汽配緊固件原材料知識(shí)

1、摘  要  介紹汽車零部件用線材的數(shù)量、品種，以與汽車緊固件的生產(chǎn)狀況和市場需求。提出國內(nèi)冷鐓線材現(xiàn)狀。針對國內(nèi)已經(jīng)具備制造汽車緊固件優(yōu)質(zhì)線材的基本條件，建議盡快采用專坯專用，建立加強(qiáng)質(zhì)量管理的冷鐓線材供應(yīng)鏈，逐步縮小與發(fā)達(dá)國家的差距。關(guān)鍵詞  汽車緊固件  冷鐓線材  質(zhì)量  標(biāo)準(zhǔn)1  汽車零部件用線材1.1  商用車用線材據(jù)統(tǒng)計(jì)，1輛中型商用車約有2 000多個(gè)緊固件，質(zhì)量8090 kg，加上其他的桿件、連接件、彈簧制品，總消耗線材120150 kg。1.2  乘用車用線材1）普通線材用于制作牽引鉤、

2、轉(zhuǎn)向桿落下臂、頭靠墊背架、方向盤襯筋、機(jī)罩襯桿、排煙管支架等。2）高碳和合金鋼線材主要制作鋼絲束軟管套、鋼絲繩、回復(fù)彈簧、氣門芯彈簧、減震器等。3）冷鐓線材80%以上用于制作緊固件、連接件、管接頭，包括低碳、中碳和合金鋼線材。其中保證動(dòng)力傳遞安全的發(fā)動(dòng)機(jī)連桿、缸蓋飛輪、變速箱螺栓，門絞鏈固定用螺栓等，基本上都是高強(qiáng)度緊固件，占全車使用緊固件數(shù)量的80%，且其中的一半采用10.9級(jí)與以上的高強(qiáng)度緊固件。2  汽車緊固件制造和市場需求2.1  市場需求2008年我國緊固件的產(chǎn)量達(dá)540萬t，汽車與相關(guān)產(chǎn)業(yè)使用緊固件應(yīng)占總產(chǎn)量的18%20%。根據(jù)國務(wù)院辦公廳2009年3月20日公

3、布的20092011年汽車產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃，2009年汽車產(chǎn)銷量力爭超過1 000萬輛，3年平均增長率達(dá)到10%，也就是說每年至少有6070萬t線材通過制造緊固件進(jìn)入汽車制造業(yè)，且逐年增長。2.2  緊固件制造商用車除了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)等關(guān)鍵部位使用10.9級(jí)與以上緊固件外，其余部位主要采用8.8級(jí)緊固件。乘用車使用的緊固件原料包括低碳鋼鋼線材、不銹鋼線材。這類緊固件大部分應(yīng)用在焊接件和裝飾件上，超過80%是高強(qiáng)度緊固件，其中10.9級(jí)與以上的（使用合金鋼線材的部分）占50%，這些緊固件中通用的標(biāo)準(zhǔn)件（主要是8.8級(jí)），可以在市場上采購，10.9級(jí)與以上或一些組合件、零件化（軸類、筒類）

4、、焊接專用的異型緊固件，由于質(zhì)量要求高，專業(yè)化程度強(qiáng)，由定點(diǎn)專業(yè)工廠配套生產(chǎn)。而高檔乘用車發(fā)動(dòng)機(jī)上的緊固件采用進(jìn)口，或由外商隨整車引進(jìn)原配套的專業(yè)緊固件廠家在國內(nèi)的企業(yè)生產(chǎn)。以乘用車為例，引進(jìn)的品牌汽車占我國汽車消費(fèi)市場的80%以上。這些高檔的知名品牌汽車雖在國內(nèi)生產(chǎn)線上裝配，但車上的緊固件有70%以上是進(jìn)口的，這除了有產(chǎn)品的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬外方的原因外，客觀的原因是我國的緊固件產(chǎn)品和制造這些緊固件的線材在質(zhì)量穩(wěn)定性方面確實(shí)存在問題。除少量的汽車緊固件采用冷鐓（溫?cái)D壓）、切削加工外，大多采用冷鐓（冷擠壓）成型工藝制造，這與一般緊固件的制造原理相同，只不過要求更高，對缺陷的控制更嚴(yán)。決定品質(zhì)的“硬件

