汽车紧固件常用钢材介绍

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在紧固件制造中，正确选用紧固件材料是重要一环，因为紧固件的性能和其材料有着密切的关系。如材料选择不当或不正确，可能造成性能达不到要求，使用寿命缩短，甚至发生意外或加工困难，制造成本高等，因此，紧固件材料的选用是非常重要的环节。金属紧固件的材料主要为钢材，使用的钢的种类，可分为：冷墩钢、易切削钢、普通不锈钢、耐热钢以及高温钢。钢材的种类繁多，牌号更是数不胜数，今天，螺丝君根据国标中钢的分类标准梳理紧固件选用钢材的类别，介绍紧固件最常用钢材-冷镦钢的产品特性，钢材的常用牌号，这些牌号的钢材所遵照的国际标准和国家标准,它们所适合制造的紧固件种类和性能等级以及冷镦钢的冷顶锻试验。1、钢的分类标准和种类无论多么繁杂的材料，分类都离不开下图的逻辑层次， 钢分类也是遵照这个原则：1) 根据GB/T 13304.1钢分类，按化学成分分类标准:  

• 
  非合金钢
• 
  低合金钢
• 
  合金钢
  

非合金钢就是碳钢也叫碳素钢,碳钢是碳含量在0.0218-2.11%(质量分数) 的铁碳合金,以碳含量的高低将碳钢分为：低碳钢: C% ≤ 0.25%；中碳钢：0.25% < C% ≤ 0.6% 和高碳钢：C% ≥ 0.60%。在碳钢的基础上添加合金元素以便调整钢的某些性能，不同合金含量的高低，分为低合金钢和合金钢。非合金钢、低合金钢和合金钢合金元素规定含量界限值可参考标准GB/T 13304.1-2008表1：


在GB/T3098.1-2010 表 2 材料中,对螺栓材料的分类是三种：碳钢、添加元素的碳钢、合金钢。其中,碳钢属于非合金钢，添加元素的碳钢根据所添加的元素（硼、锰、铬）的含量属于表中的非合金钢或低合金钢。在GB/T3098.1-2010 表 2 中的g备注中，合金钢至少应含有铬Cr、镍Ni、钼Mo和钒V四种元素中的一种元素，其最小含量铬0.30%，镍0.30%，钼0.10%，钒0.10%。“当含有二、三或四种复合的合金成份时，合金元素的含量不能少于单个合金元素含量总和的70%”,这句话使人费解，根据ISO898-1:2009，应该是：“当含有二、三或四种复合的合金成份时，这些二、三或四种的合金的总和值，不能少于对应的二、三或四种最小含量和的70%。例如，某种合金钢，含铬0.2%，镍0.1%，则（0.2%+0.1%）<（0.30%+0.30%）×70%,这种钢就不是合金钢。2）根据GB/T 13304.2钢分类，按主要质量等级和主要性能或使用特性的分类：a) 按主要质量等级：普通质量、优质和特殊质量非合金钢；普通质量、优质质量和特殊质量低合金钢；优质质量和特殊质量合金钢。b) 按主要性能或使用特性--部分摘要:

按主要特性分类	按主要质量等级
	1	2	3
	普通质量非合金钢	优质非合金钢	特殊质量非合金钢
以规定最高强度为主要特性的非合金钢	普通质量低碳结构钢板和钢带 GB912中的Q195	a) 冲压薄钢板 b) 不经热处理的冷顶锻和冷挤压用钢GB/T 6478 中表1的牌号	/
以规定最低强度为主要特性的非合金钢	a) 碳素结构钢 b) 碳素钢筋钢 c) 铁道用钢	a) 优质碳素结构钢 b) 汽车用钢	a) 保证淬透性钢 b) 航空用钢 c) 兵器用钢
以规定碳含量为主要特性的非合金钢		a) 冷墩用钢 YB/T4155中的BL1、BL2、BL3； GB/T5953 中的ML10-ML45 YB/T5144 中的ML15、ML20； GB/T 6478 中的ML08Mn、ML22Mn、ML25-ML45、 ML25Mn-ML45Mn b) 盘条钢 GB/T4353 中的25-65、40Mn-60Mn	a) 特殊盘条钢 b) 非合金调质钢 c) 非合金表面硬化钢 d) 冷顶锻和冷挤压钢
非合金易切削钢		a) 易切削结构钢	a) 特殊易切削钢-要求测定热处理后冲击韧性等

