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紧固件头条  >  紧固件知识  >  紧固件常用钢材的标准和牌号
紧固件常用钢材的标准和牌号
2022年09月06日 15:37   浏览:7117   来源:

紧固件制造中,正确选用紧固件材料是重要一环,因为紧固件的性能和其材料有着密切的关系。

如材料选择不当或不正确,可能造成性能达不到要求,使用寿命缩短,甚至发生意外或加工困难,制造成本高等,因此,紧固件材料的选用是非常重要的环节。

 金属紧固件的材料,主要为钢材,使用的钢的种类,可分为冷镦钢、易切削钢、普通不锈钢、耐热钢以及高温钢。钢材的种类繁多,牌号更是数不胜数。

今天,根据国标中钢的分类标准梳理紧固件选用钢材的类别,介绍紧固件最常用钢材-冷镦钢的产品特性,钢材的常用牌号,这些牌号的钢材,所遵照的国际标准和国家标准, 它们所适合制造的紧固件种类和性能等级以及冷镦钢的冷顶锻试验。


1.钢的分类标准和种类



无论多么繁杂的材料,分类都离不开下图的逻辑层次, 钢分类也是遵照这个原则:


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1、根据GB/T 13304.1 钢分类 按化学成分分类标准:  


  • 非合金钢;

  • 低合金钢;

  • 合金钢。


非合金钢,就是碳钢也叫碳素钢,碳钢是碳含量在0.0218-2.11%(质量分数)的铁碳合金,以碳含量的高低将碳钢分为:


  • 低碳钢:C% ≤ 0.25%;

  • 中碳钢:0.25%<C%≤0.6%;

  • 高碳钢:C% ≥ 0.60%。


在碳钢的基础上,添加合金元素以便调整钢的某些性能,不同合金含量的高低,分为低合金钢和合金钢。


非合金钢、低合金钢和合金钢合金元素规定,含量界限值可参考标准GB/T 13304.1-2008表1:

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在GB/T3098.1-2010 表2 材料中,对螺栓材料的分类是三种:


  • 碳钢

  • 添加元素的碳钢

  • 合金钢。


其中,碳钢属于非合金钢,添加元素的碳钢根据所添加的元素(硼、锰、铬)的含量属于表中的非合金钢或低合金钢。


在GB/T3098.1-2010 表2中的g备注中,合金钢至少应含有铬Cr、镍Ni 、钼Mo和钒V四种元素中的一种元素,其最小含量铬0.30%, 镍0.30%,钼0.10%,钒0.10%。


“当含有二、三或四种复合的合金成份时,合金元素的含量不能少于单个合金元素含量总和的70%”,这句话使人费解:


根据ISO 898-1:2009,应该是:“当含有二、三或四种复合的合金成份时,这些二、三或四种的合金的总和值不能少于对应的二、三或四种最小含量和的70%。


例如,某种合金钢含铬0.2%,镍0.1%,则(0.2% +0.1%)<(0.30%+0.30%)´70%,这种钢就不是合金钢。


2、根据GB/T 13304.2 钢分类,按主要质量等级和主要性能或使用特性的分类:


a) 按主要质量等级:普通质量、优质和特殊质量非合金钢;普通质量、优质质量和特殊质量低合金钢;优质质量和特殊质量合金钢。


b) 按主要性能或使用特性-部分摘要:


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上面的三个表,只是GB/T 13304中部分内容的摘选,从中可以看出不同紧固件选用的不同钢材的类别和属性。


2.冷镦钢的特点、化学成分、常用标准和分类



紧固件的主要制造工艺方法,是冷镦( 螺栓、螺母等产品)和冲压(簧片类紧固件和垫片等)工艺。


原材料,主要是冷镦用热轧盘条、热轧钢板钢带。


1)、由于冷镦钢是常温下利用金属塑性加工成型,每个零件的变形量很大,承受的变形速度也高。


紧固件行业用“不开裂,淬得上”6个子形容冷墩钢的品质标准,因此,对冷镦钢原料的性能要求十分严格,所有元素的含量,要满足紧固件性能等级的材料要求。


  • 碳C含量过高,冷成形性能将降低;太低则无法满足零件机械性能的要求;锰Mn能提高钢的渗透性,但添加过多则会强化基体组织而影响冷成形性能;在零件调质时有促进奥氏体晶粒长大的倾向。