5、”因素是：材料、模具與設(shè)備；“軟件”因素是：工藝技術(shù)、質(zhì)量（品質(zhì)）管理和服務(wù)。3  冷鍛線材的質(zhì)量要求國內(nèi)能提供的冷鐓鋼線材規(guī)格為5.540 mm，較成熟的規(guī)格是6.530 mm，汽車緊固件的力學(xué)性能主要由制造緊固件的線材質(zhì)量決定。高檔的冷鐓線材質(zhì)量包括以下幾個(gè)方面：1）性能。具有較高的塑性指標(biāo)，伸長率、斷面收縮率較高；在冷塑性變形中，材料的變形抗力小，加工硬化率低，材料的屈強(qiáng)比值小，硬度適當(dāng)。2）表面質(zhì)量。最重要的是表面無裂痕，要求表面光滑圓整，無凹凸折疊、結(jié)疤、麻點(diǎn)等缺陷。3）顯微組織。基本組織（除特殊要求外）是鐵素體加珠光體（FP），要求珠光體體積分?jǐn)?shù)30%40%，鐵素體體積分

6、數(shù)60%70%，不得有片狀珠光體和貝氏體。除了10.9級(jí)以上螺栓合金鋼線材要求晶粒細(xì)小為68級(jí)，以保證成品強(qiáng)度外，冷鐓中碳鋼線材晶粒度應(yīng)控制在57級(jí)。當(dāng)晶粒度級(jí)別低于5級(jí)時(shí)，線材的加工硬化率提高，不利于線材的拉拔；當(dāng)晶粒度過細(xì)時(shí)，抗拉強(qiáng)度提高，導(dǎo)致性能超標(biāo)。4）非金屬夾雜物。夾雜物是造成冷鐓開裂的主要原因之一。夾雜物顆粒愈大，愈易開裂，在距表面2 mm以內(nèi)的夾雜物應(yīng)不大于0.15 m。一般認(rèn)為，非金屬夾雜物中B類（氧化鋁）和C類（球狀氧化物）夾雜物危害最大。技術(shù)要求應(yīng)明確B類夾雜物不大于0.5級(jí)，D類夾雜物不大于1級(jí)，其他夾雜物不大于2級(jí)，夾雜物總和不大于3級(jí)。5）其他。包括化學(xué)成分和成分波動(dòng)

7、范圍，冷鐓線材的心部碳偏析，原材料與退火過程中的表面脫碳層（鐵素體脫碳層0.03 mm，總脫碳層1% D），通條性能好，等等。4  冷鍛線材現(xiàn)狀4.1  冷鐓線材標(biāo)準(zhǔn)存在的問題1982年緊固件行業(yè)采用ISO 898緊固件機(jī)械性能后，在行業(yè)中對應(yīng)推薦ISO 4954冷鐓和冷擠壓鋼，并以此為基礎(chǔ)形成了GB/T 6487冷鐓和冷擠壓用鋼，雖經(jīng)2001年修訂仍無重大突破，可選用范圍狹窄，冷鐓線材品種數(shù)量較少。1）冷鐓鋼標(biāo)準(zhǔn)。我國自主開發(fā)的鋼種20MnTiB一直受緊固件企業(yè)追捧，原來主要用于鋼結(jié)構(gòu)連接件，現(xiàn)主要用于商用車車橋輪胎螺栓、螺母、差速器螺栓，后來ML20MnTiB列入國標(biāo)，

