中国紧固件行业发展现状及冷镦钢开发

中国紧固件行业发展现状及冷镦钢开发

2011-07-01 08:28:32

紧固件是一种通用基础件，与钢铁行业联系紧密。紧固件制造材料有钢、有色金属、不锈钢、钛合金和其他工程材料，90%以上采用冷镦加工，用该工艺制造的产品精度高、质量好，生产效率高。

1、我国紧固件行业市场需求

1.1汽车用紧固件

我国是车用紧固件增长最快的市场，2008年已超过日本成为仅次于美国的全球第二大紧固件市场。2007年我国紧固件需求约60亿美元，2010年将增至约75亿美元，从出口量和金额来看，我国占全球紧固件需求的15%。近几年我国紧固件年需求增长率为5%～10%，20 08年紧固件需求量为313万t，产量达540万t，同比增长9．5%，其中汽车工业是最大的用户(质量要求高)。未来几年汽车仍是紧固件需求最多的行业，2009年汽车产量为1350万辆，中高档汽车紧固件需求比2008年增长约25%。2010年汽车产量约为1800万辆，汽车及相关行业使用紧固件占总产量的18%～20%。

据统计，一辆轻型车或轿车平均用紧固件约500种规格，50kg，4000件左右，而一辆中卡或重卡车需紧固件约90kg，7500件，其中高强度紧固件占1/3左右。一辆汽车紧固件的费用约占整车成本的2. 5%～3.0%。

1.2不锈钢紧固件

螺栓、螺钉、铆钉等紧固件常用的材料有碳素钢、低合金钢和有色金属。但在特定场合，紧固件材料需要满足耐严重腐蚀或高强度的条件，许多不锈钢和超高强度不锈钢应运而生。不锈钢紧固件在强度上有较好表现，并具有耐腐蚀、易制造和易焊接的优点。不锈钢材质的紧固件进行电镀或热处理，可以获得更好的性能。在镍元素价格上涨的情况下，紧固件的价格也受到较大影响。紧固件生产企业为了减缓成本压力，生产了低镍型的不锈钢紧固件。

不锈钢紧固件生产用材质有奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、沉淀硬化不锈钢。常用的牌号有302，303，304，305，即所谓的“18－8”型奥氏体不锈钢4个牌号。302型用于采用机械加工的螺钉和自攻螺栓;303型为了改善切削加工性能，添加少量的硫，用于采用棒料加工螺母;304型适用于采用热镦工艺加工紧固件; 305型适用于采用冷镦工艺加工紧固件，例如冷成型螺母、六角螺栓; 309型和310型Cr含量和Ni含量都比18－8型不锈钢高，适用于高温下工作的紧固件;316和317型均含有合金元素Mo，因此它们的高温强度和耐蚀性能均比18－8型不锈钢高。耐磨焊条用321型和347型，321型含有较稳定合金元素Ti，347型含有Nb，提高了材料的抗晶间腐蚀性能，适用于焊后不退火或在420～1013℃服役的紧固件。

铁素体型不锈钢430型普通铬钢的耐腐蚀性能和耐热性能比410型好，有磁性，但不能进行热处理强化，适用于耐腐蚀和耐热性能要求稍高和强度要求一般的不锈钢紧固件。

马氏体不锈钢410型和416型可以进行热处理强化，HRC硬度值在35～45，机加工性能良好，用于一般用途的耐热耐腐蚀紧固件。4 16型含硫量稍高，是易切削不锈钢。420型含硫质量分数不小于0．1 5%，力学性能较好，可以进行热处理强化，最大HRC硬度值58，用于较高强度要求的紧固件。沉淀硬化不锈钢630比18－8型不锈钢强度更高，因而用于高强度、耐腐蚀不锈钢紧固件。

2、紧固件生产的机遇和挑战

近年来，中国的国民经济保持8%增长速度，给紧固件行业发展带来良机。中国紧固件企业制造水平的提高，离不开紧固件材料的提高，新型冷镦材料的开发也离不开紧固件企业，紧固件行业的发展更离不开钢铁行业的支持。

我国紧固件生产和贸易企业近1万家，生产紧固件最多的是浙江、江苏、广东和河北，中外合资企业或台商企业数量很多，唐山、天津等华北地区也形成一定产业群，其中浙江企业数量约占全国企业总数的40%以上，产量约占全国总产量的54%，是国内紧固件产品生产最为集中的省份。

