重影响标准件质量,因此,钢铁企业和紧固件生产企业应紧密合作开发新钢种。

  国内近几年先后开发了SWRM6,SWRCH6A,SWRM8,SWRM10,SWRCH8A,SWRCH10A,ML20,ASTM-1018,ASTM1022,ML35,SWRCH32K,SCM435,SWRCH35K,SCM440等紧固件冷镦用钢,基本上满足行业的要求。但是,由于对高精度、高强度紧固件,钢结构连接副及非标异型件的需求日益高涨,因此,对高纯净度、高性能、高质量的冷镦钢需求也更为迫切 。

  由于紧固件对冷镦钢的内在质量和表面质量要求严格,我国高质量冷镦钢仍然以进口为主,国内生产厂家仍然局限在几个大钢厂,而且产量增长速度不快。汽车紧固件用中高档冷镦钢2008年超过了180万t,冷镦钢占汽车用优质钢材总量的7% ~12% 。从发达国家经验来看,欧洲生产的150万t棒线材有近一半用于汽车制造,2/3的冷镦线材用于汽车行业,用来制造装配所需的紧固件和一部分可采用冷镦冷挤压工艺制造的零部件。近年来我国汽车紧固件进口量约占总需求量的60% ,主要来自日本、韩国等国家以及我国台湾地区。汽车紧固件的高端产品10.9级和12.9级主要使用SCM435(35CrMo)和SCM440(42CrMo)钢,而国外许多汽车紧固件制造商也大量采用10B18M,SAE10B21,MnB135H等钢种。

  由于汽车需要更高强度和耐用的紧固件,在把紧固件转变成多用途的高精密汽车零部件的过程中,技术进步起到关键作用。

  冷镦钢发展方向为非调质钢、硼钢和超细晶粒钢,而免热处理的非调质冷镦钢备受关注。

  非调质冷镦钢通过采用微合金化、控轧控冷等强韧化方法,在加工紧固件过程中可省略冷拔前的球化退火和成形后的淬火回火处理,还可减少螺纹部分的脱碳倾向,提高成品率。由于非调质钢在冷镦时的硬度较线材高,使得冷镦复杂形状的凸缘类螺栓时产生裂纹的机率较高,而且冷镦模具寿命有所降低。为此,非调质钢制造的螺栓主要为7T级和8.8级,加工量少的10.9级双头螺栓也可采用非调质钢制造。日本8.8T级的螺栓大都用微合金非调质钢制造。

  发达国家冷镦线材具有良好的强塑性,优良的拉拔性能,断丝率较低,晶粒大小仅为1~2 m。钢丝在热处理时仅加热到奥氏体和铁素体的双相区进行保温后再冷却至室温,奥氏体化温度低,保温时间短,从而热处理后的组织细小,渗碳体尺寸较小,厚度较薄,分布均匀,呈现出特殊的“双相组织”。

  我国生产非调质冷镦钢,组织上为低碳含锰的铁素体加珠光体型和贝氏体型,并添加微量合金元素(V,Ti,Nb和N等),细化晶粒和析出强化元素,采用炉外精炼减少夹杂物,通过控温轧制(锻制)、控温冷却,在铁素体和珠光体中弥散析出碳、氮化物为强化相,使钢在轧制(锻制)后不经调质处理即可获得中碳钢经调质后所达到的力学性能。马钢的免退火中碳冷镦钢和超细晶非调质冷镦钢两项产品已获国家专利。

  我国拥有世界上最先进的炼钢轧钢设备,为制造汽车紧固件提供优质线材的基本条件已经具备,应尽快采用专坯专用,加强冷镦钢的品质管理等措施,逐步缩小与发达国家的差距。冷镦钢使用企业需加强与钢铁企业合作,进一步开发和使用节能型非调质钢和免退火或简化退火的热轧线材、抗延迟断裂用钢,如国外开发KNDS2,45CrNiMoTi及中国钢铁研究总院开发的ADF1等超细晶粒钢。要开发满足耐高温、耐高压、耐腐蚀要求的,以及满足各种生产工艺需求的不锈钢材料,加快研制达到国外同类10B18M,SAE1021,MNB123H等水平的新钢种。

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