8、而同期開發(fā)使用較成熟的35VB鋼卻一直沒有列入國家標(biāo)準(zhǔn)。2）冷鐓鋼絲標(biāo)準(zhǔn)。冷鐓鋼絲標(biāo)準(zhǔn)僅有GB 4232-1993不銹鋼冷鐓鋼絲9種牌號(hào)和GB 5953-1999冷鐓鋼18種牌號(hào)，數(shù)量少、品種不全且修訂工作落后，不能滿足市場需求。隨著技術(shù)的進(jìn)步，專業(yè)化生產(chǎn)逐漸成熟，向緊固件企業(yè)提供高質(zhì)量的冷鐓鋼絲（精線）是今后的發(fā)展方向。3）據(jù)了解，國內(nèi)生產(chǎn)冷鐓鋼的20多家企業(yè)，線性生產(chǎn)供貨的38個(gè)冷鐓鋼品種與國際一致的只有ML35，ML20，ML15，ML15MVB，ML40Gr，ML35GrMo，20MnTiB，其余都采用JIS G 3507，JIS G 4105中的牌號(hào)，或者SAE、臺(tái)灣中鋼10B21，

9、10B33和C-CH1等鋼號(hào)。4）新修訂的GB 15712-2008非調(diào)質(zhì)機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼僅10個(gè)品種，全部是含V鋼，有Mn-V系、V-Ti系、Nb-V系和Nb-V-B系非調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)，沒有LF型冷作硬化型非調(diào)質(zhì)鋼。5）標(biāo)準(zhǔn)中技術(shù)指標(biāo)規(guī)定偏低，如對冷鐓鋼潔凈度指標(biāo)沒有設(shè)定氣體含量、有害元素含量的范圍，以與對非金屬夾雜物的限制。4.2  冷鐓線材對實(shí)物質(zhì)量的影響4.2.1  材料統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，冷鐓開裂中有80%85%是因?yàn)槔溏吘€材表面存在折疊、劃傷、密集的發(fā)紋、局部微裂紋、結(jié)疤等缺陷。由材料問題引起的開裂，可以發(fā)生在冷鐓成型后，也有在碾制螺紋時(shí)和熱處理后發(fā)生。我國的冷鐓線材存在冷

10、鐓開裂問題。開裂率在1%3%屬較好的水平，一般的開裂率在3%5%，有的甚至超過10%。1/2冷頂鍛檢查合格的線材，只能生產(chǎn)外六角螺栓產(chǎn)品，只有保證1/3冷頂鍛合格的線材，才能用于生產(chǎn)內(nèi)六角螺釘、凸緣螺栓和螺母等冷變形要求較高的產(chǎn)品。由冶煉質(zhì)量造成冷鐓線材對汽車緊固件實(shí)物質(zhì)量的影響，主要是鋼廠采用連珠工藝生產(chǎn)冷鐓鋼時(shí)，鋼坯的表面有缺陷，內(nèi)在夾雜物超標(biāo)，組織存在偏析；連鑄坯直接軋鋼的，鋼坯斷面尺寸較小，應(yīng)改為320 mm×280 mm大方坯連鑄，然后開坯探傷、修磨后軋制汽車緊固件用冷鐓精線材。4.2.2  化學(xué)成分汽車發(fā)動(dòng)機(jī)用10.9級(jí)與以上高強(qiáng)度緊固件在裝配中對扭矩、預(yù)緊力（

11、和摩擦因數(shù)）都有一定的要求。在組裝中要求緊固件的性能穩(wěn)定，摩擦因數(shù)離散度小，所以對材料要求較高，成分要在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，且力學(xué)性能穩(wěn)定。冷鐓線材中個(gè)元素成分僅僅符合標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還應(yīng)對S、P含量嚴(yán)格控制：對C，Si，Mn的組合比例分組優(yōu)化，日本原材料中C，Mn含量一般偏上限，而國內(nèi)原材料一般偏中下限，應(yīng)有效控制同一批次中的數(shù)據(jù)，波動(dòng)范圍越小越好。另外，日本神戶、新日鐵、韓國浦項(xiàng)生產(chǎn)的SCM435線材，都把鎳（Ni）和銅（Cu）寫進(jìn)材料質(zhì)保書內(nèi)，而我國卻沒有，且對鋼中氣體含量也沒設(shè)定具體要求。筆者曾對日本產(chǎn)的10.9級(jí)高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該產(chǎn)品硬度離散度很小，只有12個(gè)HRC值，

