2010年，國家推出了振興汽車工業(yè)、船舶產(chǎn)業(yè)、裝備制造業(yè)、電子信息業(yè)等十大產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃，此規(guī)劃帶動了 國內(nèi)汽車行業(yè)的高速發(fā)展，而汽車行業(yè)的發(fā)展必將帶動國內(nèi)汽車緊固件發(fā)展。面臨著這樣一個良好的發(fā)展契 機，國內(nèi)汽車緊固件行業(yè)卻無法滿足汽車行業(yè)的生產(chǎn)需求：一方面原材料強度無法滿足高強度緊固件的需求 ，低強度緊固件市場飽和，而高強度異形緊固件長期依賴進口；另一方面企業(yè)技術薄弱，設備和人員更新慢 ，無法滿足高強度緊固件的生產(chǎn)需求。

為了滿足高強度緊固件的生產(chǎn)需求，先進的熱處理裝備是其必備條件，而先進的熱處理工藝是影響其內(nèi)在質(zhì) 量的關鍵因素，二者缺一不可。目前我國汽車的高強度緊固件在質(zhì)量、環(huán)保和能耗等方面仍處于落后的狀態(tài) ，為了趕超國際先進水平，我國的高強度緊固件的開發(fā)和生產(chǎn)面臨著嚴峻的考驗。

1、汽車緊固件

從整個制造業(yè)的發(fā)展來看，緊固件被稱為“工業(yè)之米”、國民經(jīng)濟的“螺絲釘”。緊固件在整個產(chǎn)品結構中 ，通常只占很小的一部分，但作為產(chǎn)品的有機組成部分，卻起著重要的作用：將產(chǎn)品結構中兩個或兩個以上 的工件緊固連接成一個整體。常見的緊固件有螺栓、螺釘、螺柱、螺母以及其組合件如墊圈、檔圈、銷、鉚 釘、連接副等，廣泛用于汽車、工程、建筑等領域。

1.1 國內(nèi)汽車用緊固件現(xiàn)狀

圖1為世界緊固件應用行業(yè)分配比例圖，從圖中可以看出，電子工業(yè)、維修與建筑工業(yè)、汽車工業(yè)是緊固件 的三大用戶。汽車工業(yè)所需的緊固件數(shù)量占緊固件總銷量的23.2%，在三大用戶中占有最大的比例，而維 修與建筑工業(yè)和電子工業(yè)分別位居二三位，占20％和16.6%。

汽車緊固件種類繁多，主要分為四大類，包括 標準緊固件、非標準緊固件、標準機械元件和非標準機械元件，其中非標準緊固件質(zhì)量要求最高。非標準緊 固件中，如汽車發(fā)動機連桿螺栓、飛輪螺栓、車輪螺栓、懸掛螺栓等由于其要求很高的質(zhì)量和良好的穩(wěn)定性 ，我國還不能達到國產(chǎn)化要求，大部分依賴進口。“十二五”整車期間，我國上海大眾、上海通用、東風富康、廣州本田、奇瑞、吉利、力帆、比亞迪等在內(nèi)的整車企業(yè)迅速發(fā)展，必將在今后的一段時間內(nèi)帶動汽 車緊固件的迅速發(fā)展。

2013年，我國汽車銷量突破2000萬輛，而在汽車工業(yè)中，轎車的需求量是最大的，而轎車中緊固件的需求量 也隨之增加，對于轎車緊固件來說，質(zhì)量要求十分嚴格，其桿類緊固件和螺母類緊固件的強度要求大部分在 8級以上，產(chǎn)品結構也發(fā)生較大的變化。以乘用車為例，我國引進的高檔的品牌汽車占80％以上，這些高檔 品牌汽車雖然在國內(nèi)生產(chǎn)線上裝配，但車上所用緊固件大部分還是直接從國外引進，乘用車所用的緊固件原 料主要包括低碳鋼線材和不銹鋼線材，由這些原料制成的緊固件其強度大，而對于一些強度要求在10級以上 的異型緊固件，則需由定點專業(yè)的配套工廠生產(chǎn)，我國在制造這些高強度緊固件的原料和緊固件產(chǎn)品在質(zhì)量 穩(wěn)定性方面都存在問題。

