1 项目简介
冷镦钢指采用冷(部分温热)镦工艺生产的零部件用钢，被广泛应用于螺钉、螺母、螺栓等紧固件、连接件的生产。本项目的研究对象为12.9级发动机安全件级螺栓用冷镦钢。 虽然我国钢铁行业产能巨大，但国内高端螺栓用冷镦钢长期依赖于进口，工信部已经把12.9级(1.2GPa级或1200MPa)高端紧固件冷镦用钢列为中国钢铁工业6项关键品种重大工程之一。 目前实验室研究了大量的各种类型的13.9、14.9、15.9，甚至17.8、19.8的超高强度冷镦螺栓钢，但是目前能够工业化生产的冷镦螺栓产品，其最高级别还是12.9级。 从新日铁、浦项等进口的原始热轧盘条(神户一般为精线)与国内原始热轧盘条一起在富奥、东风等国内生产厂进行热处理，完成螺栓生产。由于下游企业对国内外高端螺栓的制作工艺可以保持完全一致，因此国产螺栓的问题主要出在母材上。 |
经过本团队长时间的跟踪研发，在满足严格的性能测试与疲劳检测的情况下，目前已经能够给商用车发动机安全件供货，也逐步开始进行乘用车汽车发动机缸盖螺栓供货。但是最高性能的12.9级乘用车发动机连杆螺栓、飞轮螺栓，国内包括本团队在内仍旧处于攻关之中。目前，开发了普通高品质冷镦钢低碳排放下的小方坯高效绿色增产技术：
(1) 不使用LF的情况下，铁耗稳定控制到730kg/t。正在实现铁耗稳定控制到710kg/t以下，班次铁耗最低下探700kg/t以下。
(2) 实现煤气回收规模化烘烤补热，提高入炉废钢比例，精细化操作维持炉子平稳运行，有效降低金属喷溅和溢渣出现几率。生产过程中，班次铁耗最低能够达到710kg/t。
(3) 60吨转炉冶炼周期稳定控制在21min左右，正在争取控制20min左右。
(4) 在实现上述目标的情况下，保持连铸坯质量稳定，维持轧钢每月低堆钢次数，保持下游用户加工合格率稳定。
目前对于12.9级高强度螺栓用冷镦钢能够完成的指标：
(1) 表层2mm内夹杂物尺寸小于5μm比例大于70%，小于15μm比例大于90%。
(2) 大方坯冷酸下的1/4处偏析与中心偏析0.5级以下，热酸下的1/4处偏析1.5级以下。
(3) 轧材95%表面裂纹20μm以下，95%表面脱碳为零，100%表面脱碳控制0.5%D以下。
(4) 热轧奥氏体晶粒度根据要求，可以在8-10级的范围内实现稳定控制。热轧盘条搭接与非搭接处的抗拉强度波动控制在50MPa以内。
(5) 两次球化退火时间共控制10h以内。达到日本进口盘条组织及力学性能（晶粒度、组织、应变硬化指数、抗拉强度、延伸率、面缩率、冲击性能）。
(6) 高周疲劳测试达到国内先进水平，但是稳定性不如国外产品。
目前主要研究与已经完成且可以合作的内容如下：
(1) 全面取样并检测了日本神户、新日铁、韩国浦项，宝钢模铸与连铸，邢钢SCM435、SCM435-C与SCM435-Q的精线与轧材的各项指标。
(2) 进行过连铸、加热炉、轧制、冷却、球化退火工艺参数的调整与优化，解决了冷锻开裂、中心偏析、1/4处偏析、表面脱碳、组织优化与均匀化、奥氏体晶粒度、疲劳性能的检测等。目前，已经达到12.9级乘用车发动机螺栓的生产标准。
(3) 了解下游汽车零部件对12.9级高端螺栓的各种供货指标与各项隐性要求。
(4) 可以和钢厂合作，帮助联系下游高端车用零部件厂商，进行盘卷的供货与试用。
2.应用前景
