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紧固件是一种通用基础件,制造紧固件的材料主要有钢、不锈钢、钛合金和有色金属等。高强度钢板在紧固件中使用量多。高强度钢板的力学性能很大程度上取决于制造紧固件材料的质量。长期以来,由紧固件的失效和损坏引起事故的概率非常高,因此,用于制造紧固件的材料必须严格选择。在未来较长时间内,紧固件仍以钢铁材料为主。
选用紧固件材料必须依据 于2011年10月1日正式实施的《紧固件机械性能高强度钢板、螺钉和螺柱》GB/T3098.1—2010标准(简称新标准);注重紧固件材料机械性能方面,尤其是抗拉强度方面的要求;同时依据产品的服役环境和客户的具体要求,包括工况条件对材料的抗腐蚀性能方面的要求,工作温度对材料的耐热性能(高温强度、抗氧化性能)和低温冷脆性(低温冲击韧度)方面的要求。
(1)严格控制硫和磷质量分数。
新标准中8.8~12.9级的S和P质量分数不大于0.025%。现有的GB/T699和GB/T3077中的“优质钢”规定的S,P质量分数已不能满足新标准的要求,但GB/T3077中的“高级优质钢”和“特级优质钢”满足新标准的要求,GB/T699中“特级优质钢”可以满足新标准的要求。
(2)严格控制脱碳层。
脱碳层是影响紧固件质量和材料使用的重要指标。GB/T3098.1规定:螺纹全脱碳层的深度不得大于0.015mm,8.8和9.8级螺纹未脱碳层的高度为1/2牙高,10.9级为1/3牙高,12.9级为1/4牙高。
(3)严格控制非金属夹杂物。
非金属夹杂物是造成冷镦开裂的主要原因之一,C类(硅酸盐)和D类(球状氧化物)夹杂物的影响更大。颗粒愈大愈易开裂,在距表面2mm以内的夹杂物不应大于0.15μm。对于高强度紧固件材料,要求硅酸盐夹杂物不大于0.5级,球状氧化物夹杂物不大于1级。材料控制主要缺陷:冷镦钢的锭型偏析,材料及退火过程中的表面脱碳,冷镦裂缝,调质中的淬火开裂和变形。
高强度钢板用钢材是碳素钢和为增加强度、淬透性而添加铬、钼、镍、锰等合金元素的合金钢,以及耐蚀为主的不锈钢等,此外,还有添加微量硼使淬透性大幅度提高的硼钢。20MnTiB,ML20MnTiB,10B21和10B23硼钢可制造9.8级、10.9级高强度高强度钢板。采用的热处理方法是:高温淬火、快速冷却以获得低碳马氏体,再进行中温回火,可以满足高强度钢板的服役条件。我国自主开发的钢种20MnTiB主要用于钢结构连接件,现主要用于10.9级车桥轮胎高强度钢板、螺母及差速器高强度钢板。但高强度钢板实物质量和新标准的要求还有一定的差距,需要进行成分调整。比如,新标准规定B 质量分数为0.003%,但20MnTiB钢的B 质量分数为0.0035%,超过标准规定。还有,20MnTiB钢的碳质量分数未达到0.22%以上,不能满足新标准提高淬硬性的要求。
低温管主要用于生产乙烯、丙烯、尿素、合成氨、复合化肥等的装置和医药工业中的洗涤、净化、脱硫、脱脂等工艺装备,以及深冷设备制造业、超低温冷库、输送超低温液化气体的管道及其管部件,如石油气深冷分离设备、空气分离设备等。低温管用材主要有奥氏体型和铁素体型两大类,晶体结构的差异决定了奥氏体型低温管在低温区间内没有脆性转变温度,一般不需验证其低温冲击韧性就可使用,但GB150-2011规定当使用温度不低于-196℃(低温区间)时,可免做冲击试验,当使用温度位于-196~-253℃(超低温区间)时需按设计文件规定执行。铁素体型低温管具有明显的低温脆性转变温度,有其适用的低温区间。尽管世界各国对低温钢的温度界限规定略有差异,如英国、德国/日本、中国、美国/俄罗斯定义的温度界限分别为0、-10、-20、-30℃,但是实际工业环境可低至-253℃(液氢)不止。
