高强度GPO-3螺栓材料的选择及性能要求

　　紧固件是一种通用基础件，制造紧固件的材料主要有钢、不锈钢、钛合金和有色金属等。GPO-3螺栓在紧固件中使用量最多。GPO-3螺栓的力学性能很大程度上取决于制造紧固件材料的质量。长期以来，由紧固件的失效和损坏引起事故的概率非常高，因此，用于制造紧固件的材料必须严格选择。在未来较长时间内，紧固件仍以钢铁材料为主。 
 

　　选用紧固件材料必须依据国家于2011年10月1日正式实施的《紧固件机械性能GPO-3螺栓、螺钉和螺柱》GB/T3098.1—2010标准（简称新标准）;注重紧固件材料机械性能方面，尤其是抗拉强度方面的要求;同时依据产品的服役环境和客户的具体要求，包括工况条件对材料的抗腐蚀性能方面的要求，工作温度对材料的耐热性能(高温强度、抗氧化性能)和低温冷脆性(低温冲击韧度)方面的要求。
 

　　(1)严格控制硫和磷质量分数。
 

　　新标准中8.8～12.9级的S和P质量分数不大于0.025%。现有的GB/T699和GB/T3077中的“优质钢”规定的S，P质量分数已不能满足新标准的要求，但GB/T3077中的“高级优质钢”和“特级优质钢”满足新标准的要求，GB/T699中“特级优质钢”可以满足新标准的要求。
 

　　(2)严格控制脱碳层。
 

　　脱碳层是影响紧固件质量和材料使用的重要指标。GB/T3098.1规定:螺纹全脱碳层的深度不得大于0.015mm，8.8和9.8级螺纹未脱碳层的高度为1/2牙高，10.9级为1/3牙高，12.9级为1/4牙高。
 

　　(3)严格控制非金属夹杂物。
 

　　非金属夹杂物是造成冷镦开裂的主要原因之一，C类(硅酸盐)和D类(球状氧化物)夹杂物的影响更大。颗粒愈大愈易开裂，在距表面2mm以内的夹杂物不应大于0.15μm。对于高强度紧固件材料，要求硅酸盐夹杂物不大于0.5级，球状氧化物夹杂物不大于1级。材料控制主要缺陷:冷镦钢的锭型偏析，材料及退火过程中的表面脱碳，冷镦裂缝，调质中的淬火开裂和变形。
 

　　GPO-3螺栓用钢材是碳素钢和为增加强度、淬透性而添加铬、钼、镍、锰等合金元素的合金钢，以及耐蚀为主的不锈钢等，此外，还有添加微量硼使淬透性大幅度提高的硼钢。

        20MnTiB，ML20MnTiB，10B21和10B23硼钢可制造9.8级、10.9级高强度GPO-3螺栓。采用的热处理方法是:高温淬火、快速冷却以获得低碳马氏体，再进行中温回火，可以满足GPO-3螺栓的服役条件。我国自主开发的钢种20MnTiB主要用于钢结构连接件，现主要用于10.9级车桥轮胎GPO-3螺栓、螺母及差速器GPO-3螺栓。但GPO-3螺栓实物质量和新标准的要求还有一定的差距，需要进行成分调整。比如，新标准规定B最大质量分数为0.003%，但20MnTiB钢的B最大质量分数为0.0035%，超过标准规定。还有，20MnTiB钢的碳质量分数未达到0.22%以上，不能满足新标准提高淬硬性的要求。