  • 硅Si,能强化铁素体,促使冷成形性能降低,材料延伸率下降。


  • 硫S和磷P,为杂质元素,它们的存在会沿晶界产生偏析,导致晶界脆化,损害钢材的机械性能,应尽可能降低。


  • 硼B元素,虽然具有显著提高钢材渗透性等作用,但同时会导致钢材脆性增加。含硼量过高,对螺栓,螺钉和螺柱这类需要良好综合机械性能的工件是十分不利的。


合金钢,至少应含有铬Cr、镍Ni 、钼Mo和钒V一种元素。

  

  • 铬:显著提高钢的抗腐蚀能力和抗氧化能力,调高耐磨性和保持高温强度。能提高渗碳层含碳量,提高钢的淬透性。


  • 镍:提高钢的强度而不降低其塑性,改善钢的低温韧性,使钢具有优良的冷、热加工性和冷成形性能;降低钢的临界冷却速度,提高钢的淬透性。


  • 钼:强化铁素体,提高钢的强度和硬度;降低钢的临界冷却速度,提高钢的淬透性。提高钢的耐热性和高温强度。


  • 钒:可使钢的晶粒细化,韧性增大;可提高钢的高温持久强度和蠕变抗力。可调节钢的淬透性。


2)、冷墩钢的常用标准


  • ISO 4954《冷镦和冷挤压钢》

  • GB/T6478 《冷镦和冷挤压用钢》

  • GB/T28906《冷镦钢热轧盘条》

  • GB/T5953 《冷镦钢丝》

  • Q/BQB517《冷镦钢盘条》-宝钢

  • JIS G3507《冷镦钢用碳素钢盘条》-日本

  • JIS G4051《机械制造用碳素钢》-日本

  • JIS G4053《机械制造用合金钢》-日本

  • SAE J403 《碳钢化学成分》-美国

  • SAE J404 《碳钢化学成分》-美国

  • SAE J404 《碳钢化学成分》-美国

  • DIN 1654 《冷镦和冷挤压钢》-德国


3)、根据GB/T6478-2015《冷镦和冷挤压用钢》,并按照国际标准和国内通用规则,冷镦钢按热处理方式有4种类型:


  • 非热处理型:紧固件冷墩成形后不需要进行热处理。加工的成品等级是4.6~6.8级。


  • 表面硬化型:紧固件冷墩成形后需经表面渗碳(渗氮)处理, 然后,再进行淬火加低温回火处理。加工的成品主要是自攻钉和自钻螺钉。


  • 调质型(包括含硼钢):紧固件冷墩成形后,先正火再淬火加高温回火处理,或直接进行淬火加高温回火处理。加工的成品等级是8.8~12.9级。


  • 非调质型:不需要调质热处理,在钢中加入微量合金元素,使其在轧制或锻造状态就具备良好的综合机械性能,从而可以减少淬火加回火过程。加工的成品参考GB/T3098.22 细晶非调质钢螺栓、螺钉和螺柱机械等级8.8F-10.F。


3.常见牌号的钢材



1)、SWRCH= steel wire (rod) for cold heading=冷锻用碳钢线材,是日本牌号的钢,在JIS G3507-2010和Q/BQB517-2018 中都有牌号和化学成分的规定。


  • SWRCH6A、SWRCH8A适用于生产3.6-4.6级的标准件和非标件。

  • SWRCH10A 适用于生产4.8-6.8级标准件和非标件。

  • SWRCH15A 适于生产各种4.8-6.8级紧固件、焊钉。

  • SWRCH18A、SWRCH22A适用于生产8.8-10.9级各种中、高强度自攻丝钉和标准件。

  • SWRCH35K、SWRCH40K、SWRCH45K适用于生产8.8-10.9级螺栓、螺母。


以SWRCH18A为例,字母和数字的含义:S-碳素钢,WR-线材, CH-冷锻钢,18-平均含碳量0.18%,A-脱氧方式,铝镇定钢;镇定钢是完全脱氧的钢,氧的质量分数不超过0.01%。


这种编号是日本标准编号,


以SWRCH35K为例,字母和数字的含义:S-碳素钢,WR-线材, CH-冷锻钢,35-平均含碳量0.35%,K-脱氧方式,硅铝镇定钢。


2)、SCM435和 SCM440H是日本标准JIS G4053机械制造用合金钢钢材,在Q/BQB517-2018中也有规定。对应国内钢材35CrMo和42CrMo。


SCM435和 SCM440H是生产10.9~12.9级高强度紧固件的常用钢种,适用于生产10.9-12.9级螺栓、螺母。

  

这种编号是日本标准编号,


以SCM440H为例,字母和数字的含义:SCM-铬钼钢:S-Steel钢,C-Cr铬,M-Mo 钼, 4 –钼含量4%左右,40-碳含量大约0.40%上下,H-保证淬透性钢。