到目前为止,仅仅是以ASTMA333Gr.8和Gr.11钢管为代表的使用温度低至-196℃的铁素体型低温无缝管成功实现了商业化,出于考虑,各国对铁素体型低温管的生产和使用制定了专门的标准,如EN10216-4和GB/T18984。从用途上看,低温管主要有低温管道和低温热交换器管,相比于国标和欧标只制定单一标准来说,日本和美国针对用途分别制定了不同的标准,如针对低温管道的JISG3460和ASTMA333,以及针对低温换热器管的JISG3464和ASTMA334。国际上低温无缝管的生产和验收多采用美标,国内设计也多参照美标,因而按美标生产低温管是大势所趋,这不仅有利于适合国内采用美标设计需求,实现国产替代,更有利于产品直接出口走向国际市场。
现实中,随着石化大型成套装置国产化水平的持续提高,尤其是成套装置的陆续出口,均需国产化美标低温管或国标低温管纳入美标的支撑,尤其迫切需要拓展国际低温无缝管体系。我国钢铁装备和技术水平的不断提高也具备国产化美标低温管的基础,开展超标极限评估和非标适用性评价,不仅有利于证明国产化美标低温无缝管的优良品质,还可探索其极限使用温度和扩展用途。
制约国内超高强度冷成型钢应用的因素主要在成形和焊接技术方面;而热成形钢的应用主要是成本问题。高强度钢板未来的应用方向主要是在现有车身结构、件、底盘件的基础上进一步扩大应用;新的应用增长点则在车身覆盖件和座椅系统等方面。预计在未来3~5年内,车身高强度钢板的用量将达到65%~70%,且超高强度钢和热成形钢的比例会进一步增加。实现这样的大量高强度钢板的应用,必须解决现有高强度钢板应用的 技术难题—冲压成形问题。由此,高强度钢未来的技术发展路线主要有两个方面:一、开发新一代高强度钢冷冲压钢种,通过冲压或滚压等工艺实现1GPa级别以上冷成型超高强度钢;二、改进热成形钢性能以及热冲压工艺,并开发低成本热冲压新工艺技术。
合金元素对钢热处理工艺性能 的影响 热处理工艺性能反映钢热处理的难易程度和热处理产 生缺陷的倾向。主要包括淬透性、过热敏感性、回火脆化倾向和 氧化脱碳倾向等。合金钢的淬透性高, 淬火时可以采用比较缓慢 的冷却方法,可减少工件的变形和开裂倾向。加入锰、硅会增大钢 的过热敏感性。
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高强板顾名思义是在钢板表面镀一层薄而致密的锌金属层,防止钢板表面受到腐蚀,以达到延长钢板使用寿命目的,并且金属锌表面呈银白色,色泽美观而广受欢迎。汽车用高强板的主要概况是:
1、生产工艺
按高强板的生产工艺及深加工方法的不同,高强板主要分为热高强板和电高强板,前者主要是将薄钢板浸入锌槽中,使钢板表面粘附一层锌,将出槽后的热高强板加热至约500℃,使其表面产生一种锌和铁的合金薄膜;而后者是利于溶液电解的原理,先将Zn2+离子电解到溶液中,然后在钢板表面沉积,形成一层均匀而致密的锌金属或合金层。
2、高强板表面质量
根据高强板表面质量的情况,其又可分为单面高强板和双面差高强板,表面仅一面有镀锌层的钢板叫做单面高强板。如果在已经一面镀锌的钢板的另一面,也涂一层锌金属,由于其厚度的差异,称为双面差高强板。
3、电镀溶液的种类
根据电镀溶液的种类可将电镀锌分为五大类,分别为:碱性 镀锌、碱性锌酸盐镀锌、铵盐镀锌、无铵氯化物镀锌、和硫酸盐镀锌。
1)碱性 镀锌后产品表面色彩艳丽,特别适用于彩色镀锌;但是由于 属于剧毒物质,在碱性 镀锌的过程中对通风设备提出了更高的要求,环境保护的限制对无氰少氰电镀液提出了更高的要求。
2)碱性锌酸盐电镀液的pH值为12~13,该工艺是由碱性 镀锌演变而来,也同样适合于彩色镀锌,其电镀层的晶格结构主要呈柱状,具有优良的耐蚀性。
3)采用铵盐作为电镀液时,电流利用率高,产品表面金属离子沉积速度快,得到的电镀层致密、光亮;但是由于铵盐电镀溶液对镀槽中的钢铁设备腐蚀严重、废水处理困难,铵盐镀锌迅速被无铵氯化物镀锌所取代。
4)采用无铵氯化物镀锌方法得到的电镀锌经钝化后,表面呈蓝白色,其表面与镀铬后颜色类似。
5)硫酸盐镀锌是目前国内广泛采用的一种电镀方法,由于其电镀溶液成分简单、成本低,且性能稳定,对环境及电镀设备危害小;电镀过程可使用较高的电流,镀层沉积速度较快,因此特别适用于线材、型材等大体积零部件。
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