我国生产的紧固件中，8.8级以下普通低档紧固件占45%～50%，产能明显过剩，但一些关键紧固件产品，实物质量尚不能完全满足要求，在一定程度上仍然依赖进口。我国是紧固件出口大国，出口量几乎占产量的一半，但出口的产品大部分为低端产品，出口的平均价格为1260美元/t，而进口的平均价格高达9000美元/t。

2009年中国紧固件出口形势进一步恶化，许多紧固件企业把出口市场转移到内销市场，许多企业也正在通过联合协作、原材料团购、加强管理及提高材料利用率(已由原来的85%～88%提高到94%～97%)等措施，以降低生产成本，扩大市场份额。

3、紧固件用冷镦钢的开发

我国20世纪90年代开始生产冷镦钢，生产企业有宝钢、马钢、沙钢、邢钢等40余家，但生产的冷镦钢还不能满足高档紧固件的生产，国内紧固件用原材料基本是热轧状态，有1/5存在开裂问题，紧固件生产企业不得不在拉拔、退火工序进行材料的改制。对于高强度紧固件，原材料冷镦成形后，还需进行最终球化退火处理以提高性能。这些处理工序不但增加成本，而且污染环境，特别对于中小企业，由于不具备保护气氛热处理条件，常常会导致表面氧化和脱碳，严重影响标准件质量，因此，钢铁企业和紧固件生产企业应紧密合作开发新钢种。

国内近几年先后开发了SWRM6，SWRCH6A，SWRM8，SWRM10，SWRC H8A，SWRCH10A，ML20，ASTM1018，ASTM1022，ML35，SWRCH32K，SC M435，SWRCH35K，SCM440紧固件冷镦用钢，基本上满足行业的要求。但是，由于对高精度、高强度紧固件，钢结构连接副及非标异型件的需求日益高涨，因此，对高纯净度、高性能、高质量的冷镦钢需求也更为迫切。

我国冷镦钢线材批次稳定性较低，纯净度不高，品种规格不全，导致许多合金钢、低合金钢、耐热钢和不锈钢仍主要依赖进口。冷镦

钢使用企业需加强与钢铁企业合作，进一步开发和使用节能型非调质钢和免退火或简化退火的热轧线材、抗延迟断裂用钢，如国外开发的KNDS2，45CrNiMoTi及中国钢铁研究总院开发的ADF1等超细晶粒钢。要开发满足耐高温、耐高压、耐腐蚀要求的，以及满足各种生产工艺需求的不锈钢材料，加快研制达到国外同类10B

18M，SAE1021，MNB123H等水平的新钢种。

由于紧固件对冷镦钢的内在质量和表面质量要求严格，我国高质量冷镦钢仍然以进口为主，国内生产厂家仍然局限在几个大钢厂，而且产量增长速度不快。汽车紧固件用中高档冷镦钢2008年超过了18 0万t，冷镦钢占汽车用优质钢材总量的7%～12%。从发达国家经验来看，欧洲生产的150万t棒线材有近一半用于汽车制造，2/3的冷镦线材用于汽车行业，用来制造装配所需的紧固件和一部分可采用冷镦冷挤压工艺制造的零部件。近年来我国汽车紧固件进口量约占总需求量的60%，主要来自日本、韩国等国家以及我国台湾地区。汽车紧固件的高端产品10．9级和12．9级主要使用SCM435(35CrMo)和SC M440(42CrMo)钢，而国外许多汽车紧固件制造商也大量采用10B18M，SAE10B21，MnB135H等钢种。

4、汽车用紧固件的使用性能和分类

4.1汽车用紧固件使用性能

紧固件作为主机与零部件的连接件，随主机一起在各种恶劣的服役环境中接受考验，应用于高温、高压、低温、振动、腐蚀、重载、交变应力、抗剪切抗扭转的各种场合。紧固件的失效和损坏引发事故或灾难的概率非常高，故用于制造紧固件的材料必须严格选择。

