冷镦钢质量问题分析及控制策略
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279管理及其他M
anagement and other
冷镦钢质量问题分析及控制策略
杨成鑫
（厦门海洋职业技术学院，福建 厦门 361102）
摘 要：冷镦钢广泛用于制造标准钢，如螺栓，螺母，螺钉和铆钉。在冷镦钢生产实践中，通过对冷镦钢产生的各种质量问题进
行分析和总结，提出了相应的控制策略和改进意见，以提高冷镦钢的产品质量，满足其生产和使用需求。
关键词：冷镦钢；质量问题；控制策略
中图分类号：TG316
文献标识码：A
文章编号：11-5004（2019）10-0279-2
收稿日期：2019-10
作者简介：杨成鑫，男，生于1984年，汉族，福建厦门人，本科，实验师，研究
方向：金属与热处理。由于冷镦钢具有很好的可塑性，要求在受力后可以产生较
大的变形量，且承载后变形速度要快，所以要求冷镦钢应具有很
高的压力加工性能和力学性能。对于要求更高的此类零配件一
般都是采用进口材料，国产冷镦钢则由于产品质量不足或不稳
定，经常在加工或使用过程中发生表面开裂。本文通过研究冷镦
钢在加工或使用过程中常见的开裂原因，并针对性的给出改进
的意见，希望可以促进质量的改进。
1 冷镦钢的质量问题分析
1.1 化学成分
1.1.1 碳含量
冷镦钢的碳含量对其韧性有很大影响，如果碳含量超过标
准，则在加工过程中容易破裂，因为碳含量过高则形成的片状珠
光体越多，片状珠光体对钢的塑、韧性具有不利的影响。所以，
在生产过程中，应根据标准要求严格控制冷镦钢的碳含量。
1.1.2 其它元素
硫和磷是钢中的有害元素，分别导致钢的冷、热脆性。随着
钢中氮含量的增加，钢的强度，硬度和脆性增加，但成形性和韧
性显着降低，可焊性劣化。另外，氢是钢中白点的根本原因，钢
中的这些白点（小裂缝）引起氢脆化；氧在钢中主要以氧化物的
形式存在，随着金属氧化物含量的增加，钢的塑性和韧性显着下
降，此外，如果钢水的脱氧性差会导致连铸坯中的皮下气泡和表
面孔隙增多，严重影响钢的质量[1]
。
硅通常作为脱氧剂添加到钢中，少量的硅会增加钢的强度，
但是大量的硅会对钢的形状和韧性产生不利影响。锰可以减少
硫的有害影响，提高材料的热加工性能。同时，锰将提高钢的强
度，硬度和淬透性，增强加工硬化，从而降低材料的可塑性。铝
在高温下容易氧化，形成有害杂质，降低钢的机械性能；同时，
铝可以阻碍晶粒长大，提高韧性，改善冷镦钢的整体性能，并减
少扭转过程中的应变老化，因此，应适度控制。
最后，其它大部分合金元素会增加钢的强度和韧性，从而影
响钢的加工性能，因而，这些合金元素的量应取决于钢的不同加
工用途。
1.2 夹杂物
钢中主要有害夹杂物是非金属夹杂物，它们的存在不仅大大降低了钢的强度和韧性，而且容易引起腐蚀和疲劳破坏，并影
响钢的微观结构。因此，应采取各种措施去除钢中的非金属夹杂
物，使残余的夹杂物尽可能分布均匀[2]
。
1.3 晶粒大小
钢的晶粒越细，其变形越均匀，断裂前具有很大的断后伸长
率和断面缩收率，还可吸收更多的能量，提高钢的韧性。并且，
晶粒越细晶界面积越大，晶界可以阻碍裂纹的扩展。因此，钢的
晶粒越细，其综合力学性能越好，对压力加工越有利。对于已形
成粗晶粒的冷镦钢来说，可以通过正火或调质来细化晶粒。
1.4 组织组成
冷镦钢的铸态组织为铁素体和片状珠光体，而片状珠光体
会增加冷劈裂倾向，对冷镦钢成型性和压力加工性明显不利，因
此，一般要通过调质或正火将片状珠光体转化成颗粒状或细片
状，这样不但对压力加工有利，也有利于钢的综合力学性能。另
外，冷镦钢在铸造和热轧后容易形成带状组织，而带状组织会降
低垂直于轧制方向的伸长率、断面收缩率以及冲击韧性，因此，
需要通过一定的方法来消除或减轻，如扩散退火、电渣重熔、快
速结晶、增大锻造比等方法。
1.5 表面质量缺陷
裂纹、皱纹和划痕是冷镦钢的主要表面缺陷，如果冷镦钢中
存在表面缺陷，则在加工过程中容易引起应力集中，并且促成冷
锻裂纹的形成和扩展。因此，要求冷镦钢表面应光滑，这就需要
