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高強度螺栓材料的選用

發布時間:2018-06-29瀏覽次數:162

緊固件是一種通用基礎件,制造緊固件的材料主要有鋼、不銹鋼、鈦合金和有色金屬等。螺栓在緊固件中使用量最多。螺栓的力學性能很大程度上取決于制造緊固件材料的質量。長期以來,由緊固件的失效和損壞引起事故的概率非常高,因此,用于制造緊固件的材料必須嚴格選擇。在未來較長時間內,緊固件仍以鋼鐵材料為主。


選用緊固件材料必須依據國家于2011年10月1日正式實施的《緊固件機械性能螺栓、螺釘和螺柱》GB/T3098.1—2010標準(簡稱新標準);注重緊固件材料機械性能方面,尤其是抗拉強度方面的要求;同時依據產品的服役環境和客戶的具體要求,包括工況條件對材料的抗腐蝕性能方面的要求,工作溫度對材料的耐熱性能(高溫強度、抗氧化性能)和低溫冷脆性(低溫沖擊韌度)方面的要求。


(1)嚴格控制硫和磷質量分數。


新標準中8.8~12.9級的S和P質量分數不大于0.025%。現有的GB/T699和GB/T3077中的“優質鋼”規定的S,P質量分數已不能滿足新標準的要求,但GB/T3077中的“高級優質鋼”和“特級優質鋼”滿足新標準的要求,GB/T699中“特級優質鋼”可以滿足新標準的要求。


(2)嚴格控制脫碳層。


脫碳層是影響緊固件質量和材料使用的重要指標。GB/T3098.1規定:螺紋全脫碳層的深度不得大于0.015mm,8.8和9.8級螺紋未脫碳層的高度為1/2牙高,10.9級為1/3牙高,12.9級為1/4牙高。


(3)嚴格控制非金屬夾雜物。


非金屬夾雜物是造成冷鐓開裂的主要原因之一,C類(硅酸鹽)和D類(球狀氧化物)夾雜物的影響更大。顆粒愈大愈易開裂,在距表面2mm以內的夾雜物不應大于0.15μm。對于高強度緊固件材料,要求硅酸鹽夾雜物不大于0.5級,球狀氧化物夾雜物不大于1級。材料控制主要缺陷:冷鐓鋼的錠型偏析,材料及退火過程中的表面脫碳,冷鐓裂縫,調質中的淬火開裂和變形。


螺栓用鋼材是碳素鋼和為增加強度、淬透性而添加鉻、鉬、鎳、錳等合金元素的合金鋼,以及耐蝕為主的不銹鋼等,此外,還有添加微量硼使淬透性大幅度提高的硼鋼。20MnTiB,ML20MnTiB,10B21和10B23硼鋼可制造9.8級、10.9級高強度螺栓。采用的熱處理方法是:高溫淬火、快速冷卻以獲得低碳馬氏體,再進行中溫回火,可以滿足螺栓的服役條件。我國自主開發的鋼種20MnTiB主要用于鋼結構連接件,現主要用于10.9級車橋輪胎螺栓、螺母及差速器螺栓。但螺栓實物質量和新標準的要求還有一定的差距,需要進行成分調整。比如,新標準規定B最大質量分數為0.003%,但20MnTiB鋼的B最大質量分數為0.0035%,超過標準規定。還有,20MnTiB鋼的碳質量分數未達到0.22%以上,不能滿足新標準提高淬硬性的要求。


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