1 冷镦钢的研究意义与应用前景 u 国外产品垄断了高端市场：2019年我国粗钢产量9.96亿吨，占世界的53.3%，与此同时大量进口高附加值钢材，尤其以高端发动机螺栓钢、轴承钢等为代表的高端产品。到2019年为止，国内合资品牌乘用车、高端商用车、飞机、轮船、火车等12.9级高端发动机螺栓用钢一直由国外个别厂商垄断，国内外母材价格差异极大。工信部已经把12.9级高强度紧固件用钢列为中国钢铁工业6项关键品种重大工程之一。 u 能够工业化生产的最高级别螺栓仍为12.9级：目前实验室研究了大量的1300MPa、1400MPa级，甚至1600MPa级别的高强度螺栓，但是国际上能够工业化生产的螺栓，其最高级别还是12.9级。由国外进口的12.9级高端发动机螺栓用钢也主要以SCM435、SCM440等冷镦钢为主。 u 机械工业的巨大需求：综上所述，国内对高端螺栓钢需求紧迫，仅仅对于汽车工业而言，一辆轿车平均用紧固件1500个约50公斤，费用约占整车成本的2.5~3%。一辆中卡或重卡车平均需要各种紧固件90公斤。根据中国汽车工业协会的信息，我国汽车年产销达到2500万辆左右，继续蝉联全球第一。 2 冀南地区冷镦钢产业链的发展 (1) 邯郸市为钢铁大市：河北省为中国产钢第一大省，邯郸为全国第二大钢铁产能大市(产能占美国60%)，为河北重要的钢材生产基地，钢铁行业仍是邯郸市的重要经济支柱。 (2) 永年周边为冷镦钢的重要销售市场：邯郸的标准件产业为河北省十大地方特色产业之一，目前，邯郸永年区拥有标准件行业注册生产企业上千家，其中销售额达亿元以上的有23家，销售额达5000万元以上的有200多家，主要产品有螺栓、螺母、索具等，产品销往全国31个省市，广泛应用于建筑、装饰、铁路、高速公路、机械、化工、家电、汽车、家具等领域。永年紧固件年产量300万吨左右，标准件产量700万吨左右，产销量约占全国的55%，是全国最大的标准件生产加工基地和集散中心，被誉为“中国紧固件之都”，拥有亚洲最大的标准件生产基地，冷镦钢基本都能就近销售。 |
(3) 低端产品过剩的影响逐步显现：当下面对错综复杂的国际关系和全球经济放缓的背景，当前的标准件市场低端过剩、高端不足的趋势非常明显，2019年1-11月标准紧固件出口数量为289万吨，同比下降4.2%，出口额下降2.2%。我国紧固件出口均价为1780美元/吨，而进口汽车发动机上紧固件价格超过10000美元/吨。永年标准件85%为中低端产品，甚至低于全国均价，鉴于此，目前邯郸冷镦钢上下游要逐步解决集中度低、档次低、附加值低等问题。这将要求上下游产业：① 低端产品高品质化；② 产品结构的中高端升级；③ 高端国外替代产品性能质量的稳定化。
3 产业、社会与经济效益
冀南地区的几家钢铁企业大部分都有线材产能，仅仅统计线材产量，最大的年产量达到300万吨，小的大概100万吨左右。2021年低端含税价格4500元左右，高端的钢种吨钢能达到5000元左右，而国内先进企业能达到7000元，进口的高端冷镦钢每吨能达到1万元以上，加工成紧固件后的价格差异更大。冀南地区各钢厂仅仅线材这块，大部分企业年产值40-200亿元左右，每吨钢提升500元，增加产值5-15亿元；每吨钢提升利润100元，钢铁企业利润将增加1-3亿元。在目前钢铁控制产能的大环境下，需要企业产品逐步高端化并代替国外部分产品。
