紧固件用钢:冷镦钢的介绍

  • 发布时间:2023-05-26

本文介绍了紧固件用钢——冷镦钢应用、发展、技术、厂商以及发展前景。

 

一、概述

  

1.紧固件用材

种类繁多、应用广泛的紧固件产品,在不同环境、场合接受各种考验,比如高、低温、高压、腐蚀、重载交变应力,抗剪抗扭,防止预紧失效、氢脆延时断裂等等,因此紧固件材料的选择非常重要,选择不合适,会造成产品成本高;影响产品使用寿命,更严重可能导致重大安全事故。

 

目前紧固件常用材料有钢、钛、铜、铝、尼龙、碳纤维等相对而言,性价比高、可回收、加工适应性强,具有优秀的机械性能

 

紧固件的力学性能70%以上是母材钢材决定的。现代紧固件85%以上是由先进的冷镦工艺制造完成冷镦钢最常用的优秀材料

 

2.冷镦钢的应用

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。


   

冷镦钢的发展现状

  

1.我国冷镦钢产量发展

  • 1969年我已自己制造出多工位自动冷镦机,但我国还不能生产冷镦钢。
  • 1987年马钢引进了国内第一条德国进口的西马克高速线材轧机不能生产冷镦钢只能生产《标准件用碳素热轧圆钢GB715》,《普通碳素钉螺钢热轧圆钢》。马钢用宝钢坯,在马钢高线上首次试轧了ML35、35K冷镦钢盘条。至此,我国材第一次轧制出冷镦钢盘条。
  • 1993年3月宝钢第一条高线在本部投产了,结束了进口冷镦钢控制我国紧固件冷镦钢原料的市场局面。那时宝钢钢料试用价2690元/吨,直供价2750元/吨,上海市场进口35K,价格为3750元/吨。
  • 2003年马钢完成了对高线的技术改造
  • 2005年马钢不但生产出冷镦钢,还创新试制了《超细晶非调质冷镦钢》、免退火ML35、35K、减退火35CrMo(SCM435)。同年全国6~7家国有大企业,马钢、宝钢、武钢、湘钢、鞍钢等生产冷镦钢达420万吨,产量居全球第一。
  • 2018年全国钢材产量10亿吨,其中线材1.444亿吨,工业线材占4974.88万吨。其中冷镦钢年产887.34万吨。占线材产总量的6.14%,占工业线材的17.8%。
  • 2019年冷镦钢产量920万吨,2020为890万吨,2021为1050万吨,2022为965万吨。

 

2.冷镦钢的产能现状

2018年我国约有250条高线,至今年底全国高速线材生产线约305条。目前生产冷镦钢的厂家约42家(其中有70条生产线是"优普共线”),总产能约1500万吨左右。受市场、环保和价格等各种因素的制约和控制,目前正常需求在1000~1100万吨/年。

 

生广规格可从Ф5.5~42(最大可达中Ф50)全覆盖、钢种有中、低碳、低合金钢(含硼钢)、合金钢、非调质钢冷镦钢等。对应的紧固件机械性能等级为4.6~12.9级,14.9级用合金钢也能正常供货,18.9级所需品种的原料也可批量订货。

 

3. 冷镦钢的标准

目前,我国的冷镦钢产量、质量均在国际前列。冷镦钢标准在1SO/4954基础上,经过近十几年多次修订,现用的是2015版《冷镦、冷挤压用钢》是现行国家标准。按行业特征有一些团体标准(金属协会、汽车工程学会……等)。其主要依据还是GB6478-2015标准,其中有些专用牌号尚入未列入国家标准。

 

在紧固件的国际、国内标准中通常只规定性能等级,不规定制造者的材料选用。(但制造者切忌低材高用,因为最终制成的紧固件成品使用中“安全性、可靠性”是最重要的)。

 

  • 1985年我国独创的20MnTiB是冶金、铁道、钢结构、紧固件生产单位的一批科技工作者多方面努力共同研发。首先使用在成昆铁路、钢结构桥梁上。至今仍能看到其优良性能(高强度、低合金:10.9级为主,性价比高)。

 

  • 2004~2010年间,以马钢为主研发的《超细晶非调质冷镦钢》也列入冷镦钢当时国标GB29087-2012中。

 

  • 标委会完成配套使用的《GB/T 3098.22非调质钢紧固件机械性能》从2016年起一直在向ISO/CT2委员会申请转批为国际标准。


  

三、冷镦钢的技术要求

  

