ISO 4954-12024 冷镦和冷挤压用钢交货技术条件第1部分非合金钢和合金钢标准立项发展报告

冷镦和冷挤压用钢交货技术条件第1部分：非合金钢和合金钢标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:TechnicalDeliveryConditionsforSteelsforColdHeadingandColdExtruding—Part1:Non-alloyandAlloySteels(ISO4954-1:2024)摘要关键词：冷镦用钢；冷挤压用钢；交货技术条件；国际标准；非合金钢；合金钢；紧固件AbstractWiththerapidadvancementofhigh-endmanufacturingsectorssuchasautomotive,railtransit,constructionmachinery,andaerospace,coldheadingandcoldextrudingprocesseshavebecomethepredominanttechnologicalpathwaysformanufacturingfastenersandshapedcomponents,owingtotheirsignificantadvantagesinmaterialutilizationefficiency,productionproductivity,andproductprecision.Asthecorerawmaterialfortheseprocesses,thestabilityandconsistencyofsteelqualitydirectlydeterminethereliabilityandsafetyoffinalproducts.OnJune19,2024,theInternationalOrganizationforStandardization(ISO)officiallyreleasedISO4954-1:2024,"Steelsforcoldheadingandcoldextruding—Technicaldeliveryconditions—Part1:Non-alloyandalloysteels,"whichrestructuredtheformerISO4954:2018intoaseriesofstandardstomorepreciselyaccommodatethedifferentiatedtechnicalrequirementsofvarioussteelcategories.Thisreportcomprehensivelyreviewstheprojectestablishmentbackground,developmentprocess,maincontentframework,andtechnicalindicatorsystemofthisstandard,analyzesindetailitscoretechnicalrequirementsregardingchemicalcomposition,decarburizationlayer,surfacequality,coldheadingperformance,andnon-metallicinclusions,systematicallyelaboratesonthesignificantimplicationsofthisstandardforenhancingthequalityofhigh-endfastenersteelinChina,promotingtheinternationalalignmentofsteelmaterialstandards,andsupportinghigh-qualitymanufacturingdevelopment,andfinallypresentsprospectsfortheindustrialimpactandfuturetrendsafterimplementation.Keywords:Coldheadingsteel;Coldextrudingsteel;Technicaldeliveryconditions;Internationalstandard;Non-alloysteel;Alloysteel;Fasteners一、引言1.1标准立项背景冷镦和冷挤压成型技术是一种在常温或再结晶温度以下，利用金属材料的塑性变形能力，通过模具对金属坯料施加压力，使其产生塑性流动从而获得所需形状零件的加工方法。该工艺广泛应用于紧固件（螺栓、螺钉、螺母、铆钉等）、汽车零部件、电气元件及各类精密机械零件的批量生产中。