據(jù)統(tǒng)計，一輛中型商用車所用緊固件數(shù)量達到兩千多個，加上其它的連接附件，其總耗材質(zhì)量多達100kg； 商用車的汽車發(fā)動機所用緊固件強度要求達到10級以上，而其它部位緊固件強度則要求達到8級以上。

我國汽車行業(yè)對緊固件重視不足，導致汽車緊固件的發(fā)展遠遠滯后于汽車行業(yè)的發(fā)展。

針對我國汽車緊固件行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，可以從兩個方面進一步提高：一方面，提高自主創(chuàng)新能力，掌握原創(chuàng) 性和自主知識產(chǎn)權，而我國汽車緊固件大部分研發(fā)模仿國外產(chǎn)品；另一方面，改進生產(chǎn)裝備，提高產(chǎn)品質(zhì)量 穩(wěn)定性，而目前國內(nèi)企業(yè)主要采用人工挑選，缺陷標準控制在（150~200)×10^-6，而國外水平 控制在（60~90)×10^-6。我國的材料和裝備和國外的先進水平還 存在一些差距，我國在專業(yè)材料和專業(yè)技術方面還有待提高。

1.2 汽車用緊固件的安全性

緊固件在汽車成品中所占比例小，但對于整車造成的損害卻是很大的，從發(fā)生事故的汽車來看，由于緊固件 損壞造成的事故達一半以上，有的甚至危及人的生命安全，而追究緊固件損壞的原因，主要取決于緊固件所 用材料的好壞。

1.2.1 失效形式

緊固件在各類機械零件或者建筑結構件中，主要起到連接的作用，當外界對結構件施加載荷的時侯，緊固件 能夠使結構件保持原有的連接狀態(tài)而不產(chǎn)生失效預緊載荷。由于結構件所承受載荷的形式多變，如、工作載 荷和沖擊載荷，緊固件會在這些載而將荷的作用下產(chǎn)生失效，主要有斷裂和松脫。結構件中任何一個緊固件 連接點的斷裂和松脫，會引起整個結構連接鏈的失效，其中斷裂會造成結構連接件的斷開。緊固件發(fā)生斷裂 的原因可以從以下三個方面進行分析，緊固件所用材料強度不夠，在外界載荷的作用下發(fā)生斷裂；由于緊固 件所用材料在熱處理過程中不合理，存在表面裂紋等缺陷；由于緊固件在外界長期載荷作用下產(chǎn)生疲勞斷裂 。

1.2.2 性能及組織要求

高質(zhì)量緊固件所用的鋼在性能上需要達到以下要求：1)緊固件所用的鋼原料在塑性變形中具有較高的伸長率 和斷面收縮率；2)緊固件在冷塑性變形中，所用鋼材料具較小的變形抗力，在加工變形過程中硬化率低，具 有較小的屈強比值。高質(zhì)量的緊固件所用鋼在組織上需要達到以下要求：1)緊固件所用鋼的顯微組織主要由 鐵素體加珠光體組成，其中鐵素體所占比例達到60％以上，剩余為珠光體；2)緊固件所用鋼中所含的非金屬夾雜物，氧化鋁和球狀氧化物大小級別應小于0.5級，所含夾雜物總和應小于3級；3)緊固件所用鋼表面不存在表面裂紋等缺陷，如凹凸折疊、結疤、麻點等，否則緊固件在冷鐓過程中容易造成開裂的危險。

