1、 冷鐓鋼的技術(shù)要求                          

冷鐓鋼線材盤條一般為低、中碳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼。螺栓、螺母對原材料尺寸精度要求比較嚴格，熱軋鋼材規(guī)格有限，尺寸精度也很難滿足技術(shù)要求，所以大多數(shù)緊固件企業(yè)采用冷拉鋼盤條作為生產(chǎn)原料，緊固件合格的冷鐓鋼線材盤條必須滿足以下要求。

① 化學成分要求。O、P、S等元素對鋼中夾雜物的形態(tài)及數(shù)量、大小有決定性影響，所以要求控制其含量；對合金結(jié)構(gòu)鋼而言，硅、鋁、錳等元素控制在中下限為宜，避免造成冷頂鍛裂紋。  

②表面質(zhì)量。緊固件企業(yè)統(tǒng)計表明，冷鐓開裂的80%是由冷鐓鋼線材盤條表面缺陷造成的，如折疊、劃傷、密集的發(fā)紋、局部微裂紋、結(jié)疤。因此，對線材表面質(zhì)量要求很嚴，尺寸公差±0.15mm；不圓度≤0.10mm；表面裂紋、劃痕最深≤0.07mm。

③脫碳。表面脫碳造成螺栓表面強度降低，疲勞壽命大幅度下降。平均脫碳層深度要求見表1。

表1  不同直徑線材平均脫碳層深度要求（mm）

④ 非金屬夾雜物。鋼中非金屬夾雜物含量高，尺寸大是造成緊固件冷鐓開裂的一個重要原因，尤其是非金屬夾雜物中B類和D類夾雜物，距線材表面越近危害性越大，所以要求B類夾雜物距表面2mm之內(nèi)應(yīng)不大于15μm。B類和D類夾雜物一般控制在2級以內(nèi)，這也可減少熱處理淬火開裂的可能性，預(yù)防性措施之一。

⑤金相組織。冷鐓鋼一般為低、中碳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼，金相組織為鐵素體+粒狀珠光體。珠光體的晶粒尺寸和分布也是影響冷鐓性能的因素，理想的組織是珠光體晶粒大小相近并均勻地分布在鐵素體基體上。珠光體不同顯微組織冷鐓性能從好到壞的排列次序為粒狀珠光體、索氏體、細片狀珠光體、片狀珠光體。

⑥低倍組織。冷鐓鋼線材對鋼的低倍組織要求比較嚴，低倍檢查不應(yīng)有縮孔、分層、白點、裂紋、氣孔等缺陷，對中心疏松、方框偏析不允許大于2級，中心增碳缺陷不論鋼種都是不允許存在的。

⑦晶粒度。冷鐓鋼線材內(nèi)部組織不同其它鋼材，晶粒度不是越細越好。晶粒度太細，抗拉強度、屈服強度升高，變形抗力增大，對冷鐓成型很不利。10.9級以上螺栓晶粒度在7～8級較佳，保證成品強度外，其余級別冷鐓鋼線材的晶粒度可控制在5～7級。

⑧冷鐓性能。冷鐓性能好是指線材具有較低的變形抗力，能經(jīng)受很大程度的變形不產(chǎn)生裂紋。一般認為以斷面收縮率和屈強比作為衡量冷鐓性能指標比較可靠，合金結(jié)構(gòu)鋼的斷面收縮率應(yīng)不小于50%。冷鐓鋼線材的屈強比小，冷鐓性能相對要好，合金結(jié)構(gòu)鋼的屈強比應(yīng)不大于70%。從冷鐓性能角度考慮，線材的冷加工強化系數(shù)越低越好，即不易產(chǎn)生加工硬化。

2、高強度冷鐓鋼的微合金化

隨著緊固件高強韌性化、輕量化的發(fā)展趨勢，緊固件行業(yè)追求高材料利用率、高精度、高效率、低能耗、低成本等目標，冷鐓鋼的微合金化有二個目的：一是改善材料的冷鐓工藝性能，開發(fā)簡化退火或免退火冷鐓鋼；二是提高材料的延遲斷裂抗力，開發(fā)13.9級或更高強度等級螺栓用鋼。