▲表 1 非合金钢的主要分类及举例

按主要特性分类	按主要质量等级
	1	2	3
	普通质量低合金钢	优质低合金钢	特殊质量低合金钢
可焊接合金高强度结构钢	一般用途低合金结构钢GB1591中的Q295、Q345牌号的A级钢	a) 造船用低合金钢 b) 汽车用低合金钢	a) 压力容器用低合金钢 b) 低焊接裂纹敏感性钢
铁路用低合金钢	低合金轻轨钢	铁路异型钢	铁路用低合金车轮钢

▲表 2 低合金钢的主要分类及举例

按主要质量等级	优质合金钢		特殊质量合金钢
	1		2	3	4	5	6	7	8
按主要特性分类	工程结构用合金钢	其它	工程结构用合金钢	机械结构用钢	不锈、耐蚀和耐热钢	工具钢	轴承钢	软磁钢	其它
按其它特性对钢进一步分类	耐磨钢	易切削钢	汽车用钢	SiMn(x)系钢 CrMo(x)系钢	马氏体型 奥氏体刑	高速钢	高温轴承钢	永磁钢	焊接用钢

▲表 3 合金钢的主要分类及举例
上面的三个表只是GB/T 13304中部分内容的摘选，从中可以看出不同紧固件选用的不同钢材的类别和属性。2、冷镦钢的特点、化学成分、常用标准和分类紧固件的主要制造工艺方法是冷镦( 螺栓、螺母等产品)和冲压（簧片类紧固件和垫片等）工艺。原材料主要是冷镦用热轧盘条、热轧钢板钢带。a) 由于冷镦钢是常温下利用金属塑性加工成型，每个零件的变形量很大，承受的变形速度也高。紧固件行业用“不开裂、淬得上”6个子形容冷墩钢的品质标准，因此，对冷镦钢原料的性能要求十分严格，所有元素的含量要满足紧固件性能等级的材料要求。碳 C 含量过高，冷成形性能将降低；太低则无法满足零件机械性能的要求；锰Mn能提高钢的渗透性，但添加过多则会强化基体组织而影响冷成形性能；在零件调质时有促进奥氏体晶粒长大的倾向。硅Si能强化铁素体，促使冷成形性能降低，材料延伸率下降。硫 S 和磷 P 为杂质元素，它们的存在会沿晶界产生偏析，导致晶界脆化，损害钢材的机械性能，应尽可能降低。硼 B 元素虽然具有显著提高钢材渗透性等作用，但同时会导致钢材脆性增加。含硼量过高，对螺栓，螺钉和螺柱这类需要良好综合机械性能的工件是十分不利的。合金钢至少应含有铬Cr、镍Ni 、钼Mo和钒V一种元素。铬：显著提高钢的抗腐蚀能力和抗氧化能力，调高耐磨性和保持高温强度。能提高渗碳层含碳量，提高钢的淬透性。镍：提高钢的强度而不降低其塑性，改善钢的低温韧性，使钢具有优良的冷、热加工性和冷成形性能；降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。钼：强化铁素体，提高钢的强度和硬度；降低钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。提高钢的耐热性和高温强度。钒：可使钢的晶粒细化，韧性增大；可提高钢的高温持久强度和蠕变抗力。可调节钢的淬透性。b) 冷墩钢的常用标准ISO 4954《冷镦和冷挤压钢》GB/T6478《冷镦和冷挤压用钢》GB/T28906《冷镦钢热轧盘条》GB/T5953《冷镦钢丝》Q/BQB517《冷镦钢盘条》-宝钢JIS G3507《冷镦钢用碳素钢盘条》-日本JIS G4051《机械制造用碳素钢》-日本JIS G4053《机械制造用合金钢》-日本SAE J403《碳钢化学成分》-美国SAE J404《碳钢化学成分》-美国SAE J404《碳钢化学成分》-美国DIN 1654《冷镦和冷挤压钢》-德国c) 根据GB/T6478-2015《冷镦和冷挤压用钢》，并按照国际标准和国内通用规则，冷镦钢按热处理方式有4种类型：1）非热处理型：紧固件冷墩成形后不需要进行热处理。加工的成品等级是4.6-6.8级。2）表面硬化型：紧固件冷墩成形后需经表面渗碳（渗氮）处理， 然后再进行淬火加低温回火处理。加工的成品主要是自攻钉和自钻螺钉。