紧固件线材棒料在风电高强螺栓中的应用

严寒和极端温差的影 响，承受高温 、低温 的侵蚀 ；功 率
高 ，最高达到 ３ 瓦级 ；速差大 、震动 、腐蚀 、重载等 ； 兆 除受 到轴 向预紧拉 伸载荷的作用 外 ，还会在工 作中受 到 附加 的拉伸交变载 荷 、横向剪切交变 载荷或 由此复合 而 成的弯曲载荷的作用 ，有时还受 到冲击载荷 ；附加的横
此 ，大多数都采用合 金 结构 钢制 造 ，并 经过 调质 处理 。
和性能起 着关键 的作用 。随着我 国汽 车 、装 备制造振 兴 规划的推进 ，对机械基础件 的要 求正逐 步提高 ，这也 为 紧固件线材 、棒料提出了更高的要求。
以螺栓 为例 ，特别 是风 力发 电 设备 用高 强度 螺栓 ， 作为主机 、叶片 、塔架和齿轮箱 的连接件 ，与主机一 起
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３ ｒ ３ ） ４Ｃ Ｎｉ ＭＩ
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３ 高强螺栓强化机制 ．
风电设备 中的高强螺栓 大多数为 中碳 合金钢 ，不仅 要求具有较高 的强度 ，同时还要具有足够 的韧性和塑性。 实践证明 ，螺栓经调质热处 理后可具有较 高的强度 、足
回火稳定性 ，回火后 回火索氏体组织得到强化 。实际上 ，
这些元素大多溶于铁素体 中，使铁素体 得到强化 。中碳 合金钢 中这类元素 的含 量都 保证使铁素体得 到强化而不 明显 降低其韧性 ，甚至有的还能同时提高其 冲击韧度 。 其余如 Ｍｏ 、Ｖ、Ｂ等合 金元素 ，它们 在中碳合金钢 中的含量一般很少 ，特别是 Ｂ的含量极微 ，但可显著地
栏主 李翔 目 持 华
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紧 固件 线 材 棒 料 在 风 电高 强 螺 栓 中 的应 用
上海 申光高强度螺栓有 限公 司 （０ ３９ 顾青丽 ２ １０ ）
浙江舟 山市 ７ １ ４２工厂 （ １０ １ 张先鸣 ３６ ４ ）
作为机械制造的基础 ，工艺 和材料对 于产品 的质 量
标 准 号
备注
欧 盟 牌 号
３ ｒ Ｍ０ 、 ０Ｃ Ｎｉ ８ ≤ Ｍ４ ２ Ｅ ｌ ２ ０． Ｎ ０５ ３
栓 的疲劳断裂 。而在环境 介质的作用 下 ，轴 向拉 伸载荷 会引起螺栓的延迟 断裂 ，以及高温条件下 引起螺栓 的蠕
变等 。
１． ０ ９级
３ Ｃ Ｎ Ｍｏ 、 ２ ｒ ｏ ４ ｒｉ ６ ４ ＣＭ ４
Ｂ ７
Ａ Ｔ ９ 中 国牌 号 Ｓ Ｍ Ａ１３
（ 用） 借
４ Ｃｒ Ｍ ｏ 、 ０ Ｎｉ Ａ ≤ Ｍ４ ８ ＧＢ／ ０ ７ Ｔ３７
抗拉强度 Ｒ ０ ０ ａ ． ４ ＭＰ ，断后伸长率 ≥９ ，断后收缩率 ≥１ ％ ＞４ ％ ，低 温 冲击 吸 收 能量 Ａ （一４ ℃ ） ≥２ Ｊ 因 ８ Ｏ ７。
向交 变 载 荷会 引起 螺 栓 的 松 动 ，轴 向交 变 载 荷 会 引 起 螺
