钢材在紧固件中的应用浅析

来源:华人螺丝网专稿

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发布日期:2010年09月01日

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  铁矿石价格居高难下,国内钢材价格挣扎求存,这场博弈战让人不禁担忧紧固件未来。紧固件,又称为“工业之米”,是一种量大面广最普通的通用基础件,在各层面都与钢铁行业联系紧密,不仅需求数量大而且应用非常广泛。

  紧固件用钢需求增长明显

  近年来,随着中国紧固件行业的快速发展,紧固件用钢需求也有明显增长。钢铁几乎占据紧固件产品100%的重量,同时,考虑到生产过程中15%-20%的材料损耗,一吨紧固件大约需要1.18-1.25吨钢铁,每年紧固件需要消耗钢材数量相当可观。据有关资料表明,就冷镦钢市场2003年全国紧固件需求量达到300万吨,2005年需求量增至450万吨,2006年全国需求量达到550多万吨。

  钢材是紧固件中最基本的材料

  紧固件的制造可以是钢、有色金属、不锈钢、钛合金或者其他工程材料,加工方法可以是热加工、切削加工,但90%以上通过冷镦冷剂压加工,用该工艺制造的产品精度高、质量好、生产效率高,中国的紧固件工业保持连续五年保持着两位数稳健的增长。

  虽然有色金属和复合材料的应用比重在逐年增加,但高强度紧固件所用钢材的作用是无法替代的。

  各种紧固件通常由冷镦钢来制作。从品种分类来说,紧固件所用的钢材除了普碳钢外,还有不锈钢、高温合金钢、铝镁合金、蒙乃尔合金等等。其中不锈钢和有色金属约占耗材总量的5%—7%,除此之外主要是冷镦线材。冷镦钢线材、盘条的钢种一般为低、中碳优质碳素结构钢和低合金钢。低碳冷镦钢主要用于冷镦螺母。螺栓、螺钉的用材主要以中碳钢(ML35和SWRCH35K)为主,经调质处理后达到8级和8级以上。

  冷镦是在常温下利用金属塑性成形的。冷镦性能是冷镦钢的重要性能之一。其性能主要体现是具有良好的冷成形性;对于变形要具有尽可能小的阻力和可能高的变形能力。冷镦钢因冷成型性能良好,在机械加工行业用冷拔代替热轧材切削机加工,这种工艺的优点是在节约大量工时的同时,金属消耗可以降低10%-30%,符合清洁生产、节约资源型企业大生产,而且产品尺寸精度高,表面光洁度好,生产效率高,是重点推广的先进机加工工艺。因此,采用冷镦工艺制造紧固件,不但效率高、质量好,而且用料省、成本低。

  国内冷镦钢线材、盘条的开发尽管起步较晚,但发展很快,尤其进入20世纪80年代中期以后,高速线材生产线、盘条连轧生产线的纷纷投产,为冷镦钢线材、盘条的生产提供了装备上的保证。2005年末冷镦线材的生产能力达600万吨/年(约占线材总量的10—12%)。

  与紧固件行业建立合作关系的以宝钢、马钢、邢钢、湘钢、杭钢为主的钢厂,已经形成了我国冷镦用线材的产业群。产品的品种由低碳、超低碳、中碳(调质),低合金合金钢和表面渗碳硬化用钢几个大类,规格由5.5~42mm,几乎覆盖了紧固件用钢全部需求。

  紧固件用不锈钢丝选材原则

  通常螺栓、螺钉、铆钉等为了保证安全或者一般不用考虑温度的影响恶劣的环境或其它危险的工况。常用的材料有碳素钢、低合金钢和有色金属。但在特定场合,紧固件材料需要满足严重腐蚀或高强度的条件,有许多不锈钢和超高强度不锈钢应运而生。

  大多数不锈钢材料都能制成钢丝或棒材用于紧固件生产,有奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、沉淀硬化不锈钢。

