摘要：本文简述了汽车紧固件材料的现状和发展，从汽车用冷镦钢盘条，紧固件用免退火冷镦钢，非调质钢冷镦钢三方面讨论了汽车紧固件新材料技术发展趋势，以及在该方面发展可能面临的问题，对新材料前景进行展望。
关键词：汽车紧固件；材料；发展；冷镦钢；免退火；非调质
一、汽车紧固件制造的现状
我国汽车行业持续迅猛发展，汽车产销量已经位列世界前列。随着汽车销售量持续保持增长，人们对汽车行业的关注已经从品牌、规模转变为汽车的质量性能、品牌、规模并重；新能源汽车紧固件加速发展已成为战略必争领域。目前汽车连接方式主要有焊接、铆接、螺接和胶接等，而螺接仍是主要的连接方式，故汽车的质量性能之一是由汽车紧固件制造技术所决定的。
由于我国汽车紧固件的制造过程中质量控制还欠缺，制造人员的质量管理意识还有不足，存在明显的风险和隐患。我国汽车市场规模虽大，但汽车紧固件制造企业普遍规模小，规模化制造程度低，很多企业对汽车紧固件的研发制造过程控制不好，产品的研发能力低下和量产周期信息滞后，无法及时满足市场需求，导致企业发展缓慢，也跟不上发展水平；新能源汽车紧固件仍然存在若干的痛点，需要高度关注。
目前我国汽车关键紧固件的制造工艺及材料均未完全实现国产化，受中美贸易摩擦及疫情的影响极大。在此背景下，推进汽车关键紧固件的全面国产化是紧固件制造业的目标和挑战。汽车关键紧固件的质量控制涵盖了从原材料生产到最终成品的全过程，制造技术的关键环节，本文结合收集的企业资料及积累的经验，简述汽车用冷镦钢盘条，紧固件用免退火冷镦钢，非调质钢冷镦钢三方面现状和发展，以及在该方面发展可能面临的问题，对新材料前景进行展望，抛砖引玉，以供同行借鉴与讨论。
二、 冷镦钢原材料的发展
汽车高强度关键紧固件原材料的基本生产工艺过程为：铁水预处理（KR）→转炉炼钢（BOF）→LF→RH/VD→大方坯连铸→开坯→修磨→探伤→修磨→轧制。炼钢过程控制的重点为杂质、偏析、晶粒度、成分均匀性和一致性及氧氮氢含量等；轧制过程重点控制表面质量（避免划伤和裂纹）、脱碳层、尺寸精度、氧化皮、料头和料尾修剪量、显微组织（避免魏氏组织）及冷顶锻性能等，关键紧固件对耐氢致延迟断裂性能也有较高的要求，因此汽车紧固件发展得益于冷镦钢技术的持续创新，与时俱进。
2.1 汽车用冷镦钢盘条
随着各企业汽车用冷镦钢产品的相距开发，现行冷镦钢国家标准 GB/T 6478、GB/T28906基础通用的技术指标水平无法满足汽车用冷镦钢的质量需求，另外高强度紧固件用原材料要求高，成本比普通冷镦钢要高。由于国内还没有此类专用的冷镦钢产品的国家或行业标准，不少企业都制订了各自的企业标准，业内在 GB/T 6478 的基础上相继以提高技术指标为目的，2019 年特钢企业协会团体标准T/SSEA0024-2019《汽车用冷镦钢盘条》发布，2020年由全国钢标委盘条与钢丝分技术委员会秘书处承担，由江苏永钢集团有限公司、冶金工业信息标准研究院等牵头起草，《汽车紧固件用冷镦钢热轧盘条》YB冶金行业标准进入报批阶段，制定专用于汽车紧固件的冷镦钢盘条，标准对冷镦钢用盘条技术水平进行升级非常及时，由于汽车用冷镦钢盘条具有高的成分、纯净度、冷顶锻和表面质量要求，为此有针对性的满足汽车用高强度紧固件对原材料的使用需求，提升国家紧固件产品的技术质量水准，主要旨在提高标准技术指标要求，满足汽车紧固件生产厂的使用，利于用户的使用和紧固件产品的标准化。
2.2 紧固件用免退火冷镦钢
对于采用中碳钢或中碳合金钢来制造8．8级及以上的高强度紧固件，热轧材需进行“一球一抽”或“二球二抽”工艺，即热轧盘条一(球化退火)一拉拔一球化退火一拉拔一冷镦。退火软化的目的是获得后续加工(拉拔和冷镦等)所需要的组织和力学性能，同时软化造成的硬度下降可提高冷镦用模具的使用寿命，故球化效果对冷镦合格率影响极大。但这种离线球化退火软化处理是紧固件制造过程中最为耗时、耗能的工序，周期大约为18～32h。鉴于此，国内外近年来开展了大量的研究工作，以期可较大幅度缩短球化退火软化时间或免退火，达到缩短生产周期、降低能耗和保护环境，同时提高劳动生产率、降低生产成本等目的。
江苏永钢集团大力进行免退火冷镦钢的研发，并形成了稳定的销量，目前年销量13万吨左右。此外，江苏永钢还成功牵头立项《汽车紧固件用免退火冷镦钢盘条》的汽车工程学会CSAE团体标准，并于近期开始编制标准报批。
