汽车用紧固件有哪些钢材材料

汽车用紧固件有哪些钢材材料

紧固件材料作为汽车制造业的基础，对于产品的质量和性能起着至关重要的作用。钢材是紧固件中最基本的材料，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。通过采用先进的冶炼装备和工艺技术以及合理的低合金化，我国的紧固件用钢发生了较大变化，使目前的高强度紧固件能更好地满足机械制造业实际使用要求。

一、微合金化钢也就是通过钢中加入少量的某种元素来改变钢的性能，用以提高紧固件的工作强度。由于每一种元素都有自己的特点。根据钢中其他元素的含量，生产工艺以及使用要求的不同，这些元素可以分别或综合使用。

长期以来，通常8.8级螺栓用ML35钢，经调质处理后制成。无论在生产还是使用上都存在一定问题，如冷镦开裂、热处理时容易淬裂和脱碳，在装拆及服役过程中，存在滑扣，变形（拉长、颈缩、弯曲）、断裂、六角头磨圆等问题。

CH35ACR冷镦钢是替代ML35钢制造≥M14的较大规格螺栓材料，将CH35钢与ML35钢对比，在Si、Mn含量方面有差异，前者添加了Cr元素，并减少了P、S含量，不仅在油中冷却的淬火临界直径增加为18~20mm，而且在相同的高温回火

后的硬度差比较大，抗回火稳定性能强。

近年来，钢的冷镦合金化技术有了很大发展，一方面是使用了很大发展，一方面是使用少量0.1%碳化物元素，如Ti、V、Cr，加入低碳C-Mn钢中，可广泛用于各类机械构件，其中包括汽车紧固件，这是一个值得提倡和推广的钢铁材料。

二、非调质钢用非调质钢制造螺栓可省略螺栓冷拔前的球化退火和螺栓成形后的淬火回火处理，还可减轻螺纹牙尖的脱碳倾向，提高螺栓成品率，经济效果十分明显。

由于非调质钢线材在冷加工时的硬度较通常为高，这使得加工模具寿命有所降低。因此，非调质钢制造的螺栓主要为8.8级，加工量少的10.9级双头螺栓也可采用非质钢，其用量正在逐步扩大。

目前使用的非调质钢，组织上为低碳合锰的铁素体+珠光体型和贝氏体型。在生产方面，采用炉外精炼减少夹杂物并控制成分在较窄的范围，通过控制轧制和控制冷却，细化组织以提高韧性并产生析出强化。

ML08Mm2Si双相冷镦钢是替代ML35钢开发研制的。它具有高强度和优良的冷加工成型性能，主要表现在可提高钢材的冷镦性，增加钢材的利用率。它通过冷拔变形强化而达到螺栓的强度要求，因而简化了紧固件热加工工序，节约能耗，有较高经济价值和社会效益。

三、低碳马氏体钢一般中碳（合金）结构钢经常规热处理后，其强度与塑性是一对互为消长的矛盾，为了追求高

的塑性和韧性，采用淬火，高温回火（调质处理）等措施，势必牺牲强度，若欲保持高强度水平，采用淬火，低温回火，又是显得塑性、韧性不足。

低碳（合金）结构钢淬火后的组织低碳马氏体+板条相界残余奥氏体以及细小分散碳化物，结构是位错具有较高的强度（硬度45~50HRC）屈服强度为1000~1300Mpa，良好的塑性A≥10%，Z≥40%和韧性Akv≥59，以及良好的冷加工性，可焊性和热处理畸变小等优点，因此，研究开发低碳马氏体结构钢有重要的理论和实际意义。

汽车上重要螺栓，如连杆螺栓、缸盖螺栓、半轴螺栓等，过去一般采用40Cr或35CrMo钢制造，由于其冷镦性能差，常常因冷镦开裂、掉头而产生大量废品，而使用单位由于螺栓存在不确定质量隐患而导致事故发生。

Mn-V-B冷镦钢的开发，在M20以下可保证获得全部马氏体组织，其淬火态和200℃回火态为典型的位错板条马氏体，这就可用来取代40Cr调质处理，具有优良的综合力学性能。既具有较高的强度又有良好的韧性和低的冷脆转化温度。

15Mn-V-B低碳马氏体钢生产8.8级至10.9级连杆螺栓、缸盖螺栓，20Mn-V-B钢生产CA488发动机螺栓静强度比40Cr 螺栓提高了约35%，从而使螺栓承载能力提高了45%~70%。

现有的低碳（合金）钢，如制造汽车前后拦板用的8.8级、9.8级铆接螺栓，内三点焊接用SWRCH22A或20Mn，经过不同淬火介质淬火，获得低碳马氏体后，可以满足螺栓的服役要求。此外，采用低碳（合金）钢冷拔冷镦不易开裂，冷

拔模具、冷镦模具、搓丝板、滚丝轮等不易损坏，可使螺栓的工艺性能获得显着改善。低碳马氏体钢的开发，为紧固件制造增添了可选择的新钢种，其特点是强韧性匹配好，基本上避免了中碳钢制造的螺栓所易产生的缺陷。

四、碳硼钢把含量为0.0005%~0.003%的硼加到钢中，许多钢种的调质硬度明显提高，因此在汽车紧固件方面，用硼元素取代贵重稀有元素，可收到较好的经济效益。单就硼元素而言，对钢的冷加工没有明显的影响，只是在热处理时比较明显，碳硼具有高韧性、强塑性、回火温度低、强度高的特点，很适合生产高强度紧固件。为了进一步提高冷加工性能和省略球化退火处理，开发低成本的低中碳高强度硼钢。其成分设计的基本原则是降低含碳量，改善钢的冷变形能力，加入微量硼以弥补因降碳而造成的强度和淬透性的损失。另外根据需要还可加入适量Cr、Mn等合金元素，进一步提高淬透性。由于少量硼代替大量合金元素，钢材成本降低，碳和合金素含量低，冷加工性能良好，轧材可以直接拉拔和冷镦加工，不需要预先球化退火处理，节约了螺栓的制造成本。

通常8.8级螺栓用40B、40MnB，而9.8级和10.9级螺栓用MnB123H钢。该钢系日本神户钢厂自行研制牌号，为了在425℃以上温度回火时得到1000MPa以上的强度，碳含量控制在0.25%左右，同时控制Mn、B的含量，并降低杂质元素P、S的含量，因而在900~1100MPa级的强度范围内的耐延迟断裂性能相当于或优于SCM435钢。

日本采用低碳硼钢生产高强度螺栓已经比较普遍，像汽车、拖拉机等行业的高强度螺栓已经大量使用碳硼钢。通过

硼元素的使用，可以减少其他合金元素使用。在过去的几年中，碳硼钢的优良特性在某些环节并未引起人们的重视，这是由于一些不适当的生产环节和其他错误使用造成的。碳硼钢的生产需要在钢材冶炼过程中严格控制，以供紧固件行业的生产追求高效、强韧性和轻量化相结合仍是汽车紧固件钢材与制造精髓，金属材料科学将在其中起着制约的作用，为了节约能源和资源，先进材料、先进制造工具、先进设备的研究层出不穷。冶炼工业和汽车工业的紧密结合和合作不仅会进一步促进现代化合金技术的研究，同时也为汽车高强度紧固件的发展，竞争能力提高提供了材料基础，需要全行业加以充分关注。