SWRCH22A自攻螺丝断裂原因分析及解决措施

山西冶金

SHANXIMETALLURGYTotal173No.3，2018

DOI:10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2018.03.06

SWRCH22A自攻螺丝断裂原因分析及解决措施

吴德兴，农之江

（宝钢集团广东韶关钢铁有限公司，广东

摘

韶关

512123）

发现螺丝中心存要：针对SWRCH22A线材拉拔后再加工M4×30mm自攻螺丝，成品螺丝发生使用断裂，

在孔洞质量问题，对螺丝进行金相组织检测、电镜能谱检测分析。通过对螺丝的不同加工工序产品进行检测分析，发现螺丝中心孔洞是在搓牙工序中产生，分析中心孔洞形成主要是由于钢坯中心疏松经高温轧制后未能完连结，最终形成中心孔洞，导致螺丝断裂。全焊合，在螺丝搓牙过程中受应力影响，细微孔隙扩展、关键词：SWRCH22A线材中图分类号：TG115.21+5

断裂

中心孔洞

钢坯中心疏松

缺陷

文章编号：1672-1152（2018）03-0015-02

文献标识码：A

自攻螺钉是一种轻结构紧固件，产品涵盖纤维多用于薄的金属板及板钉、木螺钉、干壁钉等类别，其他物体之间的连接。自攻螺钉采用冷镦成型工艺，自攻螺钉的头以提高产品的强度、弹性极限和韧性；自攻螺要尖，螺纹为具有弧形三角截面的普通螺纹，钉对表面硬度、渗碳层深度、芯部硬度及扭力矩都有严格要求，故在连接时，螺钉也可在被连接件的螺纹从而形成连接[1-4]。底孔中攻出内螺纹，

而SWRCH22A是一种生产自攻螺钉的专用钢种。国内某金属加工厂生产的SWRCH22A自攻螺钉的加工工艺为：机械去氧化铁皮→粗拉→退火→表面处理→精拉→冷镦。加工M4×30mm自攻螺丝，成品螺丝在检测中出现95%螺丝断裂质量问题，断分析断裂原口中心存在孔洞。取断裂螺丝进行检测，因，并提出相应的改善措施。1生产工艺

高炉冷镦钢SWRCH22A的生产工艺流程如下：铁水→脱硫处理→转炉冶炼→吹氩→LF炉处理→连铸→铸坯检查→铸坯下送→方坯验收→方坯加热→高线轧制→斯太尔摩控冷→集卷→P/F线运输→打捆→包装。该钢种的化学成分见表1。

表1SWRCH22A冶炼化学成分

w（C）0.18~0.23

w（Si）≤0.10

w（Mn）0.70~1.00

w（P）≤0.030

w（S）≤0.035

2检测过程与结果

该批次SWRCH22A盘条的生产检测力学性能结果无异常。及冷镦性能见表2，从检测数据分析，

表2该批生产样力学性能及冷镦性能检测数据

Rel/MPa358349

Rm/MPa539527

Z/%5359

冷顶锻性能检测1/3冷顶锻合格1/3冷顶锻合格

对试样进行体视显微镜低倍观察。观察分析断见图1。裂螺丝试样的断口，试样存在中心孔洞，

利用电镜对断口进行检测分析，在试样断口中心孔洞处未发现严重非金属夹杂物，断口形貌为扭存在较为明显的转断裂，裂纹源始于中心孔洞边缘，扩展区及最后撕裂区，见图2所示。

裂纹源扩

展区

最后撕裂区

%

w（Al）≥0.02

1mm20kV60.0XKYKY-3800BSEMSN:0003图1试样断口宏观图片

（×15）图2断口形貌（×60）

试样中心孔洞边缘除了韧窝外还存在小孔洞，见下页图3、图4，小孔洞内壁圆滑。

收稿日期：2018-04-27

（1978—）第一作者简介：吴德兴，男，毕业于南方冶金学院金属任轧钢工艺主任师。压力加工专业，金属压力加工助理工程师，

从成品钢丝到成品螺丝各道工序之间，取多个样做横截面及纵截面金相检测，搓牙工序前各工序

窑16窑E-mail:sxyjbjb@126.com山西冶金

第41卷

100μm100μm20kV870XKYKY-3800BSEMSN:000320kV525XKYKY-3800BSEMSN:0003图3中心孔洞边缘图4中心孔洞边缘