①高強度免退火冷鐓鋼

碳含量低于0.22%的碳素冷鐓鋼，如ML20、ML15、SWRCH18A、SWRCH22A鋼等，在冷拔冷鐓前，不需要軟化退火或球化退火，已經(jīng)屬于免退火冷鐓鋼，然而這些低碳冷鐓鋼淬透性和回火穩(wěn)定性均較低，只能滿足小規(guī)格M12以下8.8級螺栓、8級螺母的生產(chǎn)。普通高強度冷鐓鋼一般要經(jīng)歷“退火→（剝殼）酸洗→磷化→皂化→冷拔→冷鐓→搓絲→調(diào)質(zhì)”等工序：退火工序的目的在于通過珠光體球化，降低材料硬度，提高材料塑性。但此工序同時也帶來較大的能源消耗和材料的氧化脫碳。高強度免退火冷鐓鋼得以開發(fā)應(yīng)用，取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。

目前有兩類高強度免退火冷鐓鋼。一類是低碳硼鋼，此類鋼的典型鋼號為SAEJ403--10B21鋼，其主要合金元素C：0.18%～0.23%；B：0.003%。通過低碳、低硅獲得較低的珠光體含量和鐵素體硬度以提高塑性，添加微量B以提高材料淬透性，控制Mn、Cr含量，保證回火穩(wěn)定性。此類鋼熱軋狀態(tài)的交貨時硬度低于76HRB，斷面收縮率達到55%，滿足冷拔和冷鐓工藝要求。該鋼種適合8.8級螺栓，若增加Mn、Cr含量可以生產(chǎn)9.8級和10.9級螺栓。另一類高強度免退火冷鐓鋼是以ML30、ML35、ML40Cr、SWRCH35K、SWRCH32K為基礎(chǔ)，降低Mn、Cr含量，增加微量B以彌補淬透性不足，增加微量Ti含量，高Al:N比例，以細化晶粒運用控軋控冷（熱機械軋制）技術(shù)生產(chǎn)。免退火冷鐓鋼ML35、SWRCH35K 或簡化退火的ML40Cr、SCM435鋼通過雙相區(qū)（奧氏體--鐵素體）大變形量軋制，獲得了更細的原奧氏體晶粒，更多更細的鐵素體含量和退化的碳化物層片，因而具有更低的交貨狀態(tài)硬度和冷變形塑性。免退火冷鐓鋼SWRCH35K-M鋼熱軋狀態(tài)鐵素體含量可以達到49%（退火態(tài)為42%），鐵素體晶粒度細于11級，對應(yīng)的硬度為83 HRB，斷后伸長率大于26%，斷面收縮率大于55%，冷拔減面率15.7%時，冷拔后硬度為91.5 HRB，滿足內(nèi)六角冷鐓成形用料硬度低于92 HRB的要求。

②高強度14.9級螺栓用鋼

強度等級達到或超過10.9級的螺栓制件，存在氫致延遲斷裂傾向，并且隨著強度等級增加，延遲斷裂傾向越明顯。冷鐓用SCM435、SCM440鋼線材用于12.9級螺栓制件，晶粒度達到8級，滿足抗松弛、抗疲勞、抗延遲斷裂要求。如果降低回火溫度容易使強度等級達到1400～1500Mpa，延遲斷裂傾向明顯增加而無法實際應(yīng)用。SCM435鋼螺栓強度達到1450Mpa，運用缺口試樣獲得的斷裂斷口形貌，呈現(xiàn)明顯的沿晶斷裂特征，晶面有大量的氫脆特征。

ADF1鋼是適用于1300～1500Mpa級的高強度螺栓材料。該鋼是在42CrMoA基礎(chǔ)，通過提高材料純凈度，增加Mo含量，運用Nb、Ti、V微合金化改造而成，與42CrMoA相比，新鋼種晶粒度明顯細化，可以達到10.5～13級，550～620℃回火具有明顯的二次硬化效應(yīng)，回火析出的碳化物更多更細，成為大量氫的強陷阱，因而具有更好的強韌性、更低的缺口敏感性、更高的抗氫致延遲斷裂性能。目前改鋼已經(jīng)用于13.9～14.9級發(fā)動機螺栓制件。微合金化是該鋼種成功開發(fā)的關(guān)鍵因素之一。

總之，易切削化、非調(diào)質(zhì)化、簡化熱處理是降低緊固件成本、提高生產(chǎn)效率和節(jié)能降耗的手段之一；冷鐓鋼微合金化是改善緊固件強韌性和工藝性能，獲得高性能、低成本的產(chǎn)品的途徑。