3)、ML20MnTiB是生产10.9级钢结构用标准件的常用钢种, 适用于生产10.9级各种型号钢结构螺栓。ML是铆螺钢的首字母。在GB/T6478 《冷镦和冷挤压用钢》有规定。


这个编号是国标编号,ML-冷墩铆螺钢,取铆螺汉语拼音的首字母,20-平均碳含量0.20%,Mn- 锰,Ti-钛, B-硼, 三种合金的小于1.5%。


4)、10B21、10B28、10B33  适用于生产8.8~10.9级各种型号紧固件, 主要用于生产8.8~10.9级标准件。在SAE J403-2014 《碳钢化学成分》和Q/BQB517-2018中有规定 。


这种编号是美国标准编号,10-碳素钢,B-硼钢,21-平均碳含量0.21%。


5)、ML35适用于生产8.8级螺栓、螺母、法兰螺栓、内六角螺栓等。符合GB/T6478 《冷镦和冷挤压用钢》规范。相当于SWRCH35K。


6)、35VB 是合金结构钢,是生产高档次10.9级钢结构螺栓的钢种,


7)、SCr420和SCr440是生产12.9级高强度紧固件的钢种;是日本标准JIS G4053机械制造用合金钢钢材,在Q/BQB517-2018中也有规定。

  

8)、70钢、 65Mn、60Si2Mn适用于弹性垫圈紧固件制造.Q235B35号和45号钢是优质碳素钢,可用于不同硬度要求的平垫圈的制造。


4.冷镦试验



冷镦(冷顶锻、压扁)试验是冷镦钢最重要的指标之一。


一般要求外六角螺栓应保证试验合格,螺母和法兰面螺栓及非标件必须保证试验合格。冷镦试验执行YB/T5293《金属材料顶锻试验方法》。


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附:钢材的命名规则

钢是含碳量在0.0218%-2.11%之间的铁碳合金。为了保证其韧性和塑性,含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外,还有硅、锰、硫、磷等。钢的分类方法多种多样,今天我们来看看钢材的命名规则。



1)碳素结构钢


  表示方法:Q+数字+(质量等级符号)+(脱氧方法符号)+(专门用途的符号)


  ①钢号冠以“Q”,代表钢材的屈服点;


  ②“Q”后面的数字表示屈服点数值,单位是MPa。例如Q235表示屈服点(σs)为235 MPa的碳素结构钢;


  ③必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。质量等级符号分别为A、B、C、D。


  脱氧方法符号:F表示沸腾钢;b表示半镇静钢:Z表示镇静钢;TZ表示特殊镇静钢,镇静钢可不标符号,即Z和TZ都可不标。例如Q235-AF表示A级沸腾钢。


  专门用途的碳素钢:例如桥梁钢、船用钢等,基本上采用碳素结构钢的表示方法,但在钢号最后附加表示用途的字母。


2)优质碳素结构钢

  

      表示方法:数字+(元素符号)+(脱氧方法符号)+(专门用途的符号)


  ①钢号开头的两位数字表示钢的碳含量,以平均碳含量的万分之几表示,例如平均碳含量为0.45%的钢,钢号为“45”,它不是顺序号,所以不能读成45号钢。


  ②锰含量较高的优质碳素结构钢,应将锰元素标出,例如50Mn。


  ③沸腾钢、半镇静钢及专门用途的优质碳素结构钢应在钢号最后特别标出,例如平均碳含量为0.1%的半镇静钢,其钢号为10b。


3)碳素工具钢

  

      表示方法:字母T+数字+(元素符号)+(质量等级符号)


  ①钢号冠以“T”,以免与其他钢类相混。


  ②钢号中的数字表示碳含量,以平均碳含量的千分之几表示。例如“T8”表示平均碳含量为0.8%。


  ③锰含量较高者,在钢号最后标出“Mn”,例如“T8Mn”。


  ④高级优质碳素工具钢的磷、硫含量,比一般优质碳素工具钢低,在钢号最后加注字母“A”,以示区别,例如“T8MnA”。


4)易切削钢

  

      表示方法:字母Y+数字+(元素符号)


  ①钢号冠以“Y”,以区别于优质碳素结构钢。


  ②字母“Y”后的数字表示碳含量,以平均碳含量的万分之几表示,例如平均碳含量为0.3%的易切削钢,其钢号为“Y30”。


  ③锰含量较高者,亦在钢号后标出“Mn”,例如“Y40Mn”。


5)合金结构钢

  

  表示方法:(专门用途符号)+数字+主要合金元素符号和数字+微量合金元素符号+(质量等级符号)+(专门用途符号)