等 。现国内外风电使用 的中碳合金钢牌号如表 ｌ所示。
表 １ 风 电用 高 强 螺 栓 材 料 国 内外 牌 号
性 能 规 格 牌 号
３ Ｒ ４、３ ２Ｃ Ｂ ０Ｍ ｒ ４ 、 ｉ Ｂ ≤ Ｍ３ ６ ３ ２ＣＲ ４ 、 ３ Ｒ ４ Ｂ ６Ｃ Ｂ ＥＮ１ ２ － ０ ６３ ４
２ ０Ｍ ｌ Ｂ 、 ａ Ｔｉ ≤ Ｍ２ ４
美 国 牌 号
Ｓ Ｊ２ ８ ＡＥ １ ６
Ｇ１ ０ ７、 ３ ３７ ／Ｔ
减轻 重量 、提高强度以便抵抗拉长 、拉 断 、滑扣和磨损 ；
Ｓ级
Ｍｌ Ｏ ＴＢ ２ Ｍｎ ｉ
≤ Ｍ３ Ｏ ３ ５ＶＢ 、 １ ３ ０Ｂ ３ ＭＩ ５ ＭＯ ３ Ｃｒ ≤ Ｍ２ ４
按高强度紧 固件标 准 ，风 电用 高 强螺 栓用钢 比较 复杂 ，
多 采 用 ３ ＣＢ 、３ ＣＭ０ 、４ ＣＭ０ ２ Ｒ４ ７ ｒ ４ ２ ｒ ４、５ Ｃ４ ０ ｒＶ、Ｓ Ｍ ４ Ｃ ４０
承担着基本性能 、构件基本功能的各项要求 。
风电紧固件在技术上有 一系列特 点 ：高强度 、高精 度等级 ；服务条件严酷 ，它将随主机 一起常 年经受酷 暑
增加 淬 透 性 。
够的韧性 和良好的抗疲 劳性 能。如果淬火 时未能全部淬
成马 氏体而得到一些非 马氏体组 织，螺栓 的强度 、韧性 和疲劳性 能均会有所 降低 ，尤其 当铁素体沿 晶界呈 网状 分布时 ，其影 响程度更 为严重 。为此 ，对 高强螺栓调质 淬火时要求整个截面 ９ ％以上获得马氏体。 ０ 中碳 合金 钢中所包含 主要合金元 素有 ｃ 、Ｎ 、Ｍｎ ｒ ｉ 、 Ｍｏ 。它们 所起 的主要作 用是 增加 中碳合 金钢 的淬透 等 性 ，使淬火保证得到马 氏体 ，并且 高温 回火 时有足够 的
性。
３ ＯＣｒ Ｓ Ａ Ｍｎ ｉ
４２ Ｍ ｏ Ｃｒ Ａ
（Ｂ Ｔ ３ ７ ／ ０ ７
ＧＢ ０ ７ ／Ｉ ７ ３
目前 ，风电高强度螺栓大部分选择 １． ，少量 为 ０ ９级 ８ ８ 。１． 高强度 螺栓 ，其 硬度 取 值 ３ ．级 ０ ９级 ２～３ Ｈ Ｃ， ９Ｒ
ｌ． ０ ９级 ≤ Ｍ ６ ３
≤Ｍ２ Ｓ Ｍ ３ ４ Ｃ ４ ５、Ｓ Ｍ ４ Ｊ Ｇ １５ 日本 牌 号 Ｃ ４ ０ Ｉ ４ ０ Ｓ
４１ ５、４１ ０、 ３ ．
在降低成本的同时 ，紧 固件 的使 用者提 出 了大 幅度
１． ０９
≤Ｍ２ Ｏ
４１ ５Ｈ 、４１ ０ ３ ４ Ｈ
风 电高强螺栓的用途正在逐 步扩大 ，随着 风电设 备的高
性能化和材料应用应力提 高 ，主机尺 寸减小 ，齿轮箱 的
轻量化 ，对螺栓提出了更高 的设计应力和轻量化 的要求 ， 而最有效的措施是提高螺栓用钢的使用强度 。
２ 风 电高强螺栓用钢 ．
目前 ，我国风 力发 电设备 技术 大 多数从 欧洲 引进 ，
Ｇ ／ ４ ８ 中 国 牌 号 Ｂ Ｔ６ ７
ＧＢ ｑ ２ ／ ’ｌ ３ｌ ＧＢ Ｔ ６ ７ ／ ４ ８、
可靠的韧性以减少对偏斜 、缺 口应 力集 中和表面质量 的 敏感性 。在潮湿 的大气 或腐 蚀气 氛环境 下工 作 的螺 栓 ，
要求其具有足够低 的延迟断裂敏 感性 ，以 及良好的冷镦