汽車緊固件常用鋼材介紹

在緊固件制造中，正確選用緊固件材料是重要一環(huán)，因為緊固件的性能和其材料有著密切的關(guān)系。如材料選擇不當(dāng)或不正確，可能造成性能達不到要求，使用壽命縮短，甚至發(fā)生意外或加工困難，制造成本高等，因此，緊固件材料的選用是非常重要的環(huán)節(jié)。

金屬緊固件的材料主要為鋼材，使用的鋼的種類，可分為：冷墩鋼、易切削鋼、普通不銹鋼、耐熱鋼以及高溫鋼。鋼材的種類繁多，牌號更是數(shù)不勝數(shù)，

今天，法士威根據(jù)國標(biāo)中鋼的分類標(biāo)準(zhǔn)，梳理緊固件選用鋼材的類別，介紹緊固件最常用鋼材-冷鐓鋼的產(chǎn)品特性，鋼材的常用牌號，這些牌號的鋼材所遵照的國際標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn),它們所適合制造的緊固件種類和性能等級以及冷鐓鋼的冷頂鍛試驗。

1、鋼的分類標(biāo)準(zhǔn)和種類

無論多么繁雜的材料，分類都離不開下圖的邏輯層次， 鋼分類也是遵照這個原則：

1) 根據(jù)GB/T 13304.1鋼分類，按化學(xué)成分分類標(biāo)準(zhǔn):  

  ▲非合金鋼

  ▲低合金鋼

  ▲合金鋼

非合金鋼就是碳鋼也叫碳素鋼,碳鋼是碳含量在0.0218-2.11%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) 的鐵碳合金,以碳含量的高低將碳鋼分為：

低碳鋼: C% ≤ 0.25%；中碳鋼：0.25% < C% ≤ 0.6% 和高碳鋼：C% ≥ 0.60%。

在碳鋼的基礎(chǔ)上添加合金元素以便調(diào)整鋼的某些性能，不同合金含量的高低，分為低合金鋼和合金鋼。

非合金鋼、低合金鋼和合金鋼合金元素規(guī)定含量界限值可參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13304.1-2008表1：

在GB/T3098.1-2010 表 2 材料中,對螺栓材料的分類是三種：碳鋼、添加元素的碳鋼、合金鋼。

其中,碳鋼屬于非合金鋼，添加元素的碳鋼根據(jù)所添加的元素（硼、錳、鉻）的含量屬于表中的非合金鋼或低合金鋼。

在GB/T3098.1-2010 表 2 中的g備注中，合金鋼至少應(yīng)含有鉻Cr、鎳Ni、鉬Mo和釩V四種元素中的一種元素，其最小含量鉻0.30%，鎳0.30%，鉬0.10%，釩0.10%。

“當(dāng)含有二、三或四種復(fù)合的合金成份時，合金元素的含量不能少于單個合金元素含量總和的70%”,

這句話使人費解，根據(jù)ISO898-1:2009，應(yīng)該是：“當(dāng)含有二、三或四種復(fù)合的合金成份時，這些二、三或四種的合金的總和值，不能少于對應(yīng)的二、三或四種最小含量和的70%。

例如，某種合金鋼，含鉻0.2%，鎳0.1%，則（0.2%+0.1%）<（0.30%+0.30%）×70%,這種鋼就不是合金鋼。

2）根據(jù)GB/T 13304.2鋼分類，按主要質(zhì)量等級和主要性能或使用特性的分類：

a) 按主要質(zhì)量等級：普通質(zhì)量、優(yōu)質(zhì)和特殊質(zhì)量非合金鋼；普通質(zhì)量、優(yōu)質(zhì)質(zhì)量和特殊質(zhì)量低合金鋼；優(yōu)質(zhì)質(zhì)量和特殊質(zhì)量合金鋼。

b) 按主要性能或使用特性--部分摘要:

▲表1 非合金鋼的主要分類及舉例

▲表2 低合金鋼的主要分類及舉例

▲表3 合金鋼的主要分類及舉例

上面的三個表只是GB/T 13304中部分內(nèi)容的摘選，從中可以看出不同緊固件選用的不同鋼材的類別和屬性。

2、冷鐓鋼的特點、化學(xué)成分、常用標(biāo)準(zhǔn)和分類

緊固件的主要制造工藝方法是冷鐓( 螺栓、螺母等產(chǎn)品)和沖壓（簧片類緊固件和墊片等）工藝。

原材料主要是冷鐓用熱軋盤條、熱軋鋼板鋼帶。

a) 由于冷鐓鋼是常溫下利用金屬塑性加工成型，每個零件的變形量很大，承受的變形速度也高。

緊固件行業(yè)用“不開裂、淬得上”6個子形容冷墩鋼的品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，因此，對冷鐓鋼原料的性能要求十分嚴(yán)格，所有元素的含量要滿足緊固件性能等級的材料要求。

