孙浩然
（安阳钢铁有限公司，河南安阳）
摘要：介绍了汽车紧固件用钢的性能要求以及冶炼和轧制特点； 相关清洁螺栓钢、微合金非调质钢、免退火钢、硼钢、抗延迟断裂高强度钢的现状和现状。 阐述发展方向； 为实施汽车紧固件用钢国产化指明了努力方向。
关键词：汽车紧固件、微合金、非调质钢、免退火钢、粉碎钢、延迟断裂性能、高强度钢
据中国汽车工业协会2010年1月统计，2009年我国汽车产销量分别为1379.1万辆和1364.48万辆，同比分别增长48%和46%。 汽车工业的快速发展增加了对钢材的需求。 尽管我国已连续多年成为全球最大的钢铁生产国，但由于强度限制，汽车发动机和关键部件紧固件所用钢材仍以进口产品为主。 同时，汽车高性能化、轻量化的发展趋势对汽车紧固件的设计应力和轻量化提出了更高的要求。 紧固件用高强度钢是解决这一要求的最有效途径。
1 汽车紧固件用钢的性能要求
汽车紧固件用钢要求：（1）具有良好的表面质量、高水平的尺寸精度和低水平的非金属夹杂物和偏析； (2)具有较高的抗拉强度和良好的冷镦性能； (3)具有较高的抗疲劳性能和抗多次冲击拉伸性能； (4)具有足够低的延迟断裂敏感性和低的韧脆转变温度。
2 汽车紧固件钢的冶炼及轧制特性
2.1 冶炼技术
采用炉外精炼、电磁搅拌连铸工艺。 主要目的是将钢中的C、Si、Mn、Cr、Mo等主要元素成分控制在较小范围内，并降低钢中P、S、0、N等杂质的含量尽可能地达到钢的高纯净度和高纯净度。 目的是具有低的非金属夹杂物和低的偏析水平，从而改善钢的冷镦性能，提高钢的表面质量。
2.2 轧制技术
采用具有控轧、控冷功能的高速高精度轧制工艺，获得轧制热处理盘条（非调质或免退火），并使其具有良好的尺寸精度（无需拉拔加工） ）和尽可能少的表面缺陷（无需剥离）。
3 汽车紧固件用钢现状及发展方向
3.1 清洁螺栓钢
从提高钢的冷镦性能、提高钢的质量的角度来看，需要尽可能地降低钢中杂质元素的含量。 降低S含量可以提高钢的变形能力，减少钢中的非金属夹杂物，提高韧性和塑性； 降低P含量可以降低钢的变形抗力，同时降低P、S含量还可以减少其晶界偏析。 减少晶界脆化，提高钢的抗延迟断裂性能； 降低钢中0含量，可以有效减少氧化物夹杂物，从而提高钢的冷加工变形能力。
钢铁研究总院对高洁净钢的应力腐蚀阈值应力强度因子KISCC进行了研究。 高洁净钢的KISCC明显高于商品钢。 因此，为保证钢材仍具有较高的综合性能，应进一步降低高强螺栓钢的P、S含量。
3.2 经济型高强螺栓钢
3.2.1 微合金非调质钢
采用微合金非调质钢制造螺栓，可省去螺栓冷拔前的球化退火和螺栓成型后的调质处理。 还可减少螺纹脱碳倾向，提高螺栓成品率。 经济效益非常明显。 。
微合金非调质钢中常用的微合金元素有：Ti、Nb、V、B等。在轧制前的加热过程中，要保证微合金元素充分溶解，然后在控轧时在冷却过程中，弥散的微合金元素碳氮化物析出，抑制奥氏体晶粒的长大，获得细小的晶粒，不仅可以提高钢的强度，而且可以提高钢的韧性和塑性。 值得一提的是B。微量的B可显着提高钢的淬透性，显着延缓珠光体转变。 与低温轧制相结合，有利于提高铁素体含量，从而改善钢的冷镦性能。 表现。 微合金元素在钢中的主要作用如表1所示。
微合金化非调质钢的组织为低碳含锰铁素体+珠光体和贝氏体。 由于微合金元素的细化晶粒的作用以及铁素体和珠光体中碳、氮的弥散和析出化合物的强化相，使钢无需经过调质处理即可获得中碳钢的力学性能滚动后。 微合金非调质钢主要用于加工8.8级高强度螺栓。 国内外已使用的钢号有：日本神户、日本住友金属SUC80、中国、马钢生产的MFT8。 还有少量采用微合金非调质钢制成的10.9级双头螺栓。 对于更高强度级别，如12.9级高强度螺栓，尚无采用微合金非调质钢的实例。