进一步要求冷镦钢在铸造和轧制过程中要严格控制生产工艺[3]
。
此外，表层脱碳也可视为一种表面质量缺陷，其容易造成表层强
度降低、疲劳破坏加快，所以在轧制过程中应制定可靠的预防措
施来减小脱碳厚度。
2 冷镦钢的质量控制策略
2.1 冶炼阶段
提高冷镦钢冶金质量的主要措施有以下几个方面。
（1）炼钢过程中，必须控制化学成分的均匀性和稳定性，减
少炉膛之间的化学成分差异，可以利用LF炉的成分精调技术，
精确控制每次浇筑的各种化学成分含量，通过对连铸技术标准
的控制，保证钢坯成分的均匀性，并且有效缩小偏析成分。
（2）对于新炉、补炉和新包炼炉都禁止马上用来熔炼冷镦
钢，这样容易产生炉渣，影响冷镦钢的冶金质量；通过洁净化处
理和浇注保护来控制夹杂物数量和夹杂物颗粒大小；通过精炼
或外部热处理，可以有效地除去钢中的硫、磷、氧和氢等有害元
素，并且可以将氮和铝的含量控制在适当的范围内。另外，通过
对原辅材料的严格管理，LF炉精炼和VD优化操作，也可以有
效控制氢、氧、氮的含量和夹杂物的形成。
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均厚度6.18m。上矿体（层）工业矿体从地表至中深部厚度稳
定。矿体厚度沿倾向及走向的变化规律是：东部较厚，一般
7.00m~8.00m，最厚15.30m。西部较薄，一般5.00m~6.00m，最厚
7.40m。上矿层厚度大于8m的地段主要分布于补勘区东部靠南
侧(14－37线)，作东西向展布，长约2.5km，宽200m~600m。该
厚度带的北部有零星地段厚度大于8m，矿层工业矿体的厚度与
P
2O
5含量一般呈消长关系，个别位于沟谷的地段，因次生富集
作用，P
2O
5含量变高，略有波动。
下矿体（层）工业矿体厚度从地表至中深部具变薄的趋势，
但变化不大，变化系数57.70%，从变化系数来看，厚度变化仍属
中等。下矿层除个别地段底零星分布有低品位矿石外，大部分
矿层与矿体吻合。工业矿体厚度3.00m~4.00m，最厚7.95m，平
均3.25m。下矿层工业矿体厚度变化情况与上矿层截然相反，一
般为西部较厚，为4.00m~6.00m，东部较薄，为2.00m~4.00m。矿
区中部靠南段矿体厚度为0，其分布范围东西长约1km，南北宽
约600m。此外，无矿区的北侧及东侧，零星地段厚度小于1m。
工业矿体上、下矿层与全区工业矿体平均品位比较得出结论：
P
2O
5平均含量地表至中深部具下降的特点。
4 矿山的矿床地质及开采技术条件变化特征
据实测和收集矿山相关开采资料分析，昆阳磷矿为海相沉
积的大型磷块岩矿床，厚度较大，品位较高，层位稳定。含矿
岩系为下寒武统中谊村组（Є
1z），具工业价值的矿体（层）为上矿层（Є
1z1-3
）和下矿层（Є
1z1-1
），其间夹灰白色凝灰质粘土岩层
（Є
1z1-2
）。上矿层的顶板为硅质白云岩（Є
1z2
），下矿层的底板为白
云岩夹硅质条带（Є
1y3
）。层序清楚，顶、底板界线及标志明显。
开采后的含磷矿地层系为下寒武统中谊村组(ε
1z)，磷块岩矿床
为稳定的层状，矿体（层）总体为一走向东西，向南缓倾斜的单
斜构造，平均倾角16°，其产状完全与围岩产状一致。矿体（层）
的规模皆指工程控制范围而言，长5.6km，宽1.0km~2.15km。
矿山为露天开采，矿床总体开采技术条件无原则性变化，矿
区在区域上属地震烈度Ⅷ度带，为较不稳定区，地下水质良好，
物理地质现象不发育。
5 结论
综上所述，昆阳磷矿矿区水文地质、工程地质、环境地质现
状调查研究和预测评价，较详细地查明了矿段水文地质条件为
以大气降水充水和矿层及其顶底板充水为主的中等类型；工程
地质条件为以上覆碎屑岩类半坚硬—坚硬岩类、矿层及顶底板
可溶盐岩类坚硬岩类为主的中等类型；矿床开采对环境有一定
影响，环境地质条件中等。矿床开采技术条件勘查类型属中等型
的复合问题矿床（II-4型）。
参考文献
[1] 昆阳磷矿沉积环境与矿床地球化学[J].杨帆,肖荣阁,夏学惠.地质与勘
探.2011(02).
