本人根据在金蜘蛛紧固件培训研讨会上主讲的“紧固件材料及热处理”、“冷镦材料与热处理方法”、“紧固件的热处理”、“紧固件热处理工艺与现场经验”和“金相检验与紧固件材料、热处理”等热门课题，总结了以下经常被学员问及的问题，供业内同行参考，不当之处请批评指正。谢谢!

　　1、什么是添加元素的钢， 为什么容易淬火开裂?

　　在GB/T3098.1～2010标准中对8.8级～10.9级的螺栓使用的材料有明确规定，对于需要热处理的高强度螺栓钢硫和磷的最大含量极限，从0.035%降到0.025%，其中有“添加元素的碳钢(如硼或锰或铬)”一类，并代替原标准规定的“低碳合金钢”。据悉，此类钢材采用“废钢”作原料、电炉冶炼，往往残余合金元素过多，控制非常困难，特别是一些难以在冶炼中去除的杂质元素，造成最终产品质量无法保证。

　　一般指的是45#、40Cr钢，此类钢在我国的使用年限较长。特别是S、P的含量都在0.025%～0.035%，还有其他的杂质Cu铜、Pb铅、Sn锡、Se硒，当钢中有害元素P、S增加时，低倍组织检测的中心疏松、一般疏松、方形偏析的级别都在2～3级，白点、缩孔、气泡、翻皮等缺陷也可见存在。由于价格较低，不少紧固件企业还很喜欢用。在螺栓调质时时常发生淬火裂纹的事故，主要是杂质元素和非金属夹杂物较多引起，在热处理时采取任何措施都不可避免开裂。对于重要的产品，建议一般不用或避免使用45#、40Cr钢。

　　2、目前市场上，20MnTiB、ML20MnTiB硼钢可制造10.9级高强度螺栓，但是进行再回火试验后，机械性能下降的原因是什么?

　　螺栓在紧固件中使用量最大，制造的材料主要有钢、不锈钢、钛合金和有色金属等。目前除少量的大规格采用温镦(温挤压)，切削加工制造外，大多数选择冷镦(冷挤压)成型工艺制造。螺栓最终的力学性能由制造紧固件的材料品质所决定，而20MnTiB和ML20MnTiB含碳量下限均低于0.20%，不能满足标准对材料的要求;20MnTiB钢螺栓强度≥1040MPa、硬度在32～39HRC的要求时，是靠降低回火温度达到的，当采用425℃再回火温度试验后硬度和强度下降，不能满足标准中的最低回火温度的性能要求。从生产实践可以看出，螺栓的优良综合机械性能，不但取决于热处理工艺和金相组织，更重要的是应具有良好的化学成分匹配。

　　20MnTiB和ML20MnTiB钢首先应保证碳含量在0.22%～0.24%以上，才能最大限度地提高淬透性，淬火后的硬度≥45～47HRC，以达到有效的淬硬层深度，才能满足标准中的最低回火温度425℃的要求。

　　3、美制内六角盘头螺钉1/4-20×1/2，材料：SCM435，机械性能12.9级，要求扭矩20N•m，热处理后扭矩只有17～18N•m，是什么原因造成的?

　　这个问题很关键。SCM435钢含碳量取中下限的话，这个问题解决不了，SCM435钢其含碳量提高到中上限或采用42CrMoA、SCM440钢后，这个问题就好解决了。为此，所有的钢材都应根据螺栓等级选择合适的含碳量，钢中的碳量发生变化，淬火温度就会变化，不仅抗拉强度、硬度会变化，而且扭矩也会变化。另外，重新调质热处理也可满足技术要求。

　　4、用马氏体型不锈钢30Cr13旧牌号3Cr13制成封闭圆环弹簧片，厚度0.75mm，硬度要求39～43HRC，弹性试验要求室温回弹10次以上。目前的工艺能满足硬度要求，但弹性合格率只有30%左右。在不改变材料的前提下，如何保证产品的弹性?

　　这涉及一个成分的问题，我们搞热处理的如果不把成分放在第一位那是搞不好的。可以采用含碳量≥0.32%～0.35%的钢材，带状组织偏析应控制在2级以下，其中控制非金属夹杂物的等级，如硫化物类、氧化铝类、球状氧化物类均不大于1.5级(包括粗、细系)。若弹性不够，考虑增加一道300～310℃再回火工序，然后快冷。可以试试。

　　5、汽车上用的不锈钢焊接螺母是采用哪种奥氏体不锈钢牌号?