冷作强化非调质钢通过实现两相区温度轧制，由微合金化向形变超细化组织发展，并采用不含或少量微合金化元素的钢来生产。 可用于高强度紧固件冷镦加工的线材和棒材不仅节约资源和能源，而且保护环境。 因此，开发节能环保的高强度紧固件用钢生产技术是近期乃至未来的重要一步。 木材生产技术的发展方向。
3.2.2 免退火中碳钢或中碳合金钢
以普通热轧状态交货的钢材，往往需要先进行球化退火，以满足冷成型的要求。 目的是通过球化退火使钢的显微组织中的片状碳化物（渗碳体）变成球状，从而获得变形抗力低、塑性优良的材料。 免退火中碳钢或中碳合金钢在一定条件下可以使球状渗碳体直接从过冷奥氏体中稳定析出。 研究证明，奥氏体向珠光体转变过程中，渗碳体从母相中以片状析出，是一种亚稳定状态。 理论上，存在自发转变为热力学更稳定的球形渗碳体的倾向，这是吴凡等人还测量了片状渗碳体转变为球形渗碳体所需的活化能。
稳定的奥氏体不可能析出稳定的球形渗碳体。 据研究，低碳钢在高应变率和大应变下变形略高于Ar3，可以获得2μm以下的超细铁素体，影响其周围未相变奥氏体的分解模式，表现为在随后的冷却或退火过程中，奥氏体加速其向退化珠光体的转变并缓慢粗化。 对于珠光体含量较高的中碳钢，通过控轧可以得到非平衡奥氏体钢材温度变形系数，再通过后续的控冷，可以获得球状渗碳体而不是片状渗碳体，从而实现在线软化处理。
传统高速线材轧机难以实现在线软化处理，因为无法实现低温、大变形控制轧制，且控制冷却线太短。
日本神户制钢所七线材厂于1999年对设备进行了改造，增加了具有超重负荷能力的减定径机组，并将风冷输送线由原来的48m增加到100m。 2001年 改造后的线材轧机成功实施在线软化处理，生产的冷镦钢线材强度在以下，低于传统的以上。
国内马鞍山钢铁公司较早对高强度冷镦钢在线软化处理工艺进行研究，其-M免退火钢用户可直接生产冷拉钢。 安阳钢厂高速线材生产线采用摩根第6代轧制技术，施泰尔默风冷输送线长105m。 经过多年的探索，生产的-440系列高强度冷镦钢也达到了在线软化工艺要求的效果。 例如，电解夹杂物平均总质量分数为0.005 8%，中心气孔和中心缩松等级为0.5，其热轧组织主要为铁素体+珠光体，脱碳层总深度小于0.15 mm 。 φ6.5~16mm各种规格线材晶粒度级别在8级以上，硬度HRB值在90左右。用户可实现9小时的简化退火工艺，减少加工时间2以上/3与30小时以上的球化退火工艺相比。
3.2.3 硼钢
硼钢的特点：（1）具有良好的冷变形能力，可省去冷变形前的退火处理； (2)淬火脆性倾向低，可水淬； (3)微量硼的添加可以部分替代昂贵的合金元素的添加； (4)低碳钢的延迟断裂敏感性较低。
硼钢成分设计的基本原则是降低碳含量，提高钢的冷变形能力； 添加质量分数0.0005%～0.003 5%的微量硼，以弥补因减碳而造成的强度和淬透性的损失。 此外，还可根据需要添加Cr、Mn、Ti等合金元素，进一步提高淬透性。
一般8.8级螺栓采用当量低碳含锰硼钢，9.8、10.9级螺栓采用当量中碳含锰硼钢，或等同硼钢。 但由于硼钢的回火软化阻力小，其回火温度比硼钢低60～80度。 因此，10.9级硼钢高强螺栓的延迟断裂敏感性较高。
国内解决这一问题的办法是通过提高硼钢中V含量，同时降低P、S、C含量来提高硼钢的综合力学性能。 我国1992年研制成功该钢，并列入GB/T 6478-2001《冷镦和冷挤压用钢》。 用于制造发动机连杆螺栓、缸盖螺栓和摩托车高强度螺栓。 质量非常好，在1000~拉伸强度范围内的抗延迟断裂性能相当于或优于钢材。
