国内紧固件行业用钢现状及新产品开发用钢前景
2005-07-28 00:00 来源： 我的钢铁 作者：mysteel
一、我国紧固件行业用钢现状
紧固件是一种量大面广最普通的通用基础件。制造紧固件可以用钢、有色金属、不锈钢、钛合金或者其他工程材料。其加工方法可以是热加工也可以是切削加工，但占90%以上的是冷镦冷剂压加工，冷加工工艺制造的产品精度高、质量好、生产效率高。
紧固件冷镦用钢按照产品的工艺过程特点又能分为4种类型：第一类是非热处理型，主要是低碳系列，加工的成品等级是3.6~5.8级；第二类是调质型，主要是中碳、低合金钢、合金钢系列，加工的成品等级可以是8.8~12.9级；第三类是表面硬化型，以ML18Mn、ML22Mn和ML20Cr，其加工成品是以自攻、自钻螺钉为主；第四类是非调质，亦称为微合金非调质钢，紧固件用非调质钢主要是冷作硬化型非调质钢，牌号前冠以“LF”字母产品加工等级主要是8.8级和10.9级高强度紧固件。
我国目前虽然是一个紧固件大国，年产量预计在300万~320万吨，年耗钢材400万吨左右，但紧固件冷镦用钢的发展较迟。冷镦ML35钢线材完全国产化是从1999年宝钢高线投产以后才实现的。紧固件用钢的品种规格都比较少，不能满足紧固件的内需和出口，不得不借用JIS标准中G3506、G3507以及美国标准ASTM510A等牌号标准。
近几年，我国钢铁业开发了M6、M8、M10、ASTM1018、ASTM1022、ML20、ML35、SWRCH35K、SCM435等一批冷镦钢。目前，国内的冷镦钢实物质量和品种尚不能满足紧固件行业的要求，特别是汽车、机械制造、能源、交通、桥梁、建筑、环保、化工及航空、航天等领域，对高精度，高强度紧固件、钢结构连副及非标异型件的需求日益高涨，这也是紧固件行业调整方向，为此，高纯精度、高性能、高质量的冷镦钢需求也更为迫切，尤其是不锈钢、特种钢和工艺精线材很多品种还要进口。到目前为止，也还没有一个钢厂能独立提供工艺成品线材。
二、紧固件用冷镦钢的一般质量要求
尺寸要求 目前冷镦钢线材国内能提供的是φ5.5~40mm，较成熟的范围是φ6.5~25mm。尺寸公差按照GB14981热轧盘条直径和尺寸公差标准中的规定执行。往往由于尺寸不足，表面存在“黑皮”，这样可能给拉丝工序带来麻烦。
表面质量 线材表面应光滑圆整，无凹凸折叠、结疤裂纹、麻点。
显微组织 基本组织（除特殊要求外）应该是铁素体+珠光体（F+D），要求组织为2~4级、3级为好。
低倍组织 应该严格控制，不应有缩孔、分层、白点、中心疏松、偏析、中心增碳等。
脱碳层 对含碳0.3%以上的冷镦线材应严格控制，一般情况单边的脱碳层深度（铁素体+过渡层）不得大于直径1.0%。
晶粒度 要求晶粒度适中，一般为5~7级。
非金属夹杂物 夹杂物是造成冷镦开裂的主要原因之一，B类（氧化铝）和D类（球化氯化物）夹杂的影响最大，颗粒愈大，愈易开裂，在距表面2mm以内的夹杂物不应大于0.15mm。
冷镦（冷顶锻）试验 冷镦（压扁）试验是最重要的指标之一，一般要求做外六角螺栓应保证1/2H合格，做螺母和法兰面螺栓及非标件必须保证1/3H试验合格。
化学成分（熔炼成分） 成分纯净，有害元素杂质少、元素构成比例正确是优质钢的重要标志，除S、P要求以外，对Mn、Si、Al元素及Cu、Ni、Cr残余元素也应控制。
除上述冷镦钢的一般要求以外，即使达到标准中要求指标范围的合格线材，针对紧固件行业特点还有一些更具体的要求，要钢厂与下游用户密切配合的，具体有以下几点：