与传统切削加工相比，冷镦冷挤压工艺具有材料利用率高（可达80%~95%）、生产效率高（每分钟可达数百件）、力学性能好（冷作硬化效应显著提升强度）以及表面质量优良等突出优点。随着全球制造业向高效、精密、绿色方向转型升级，高端紧固件及异形零件的需求持续增长，对冷镦和冷挤压用钢的品质提出了更高要求。高强韧化、细晶强化、夹杂物控制、表面脱碳控制等关键技术指标的严格化，已成为衡量冷镦钢质量水平的重要标尺。在此背景下，国际标准化组织于2024年对原有ISO4954:2018标准进行了重大结构性修订，将其拆分为系列标准，其中ISO4954-1:2024专门规定了非合金钢和合金钢的技术交货条件，为全球冷镦和冷挤压用钢的生产、贸易和应用提供了统一的技术依据。1.2标准修订背景与接续关系在ISO4954-1:2024发布之前，国际通用的冷镦钢标准为ISO4954:2018《冷镦和冷挤压用钢交货技术条件》。该标准自1993年首次发布以来，历经多次修订，在规范全球冷镦钢生产与贸易方面发挥了重要作用。然而，随着材料科学的发展和用户需求的日益多元化，涵盖非合金钢、合金钢及不锈钢等不同钢类的单一标准框架难以充分兼顾各类钢材在技术指标上的差异化要求，在一定程度上制约了标准的适用性和指导性。二、标准基本信息2.1标准概况ISO4954-1:2024《冷镦和冷挤压用钢交货技术条件第1部分：非合金钢和合金钢》由国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization,ISO）发布，标准状态为现行有效。该标准发布日期为2024年6月19日，采用英文版本，归口管理单位为ISO/TC17（钢技术委员会）下属的SC4（交货条件分技术委员会）。标准文本以电子版加密PDF格式发行，售价为1651.0元人民币。2.2标准适用范围该标准规定了冷镦和冷挤压用非合金钢和合金钢的交货技术条件，适用于以热轧状态（包括热轧盘条、热轧棒材等）交货的、直径或厚度不超过100mm的钢材产品，其用途为后续通过冷镦或冷挤压工艺制造紧固件及其他类似零件。标准涵盖了钢的分类与牌号、化学成分要求、力学性能、工艺性能（含冷镦性能）、表面质量、内部质量、尺寸偏差、检验与试验方法、标志及质量证明书等完整的技术内容。2.3标准涉及的钢类体系ISO4954-1:2024将冷镦和冷挤压用非合金钢和合金钢进行了系统分类。标准涵盖的钢类主要包括：（1）非合金冷镦钢，根据碳含量和冷加工硬化程度分为多个牌号，如CC4X系列（冷成型非合金钢）；（2）合金冷镦钢，包括添加铬、钼、硼等合金元素的钢种，如含硼非合金钢、铬合金钢、铬钼合金钢等；（3）表面硬化钢（渗碳钢）和调质钢，分别适用于不同热处理状态下的应用需求。每个钢类下设立了若干牌号，共计30余个牌号，形成了较为完整的冷镦用钢材料体系。三、标准主要内容分析3.1化学成分要求化学成分是决定冷镦钢工艺性能和使用性能的基础。ISO4954-1:2024对各个牌号的化学成分（熔炼分析值）作出了明确规定，主要包括碳、硅、锰、磷、硫及合金元素（铬、镍、钼、钒、硼、钛等）的含量范围。标准对磷、硫等有害元素含量进行了严格控制，一般要求磷含量不超过0.035%（部分牌号不超过0.025%），硫含量不超过0.035%（优质级不超过0.025%），以保障钢材的冷成形性能和最终产品的韧性。标准在化学成分设计中充分考虑了冷镦工艺的特殊要求：碳含量是决定钢的强度、硬度和冷成形性的最关键因素，低碳钢（碳含量≤0.10%）适用于冷镦变形量较大的零件，中碳钢（碳含量0.25%~0.45%）适用于需要调质处理的高强度紧固件；硅含量适度控制以保证钢的强度和脱氧效果，但过高的硅会损害冷镦性能；硼元素以微量添加（0.0008%~0.0050%）的方式用于提高淬透性，实现以较廉价的硼钢替代部分合金钢。对于含硼钢，标准还要求添加足够的钛元素（一般Ti/B≥4.0），以确保硼的有效固溶和淬透性的稳定发挥。3.2脱碳层技术要求脱碳是冷镦钢热加工和热处理过程中常见的表面缺陷，会显著降低紧固件表面的硬度和疲劳强度。ISO4954-1:2024对脱碳层深度规定了严格的限制要求。标准规定，对于非合金钢和合金钢冷镦钢，若未在合同中另有约定，单边总脱碳层深度（铁素体脱碳层+部分脱碳层）不得超过钢材公称直径或厚度的1.0%，且对于重要用途的调质级合金钢，脱碳层深度有更严格要求。标准明确了脱碳层的测定方法，要求在交货状态下按照ISO3887的规定，采用金相法进行测定。3.3表面质量要求冷镦用钢的表面质量直接影响冷镦成型过程中材料的流动性、模具寿命及最终产品的外观质量。ISO4954-1:2024对钢材表面质量提出了明确要求：钢材表面应光滑、无裂纹、无折叠、无耳子、无结疤及无目视可见的非金属夹杂物等缺陷；允许存在深度不超过该钢材尺寸允许偏差之半的个别细小划痕、麻点、凹坑和凸起。对于盘条产品，表面缺陷的允许深度更加严格。