日本大同特钢最近开发出10.9级抗延迟断裂螺栓钢，其成分为：w(C)=0.25%、w(Si)=0.03%、w(Mn)=1%、w(P)=0.01 %，w(S)=0.002%，w(Cr)=0.3%，w(Ti)=0.05%，w(Nb)=0.025%，w(B)=0.002%，轧制组织为低硬度铁素体+珠光体，由于降低了杂质元素P和S的含量，并添加Ti和Nb细化晶粒，该钢种在1000-1300 MPa强度范围内的抗延迟断裂性能相当于或优于钢，具有用于制造10.9级汽车螺栓。
国内安阳钢厂也已按美国标准成功开发生产10B21系列硼钢。 其w(N)为0.0022%-0.0054%，平均值为0.0038%； w(0)为0.0016%-0.0036%，平均值为0.0028%。 热轧组织为铁素体+珠光体，脱碳层总深度小于0.15毫米，线材晶粒度为8级以上，1/2冷镦合格率为100%。 但该钢种在连铸拉拔过程中，有时会出现拐角处密集的细小横向裂纹，并在相应的盘条表面产生大量的伤痕。 产量不高。 因此，安钢厂10B21系列硼钢的规模化生产尚需时日。 天。
3.2.4 抗延迟断裂高强钢
延迟断裂是指材料在静应力作用下经过一定时间后突然发生脆性破坏。 它是一种由于材料-环境-应力相互作用而发生的环境脆化，是氢致材料劣化的一种形式。 当超过强度时，高强螺栓钢的延迟断裂变得十分突出，导致事故频发。 因此，开发抗延迟断裂的高强度螺栓钢一直是近年来国内外研究的热点课题之一。
高强度螺栓多由回火马氏体制成，此类钢对延迟断裂较为敏感。 考虑到结构因素对高强螺栓抗延迟断裂性能的影响，可采用适当的等温处理工艺，获得复杂组织的下贝氏体和适量的马氏体和残余奥氏体。 贝氏体和奥氏体组织具有高强度和良好的抗延迟断裂性能，以在高强度下实现良好的抗延迟断裂性能。 或者通过适当的热处理工艺，可以获得无晶界或晶界碳化物较少的细小马氏体组织，也能具有良好的抗延迟断裂性能。
国内外在抗延迟断裂钢种的开发中常采取以下措施。
(1)减少晶界偏析。 尽可能降低杂质元素P、S含量，同时降低Mn含量，防止晶界脆化（P降低晶界结合强度，S促进腐蚀环境中吸氢，Mn易引起P和 S 共同分离）。
(2)细化粮食。 添加Ti、Nb、V、Al等元素，生成弥散析出的碳氮化物，细化奥氏体晶粒，增加强度，改善铺装性能。
(3)提高回火温度。 添加Mo、V等抗回火软化能力较强的元素钢材温度变形系数，提高回火温度，避开易引起晶界脆化的回火温度区，并使碳化物细小、均匀。
(4)调整合金元素。 例如，添加Ni并减少Mn可以获得较高的缺口韧性。
(5)尽可能减少侵入钢表面的氢量，即添加抑制腐蚀坑形成的合金元素，如Mo等。
(6)使侵入的氢气无害化。 添加适量的微合金元素Ti、Nb、V，形成细小的碳氮化物，从而使氢分布均匀，抑制氢的扩散。
近年来，国内外通过添加微合金元素并调整其含量，成功开发了一系列具有优良抗延迟断裂性能的高强度螺栓钢，如日本住友金属的ADS系列和神户制钢所的KNDS系列。 。 和配比可获得高强度和优异的抗延迟断裂性能，其使用效果明显优于钢材。 在钢铁研究总院的指导下，我国大连钢厂在钢的基础上，通过降低S、P、Si、Mn含量，成功研制出级高强度螺栓钢（ADF1）。 有了显着的改进，生产的13.9~14.9级高强度螺栓已应用于依维柯轿车和康明斯发动机。
4。结论
我国汽车工业的快速发展给国内汽车紧固件钢带来了巨大的市场机遇。 汽车紧固件用钢的高强度化已成为市场发展的必然趋势。 我国有条件的钢铁企业应加快汽车紧固件用钢的发展。 在紧固件用钢的研发和生产中，要借鉴国内外先进的生产工艺和成果，提高汽车紧固件用钢的国产化率。