1、线材的通条性能要求均一，避免同卷中头尾硬、中间软或者时软时硬。
2、同批交货的线材成分应尽量一致，尤其是要调质处理的产品，避免因化学成分差异而造成热处理后产品性能差异过大；对非标异型件及钢结构螺栓要求评价成品性能“离散度”的用料更要严格筛选。
3、有些线材品种如直径φ8mm、φ10mm、φ12mm、φ16mm等工厂拉丝的减面率较小，拉拔量均在0.5mm以内，钢厂应该做到“上公差”交货。
4、同一牌号的元素组成比例在允差范围内应更趋优化合理。
5、利用现有的先进设备，对那些不再经退火软件的线材品种，出厂时尽可能的调整好硬度，有利于紧固件工厂在使用中更好的发挥冷镦变型的能力，使产品外观更完美。
6、产品质量保证书上除表明规定的成分，机械性能现有项目，增加硬度指标一项（国内有的钢厂已经做到），以便用户在选材料时更适合其需要。
7、提高捆扎质量，防止运输过程中散卷，影响后序的运输和使用，捆扎的外型尺寸要求规范一致。
8、规格组距中应提供逢单尺寸，如：φ7mm、φ9mm、φ11mm、φ13mm；提供“点5”系列，如φ8.5mm、φ10.5mm规格。
三、目前我国紧固件用钢的新产品开发情况
非调质钢 通过采用微合金化、热机控制轧制、控制冷却等强韧化方法，取消（省略）了原有的退火、淬火、回火的调质过程，达到调质钢的基本性能，是8.8级高强度螺钉的新工艺路线，可以大量节约二次加热能源，紧固件用非调质牌号为LF10MnSiTi和LF20Mn20（均还未列入国家标准）。这两种均属于冷作硬化型非调质钢，要求热轧线材。控制在550~700Mpa，冷拉后（时效）800~900Mpa，制造8.8级紧固件。另一种热轧线材控制在600~900Mpa，制造10.9级紧固件。非调质钢总强度的获得不但与钢厂出厂的热轧母材设计强度有半，更与紧固件工厂的接拔工艺、冷镦时效处理的规程都有密切关系。
免退火与简化退火的热轧线材 现代高速轧机的进步和计算机控制技术的发展，冶金物理性能在实践中有了许多进展，热机控制轧制在低温大变形量的工艺实践中有了突破，中碳钢系列可以冷却到750℃的温度界限内压延轧制，使线材获得相似于球化退火效果，使其保持大臻相同的抗变形力，利用受控的缓冷线冷却后的线材，可以“轻拉”（减面率在5%~10%）成品线材可以不经退火处理，直接上机冷镦。在我国8.8级中碳ML35、35K钢具有非常大的市场前景。
新钢种不断的创造和引进，随着紧固件工业的迅猛发展，对外的出口日益增多，汽车、石油、机械各行业的技术进步，对配套的紧固件提出许多新要求，不但是形式尺寸上的，而且是性能与可靠性上的，实际上是对紧固件材料上提出更高的要求，近年来，我国紧固件行业发生了较大的变化，具体表现在以下几个方面：一是采用了国外钢种牌号。如：10B21、SC415、10B22M、10B25LHC、MNB123H，这种主要是出口订单上规定要使用的牌号。二是同一牌照吨的钢种衍生出多个交货状态的品种。例。SWRCH35K，有免退火、正火、退火+磷化被膜交货，满足不同用户的需求。三是大量采用合金、低合金钢种，以适合耐高温、高压力、耐腐蚀的要求SNB5-7、SNB16（JIS4107-94）、SNB21-24（JIS4108）。四是抗延时断裂用钢，近年来大量采用的钢结构用螺栓，抗拉强度超过1200Mpa；国外采用HNDS2制造12.9级螺栓（代替SCM440）延时破断有明显改进，采用45CrNiMoTi在1500Mpa级别使用，其性能优于回火马氏体高强度螺栓，贝氏体钢很少见到有（晶界）碳化物析出，避免了穿晶破坏而发生的延时断裂。