产品未发现异常，搓牙、成品两个工序产品金相检测纵、横截面均存在孔洞，横向的金相组织有明显的旋转的方向性，见图5~图8。

100μm50μm图5搓牙试样纵截面心部

图6搓牙试样横截面心部

（×100）（×200）

410.65μm100μm100μm图7成品螺丝试样纵截面

图8成品螺丝试样纵截面

心部（×100）心部

（×100）断裂螺栓试样在螺牙区域中部分别做横截面及纵截面金相检测，观察到试样心部存在多处孔洞，大孔洞附近存在多处小孔洞，

小孔洞内壁圆滑；横截面可见横向的金相组织有明显螺旋的方向性，如图9、图10所示。

761.76μm200μm100μm图93-1试样纵截面心部

图103-1试样横截面心部

（×50）（×100）

3失效原因分析

1）根据体视显微镜及电镜检测，可以确认断裂裂纹源在中心孔洞处。断口中心孔洞未发现严重的非金属夹杂物。中心孔洞附近存在一些大韧窝，

大韧窝有撕裂扩展特征。断口微观形貌为韧窝特征，材料具有较好的韧性。

2）根据电镜检测显示，螺丝心部存在长孔洞，边缘存在小孔洞，孔洞内壁圆滑。

孔洞的形成是自由表面经变形后演变的结果，自由表面始于材料中心的细微孔隙。

1）根据成品钢丝至成品螺丝各工序产品纵、横截面金相检测结果，搓牙工序前各工序产品未发现异常，搓牙、成品两个工序产品金相检测纵、横截面均存在孔洞，横向的金相组织有明显旋转的方向性。螺丝心部孔洞形成于搓牙工序。

2）根据断裂螺丝试样金相检测结果，断裂试样纵、横截面检测均发现心部存在孔洞，中心孔洞附近存在多处小孔洞，横截面可见横向的金相组织有明显旋转的方向性。

螺钉经过多道制造工序，

受到各种应力的作用，尤其是在搓丝过程中要承受很大的压应力和切应力，

这些应力导致疏松沿变形方向被拉长，有的扩展成大孔洞，螺钉有效承载面积减小，从而造成螺钉在

扭转过程中断裂[5]。

根据以上分析，螺丝断裂裂纹源起于螺丝心部孔洞内壁，形成于搓牙工序，孔洞内壁圆滑、无非金属夹杂，其内表面存在残留的原始自由表面，源自于铸坯内部的凝固缺陷中心缩孔在高温轧制中未能完全焊合。4改善措施

1）通过使用末端电搅，改善心部疏松与成分偏析。铸机浇铸过程采用全保护浇铸，抑制二次氧化发生。

2）中心缩孔缺陷是由于铸坯凝固产生的体积收缩和冷却产生的体积收缩没有得到完全补充，在最后凝固的地方产生了孔洞。在冶炼和连铸过程中，采用低过热度、低拉坯速度、合适的二冷强度，配合使用电磁搅拌、末端强冷等技术，通过连铸工艺全过程的相对稳定和各环节的相互配合，消除或减轻连铸坯中心缩孔缺陷。

参考文献

[1]周增昌.自攻螺钉的应用[J].汽车科技，2002（3）：51．

[2]张先鸣.自攻锁紧螺钉的热处理[J].现代零部件，2006（4）：70-73.