汽车紧固件8.8级螺栓用35，45，ML35钢;10．9级螺栓用35Cr Mo，40Cr钢;12.9级螺栓用35CrMo，42CrMo，SCM435钢。汽车标准件用材料国内主要以宝钢为主，其在国内轿车、商用车发动机等特种高强度紧固件的市场占有率较高。宝钢公司已成为一汽、东风、上汽等公司特殊标准件用钢的指定厂家。

10.9级和12.9级发动机用紧固件进口材料主要来自日本神户、新日铁，韩国浦项等公司。进口材料淬透性好、纯净度高，装配稳定，成本约高于国内材料的15%～20%。

4.2汽车用紧固件分类

汽车紧固件常用材料有钛合金、钢、铜、铝、尼龙和其他金属、非金属等材料。汽车紧固件用钢按照其产品特点可以分为4种类

型。

(1)非热处理型，主要是低碳钢系列，加工的成品等级是3.6～5. 8级。

(2)调质型，主要是中碳钢、低合金钢、合金钢系列，加工成品等级是8.8～12.9级。

(3)表面硬化型，以ML18Mn，ML22Mn，ML20Cr为代表，主要加工的成品为自攻螺钉、自攻自钻螺钉和其他要求表面渗碳型产品。

(4)非调质钢，也称微合金非调质钢。紧固件用非调质钢主要是冷作硬化型非调质钢，牌号前常冠以字母“LF”，加工的成品等级主要是8.8级和10.9级的高强度紧固件。按照紧固件的加工方法，紧固件用钢材又可分为热(温)锻和冷锻(冷镦和冷挤压)2种。

5紧固件用冷镦钢的发展趋势

由于汽车需要更高强度和耐用的紧固件，在把紧固件转变成多用途的高精密汽车零部件的过程中，技术进步起到关键作用。

冷镦钢发展方向为非调质钢、硼钢和超细晶粒钢，而免热处理的非调质冷镦钢备受关注。非调质冷镦钢通过采用微合金化、控轧控冷等强韧化方法，在加工紧固件过程中可省略冷拔前的球化退火和成形后的淬火回火处理，还可减少螺纹部分的脱碳倾向，提高成品率。由于非调质钢在冷镦时的硬度较线材高，使得冷镦复杂形状的凸缘类螺栓时产生裂纹的机率较高，而且冷镦模具寿命有所降低。为此，非调质钢制造的螺栓主要为7T级和8.8级，加工量少的10.9级双头螺栓也可采用非调质钢制造。日本8.8T级的螺栓大都用微合金非调质钢制造。

发达国家冷镦钢产业已基本形成规模，重点是根据用户的要求改善冷镦钢材料的质量性能。如日本大同为降低标准件材料成本和加工成本，推出了多种不锈钢螺栓和螺钉用钢;高周波钢业开发了一系列不锈冷镦钢新产品，利用设备优势推出SUS系列产品，大大提高了钢的冷镦性能;日本精线为适应建筑行业要求，开发了具有良好耐蚀和冷镦性能，通过淬回火硬化的马氏体冷镦钢;爱知制钢公司开发了AU S系列冷锻用不锈钢，分为奥氏体(A)、铁素体(F)、马氏体(M)及沉淀硬化系列。

发达国家冷镦线材具有良好的强塑性，优良的拉拔性能，断丝率较低，晶粒大小仅为1～2μm。钢丝在热处理时仅加热到奥氏体和铁素体的双相区进行保温后再冷却至室温，奥氏体化温度低，保温时间短，从而热处理后的组织细小，渗碳体尺寸较小，厚度较薄，分布均匀，呈现出特殊的“双相组织”。

我国生产非调质冷镦钢，组织上为低碳含锰的铁素体加珠光体型和贝氏体型，并添加微量合金元素(V，Ti，Nb和N等)，细化晶粒和析出强化元素，采用炉外精炼减少夹杂物，通过控温轧制(锻制)、控温冷却，在铁素体和珠光体中弥散析出碳、氮化物为强化相，使钢在轧制(锻制)后不经调质处理即可获得中碳钢经调质后所达到的力学性能。马钢的免退火中碳冷镦钢和超细晶非调质冷镦钢两项产品已获国家专利。

6结语

我国拥有世界上最先进的炼钢轧钢设备，为制造汽车紧固件提供优质线材的基本条件已经具备，应尽快采用专坯专用，加强冷镦钢的品质管理等措施，逐步缩小与发达国家的差距。

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