紧固件是一种量大面广最普通的通用基础件。制造紧固件可以用钢、有色金属、不锈钢、钛合金或者其他工程材料。其加工方法可以是热加工也可以是切削加工，但占90%以上的是冷镦冷剂压加工，冷加工工艺制造的产品精度高、质量好、生产效率高。
紧固件冷镦用钢按照产品的工艺过程特点又能分为4种类型：第一类是非热处理型，主要是低碳系列，加工的成品等级是3.6~5.8级；第二类是调质型，主要是中碳、低合金钢、合金钢系列，加工的成品等级可以是8.8~12.9级；第三类是表面硬化型，以ML18Mn、ML22Mn和ML20Cr，其加工成品是以自攻、自钻螺钉为主；第四类是非调质，亦称为微合金非调质钢，紧固件用非调质钢主要是冷作硬化型非调质钢，牌号前冠以“LF”字母产品加工等级主要是8.8级和10.9级高强度紧固件。
我国目前虽然是一个紧固件大国，年产量预计在300万~320万吨，年耗钢材400万吨左右，但紧固件冷镦用钢的发展较迟。冷镦ML35钢线材完全国产化是从1999年宝钢高线投产以后才实现的。紧固件用钢的品种规格都比较少，不能满足紧固件的内需和出口，不得不借用JIS标准中G3506、G3507以及美国标准ASTM510A等牌号标准。
近几年，我国钢铁业开发了M6、M8、M10、ASTM1018、ASTM1022、ML20、ML35、SWRCH35K、SCM435等一批冷镦钢。目前，国内的冷镦钢实物质量和品种尚不能满足紧固件行业的要求，特别是汽车、机械制造、能源、交通、桥梁、建筑、环保、化工及航空、航天等领域，对高精度，高强度紧固件、钢结构连副及非标异型件的需求日益高涨，这也是紧固件行业调整方向，为此，高纯精度、高性能、高质量的冷镦钢需求也更为迫切，尤其是不锈钢、特种钢和工艺精线材很多品种还要进口。到目前为止，也还没有一个钢厂能独立提供工艺成品线材。
二、紧固件用冷镦钢的一般质量要求
尺寸要求 目前冷镦钢线材国内能提供的是φ5.5~40mm，较成熟的范围是φ6.5~25mm。尺寸公差按照GB14981热轧盘条直径和尺寸公差标准中的规定执行。往往由于尺寸不足，表面存在“黑皮”，这样可能给拉丝工序带来麻烦。
表面质量 线材表面应光滑圆整，无凹凸折叠、结疤裂纹、麻点。
显微组织 基本组织（除特殊要求外）应该是铁素体+珠光体（F+D），要求组织为2~4级、3级为好。
低倍组织 应该严格控制，不应有缩孔、分层、白点、中心疏松、偏析、中心增碳等。
脱碳层 对含碳0.3%以上的冷镦线材应严格控制，一般情况单边的脱碳层深度（铁素体+过渡层）不得大于直径1.0%。
晶粒度 要求晶粒度适中，一般为5~7级。
非金属夹杂物 夹杂物是造成冷镦开裂的主要原因之一，B类（氧化铝）和D类（球化氯化物）夹杂的影响最大，颗粒愈大，愈易开裂，在距表面2mm以内的夹杂物不应大于0.15mm。
冷镦（冷顶锻）试验 冷镦（压扁）试验是最重要的指标之一，一般要求做外六角螺栓应保证1/2H合格，做螺母和法兰面螺栓及非标件必须保证1/3H试验合格。
化学成分（熔炼成分） 成分纯净，有害元素杂质少、元素构成比例正确是优质钢的重要标志，除S、P要求以外，对Mn、Si、Al元素及Cu、Ni、Cr残余元素也应控制。
除上述冷镦钢的一般要求以外，即使达到标准中要求指标范围的合格线材，针对紧固件行业特点还有一些更具体的要求，要钢厂与下游用户密切配合的，具体有以下几点：
1、线材的通条性能要求均一，避免同卷中头尾硬、中间软或者时软时硬。