12、且抗拉強(qiáng)度波動(dòng)值很小，排除熱處理因素外，關(guān)鍵是材料成分匹配與穩(wěn)定性很好，而國內(nèi)線材不同爐批號(hào)成分雖然都符合標(biāo)準(zhǔn)，但波動(dòng)較大。4.2.3  其他冷鐓線材的其他質(zhì)量問題，如硬度不均勻，通條性能差，尺寸公差范圍超差，圓度偏差不合格，脫碳層超標(biāo)，以與軋鋼時(shí)產(chǎn)生的表面劃痕、折疊、壓痕等均應(yīng)避免。日本神戶SCM435冷鐓線材比國產(chǎn)線材硬度要高，HRB值達(dá)95，但其冷鐓性能卻很好，從以往加工發(fā)現(xiàn)，神戶料冷鐓變形硬化程度升幅慢，延展性好，特別適合加工細(xì)長桿螺栓，不易彎曲，直線度好。冷鐓熱軋線材交貨時(shí)，應(yīng)調(diào)整好線材的硬度、伸長率、斷面收縮率等指標(biāo)，以滿足后續(xù)的生產(chǎn)要求。4.3  冷鐓線材改制

13、中存在的問題我國汽車緊固件企業(yè)大多由自己進(jìn)行球化退火處理改制冷鐓線材，而日本、歐盟等國基本上由線材專業(yè)改制廠或者鋼廠直接改制成精線供貨。近年來，國內(nèi)的情況有所改變，寶鋼集團(tuán)投資了南京寶日鋼絲制品有限公司為緊固件制造業(yè)直接供應(yīng)成品精線；邢鋼投資成立新光精線廠；湘鋼新組建湘鋼緊固件有限公司，不但生產(chǎn)成品精線，而且直接使用自己的線材生產(chǎn)緊固件。上海、江蘇、深圳、廣州等地均有專業(yè)線材改制廠（主要以臺(tái)資企業(yè)為主）。緊固件冷鐓線材的熱處理有軟化退火和球化退火兩種（如再結(jié)晶、完全退火等），制作合金鋼、中碳鋼內(nèi)六角螺釘、螺母、自鉆自攻螺釘，軟化退火可滿足冷鐓變形要求，但對于要求嚴(yán)格的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)螺栓，不但要適合

14、冷鐓變形要求，而且對表面脫碳和內(nèi)部金相組織、硬度均勻性都有很高要求，為成品最終熱處理做準(zhǔn)備。緊固件企業(yè)一般對產(chǎn)品的后處理（冷鐓后調(diào)質(zhì)、滲碳處理）較為重視，對前處理（冷鐓前改制處理）不重視，這樣對汽車緊固件的品質(zhì)影響較大。專業(yè)線材改制廠用SCT爐、井式爐、抽真空加氮基保護(hù)氣氛爐的較普遍，而使用氫氣保護(hù)的鐘罩爐球化退火較少。歐盟40多家線材工廠就擁有45套氫氣保護(hù)的鐘罩爐，來進(jìn)行球化退火，由于氫氣的還原性特征和熱傳導(dǎo)比高（加上爐底風(fēng)機(jī)攪拌氣體強(qiáng)對流），使?fàn)t罩內(nèi)溫差小，線材表面不脫碳也不增碳，退火后的線材硬度更均勻，開裂率更小，品質(zhì)更優(yōu)良。5  結(jié)語雖然緊固件在汽車的成品中僅占整車成品的2.5%，但是由于緊固件損壞造成的損失卻是整車的100%，甚至危與人的生命，從召回的汽車來看，事故的