碳 C 含量過高，冷成形性能將降低；太低則無法滿足零件機械性能的要求；錳Mn能提高鋼的滲透性，但添加過多則會強化基體組織而影響冷成形性能；在零件調(diào)質(zhì)時有促進奧氏體晶粒長大的傾向。

硅Si能強化鐵素體，促使冷成形性能降低，材料延伸率下降。

硫 S 和磷 P 為雜質(zhì)元素，它們的存在會沿晶界產(chǎn)生偏析，導(dǎo)致晶界脆化，損害鋼材的機械性能，應(yīng)盡可能降低。

硼 B 元素雖然具有顯著提高鋼材滲透性等作用，但同時會導(dǎo)致鋼材脆性增加。含硼量過高，對螺栓，螺釘和螺柱這類需要良好綜合機械性能的工件是十分不利的。

合金鋼至少應(yīng)含有鉻Cr、鎳Ni 、鉬Mo和釩V一種元素。

鉻：顯著提高鋼的抗腐蝕能力和抗氧化能力，調(diào)高耐磨性和保持高溫強度。能提高滲碳層含碳量，提高鋼的淬透性。

鎳：提高鋼的強度而不降低其塑性，改善鋼的低溫韌性，使鋼具有優(yōu)良的冷、熱加工性和冷成形性能；降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性。

鉬：強化鐵素體，提高鋼的強度和硬度；降低鋼的臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性。提高鋼的耐熱性和高溫強度。

釩：可使鋼的晶粒細(xì)化，韌性增大；可提高鋼的高溫持久強度和蠕變抗力。可調(diào)節(jié)鋼的淬透性。

b) 冷墩鋼的常用標(biāo)準(zhǔn)

ISO 4954《冷鐓和冷擠壓鋼》

GB/T6478《冷鐓和冷擠壓用鋼》

GB/T28906《冷鐓鋼熱軋盤條》

GB/T5953《冷鐓鋼絲》

Q/BQB517《冷鐓鋼盤條》-寶鋼

JIS G3507《冷鐓鋼用碳素鋼盤條》-日本

JIS G4051《機械制造用碳素鋼》-日本

JIS G4053《機械制造用合金鋼》-日本

SAE J403《碳鋼化學(xué)成分》-美國

SAE J404《碳鋼化學(xué)成分》-美國

SAE J404《碳鋼化學(xué)成分》-美國

DIN 1654《冷鐓和冷擠壓鋼》-德國

c) 根據(jù)GB/T6478-2015《冷鐓和冷擠壓用鋼》，并按照國際標(biāo)準(zhǔn)和國內(nèi)通用規(guī)則，冷鐓鋼按熱處理方式有4種類型：

1）非熱處理型：緊固件冷墩成形后不需要進行熱處理。

加工的成品等級是4.6-6.8級。

2）表面硬化型：緊固件冷墩成形后需經(jīng)表面滲碳（滲氮）處理， 然后再進行淬火加低溫回火處理。

加工的成品主要是自攻釘和自鉆螺釘。

3）調(diào)質(zhì)型（包括含硼鋼）：緊固件冷墩成形后，先正火再淬火加高溫回火處理，或直接進行淬火加高溫回火處理。

加工的成品等級是8.8-12.9級。

4）非調(diào)質(zhì)型：不需要調(diào)質(zhì)熱處理，在鋼中加入微量合金元素，使其在軋制或鍛造狀態(tài)就具備良好的綜合機械性能，從而可以減少淬火加回火過程。

加工的成品參考GB/T3098.22 細(xì)晶非調(diào)質(zhì)鋼螺栓、螺釘和螺柱機械等級8.8F-10.F。

3、常見牌號的鋼材

a) SWRCH=steel wire (rod) for cold heading=冷鍛用碳鋼線材,是日本牌號的鋼，在JIS G3507-2010和Q/BQB517-2018中都有牌號和化學(xué)成分的規(guī)定。