[3]

刘红兰，李祖鑫.常见自攻螺钉断裂的原因[J].理化检测，2009（6）：387-392．[4]

王全礼，

王丽萍.SWRCH22A质量对自攻螺钉生产工艺的影响（下转第33页）

2018年第3期马川：转炉吹氧法生产中碳铬铁试验研究

窑33窑

7）产品品级率的控制。原则上应结合自身条件而要在综合和成本上的经济性，控制各品级的比例。成本尽量低的情况下提高低碳乃至微碳合金的比保证脱碳保铬的条例，最关键的就是在最低投入下，扩撒动力学条件的创件。如此一来，入炉温度控制、就显得造（加强搅拌或及时从体系中排除反应产物）尤为重要，因此，引进CLU工艺、CO2吹炼护负压吹炼技术是势在必行的。

8）产品分类管理的加强。因不同品级率的售价，为提高不同（中低碳铬铁因C、Si含量而分档论价）效益，后续中低碳铬铁与碳素铬铁如在一个厂房内生产，需要做好两种合金浇注区和成品区的分区。另外，必须对中低碳铬铁每炉从多个锭模中取样，

分区暂取平均数决定该炉次产品的C、Si含量分档，存并做好标识。储运在将产品移库时也需按标识做好分类倒运，到集中库时也需做好按品种、按C档分区储存。

参考文献

[1][2][3][4][5]

胡凌标.氧气顶吹转炉制中碳铬铁试验总结[J].铁合金，1974（3）：30.

毕传泰.氧气转炉吹炼铬铁生产技术的发展与前景[J].铁合金，1989（2）：17-19.

田长荫.转炉吹氧冶炼中碳铬铁[J].上海冶金，1979（1）：28.王海娟.CO2在转炉冶炼中低碳铬铁过程中的探索性应用[J].工程科学学报，2016，38（S1）：146-154.

胡凌标.转炉纯氧吹炼法铬铁C、Si含量的影响因素及控制[J].铁合金，1985（8）：20-22.

苗运平）（编辑：

ExperimentalStudyonCarbonFerroChromeintheProcessof

OxygenBlowingbyConverter

MaChuan

（Xi’anUniversityofArchitectureandTechnology,Xi’anShaanxi710032）

Abstract:Theproductionprocessofmediumcarbonferrochromeiscomparedandanalyzed.Themetallurgicalprincipleofcarbonferrochromeintheproductionofoxygenblowingprocessisdescribed.Atthesametime,thetestprocessofcarbonferrochromeintheproductionofoxygenblowingprocessbyconverterisdescribedandsummarized,andtheworkdirectionandnoticesofthefollow-upworkareputforward.

Keywords:mediumcarbonferrochrome;converteroxygenblowingmethod;metallurgicalprinciple

（上接第16页）

[C]//2006年线材制品国际技术研讨会论文集.北京：中国金属学会，2006.

[5]冶金工业龚佳仙.钢铁产品缺陷与失效实例分析图谱[M].北京：出版社，2012.

（编辑：苗运平）

CauseAnalysisofSWRCH22ASelfTappingScrewandthe

Measures

WuDexing,NongZhijiang

（BaosteelGroupGuangdongShaoguanIronandSteelCo.,Ltd.,ShaoguanGuangdong

512123）

Abstract：AstotheM4×30mmselftappingscrewsreprocessedafterdrawingofSWRCH22Awire,thefinishedscrewwasbroken.Itwasfoundthatthescrewcenterhadtheholequalityproblem.Andthescrewwasdetectedandanalyzedbymetallographicexamination,andtheelectronmicroscope.Throughtheinspectionandanalysisofthedifferentprocessingproceduresofthescrew,itisfoundthatthecoreholeofthescrewisproducedintherollingprocess.Theformationofthecenterholeismainlybecausethebilletcenterfailstocompletelyweldafterthehightemperaturerolling,andisaffectedbythestressinthescrewthreadrollingprocess.Thetinyporesexpandandconnect,andeventuallyformacentralhole,causingthescrewtobreak.Keywords：SWRCH22Awirerod;fracture;centralhole;centralporosity;defect