我們為什麼大量進口高端螺栓，究竟有什麼難的？

07-04

來自專欄機械設計實戰課程

我們先看一組中國海關關於緊固件進出口統計數據

很明顯地看到，同時期進口緊固件的單價是出口價格的4到5倍，甚至更高，以英國為例，從英國進口螺栓的單價為20718美元/噸，而我國出口到英國的緊固件僅為1840美元/噸，單價相差10倍以上。我們大量出口普通螺栓，高端高附加值的螺栓需要大量進口，我們為什麼要大量進口這種高要求的螺栓呢，因為我們大量的基礎設施建設需要這種螺栓，而目前我們還沒有完全掌握生產高端螺栓的技術。

那麼生產出合格的高端螺栓需要什麼樣的技術儲備呢，為什麼就這麼難呢，我們先簡單了解一下螺栓。

螺栓是機械設備中應用最廣泛的零部件，看上去不起眼，裡面學問真的不少，人家說的小螺栓，大學問真的不假。標準中定義了常用螺栓的性能等級有10種，即3.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9級，8.8級及以上的被稱為高強度螺栓，高強度螺栓在應用中一直承受比較高的應力，應用的環境也各有不同，有些應用於沿海甚至海上，要求非常好的防腐性能，有些應用於高溫壓力容器，要求螺栓具有非常好的耐高溫性能，合格的高端螺栓對原材料、熱處理、螺紋加工、表面防腐處理、防松、摩擦係數控制都有很高的要求。下面就從這幾個方面簡單聊一聊怎麼才能生產出合格的高端螺栓。

原材料要求有害氣體含量控制的非常低，比如氫和氧，氫的含量要低於2ppm，氧含量要控制在20ppm，材料純凈度要求很高，非金屬夾雜控制到很低的程度，這需要電渣重熔和真空脫氣才能滿足要求，不過這對國內企業來講不是什麼大問題，但是遇到一些特殊要求的，比如要求高防腐性能的或者耐高溫的，鋼材中需要添加一些微量元素來達到應用要求。添加什麼元素，加多少，怎麼加這是一個問題，目前我們還沒完全掌握，所以耐應力腐蝕螺栓、耐高溫螺栓還是大量依靠進口。

熱處理之後既要保證比較高的強度和韌性，又要保證表面不增碳或脫碳，也就是表面硬度和心部硬度不能差太多，硬度太高說明材料比較脆，不能耐受衝擊載荷，硬度太低，說明強度可能達不到要求，這種檢查需要將螺栓刨切，沿刨切截面打硬度。為了達到不脫碳不增碳就需要在熱處理過程中很好的控制碳勢，這是我們比較難做到的。硬度合格後，說明熱處理工藝是合格的，熱處理工藝就凍結了，沒有特殊原因是不能更改了，如果需要更改，還需重新做實驗來驗證。

螺紋加工，螺栓一般選用滾壓螺紋的方式加工，因為滾壓加工可以保證金屬纖維組織是連續的，並且在螺紋根部，有應變強化的效應，因此滾壓成型的螺紋強度更高，這還不算完，滾壓還不夠，並且要求在熱處理後滾壓螺紋，這就難了，熱處理後滾壓螺紋對模具要求很高，一般的模具磨損會比較快，國外的模具耐磨損性能更好，多次使用之後還能保持比較高的精度，這也是我們需要提高的。

表面防腐處理，高強度螺栓是不能用電鍍進行表面處理的，這樣會引起氫脆，有一些要求不高的可以電鍍之後進行去氫處理，但是要求高的螺栓會明確要求禁止進行電鍍處理，一般要求高的都是用達克羅或久美特做表面處理，這兩種處理都是國外的專利，你要光明正大的用是要交專利費的。

防松，我們比較熟悉的是hardlock的雙楔形螺母，這個是日本的專利產品，號稱永不鬆動的螺母，得到了各個行業的認可，我國也有大量進口。施必牢也有鎖緊螺母，對不起這也是專利保護的，還有nordlock有種雙疊防松墊圈，也是有專利保護。我國也有不少螺栓防松方面的專利，但是我們不能僅僅把注意力放在防松這一項上，需要在滿足實用要求的前提下保證放鬆，最簡單的例子，很多自鎖螺母是不能保證扭矩係數的。

摩擦係數控制，這個影響因素比較多，螺紋加工，表面處理，潤滑等因素都會影響摩擦係數，摩擦係數直接影響螺栓的扭矩係數，也即螺栓預緊力的控制精度。這個摩擦係數的控制也是一個難點，國外能把扭矩係數控制在0.11到0.15之間。我們國家也有能生產出來，但質量的穩定性和一致性沒法保證。這個又不能每一個都拿去做扭矩試驗。

對於一些特殊的應用場合，普通的螺栓是不能用的，比如高溫場合，因為高溫蠕變會嚴重影響螺栓的預緊力，這時就需要選用特殊材料設計特殊的螺栓了，這是我們國家的短板，大部分依賴進口。

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不可否認我國工業技術水平正在飛速發展，目前已經有一些企業在特定領域和國外企業水平很接近了，著名的fastenal也在中國找代工做螺栓產品。