SWRCH6A、SWRCH8A適用于生產(chǎn)3.6-4.6級的標(biāo)準(zhǔn)件和非標(biāo)件。

SWRCH10A適用于生產(chǎn)4.8-6.8級標(biāo)準(zhǔn)件和非標(biāo)件。

SWRCH15A適于生產(chǎn)各種4.8-6.8級緊固件、焊釘。

SWRCH18A、SWRCH22A適用于生產(chǎn)8.8-10.9級各種中、高強度自攻絲釘和標(biāo)準(zhǔn)件。

SWRCH35K、SWRCH40K、SWRCH45K適用于生產(chǎn)8.8-10.9級螺栓、螺母。

以SWRCH18A為例，字母和數(shù)字的含義：

S-碳素鋼，WR-線材， CH-冷鍛鋼，18-平均含碳量0.18%，A-脫氧方式，鋁鎮(zhèn)定鋼；鎮(zhèn)定鋼是完全脫氧的鋼，氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過0.01%。

這種編號是日本標(biāo)準(zhǔn)編號，以SWRCH35K為例，字母和數(shù)字的含義：

S-碳素鋼，WR-線材， CH-冷鍛鋼，35-平均含碳量0.35%，K-脫氧方式，硅鋁鎮(zhèn)定鋼。

b) SCM435和SCM440H是日本標(biāo)準(zhǔn)JIS G4053機械制造用合金鋼鋼材，在Q/BQB517-2018中也有規(guī)定，對應(yīng)國內(nèi)鋼材35CrMo和42CrMo。

SCM435和SCM440H是生產(chǎn)10.9-12.9級高強度緊固件的常用鋼種，適用于生產(chǎn)10.9-12.9級螺栓、螺母。

這種編號是日本標(biāo)準(zhǔn)編號，以SCM440H為例，字母和數(shù)字的含義：

SCM-鉻鉬鋼：S-Steel鋼，C-Cr鉻，M-Mo鉬， 4–鉬含量4%左右，40-碳含量大約0.40%上下，H-保證淬透性鋼。

c) ML20MnTiB是生產(chǎn)10.9級鋼結(jié)構(gòu)用標(biāo)準(zhǔn)件的常用鋼種, 適用于生產(chǎn)10.9級各種型號鋼結(jié)構(gòu)螺栓。

ML是鉚螺鋼的首字母。在GB/T6478 《冷鐓和冷擠壓用鋼》有規(guī)定。

這個編號是國標(biāo)編號，ML-冷墩鉚螺鋼，取鉚螺漢語拼音的首字母，20-平均碳含量0.20%，Mn- 錳，Ti-鈦， B-硼，三種合金的小于1.5%。

d) 10B21、10B28、10B33適用于生產(chǎn)8.8～10.9級各種型號緊固件，主要用于生產(chǎn)8.8～10.9級標(biāo)準(zhǔn)件。

在SAE J403-2014 《碳鋼化學(xué)成分》和Q/BQB517-2018中有規(guī)定。

這種編號是美國標(biāo)準(zhǔn)編號，10-碳素鋼，B-硼鋼，21-平均碳含量0.21%。

e) ML35適用于生產(chǎn)8.8級螺栓、螺母、法蘭螺栓、內(nèi)六角螺栓等。

符合GB/T6478《冷鐓和冷擠壓用鋼》規(guī)范。相當(dāng)于SWRCH35K。

f) 35VB 是合金結(jié)構(gòu)鋼，是生產(chǎn)高檔次10.9級鋼結(jié)構(gòu)螺栓的鋼種。

g) SCr420和SCr440是生產(chǎn)12.9級高強度緊固件的鋼種，是日本標(biāo)準(zhǔn)JIS G4053機械制造用合金鋼鋼材，在Q/BQB517-2018中也有規(guī)定。

h)70鋼、65Mn、60Si2Mn適用于彈性墊圈緊固件制造，Q235B35號和45號鋼是優(yōu)質(zhì)碳素鋼，可用于不同硬度要求的平墊圈的制造

4、冷墩試驗

冷墩（冷頂鍛、壓扁）試驗是冷墩鋼最重要的指標(biāo)之一。

一般要求外六角螺栓應(yīng)保證1/2H試驗合格，螺母和法蘭面螺栓及非標(biāo)件必須保證1/3H試驗合格。

冷墩試驗執(zhí)行YB/T5293《金屬材料頂鍛試驗方法》。

試樣頂鍛時的變形：