  ①钢号开头的两位数字表示钢的碳含量,以平均碳含量的万分之几表示,如40Cr。


  ②钢中主要合金元素,除个别微合金元素外,一般以百分之几表示。

当平均合金含量<1.5%时,钢号中一般只标出元素符号,而不标明含量,但在特殊情况下易致混淆者,在元素符号后亦可标以数字“1”,例如钢号“12CrMoV”和“12Cr1MoV”,前者铬含量为0.4-0.6%,后者为0.9-1.2%,其余成分全部相同。当合金元素平均含量≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%……时,在元素符号后面应标明含量,可相应表示为2、3、4……等。例如18Cr2Ni4WA。


  ③钢中的钒V、钛Ti、铝AL、硼B、稀土RE等合金元素,均属微合金元素,虽然含量很低,仍应在钢号中标出。例如20MnVB钢中:钒为0.07-0.12%,硼为0.001-0.005%。


  ④高级优质钢应在钢号最后加“A”,以区别于一般优质钢。


  ⑤专门用途的合金结构钢,钢号冠以(或后缀)代表该钢种用途的符号。例如铆螺专用的30CrMnSi钢,钢号表示为ML30CrMnSi


6)低合金高强度钢

  

  表示方法:(专门用途符号)+数字+主要合金元素符号和数字+微量合金元素符号+(质量等级符号)+(专门用途符号)


  ①钢号的表示方法,基本上和合金结构钢相同。


  ②对专业用低合金高强度钢,应在钢号最后标明。例如16Mn钢,用于桥梁的专用钢种为“16Mnq”,汽车大梁的专用钢种为“16MnL”,压力容器的专用钢种为“16MnR”。


7)弹簧钢

  

  弹簧钢按化学成分可分为碳素弹簧钢和合金弹簧钢两类,其钢号表示方法,前者基本上与优质碳素结构钢相同,后者基本上与合金结构钢相同。


8)滚动轴承钢

  

  表示方法:


  高碳铬轴承钢:字母G+Cr元素符号和数字


  渗碳轴承钢:字母G+数字+主要合金元素符号和数字+微量合金元素符号+(质量等级符号)


  ①钢号冠以字母“G”,表示滚动轴承钢类。


  ②高碳铬轴承钢钢号的碳含量不标出,铬含量以千分之几表示例如GCr15。渗碳轴承钢的钢号表示方法,基本上和合金结构钢相同。


9)合金工具钢和高速工具钢


  ①合金工具钢钢号的平均碳含量≥1.0%时,不标出碳含量;当平均碳含量<1.0%时,以千分之几表示。例如Cr12、CrWMn、9SiCr、3Cr2W8V。


  ②钢中合金元素含量的表示方法,基本上与合金结构钢相同。但对铬含量较低的合金工具钢钢号,其铬含量以千分之几表示,并在表示含量的数字前加“0”,以便把它和一般元素含量按百分之几表示的方法区别开来。例如Cr06。


  ③高速工具钢的钢号一般不标出碳含量,只标出各种合金元素平均含量的百分之几。例如钨系高速钢的钢号表示为“W18Cr4V”。钢号冠以字母“C”者,表示其碳含量高于未冠“C”的通用钢号。


10)不锈钢和耐热钢


  ①钢号中碳含量以千分之几表示。例如“2Cr13”钢的平均碳含量为0.2%,若钢中含碳量≤0.03%或≤0.08%者,钢号前分别冠以“00”及“0”表示之,例如00Cr17Ni14Mo2、0Cr18 Ni9等。


  ②对钢中主要合金元素以百分之几表示,而钛、铌、锆、氮……等则按上述合金结构钢对微合金元素的表示方法标出。


11)焊条钢


  它的钢号前冠以字母“H”,以区别于其他钢类。例如不锈钢焊丝为“H2Cr13”,可以区别于不锈钢“2Cr13”。


12)电工用硅钢


  ①钢号由字母和数字组成。钢号头部字母DR表示电工用热轧硅钢,DW表示电工用冷轧无取向硅钢,DQ表示电工用冷轧取向硅钢。


  ②字母之后的数字表示铁损值(W/kg)的100倍。


  ③钢号尾部加字母“G”者,表示在高频率下检验的;未加“G”者,表示在频率为50周波下检验的。


  例如钢号DW470表示电工用冷轧无取向硅钢产品在50赫频率时的最大单位重量铁损值为4.7W/kg。


13)电工用纯铁


  ①它的牌号由字母“DT”和数字组成,“DT”表示电工用纯铁,数字表示不同牌号的顺序号,例如DT3。


  ②在数字后面所加的字母表示电磁性能:A——高级、E——特级、C——超级,例如DT8A。



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