  不锈钢材料的选择主要从以下五方面来考虑。

  1、对紧固件材料在机械性能方面,特别是强度方面的要求;

  2、工况条件对材料的抗腐蚀性能方面的要求;

  3、工作温度对材料的耐热性能(高温强度、抗氧化性能)方面的要求;

  4、生产工艺方面对材料加工性能方面的要求;

  5、其它方面,例如重量、价格、采购诸因素都要考虑。

  通过对这五个方面进行全面、综合的考虑后,最后确定选用紧固件的牌号、品种、规格、材料标准。

  奥氏体型不锈钢

  常用的牌号为302、303、304、305四个牌号,即所谓的“18-8”型奥氏体不锈钢这四个牌号。不论是抗腐蚀性,还是其机械性能都相类似。选用的出发点是紧固件的生产工艺方法,而方法又取决于紧固件的尺寸和形状,同时还取决于生产的数量。

  302型用于采用机械加工的螺钉和自攻螺栓。

  303型为了改善切削加工性能,303型不锈钢中添加有少量的硫,用于采用棒料加工螺母。

  304型适用于采用热镦工艺加工紧固件时,例如较长规格的螺栓,大直径的螺栓,它们均可能超出了冷镦工艺的范围。

  305型适用于采用冷镦工艺加工紧固件时,例如冷成形螺母、六角螺栓。

  309型和310型,它们的含Cr量和含Ni量都比18-8型不锈钢高,适用于高温下工作的紧固件。

  316和317型,它们均含有合金元素Mo,因此它们的高温强度和耐蚀性能均比18-8型不锈钢高。

  321型和347型,321型含有较稳定合金元素Ti,347型含有Nb,从而提高了材料的抗晶间腐蚀性能。适用于焊后不退火或在420~1013℃服役的紧固件。

  铁素体型不锈钢

  430型普通铬钢,它的耐腐蚀性能和耐热性能比410型好,有磁性,但它不能够热处理强化,适用于对而耐腐蚀和耐热性能稍高的、强度要求一般的不锈钢紧固件。

  马氏体不锈钢

  410型和416型可以热处理强化,硬度在35~45HRC,机加工性能良好,用于一般用途的耐热耐腐蚀紧固件。416型含硫量稍高,是易切削不锈钢。

   420型,含硫量?R0.15%,机械性能提高,可以热处理强化,最大硬度值53~58HRC,用于要求较高强度的紧固件。

  沉淀硬化不锈钢

  17-4PH,PH15-7Mo,它们可以得到比通常的18-8型不锈钢更高的强度,因而被用于高强度、耐腐蚀不锈钢紧固件。

  A-286,一种非标准不锈钢,比常用的18-8型不锈钢有更高的耐腐蚀性能,以及在温度增高时仍具有良好的机械性能。用做高强度、耐热、耐腐蚀紧固件,可使用到650~700℃。

  目前紧固件用钢仍存在较大缺口

  紧固件用冷镦钢即使达到标准中要求指标范围的合格线材,还需要针对紧固件行业特点有更具体的要求需要钢厂与下游用户密切配合。我国目前虽然是一个紧固件大国,年产量预计在500万吨/年,年耗钢材600万吨左右。但紧固件冷镦用钢的发展较迟,紧固件用钢的品种规格都比较少,不能满足紧固件的内需和出口。
 
    近年来中国的国民经济发展保持着8%增长速度,给紧固件行业发展带来良机,世界经济的复苏,平均4%的速度增长,这也给紧固件行业发展带来商机。中国紧固件协会会长冯金尧认为,中国紧固件工业在市场竞争中不断地发展,具有不可低估的发展潜力。中国紧固件企业制造水平的提高,离不开紧固件材料的提高,新型的冷镦材料的开发也离不开紧固件企业,紧固件工业的发展更离不开钢铁行业的支持。只要二者建立良好的合作,紧固件行业与钢铁行业都将获得更好的发展。  

 

紧固件钢材应用
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