　　奥氏体不锈钢具有良好的一般抗蚀性，在许多介质中具有优良的耐全面腐蚀性能，但对晶间腐蚀和应力腐蚀开裂较敏感。任何热处理工艺都不会使其硬化;但由于N含量的增加或冷成型强化，可使钢的力学性能有所提高。奥氏体型钢具有良好的可焊性，也有较高的低温冲击韧度，还有防止脆性的高安全性。

　　12Cr18Ni9(SUS302)旧牌号1Cr18Ni9。一般用途的标准18-8型CrNi不锈钢，耐腐蚀性优于同类的12Cr17Ni7(SUS301)钢，冷加工后能使抗拉强度有很大提高，但伸长率不如12Cr17Ni7，用于通用的耐蚀螺栓，需机加工的焊接螺母、自攻螺钉。

　　Y12Cr18Ni9(SUS303)旧牌号Y1Cr18Ni9。在18-8型奥氏体型不锈钢的基础上提高含S量以提高切削加工性能，可添加Mo和Zr元素，适于批量切削加工紧固件，尤其是采用棒材加工螺母时。

　　022Cr19Ni10(SUS304L)旧牌号00Cr19Ni10。除强度稍低外，其他性能与06Cr19Ni10(SUS304)相同，主要用于需焊接且焊接后又不进行固溶处理的螺母。

　　6、未来汽车发展的方向是轻量化、节能化、安全环保。在组装不可成缺的螺纹连接上，追求更高设计应力，轻量化的要求，更加合理的紧固技术。为了减小高强度紧固件延迟断裂的危险，采用何种不锈钢制造发动机螺栓?

　　一般采用沉淀硬化不锈钢也称时效硬化钢，基体为奥氏体或马氏体组织，并能通过沉淀硬化处理使其硬(强)化的不锈钢。这类钢在具有高抗腐蚀性的同时还具有高强度;其耐腐蚀性不但与成分有关，且与热处理密切相关，微细相的析出、时效反应对耐蚀性能都是有害的。钢的高强度是因为最终在较低温度下热处理时从马氏体相中析出金属间化合物的结果，另因这类钢的高强度特点，使用时也可能发生氢脆和应力腐蚀。

　　05Cr17Ni4Cu4Nb(SUS630)旧牌号0Cr17Ni4Cu4Nb，常用的沉淀硬化不锈钢，它同时具有马氏体不锈钢的高强度和奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能，综合性能良好，在315℃仍有高的强度和耐腐蚀性，用于既要求强度高，又要求耐腐蚀性好的汽车螺栓。07Cr17Ni7Al(SUS631)旧牌号0Cr17Ni7Al，可塑性好，易硬化，在较高温度仍有高的强度和耐腐蚀性，特别是冷、热变形性能优良，热处理强化效果显著，适于变型成形的高强度、耐腐蚀汽车螺栓。07Cr15Ni7Mo2Al(SUS632)旧牌号0Cr15N-i7Mo2Al，在07Cr17Ni7Al(SUS631)的基础上加入合金元素钼，以保证热处理时得到更高的强度。

　　06Cr15Ni25Ti2MoAlVB(SUS660)旧牌号0Cr15Ni25Ti2-MoAlVB。铁-镍基合金，它在高温下同时具有高的强度和好的耐腐蚀性，切削加工性能和热加工性能良好，可使用在650～700℃的高温下，用于耐热、耐腐蚀性的受力汽车发动机螺栓。

　　此外，马氏体型不锈钢是指具有较好的热稳定性和热强性的钢，如42Cr9Si2和40Cr10Si2Mo钢。在高温下具有较高的强度，又称马氏体型耐热钢。GB/T 1221-2007 《耐热钢棒》标准中指的42Cr9Si2旧牌号4Cr9Si2和40Cr10Si2Mo旧牌号4Cr10Si2Mo钢是发动机上重要螺栓材料，工作时要承受较高的机械负荷和热负荷。

　　小结：

　　随着冷镦技术的发展，对冷镦钢的需求明显增加。由于冷镦紧固件设备大部分为多工位冷镦机，其冷镦水平相对较为稳定，对紧固件品质的影响并不很大，而主要影响因素在于冷镦钢的质量，其本身或固有的质量缺陷直接影响到紧固件的最终品质水平。目前，大多数紧固件企业对冷镦钢都有严格的要求，并通过各种途经和信息寻求最能适应冷镦工艺的钢种。生产高强度紧固件有两大关键点：一是材料，二是热处理。无论哪一点有问题，都将导致高强度紧固件的性能失效。尤其是对冷镦汽车高强度螺栓而言，其选用材料方面更为严格，我国汽车紧固件用冷镦线材的开发研究，还处于相对落后的状态。

　　在生产实践中，对使用量大的碳钢或合金钢、不锈钢高强度螺栓材料标准的修订越来越重要，也越来越紧迫。 需要对材料中S、P含量问题、脱碳层、非金属夹杂物和酸浸低倍组织等进行探讨，还有对紧固件实物质量中的碳硼钢制造品质问题提出建议。研究和开发符合我国资源情况的质优价廉的高强度冷镦钢，对我国紧固件行业在国际市场竞争中取得优势具有重要的作用。