[2] 中化地质矿山总局云南地质勘查院《云南省晋宁县昆阳磷矿资源储量核实报
告》.2012.6.
（上接279页）
（3）严格控制炉温和加热时间，防止坯料在炉内过高或过
长，导致奥氏体粗大，影响成品晶粒度，优化冷轧控制工艺，保
证颗粒状珠光体组织的绝对数量。另外，可以采用M-EMS控制
技术，以及先进的冷却技术，来改善铸坯的疏松、偏析、裂纹、
晶粒度细化等组织问题，从而提高等轴晶比率，最高可达72%。
2.2 连铸阶段
必须在连续铸造中控制钢渣和内、外部缺陷。例如，正确控
制吹渣过程和转炉下渣量，采用复合脱氧技术，使钢中的氧含量
降低；采用碱性中包覆盖剂，既可有效降低钢水的二次氧化，又
可去除钢中夹杂物[4]
；另外，在生产中，采用全保护铸造，确保
长喷嘴的Ar密封和浸入式喷嘴的良好密封，使浸入式喷嘴严格
集中在铸模中，可以有效防止二次氧化。
此外，在连续铸造时，需要减轻枝晶偏析程度，它是由合金
的冷却速度及偏析元素的扩散能力等因素决定的，可以通过加
快冷却速度，采用变质处理来细化晶粒以缩小晶内偏析的范围；
另外，也可以选择一些适当的添加剂来改变合金结晶性质，降低
偏析程度。
2.3 轧制准备阶段
轧制前，沟槽表面应严格检查和清洗，以保证冷镦钢表面质
量，并且加强钢坯检查和炉前质量检查，防止表面质量问题的钢
坯进入下一道工序，最后还要选择合适的轧辊和变形均匀的轧
制系统，保证冷镦钢表面质量，减少裂纹的产生。
2.4 轧钢阶段
轧钢时，要求加热温度需均匀，截面温差小于30℃，以防止
板坯过热，并有效控制脱碳层厚度；选择合适的加热温度（大约
940±20℃）、保温时间和炉内气氛，防止温度过高、时间过长而形成粗晶粒降低机械性能，减少表面烧损和脱碳；选择合适的
冷却速度即轧制完成后冷镦钢保持一定传送速度（可看作流动
空气中冷却），这样有利于获取细片状珠光体，减少残余应力；
控制钢的冷却参数，以确保将温度精确控制在±10℃范围内，
从而使产品具有良好的微观结构和机械性能；使用延迟冷却，
使奥氏体充分进行分解转变，以便得到合适的铁素体和珠光体
晶粒，提高冷镦钢的强度，降低钢内残余应力，保持塑、韧性最
佳状态。另外，减少压力加工次数，以获得组织均匀的细晶粒冷
镦钢，使其具有良好的综合力学性能。
3 结束语
我国冷镦钢在多年的生产制造过程中取得了一定的成果，
但相对于欧美、日本这些国家来说，还有一定的差距，所以在以
后的研究和应用中还有很多工作要做，本文简要提出几点建议。
（1）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。
（2）借鉴国内外先进的生产经验，修正不足或错误的生产方
式方法，并通过后期的研发与实践，优化各项生产工艺及其他生
产要素，提升冷镦钢的性能和使用寿命。
（3）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。
参考文献
[1] 吴瑞祥.影响冷镦钢质量的主要因素及控制措施研究[J].湖南冶金,2002(2):22-24.
[2] 庞波，等.影响冷镦钢质量因素的研究[J].金属制品,2006(6):31-34.
[3] 安诚庆，等.冷镦钢顶锻开裂原因分析及其改进措施[J].轧钢,2003,(1):66-67.
[4] 孙维，等.低碳低硅高铝冷镦钢小方坯连铸工艺研究[J].炼钢，2005(4):34-37.
