冷镦钢开裂成因分析及质量改进

胡志轶

摘 要：在冷镦钢的生产实践过程中，通过分析总结冷镦钢开裂的原因，提出了相应的改进措施，提高了冷镦钢的产品质量，满足下游客户生产需求。

关键词：冷镦钢;开裂;组织;表面缺陷

1 绪论

冷镦钢是广泛用于制造螺栓、螺母、螺钉、铆钉等各类标准件用钢，它主要是利用金属的塑性，采用冷镦加工成型。由于冷镦钢在加工过程中形变量大且速度快，所以对钢材的加工性能和机械性能均有严格要求。通过对生产工艺的不断改进，提高冷镦钢的产品质量，满足客户需求。

2 冷镦钢使用中存在的质量问题

通过市场调查发现，冷镦钢在使用过程中出现的主要问题是存在冷镦开裂的现象。

3 造成冷镦钢开裂的主要因素

（1） 化学成分。①碳元素。冷镦钢中碳含量的高低对其韧性有很大影响，碳含量超标会导致冷镦钢在加工过程中出现镦头开裂，造成镦头开裂的另一重要因素是钢中存在球化不完全的碳化物相。生产过程中要严格将冷镦钢的含碳量按照标准的中下限来加以控制。②铝元素。铝在高温下易氧化形成有害杂质，降低钢材的机械性能。但同时铝元素也具有细化晶粒、改善钢材韧性的作用，可以提高冷镦钢快速镦头以及降低搓丝过程中应变时效等综合性能。因此，应对其加以适量控制。③硫、磷元素。硫和磷为钢中有害元素，其会对钢造成热脆和冷脆现象，所以必须控制在标准范围内，尽可能降低更好。④硅、锰元素。硅常被用作脱氧剂加入钢中，少量的硅能够提高钢的强度，但含量较多时则对钢的塑形和韧性产生不利影响。锰能脱氧并减弱硫的有害作用，从而改善材料的热加工性能。锰同时会提高钢材的强度、硬度和淬透性，增强加工硬化，从而降低材料的塑性。⑤氮、氢、氧元素。氮：随着钢中氮含量的增加，钢材的强度、硬度和脆性升高，但塑形和韧性显著降低，焊接性能变差。氢：氢是钢中产生白点的根本原因，这些存在于钢中的白点（小裂纹）会使钢材出现氢脆现象。氧：氧在钢中主要以氧化物的形式存在，随着钢中非铁氧化物的增多，钢材的塑形和韧性明显下降。此外，钢水脱氧不良还会造成连铸坯出现皮下气泡和表面气孔等质量缺陷，对钢材质量造成严重影响。⑥合金元素。合金元素可以改善钢的强度和韧性，从而影响钢材的工艺性能，应根据钢种的不同加工用途来确定合金元素的加入量。

（2）夹杂物。钢中的夹杂物主要为非金属夹杂物，此类夹杂物的存在对钢材造成极大地危害，不仅大大降低钢材的强度和韧性，使钢材极易产生腐蚀和疲劳破坏，还会影响钢材组织结构的完整性，在各种负荷的作用下造成应力集中，成为钢材裂纹的源点。因此，应通过各种措施去除钢中的非金属夹杂物，对于残余的夹杂物应尽量使其能够分布均匀。

（3）晶粒度。晶粒的粗细决定钢材的性能。晶粒过粗，会加速钢材的加工硬化，使脆性增加，随着加工程度的深入会出现开裂甚至裂断。细晶粒钢材则具有较高的塑形和韧性，能够实现较大的延伸率和断面收缩率，不利于裂纹的发展，故细晶粒钢的综合机械性能较好，但具有较高的变形抗力。根据生产实践，将冷镦钢晶粒度控制为8—10级，可满足生产需求。

（4）金相组织。冷镦钢成品组织应为铁素体+粒状珠光体，主要是由于球、粒状珠光体的塑形较好，不易造成冷镦开裂，而片状珠光体塑形较差，冷镦开裂的机率会成倍增加。另外，冷镦钢表面如有带状组织分布，在冷镦过程中会出现表里变形不均匀，应力集中于表面，加之带状组织具有塑性低、脆性高的特点，也易发生冷镦开裂。因此在冶炼和轧制过程中应加强控制防止带状组织的形成。

（5）表面质量缺陷。裂纹、折叠和划伤是影响冷镦钢性能的主要表面缺陷。冷镦钢若存在此类表面缺陷，在加工时会引起应力集中，极易出现冷顶锻开裂现象，因此线材表面应光滑，不得出现影响使用的有害缺陷。

4 提高冷镦钢质量的措施

提高冷镦钢质量的措施主要有以下几方面：

（1）提高钢水冶炼过程的控制能力，加强对终点碳的控制，减少各炉之间化学成分的差值。提高含铝冷镦钢中酸溶铝的含量。

（2）钢中的硫、磷、氧、氢等有害元素可通过铁水预处理和炉外精炼有效去除，同时可以将氮、铝的含量控制在适宜的范围。

（3）采用LF炉外精炼和全程保护浇注，降低氧氮含量及夹杂物的形成。

（4）加强钢坯验收和装炉前的质量检查，防止有表面质量问题的钢坯入炉，进入下一道工序。

（5）严格控制在炉温度和加热时间，防止钢坯在炉温度过高或时间过长引起奥氏体晶粒粗大，影响成品晶粒度，同时优化控冷工艺，确保获得粒状珠光体组织。

（6）加强导卫以及轧辊安装管理，防止导卫擦伤轧件表面、防止错辊导致红钢出立式机架后发生扭转现象，减少因成品单边引起变形不均现象。

（7）针对盘条表面出现划痕现象，加强轧件出成品机架后的控制，在检查风冷线是否有毛刺等划伤表面，同时严格要求运行方式，避免在运输过程中出现划痕。

5 结语

如何解决冷镦钢在加工使用过程中出现镦头开裂是大多数国内钢铁企业在开发生产冷镦钢过程中需要分析研究的主要課题。要提高冷镦钢合格率关键是加强过程控制，包括冶炼质量的提高，轧制工艺参数的设定，控冷程序的制定等。所以只有通过严格加强工序过程控制，最终才能提高冷镦钢的综合使用性能。

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