節能型10級螺母用冷鐓鋼研究開發

宋　強,劉　維（馬鞍山鋼鐵股份有限公司,安徽馬鞍山243000）

節能型10級螺母用冷鐓鋼研究開發

宋強,劉維
（馬鞍山鋼鐵股份有限公司,安徽馬鞍山243000）

通過成分微合金化設計、采用低溫軋制工藝和專用控冷技術生產的冷鐓鋼MFM-3熱軋盤條，降低了盤條強度和硬度、提高塑性，冷鐓時金屬流動性好、冷作硬化率低，制造10級螺母時不需要退火，盤條經表面處理、拉拔后直接鐓打制作螺母，減少了工序及成本。

低溫軋制；省略退火；降低成本

1　前言

隨著國民經濟的快速發展，對環境壓力越來越大。冷鐓鋼是用于制造螺栓、螺母、螺釘、鉚釘等緊固件的原材料，緊固件主要靠冷鐓成形，因此要求冷鐓鋼具有良好的冷成型性(塑性)及合理的強韌性匹配。傳統工藝生產高強度緊固件,如生產10級螺母時熱軋盤條冷鐓前須通過球化退火軟化工序。退火工序是緊固件生產中最為耗時、耗能的工序，既增加成本、又污染環境，若退火工藝控制不當，還會導致緊固件質量不穩定。為此，我們通過研究10級螺母用冷鐓鋼盤條的微合金化技術、低溫軋制技術和軋后控冷技術，生產出制造10級螺母時不需要退火，盤條經表面處理、拉拔后直接鐓打制作螺母的10級螺母用免退火冷鐓鋼MFM-3，降低了螺母生產企業的成本、減少了污染。

2　10級螺母用免退火冷鐓鋼MFM-3成分、工藝設計

2.1國家標準對10級螺母性能要求

國家標準規定，10級粗牙螺紋螺母保證應力：螺紋規格(≦M10)時≥1040MPa、螺紋規格(≦M16)時 ≥1050MPa、螺紋規格(＞M16)時 ≥1060MPa；維氏硬度：272-353；要求淬火并回火。

2.2MFM-3成分設計

為達到既滿足國家標準對10級螺母的性能要求，同時省去冷鐓前的退火熱處理工序的目標，通過微合金化成分優化技術研究，并利用形變誘導鐵素體相變理論，低溫熱機械軋制，使熱軋盤條組織中鐵素體超量析出，實現冷鐓鋼熱軋盤條在線軟化目的。

表1　鋼的牌號及熔煉化學成分要求（%）

2.3MFM-3生產工藝流程

生產工藝路線：高爐鐵水→鐵水預處理→轉爐冶煉→精煉→連鑄→加熱→除鱗→熱機軋制→控冷→集卷→打包→入庫。

3　試制結果

3.1MFM-3盤條性能、組織

按上述成分、工藝路線試制了Φ16規格的MFM-3盤條，熱軋盤條力學性能見表2，熱軋盤條顯微硬度見表3。熱軋盤條組織為鐵素體+珠光體，晶粒度為8～10級，熱軋盤條金相組織見圖1、圖2。冷鐓試驗結果為1/3冷鐓合格，部分試樣在做1/4至1/5冷鐓時，仍未開裂。

3.2用戶加工工藝及結果

將Φ16規格MFM-3熱軋盤條省去退火工序，經酸洗→磷化→拉拔至φ15.5mm，采用小料大變形生產工藝冷鐓成型做成M16六角螺母；將Φ16規格MFM-3熱軋盤條省去退火工序，經酸洗→磷化→拉拔至φ15.2mm，采用大料小變形生產工藝冷鐓成型做成M10六角螺母。二種工藝生產的二種規格六角螺母表面質量完好，冷鐓模消耗與常規中碳冷鐓鋼經過退火后相同。淬火、回火后，檢測各項性能符合GB/T3098.2-2000對緊固件機械性能中10級螺母（粗牙羅紋）標準中的各項指標。

表2　MFM-3熱軋盤條Φ16規格力學性能

表3　MFM-3熱軋盤條Ф16規格顯微硬度

表4　淬火、回火后螺母的顯微硬度

4　討論分析

緊固件企業在生產10級螺母時通常選用中碳冷鐓鋼SWCH35K、10B33盤條，工藝流程為：退火→酸洗磷化→拉拔→冷鐓（攻絲）→調質（淬火+高溫回火）→表面處理。為省去退火工序，需要對成分進行優化設計。眾所周知，對中碳冷鐓鋼SWCH35K、10B33而言，碳元素作用是保證鋼的強度，但降低了盤條的面縮率和冷鐓性能。減少鋼中碳元素含量，可使冷鐓鋼具有良好冷加工性能，對10級螺母用鋼綜合考慮C含量應控制在0.29～0.34%。Si在鋼中起到固溶強化的作用，冷作硬化率高、冷變形硬度升高快，對冷鐓不利，降低Si可以改善冷鐓性。添加微量B可使10級螺母的淬透性得到保證，用量少成本低，而加入其他合金元素來提高淬透性成本較高。綜上所述，MFM-3在鋼種成分設計上，符合國家標準GB/ T3098.2-2000“緊固件機械性能-螺母粗牙螺紋”對10級螺母用鋼的成分規定，和常用的10級螺母用鋼SWCH35K、10B33相比，優化了成分，適當降低了碳含量，加入適量的錳元素，由于硅惡化盤條的冷鐓性能，降低硅含量，同時添加適量強碳化物元素，以及加入0.0008%～0.0030%硼保證淬透性。優化后的成分能夠提高盤條的冷鐓性能，以及確保螺母調質熱處理后達到國家標準規定的10級螺母所要求的各項性能。

同時對加熱工藝中加熱溫度、保溫時間、爐內氣氛控制進行優化，結合獨特的低溫軋制工藝、軋后控冷工藝[1]，生產出的盤條組織為鐵素體+珠光體，晶粒度為8～10級，鐵素體含量65～70%。鐵素體晶粒適當粗化，珠光體所占的比例減少，珠光體團小而分散，珠光體中的滲碳體片變薄、變碎并部分粒狀化[2]。MFM-3熱軋盤條具有低的強度和高的塑性，盤條性能波動小，抗拉強度為485～525Mpa，面縮率為54%～61%，冷鐓性能優異。

緊固件企業在生產10級螺母時，選用MFM-3熱軋盤條，省去常規退火工序，如果是采用傳統小料大變形工藝時，熱軋盤條拉拔成精絲應控制拉拔變形量在10%以內；在使用進口冷鐓設備生產時采用的是大料小變形生產工藝，熱軋盤條拉拔成精絲可以控制拉拔變形量在20%以內。

5　結論

研究開發的節能型10級螺母用冷鐓鋼熱軋盤條，組織為鐵素體+珠光體，鐵素體晶粒粗化適當。得到較低的強度和較高的塑性，盤條性能波動小，冷鐓性能優良。能夠滿足緊固件企業在生產10級螺母時，省去常規退火工序，并且可以同時滿足螺母生產采用的大料小變形和小料大變形二種生產工藝。滿足了緊固件企業降低了生產成本的需求，起到了節能減排的效果。

[1]李曼云,孫本榮主編.鋼的控制軋制和控制冷卻技術手冊[S].北京冶金工業出版社出版,1998:P69.

[2]宋強,倪達.熱機軋制技術對中碳冷鐓鋼組織和性能的影響[J].中國冶金,2007,17(02):5-7.

宋強（1962—），男，上海人，正高級工程師，工學學士學位，長期從事高速線材產品開發研究。