2、同批交货的线材成分应尽量一致，尤其是要调质处理的产品，避免因化学成分差异而造成热处理后产品性能差异过大；对非标异型件及钢结构螺栓要求评价成品性能“离散度”的用料更要严格筛选。
3、有些线材品种如直径φ8mm、φ10mm、φ12mm、φ16mm等工厂拉丝的减面率较小，拉拔量均在0.5mm以内，钢厂应该做到“上公差”交货。
4、同一牌号的元素组成比例在允差范围内应更趋优化合理。
5、利用现有的先进设备，对那些不再经退火软件的线材品种，出厂时尽可能的调整好硬度，有利于紧固件工厂在使用中更好的发挥冷镦变型的能力，使产品外观更完美。
6、产品质量保证书上除表明规定的成分，机械性能现有项目，增加硬度指标一项（国内有的钢厂已经做到），以便用户在选材料时更适合其需要。
7、提高捆扎质量，防止运输过程中散卷，影响后序的运输和使用，捆扎的外型尺寸要求规范一致。
8、规格组距中应提供逢单尺寸，如：φ7mm、φ9mm、φ11mm、φ13mm；提供“点5”系列，如φ8.5mm、φ10.5mm规格。
三、目前我国紧固件用钢的新产品开发情况
非调质钢 通过采用微合金化、热机控制轧制、控制冷却等强韧化方法，取消（省略）了原有的退火、淬火、回火的调质过程，达到调质钢的基本性能，是8.8级高强度螺钉的新工艺路线，可以大量节约二次加热能源，紧固件用非调质牌号为LF10MnSiTi和LF20Mn20（均还未列入国家标准）。这两种均属于冷作硬化型非调质钢，要求热轧线材。控制在550~700Mpa，冷拉后（时效）800~900Mpa，制造8.8级紧固件。另一种热轧线材控制在600~900Mpa，制造10.9级紧固件。非调质钢总强度的获得不但与钢厂出厂的热轧母材设计强度有半，更与紧固件工厂的接拔工艺、冷镦时效处理的规程都有密切关系。
免退火与简化退火的热轧线材 现代高速轧机的进步和计算机控制技术的发展，冶金物理性能在实践中有了许多进展，热机控制轧制在低温大变形量的工艺实践中有了突破，中碳钢系列可以冷却到750℃的温度界限内压延轧制，使线材获得相似于球化退火效果，使其保持大臻相同的抗变形力，利用受控的缓冷线冷却后的线材，可以“轻拉”（减面率在5%~10%）成品线材可以不经退火处理，直接上机冷镦。在我国8.8级中碳ML35、35K钢具有非常大的市场前景。
新钢种不断的创造和引进，随着紧固件工业的迅猛发展，对外的出口日益增多，汽车、石油、机械各行业的技术进步，对配套的紧固件提出许多新要求，不但是形式尺寸上的，而且是性能与可靠性上的，实际上是对紧固件材料上提出更高的要求，近年来，我国紧固件行业发生了较大的变化，具体表现在以下几个方面：一是采用了国外钢种牌号。如：10B21、SC415、10B22M、10B25LHC、MNB123H，这种主要是出口订单上规定要使用的牌号。二是同一牌照吨的钢种衍生出多个交货状态的品种。例。SWRCH35K，有免退火、正火、退火+磷化被膜交货，满足不同用户的需求。三是大量采用合金、低合金钢种，以适合耐高温、高压力、耐腐蚀的要求SNB5-7、SNB16（JIS4107-94）、SNB21-24（JIS4108）。四是抗延时断裂用钢，近年来大量采用的钢结构用螺栓，抗拉强度超过1200Mpa；国外采用HNDS2制造12.9级螺栓（代替SCM440）延时破断有明显改进，采用45CrNiMoTi在1500Mpa级别使用，其性能优于回火马氏体高强度螺栓，贝氏体钢很少见到有（晶界）碳化物析出，避免了穿晶破坏而发生的延时断裂。