江阴兴澄特钢在免退火钢系列上，成功研发10B30、SWRCH35K等紧固件钢线材，可省略退火，直接拉拔后冷镦。中天钢铁免退火冷镦钢盘条也已量产多年，可稳定应用于8.8级、10.9级各类紧固件，覆盖常见各类大变形量螺栓、螺母产品，牌号包括10B21、10B33、SWRCH35K、51B20、SH27等，其中SCM435、ML35CrMo已实现了减少球化退火时间节能的目的。
8.8级免退火料10B33、SWRCH35K、51B20与调质件的疲劳强度对标，对比发现前者疲劳强度更优；此类材料易适用于长螺栓件，可减少加工工序提高生产效率。也有客户反映，免退火钢时常有部分元素（如C、Mn、Si等）成分偏下限，增加了调质难度，造成热处理后力学性能不稳定，成本增加，现场工艺与产品质量稳定性匹配关系问题，因此仍需要加大投入研究。
2.3 非调质钢冷镦钢
随着发展对汽车性能的要求越来越高，尤其是愈加关注安全环保和高效节能。既要求钢材本身能节能降耗、降低制造成本，又要求其有更好的综合机械性能。非调质钢具有性能优良、高效节能、使用成本较低、有利于环境保护等突出优点，在国内外得到大力推行，被誉为“绿色钢材”。
目前用于紧固件制造的非调质钢基本为冷作强化型，按组织分类有铁素体+珠光体、铁素体+贝氏体和铁素体+马氏体双相组织3大类。我国非调质紧固件技术起步于20世纪80年代，形成了GB/T3098.22-2009《紧固件机械性能细晶非调质钢螺栓、螺钉、螺柱》国标3个牌号MFT8、MFT9、MFT10。通过热机械轧制控温控冷生产的非调质钢MFT8钢线材，组织是铁素体和珠光体，平均晶粒度为12级，尺寸约5μm；除了具有高强度、高塑性,还有优异的抗冲击韧性和抗低温疲劳性能，特别适合制造8.8级高强度螺栓。采用MFT8钢线材制造紧固件时，拉拔总压缩率控制在22%～35%，最佳总压缩率约30%，可省略前处理退火工序和调质处理工序，增加与表面处理相结合的稳定化时效处理工序，处理温度200～510℃，时间0.5～2h。可以省去退火和调质处理工序，不仅大幅度降低加工成本。据统计，8.8级螺栓每吨可以减少热处理过程的电耗约270KW/h，降耗节能减排，利国利民。
相比而言，国内螺栓钢中紧固件用非调质钢发展及应用的要慢一些，但是也有较大的突破。近年开发的 V-Nb、V-Nb-B-Ti 两大合金体系牌号正在得到关注并在相关领域推广试验。目前，冷作强化型非调质钢的研究表明，添加微量铌能够起到积极作用，没有明显不利因素；铌含量不是适当添加应在0.020%～0.035%范围；V-Ti-Nb复合微合金化，可以大幅度降低晶粒粗化敏感性，能够增加铁素体量特别是晶内铁素体量，从而具有最佳的综合力学性能。在以紧固件为主的非调质钢中添加铌是必要的。
江阴兴澄特钢非调质紧固件钢，采用XDWP（水浴）工艺，成功研发高均匀性8.8级非调质紧固件钢，整卷抗拉强度通条形好（≤20Mpa），产品性能稳定可靠，符合低碳环保、绿色制造；中天钢铁已成功开发非调质型冷镦钢盘条，目前已在8.8级和9.8级两个强度级别上有应用，同时正在加大研发10.9级非调质型冷镦钢。近年来，济钢开发SCN430、SCN435节能型非调质冷镦钢，不需热处理，已用于8.8级强度级别产品上。
由泛亚汽车技术中心有限公司、上海大学及南京钢铁集团等单位联合开发了电动汽车电池包固定用8.8级M6X840、M6X930长螺栓，采用非调质钢MLF20MnVNb免调质方案，基体为铁素体+贝氏体双相组织，增加稳定化时效处理工序，1:0.8屈强比和较好的强韧性，可以满足直线度小于0.5mm/m的要求，解决了细长螺栓的热处理变形难题，具有重要的推广价值。在实践中发现，目前非调质钢在高强度紧固件的应用还存在模具磨损问题。
三、结语
技术革新使螺栓钢趋于高性能化，汽车车辆速度的提高，部件的轻量化，驱动系统的大功率化，制动性能和受流性能的提高，要求高强度紧固件材料的开发和加工技术的同时进步，确保可靠性的很多技术研究开发非常必要。对于汽车紧固件研发阶段，在新材料开发完善的基础上，要发展结构设计和制造技术，整车与紧固件同步研发，紧固件功能与整车高度匹配、集成。只有不断转型升级，钢企与汽车紧固件企业联手才能赢得长远发展。
客服 