合格的冷镦钢丝必须满足以下要求:

1.化学成分

对于合金结构钢而言,O、P、S容易造成夹渣物,造成冷顶锻裂纹,所以应以中下限为宜。

  

2.表面质量

冷镦钢盘条要求很严,尺寸公差为±0.15mm;不圆度≤0.10mm;表面裂纹、划痕最深≤0.07mm。

  

3.脱碳

冷镦钢盘条直径≤14mm,铁素体全脱碳层深度≤0.015mm,不完全脱碳层总深度≤0.10mm;直径16-24mm,铁素体全脱碳层深度≤0.02mm,不完全脱碳层总深度≤0.12mm;直径27-42mm,铁素体全脱碳层深度≤0.03mm,不完全脱碳层总深度≤0.15mm。

  

4.非金属夹杂

冷镦钢盘条要求B类夹杂物距表面2mm之内应不大于15μm。B类和D类夹杂物一般控制在2级内。

  

5.金相组织

金相组织为铁素体+粒状珠光体。理想的组织是珠光体晶粒大小相近并均匀地分布在铁素体基体上。

  

6.低倍组织

冷镦钢盘条低倍不应有缩孔、分层、白点、裂纹、气孔等缺陷,对中心疏松、方框偏析不允许大于2级。

  

7.晶粒度

10.9级以上螺栓晶粒度在7-8级较佳,保证成品强度外,其余级别冷锻钢线材的晶粒度可控制在5-7级。

  

8.冷镦性能

冷镦钢盘条的断面收缩率应不小于50%、屈强比应不大于70%,同时冷加工强化系数越低越好,这样不易产生加工硬化。

 

  

四、冷镦钢优秀厂商:

  

1.宝武集团

  • 马钢第一条高线厂试产冷镦钢,研发非调钢是国内最早的工厂。冷镦钢盘条其主要品种。

  • 宝钢高线1993年3月投产成为全国冷镦生产第一家。有些高端品种目前仍是国防、航天航空、高铁、汽车、生化医药用钢定点供方企业。

 

2.邢钢

专攻冷镦钢研发生产的国内重要厂家之一,历史上达到年产150万吨的国内最高记录,受环保治理、搬迁工程影响产量质量有所波动仍在努力进行中。

 

3.济钢

2008年起投产冷镦钢,均衡年产55万-60万吨,济钢产品“由普转优”、“由优升特”转化中。

 

4.中天钢铁

2022年年产冷镦钢超过80万吨,在上海大学董翰院长领导的团队研发实力支持下发展“神速”。近年在冷镦钢的质量和产量上都有实质性的推进。

 

5.湘钢

生产冷镦钢历史较早的工厂,第一个采用盘卷集线的冷镦钢生产企业,低碳冷镦钢06AL,08AL是其一大特色。

 

6.其他钢厂

鞍钢、兴澄、青钢、韶钢、南钢、沙钢、三明钢厂、新泰、日照、建龙北满、新兴铸管、龙腾、元立、永钢等,还有许多钢企不一一列举。

 

 

五、冷镦钢的未来前景

  

1.需减小与国外先进水平存在的差距

  • 表面质量、批次稳定性、通条均衡性
  • 化学成份的波动范围控制精度的执行力。
  • 特需的(极限性能指标)耐高温、低温抗疲劳性能、热蠕变特征、超净纯度特种钢,包括控氢、控氧氮含量等。

 

未来需要根据冷镦钢的使用特点和质量要求,制定对应的冶炼工艺和轧制规程,并严格控制各种质量和技术标准。与其他先进企业、研究单位或机构合作,攻坚各种质量和技术难题,研发新型工艺、设备、材料和标准,以生产更高品质的冷镦钢。

 

2.需开发与新兴产业相关的钢种

  • 低镍高强度钢
  • 耐候(免维护)钢
  • 海洋用钢(低温类、防腐蚀类、多品种)
  • AI行业需要精密合金微型微固件线
  • 生化医学新型抗菌钢国防科技
  • 航空航天紧固件用钢

 

随着国家的重视和政策扶持,未来冷镦钢市场将会持续保持增长。除了汽车零部件制造、医疗器械制造等高端制造领域,对精密模具和高质量冷镦钢的需求外,重资源型海洋收费产业将带动整个冷镦钢行业的快速发展。

 

最后,随着新材料技术的不断发展,冷镦钢市场将会有更多的创新和变革,并朝着高性能、高质量和绿色环保的方向发展。


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