3）调质型（包括含硼钢）：紧固件冷墩成形后，先正火再淬火加高温回火处理，或直接进行淬火加高温回火处理。加工的成品等级是8.8-12.9级。4）非调质型：不需要调质热处理，在钢中加入微量合金元素，使其在轧制或锻造状态就具备良好的综合机械性能，从而可以减少淬火加回火过程。加工的成品参考GB/T3098.22 细晶非调质钢螺栓、螺钉和螺柱机械等级8.8F-10.F。3、常见牌号的钢材a) SWRCH=steel wire (rod) for cold heading=冷锻用碳钢线材,是日本牌号的钢，在JIS G3507-2010和Q/BQB517-2018中都有牌号和化学成分的规定。SWRCH6A、SWRCH8A适用于生产3.6-4.6级的标准件和非标件。SWRCH10A适用于生产4.8-6.8级标准件和非标件。SWRCH15A适于生产各种4.8-6.8级紧固件、焊钉。SWRCH18A、SWRCH22A适用于生产8.8-10.9级各种中、高强度自攻丝钉和标准件。SWRCH35K、SWRCH40K、SWRCH45K适用于生产8.8-10.9级螺栓、螺母。以SWRCH18A为例，字母和数字的含义：S-碳素钢，WR-线材， CH-冷锻钢，18-平均含碳量0.18%，A-脱氧方式，铝镇定钢；镇定钢是完全脱氧的钢，氧的质量分数不超过0.01%。这种编号是日本标准编号，以SWRCH35K为例，字母和数字的含义：S-碳素钢，WR-线材， CH-冷锻钢，35-平均含碳量0.35%，K-脱氧方式，硅铝镇定钢。b) SCM435和SCM440H是日本标准JIS G4053机械制造用合金钢钢材，在Q/BQB517-2018中也有规定，对应国内钢材35CrMo和42CrMo。SCM435和SCM440H是生产10.9-12.9级高强度紧固件的常用钢种，适用于生产10.9-12.9级螺栓、螺母。这种编号是日本标准编号，以SCM440H为例，字母和数字的含义：SCM-铬钼钢：S-Steel钢，C-Cr铬，M-Mo钼， 4–钼含量4%左右，40-碳含量大约0.40%上下，H-保证淬透性钢。c) ML20MnTiB是生产10.9级钢结构用标准件的常用钢种, 适用于生产10.9级各种型号钢结构螺栓。ML是铆螺钢的首字母。在GB/T6478 《冷镦和冷挤压用钢》有规定。这个编号是国标编号，ML-冷墩铆螺钢，取铆螺汉语拼音的首字母，20-平均碳含量0.20%，Mn- 锰，Ti-钛， B-硼，三种合金的小于1.5%。d) 10B21、10B28、10B33适用于生产8.8～10.9级各种型号紧固件，主要用于生产8.8～10.9级标准件。在SAE J403-2014 《碳钢化学成分》和Q/BQB517-2018中有规定。这种编号是美国标准编号，10-碳素钢，B-硼钢，21-平均碳含量0.21%。e) ML35适用于生产8.8级螺栓、螺母、法兰螺栓、内六角螺栓等。符合GB/T6478《冷镦和冷挤压用钢》规范。相当于SWRCH35K。f) 35VB 是合金结构钢，是生产高档次10.9级钢结构螺栓的钢种。g) SCr420和SCr440是生产12.9级高强度紧固件的钢种，是日本标准JIS G4053机械制造用合金钢钢材，在Q/BQB517-2018中也有规定。h)70钢、65Mn、60Si2Mn适用于弹性垫圈紧固件制造，Q235B35号和45号钢是优质碳素钢，可用于不同硬度要求的平垫圈的制造4、冷墩试验冷墩（冷顶锻、压扁）试验是冷墩钢最重要的指标之一。一般要求外六角螺栓应保证1/2H试验合格，螺母和法兰面螺栓及非标件必须保证1/3H试验合格。冷墩试验执行YB/T5293《金属材料顶锻试验方法》。试样顶锻时的变形：


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