标准还规定了表面缺陷的清除方法，允许通过研磨等方式进行修整，但修整后的尺寸应保证在允许偏差范围内。3.4冷镦性能冷镦性能是评价冷镦钢工艺适应性的核心指标。ISO4954-1:2024规定了冷镦性能的试验方法和判定标准。标准要求，对于公称直径不大于40mm的钢材，应根据标准规定进行冷镦试验。冷镦试验按照规定的试验条件，采用与钢材公称直径相对应的铆钉头形状和镦粗比（1/3或2/3高度压缩比），将试样冷镦至规定形状后，检查试样侧面和顶面，不应产生裂纹或开裂。标准规定，冷镦试验可在交货状态下或经供需双方商定的热处理状态下进行，以确保钢材在实际冷镦加工中的适应性。3.5非金属夹杂物控制非金属夹杂物是影响冷镦钢冷镦性能和使用寿命的重要因素。高硬度脆性夹杂物（如氧化铝类夹杂）在冷镦变形过程中极易成为裂纹的萌生源，导致冷镦开裂。ISO4954-1:2024结合当前冶金技术的进步水平，对非金属夹杂物的检验和评定提出了明确的控制要求，参照ISO4967标准中规定的金相检验方法，按最恶劣视场对A类（硫化物）、B类（氧化铝类）、C类（硅酸盐类）和D类（球状氧化物类）夹杂物进行分级评定，以保证钢材具有良好的冷镦加工性能。3.6交货状态与热处理ISO4954-1:2024规定了冷镦用钢的典型交货状态，主要包括热轧状态、退火状态（含球化退火）、剥皮或磨光状态等。对于合金冷镦钢和用于深加工的中碳钢，通常以球化退火状态交货，以获得良好的冷镦成形性能。标准还规定了力学性能的取样位置、试样方向和试验方法，对于调质处理后的力学性能（如抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、断面收缩率及冲击吸收能量）给出了明确指标值。3.7尺寸偏差与外形要求ISO4954-1:2024对冷镦用钢的尺寸允许偏差进行了规定，参照相应的产品标准（如ISO1035系列标准）执行。对于盘条产品，规定了直径允许偏差和圆度要求；对于棒材产品，规定了直径或厚度允许偏差及直线度要求。此外，标准还对钢材的包装、标志及质量证明书等内容作出了规定，要求每一捆（件）钢材应挂有标签，标明牌号、炉号、规格、重量等信息，质量证明书应包含标准号、牌号、化学成分、力学性能和工艺性能等检验数据。四、关键技术指标对比分析4.1国际主要标准体系对比当前全球冷镦钢产品标准体系主要包括国际标准化组织（ISO）、欧洲标准化委员会（CEN）、日本工业标准调查会（JIS）、美国材料与试验协会（ASTM）及中国国家标准（GB）等。各标准体系在牌号设置和钢类划分上存在差异：ISO4954-1:2024和GB/T6478均采用固定碳含量范围加合金元素分类的思路，按碳含量和合金含量对钢进行系统分类编牌；JISG3539和ASTMA29则分别针对冷镦钢丝和一般热轧棒材进行规定。在技术要求侧重上，ISO4954-1:2024体现冷镦钢标准的共性要求，但力学性能指标相对宽松，更关注冷镦工艺适应性和表面质量；GB/T6478则结合国内紧固件行业的需求，增加了淬透性带等更具可操作性的技术指标。ISO标准在冷镦试验方法上提供了统一的试验条件和判定准则，为全球贸易提供了共同语言。4.2与我国GB/T6478标准的技术指标对比GB/T6478-2015《冷镦和冷挤压用钢》是我国冷镦钢生产和使用的核心标准，其对标的国际标准即为ISO4954系列。通过关键技术指标的对比可以发现：在化学成分方面，GB/T6478中ML04Al、ML08Al等牌号与ISO4954-1:2024中的CC4X系列（如CC4X、CC4XK等）在碳含量范围和合金元素控制上高度接近，但GB标准对铝含量的控制更为具体，以适应国内冶炼工艺的实际情况。在脱碳层要求方面，ISO4954-1:2024规定单边总脱碳层深度不超过公称尺寸的1.0%，而GB/T6478规定对于冷镦用盘条，脱碳层深度一般不大于直径的1.0%（I组）或1.5%（II组），两者基本一致。在非金属夹杂物方面，GB/T6478参照GB/T10561进行了更为细致的分类评级要求，而ISO4954-1:2024给出了基于ISO4967的检验方法。五、标准实施意义5.1促进高端紧固件用钢质量提升ISO4954-1:2024的实施为全球冷镦和冷挤压用非合金钢和合金钢产品建立了统一、严格的技术评价体系。特别是对化学成分精确控制、脱碳层限制、表面质量保障及冷镦工艺适应性等方面的系统性要求，将有效推动钢材生产企业提升冶炼、精炼、连铸、轧制及热处理全流程的工艺控制水平。对于紧固件制造企业而言，该标准提供了明确的材料验收依据和质量控制抓手，有助于从源头上保障高强度紧固件和精密异形件的质量稳定性。2.1推动我国钢材标准国际化对接ISO4954-1:2024的发布和实施将进一步完善全球冷镦钢标准体系，对各国冷镦钢标准的制修订产生深远影响。随着我国钢铁产品出口规模的持续扩大和高端制造业对国际标准需求的增加，充分理解和应用ISO4954-1: