摘要：本文簡(jiǎn)述了汽車緊固件材料的現(xiàn)狀和發(fā)展，從汽車用冷鐓鋼盤(pán)條，緊固件用免退火冷鐓鋼，非調(diào)質(zhì)鋼冷鐓鋼三方面討論了汽車緊固件新材料技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，以及在該方面發(fā)展可能面臨的問(wèn)題，對(duì)新材料前景進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：汽車緊固件；材料；發(fā)展；冷鐓鋼；免退火；非調(diào)質(zhì)

一、汽車緊固件制造的現(xiàn)狀

我國(guó)汽車行業(yè)持續(xù)迅猛發(fā)展，汽車產(chǎn)銷量已經(jīng)位列世界前列。隨著汽車銷售量持續(xù)保持增長(zhǎng)，人們對(duì)汽車行業(yè)的關(guān)注已經(jīng)從品牌、規(guī)模轉(zhuǎn)變?yōu)槠嚨馁|(zhì)量性能、品牌、規(guī)模并重；新能源汽車緊固件加速發(fā)展已成為戰(zhàn)略必爭(zhēng)領(lǐng)域。目前汽車連接方式主要有焊接、鉚接、螺接和膠接等，而螺接仍是主要的連接方式，故汽車的質(zhì)量性能之一是由汽車緊固件制造技術(shù)所決定的。

由于我國(guó)汽車緊固件的制造過(guò)程中質(zhì)量控制還欠缺，制造人員的質(zhì)量管理意識(shí)還有不足，存在明顯的風(fēng)險(xiǎn)和隱患。我國(guó)汽車市場(chǎng)規(guī)模雖大，但汽車緊固件制造企業(yè)普遍規(guī)模小，規(guī)?；圃斐潭鹊停芏嗥髽I(yè)對(duì)汽車緊固件的研發(fā)制造過(guò)程控制不好，產(chǎn)品的研發(fā)能力低下和量產(chǎn)周期信息滯后，無(wú)法及時(shí)滿足市場(chǎng)需求，導(dǎo)致企業(yè)發(fā)展緩慢，也跟不上發(fā)展水平；新能源汽車緊固件仍然存在若干的痛點(diǎn)，需要高度關(guān)注。

 目前我國(guó)汽車關(guān)鍵緊固件的制造工藝及材料均未完全實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，受中美貿(mào)易摩擦及疫情的影響極大。在此背景下，推進(jìn)汽車關(guān)鍵緊固件的全面國(guó)產(chǎn)化是緊固件制造業(yè)的目標(biāo)和挑戰(zhàn)。汽車關(guān)鍵緊固件的質(zhì)量控制涵蓋了從原材料生產(chǎn)到最終成品的全過(guò)程，制造技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本文結(jié)合收集的企業(yè)資料及積累的經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)述汽車用冷鐓鋼盤(pán)條，緊固件用免退火冷鐓鋼，非調(diào)質(zhì)鋼冷鐓鋼三方面現(xiàn)狀和發(fā)展，以及在該方面發(fā)展可能面臨的問(wèn)題，對(duì)新材料前景進(jìn)行展望，拋磚引玉，以供同行借鑒與討論。

二、 冷鐓鋼原材料的發(fā)展  

汽車高強(qiáng)度關(guān)鍵緊固件原材料的基本生產(chǎn)工藝過(guò)程為：鐵水預(yù)處理（KR）→轉(zhuǎn)爐煉鋼（BOF）→LF→RH/VD→大方坯連鑄→開(kāi)坯→修磨→探傷→修磨→軋制。煉鋼過(guò)程控制的重點(diǎn)為雜質(zhì)、偏析、晶粒度、成分均勻性和一致性及氧氮?dú)浜康?；軋制過(guò)程重點(diǎn)控制表面質(zhì)量（避免劃傷和裂紋）、脫碳層、尺寸精度、氧化皮、料頭和料尾修剪量、顯微組織（避免魏氏組織）及冷頂鍛性能等，關(guān)鍵緊固件對(duì)耐氫致延遲斷裂性能也有較高的要求，因此汽車緊固件發(fā)展得益于冷鐓鋼技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新，與時(shí)俱進(jìn)。

2.1 汽車用冷鐓鋼盤(pán)條

隨著各企業(yè)汽車用冷鐓鋼產(chǎn)品的相距開(kāi)發(fā)，現(xiàn)行冷鐓鋼國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 6478、GB/T28906基礎(chǔ)通用的技術(shù)指標(biāo)水平無(wú)法滿足汽車用冷鐓鋼的質(zhì)量需求，另外高強(qiáng)度緊固件用原材料要求高，成本比普通冷鐓鋼要高。由于國(guó)內(nèi)還沒(méi)有此類專用的冷鐓鋼產(chǎn)品的國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，不少企業(yè)都制訂了各自的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，業(yè)內(nèi)在 GB/T 6478 的基礎(chǔ)上相繼以提高技術(shù)指標(biāo)為目的，2019 年特鋼企業(yè)協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/SSEA0024-2019《汽車用冷鐓鋼盤(pán)條》發(fā)布，2020年由全國(guó)鋼標(biāo)委盤(pán)條與鋼絲分技術(shù)委員會(huì)秘書(shū)處承擔(dān)，由江蘇永鋼集團(tuán)有限公司、冶金工業(yè)信息標(biāo)準(zhǔn)研究院等牽頭起草，《汽車緊固件用冷鐓鋼熱軋盤(pán)條》YB冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)入報(bào)批階段，制定專用于汽車緊固件的冷鐓鋼盤(pán)條，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)冷鐓鋼用盤(pán)條技術(shù)水平進(jìn)行升級(jí)非常及時(shí)，由于汽車用冷鐓鋼盤(pán)條具有高的成分、純凈度、冷頂鍛和表面質(zhì)量要求，為此有針對(duì)性的滿足汽車用高強(qiáng)度緊固件對(duì)原材料的使用需求，提升國(guó)家緊固件產(chǎn)品的技術(shù)質(zhì)量水準(zhǔn)，主要旨在提高標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)要求，滿足汽車緊固件生產(chǎn)廠的使用，利于用戶的使用和緊固件產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化。

2.2 緊固件用免退火冷鐓鋼

對(duì)于采用中碳鋼或中碳合金鋼來(lái)制造8．8級(jí)及以上的高強(qiáng)度緊固件，熱軋材需進(jìn)行“一球一抽”或“二球二抽”工藝，即熱軋盤(pán)條一(球化退火)一拉拔一球化退火一拉拔一冷鐓。退火軟化的目的是獲得后續(xù)加工(拉拔和冷鐓等)所需要的組織和力學(xué)性能，同時(shí)軟化造成的硬度下降可提高冷鐓用模具的使用壽命，故球化效果對(duì)冷鐓合格率影響極大。但這種離線球化退火軟化處理是緊固件制造過(guò)程中最為耗時(shí)、耗能的工序，周期大約為18～32h。鑒于此，國(guó)內(nèi)外近年來(lái)開(kāi)展了大量的研究工作，以期可較大幅度縮短球化退火軟化時(shí)間或免退火，達(dá)到縮短生產(chǎn)周期、降低能耗和保護(hù)環(huán)境，同時(shí)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本等目的。

江蘇永鋼集團(tuán)大力進(jìn)行免退火冷鐓鋼的研發(fā)，并形成了穩(wěn)定的銷量，目前年銷量13萬(wàn)噸左右。此外，江蘇永鋼還成功牽頭立項(xiàng)《汽車緊固件用免退火冷鐓鋼盤(pán)條》的汽車工程學(xué)會(huì)CSAE團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，并于近期開(kāi)始編制標(biāo)準(zhǔn)報(bào)批。

江陰興澄特鋼在免退火鋼系列上，成功研發(fā)10B30、SWRCH35K等緊固件鋼線材，可省略退火，直接拉拔后冷鐓。中天鋼鐵免退火冷鐓鋼盤(pán)條也已量產(chǎn)多年，可穩(wěn)定應(yīng)用于8.8級(jí)、10.9級(jí)各類緊固件，覆蓋常見(jiàn)各類大變形量螺栓、螺母產(chǎn)品，牌號(hào)包括10B21、10B33、SWRCH35K、51B20、SH27等，其中SCM435、ML35CrMo已實(shí)現(xiàn)了減少球化退火時(shí)間節(jié)能的目的。

8.8級(jí)免退火料10B33、SWRCH35K、51B20與調(diào)質(zhì)件的疲勞強(qiáng)度對(duì)標(biāo)，對(duì)比發(fā)現(xiàn)前者疲勞強(qiáng)度更優(yōu)；此類材料易適用于長(zhǎng)螺栓件，可減少加工工序提高生產(chǎn)效率。也有客戶反映，免退火鋼時(shí)常有部分元素（如C、Mn、Si等）成分偏下限，增加了調(diào)質(zhì)難度，造成熱處理后力學(xué)性能不穩(wěn)定，成本增加，現(xiàn)場(chǎng)工藝與產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性匹配關(guān)系問(wèn)題，因此仍需要加大投入研究。

2.3 非調(diào)質(zhì)鋼冷鐓鋼

隨著發(fā)展對(duì)汽車性能的要求越來(lái)越高，尤其是愈加關(guān)注安全環(huán)保和高效節(jié)能。既要求鋼材本身能節(jié)能降耗、降低制造成本，又要求其有更好的綜合機(jī)械性能。非調(diào)質(zhì)鋼具有性能優(yōu)良、高效節(jié)能、使用成本較低、有利于環(huán)境保護(hù)等突出優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外得到大力推行，被譽(yù)為“綠色鋼材”。 

目前用于緊固件制造的非調(diào)質(zhì)鋼基本為冷作強(qiáng)化型，按組織分類有鐵素體+珠光體、鐵素體+貝氏體和鐵素體+馬氏體雙相組織3大類。我國(guó)非調(diào)質(zhì)緊固件技術(shù)起步于20世紀(jì)80年代，形成了GB/T3098.22-2009《緊固件機(jī)械性能細(xì)晶非調(diào)質(zhì)鋼螺栓、螺釘、螺柱》國(guó)標(biāo)3個(gè)牌號(hào)MFT8、MFT9、MFT10。通過(guò)熱機(jī)械軋制控溫控冷生產(chǎn)的非調(diào)質(zhì)鋼MFT8鋼線材，組織是鐵素體和珠光體，平均晶粒度為12級(jí)，尺寸約5μm；除了具有高強(qiáng)度、高塑性,還有優(yōu)異的抗沖擊韌性和抗低溫疲勞性能，特別適合制造8.8級(jí)高強(qiáng)度螺栓。采用MFT8鋼線材制造緊固件時(shí)，拉拔總壓縮率控制在22%～35%，最佳總壓縮率約30%，可省略前處理退火工序和調(diào)質(zhì)處理工序，增加與表面處理相結(jié)合的穩(wěn)定化時(shí)效處理工序，處理溫度200～510℃，時(shí)間0.5～2h?？梢允∪ネ嘶鸷驼{(diào)質(zhì)處理工序，不僅大幅度降低加工成本。據(jù)統(tǒng)計(jì)，8.8級(jí)螺栓每噸可以減少熱處理過(guò)程的電耗約270KW/h，降耗節(jié)能減排，利國(guó)利民。

相比而言，國(guó)內(nèi)螺栓鋼中緊固件用非調(diào)質(zhì)鋼發(fā)展及應(yīng)用的要慢一些，但是也有較大的突破。近年開(kāi)發(fā)的 V-Nb、V-Nb-B-Ti 兩大合金體系牌號(hào)正在得到關(guān)注并在相關(guān)領(lǐng)域推廣試驗(yàn)。目前，冷作強(qiáng)化型非調(diào)質(zhì)鋼的研究表明，添加微量鈮能夠起到積極作用，沒(méi)有明顯不利因素；鈮含量不是適當(dāng)添加應(yīng)在0.020%～0.035%范圍；V-Ti-Nb復(fù)合微合金化，可以大幅度降低晶粒粗化敏感性，能夠增加鐵素體量特別是晶內(nèi)鐵素體量，從而具有最佳的綜合力學(xué)性能。在以緊固件為主的非調(diào)質(zhì)鋼中添加鈮是必要的。

江陰興澄特鋼非調(diào)質(zhì)緊固件鋼，采用XDWP（水浴）工藝，成功研發(fā)高均勻性8.8級(jí)非調(diào)質(zhì)緊固件鋼，整卷抗拉強(qiáng)度通條形好（≤20Mpa），產(chǎn)品性能穩(wěn)定可靠，符合低碳環(huán)保、綠色制造；中天鋼鐵已成功開(kāi)發(fā)非調(diào)質(zhì)型冷鐓鋼盤(pán)條，目前已在8.8級(jí)和9.8級(jí)兩個(gè)強(qiáng)度級(jí)別上有應(yīng)用，同時(shí)正在加大研發(fā)10.9級(jí)非調(diào)質(zhì)型冷鐓鋼。近年來(lái)，濟(jì)鋼開(kāi)發(fā)SCN430、SCN435節(jié)能型非調(diào)質(zhì)冷鐓鋼，不需熱處理，已用于8.8級(jí)強(qiáng)度級(jí)別產(chǎn)品上。

由泛亞汽車技術(shù)中心有限公司、上海大學(xué)及南京鋼鐵集團(tuán)等單位聯(lián)合開(kāi)發(fā)了電動(dòng)汽車電池包固定用8.8級(jí)M6X840、M6X930長(zhǎng)螺栓，采用非調(diào)質(zhì)鋼MLF20MnVNb免調(diào)質(zhì)方案，基體為鐵素體+貝氏體雙相組織，增加穩(wěn)定化時(shí)效處理工序，1:0.8屈強(qiáng)比和較好的強(qiáng)韌性，可以滿足直線度小于0.5mm/m的要求，解決了細(xì)長(zhǎng)螺栓的熱處理變形難題，具有重要的推廣價(jià)值。在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，目前非調(diào)質(zhì)鋼在高強(qiáng)度緊固件的應(yīng)用還存在模具磨損問(wèn)題。

三、結(jié)語(yǔ)

技術(shù)革新使螺栓鋼趨于高性能化，汽車車輛速度的提高，部件的輕量化，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的大功率化，制動(dòng)性能和受流性能的提高，要求高強(qiáng)度緊固件材料的開(kāi)發(fā)和加工技術(shù)的同時(shí)進(jìn)步，確?？煽啃缘暮芏嗉夹g(shù)研究開(kāi)發(fā)非常必要。對(duì)于汽車緊固件研發(fā)階段，在新材料開(kāi)發(fā)完善的基礎(chǔ)上，要發(fā)展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，整車與緊固件同步研發(fā)，緊固件功能與整車高度匹配、集成。只有不斷轉(zhuǎn)型升級(jí)，鋼企與汽車緊固件企業(yè)聯(lián)手才能贏得長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。