1.2.3 改進方向

為了生產(chǎn)出高質(zhì)量的緊固件產(chǎn)品，在選用緊固件所用鋼的過程中，必須嚴格控制所用鋼的化學成分，減少鋼 中有害元素S、P、O的含量，減少氧化物、硫化物夾雜對緊固件生產(chǎn)過程中產(chǎn)生開裂的影響；在冶煉和軋制 的過程中，通過控制工藝參數(shù)，如降低壓下量、減少軋制次數(shù)和翻鋼次數(shù)，使緊固件所用鋼在生產(chǎn)過程中減 少折疊，獲得均勻、細小的晶粒組織。在生產(chǎn)緊固件產(chǎn)品的過程中，先進的生產(chǎn)設備是保證高質(zhì)量緊固件的 前提，正確的選用軋輥和變形均勻的孔形系統(tǒng)，有助于提高成品的合格率，保證產(chǎn)品表面的光潔；在緊固件 熱處理過程中，嚴格控制加熱爐內(nèi)的溫度、時問和氣氛，降低緊固件成品表面的燒損和脫碳；加強鋼坯在整 個生產(chǎn)過程中的質(zhì)量檢測，避免鋼坯表面存在裂紋等缺陷。

為了保證緊固件大批量的生產(chǎn)需求，緊固件生產(chǎn)者需要保證緊固件的高質(zhì)量和高穩(wěn)定性。盡管生產(chǎn)者對關鍵 生產(chǎn)工序進行了嚴格的控制，但仍然不能保證生產(chǎn)出完全的好產(chǎn)品，產(chǎn)品合格率無法提高。因此，在生產(chǎn)完 成后必須進行最終的分選和檢測，如人工挑選、渦流分選、光學傳感尺寸及輪廓分選，分選出具有明顯缺陷 的不良產(chǎn)品，如存在表面裂紋、表面脫碳和尺寸不合格的產(chǎn)品，以滿足客戶的要求。無缺陷的緊固件是保證 汽車裝配線的順暢運行、車輛的安全行駛以及廠家的良好聲譽的關鍵所在。因此，近年來國外緊固件企業(yè)大 量涌人國內(nèi)，而我國的緊固件企業(yè)挑戰(zhàn)和機遇并存。國內(nèi)緊固件企業(yè)需要打造品牌、提高品質(zhì)、確保更高的 零件合格率，向零缺陷的目標不斷努力。

2、緊固件行業(yè)熱處理技術

隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，節(jié)能、環(huán)保、輕量化、小型化、薄壁化的要求不斷增長，而汽車用緊固件越來越受到 重視。用于制造汽車緊固件的鋼材需具備良好的強度和塑性，經(jīng)熱處理后可獲得預期的綜合性能，且資源豐 富價格相對較低，并具有一定的可利用再生性，較其他材料具有更高的性價比。熱處理工藝是汽車緊固件用 鋼獲得良好綜合性能的關鍵之一，不合理的熱處理工藝會直接導致緊固件的失效。

2.1 緊固件行業(yè)熱處理概況

緊固件所用鋼材都要經(jīng)過不同工藝的熱處理，達到緊固件力學性能的要求。根據(jù)緊固件所用鋼材的力學性能 要求和熱處理工序的前后順序，將熱處理分為三步，第一步為鋼材的熱處理，包括軟化退火和球化退火；第 二步為中問熱處理，包括再結晶退火和低溫退火；第三步為緊固件成品的熱處理，為調(diào)質(zhì)處理。

據(jù)統(tǒng)計，到2007年底，我國共有緊固件企業(yè)七千余家，年產(chǎn)量達到520多萬噸，其中8級以上的緊固件產(chǎn)量約 220萬噸，需要熱處理的高強度緊固件高達40％。我國生產(chǎn)緊固件企業(yè)中共有熱處理設備2700多臺，其中可 控氣氛連續(xù)式加熱網(wǎng)帶爐1600多臺。緊固件成品的調(diào)質(zhì)處理采用連續(xù)式網(wǎng)帶爐，緊固件的平均熱處理價格約 725元/t，每年的緊固件的加工收入約15.5億元。按緊固件熱處理的電費成本占年加工收入的70％推算，熱 處理的電費成本約10.85億元，按全國平均電費價格0.7元/kw推算，緊固件的年耗電量約15. 5×10⁹kW·h，緊固件的平均加工耗能約775kW·h／t，而歐美國家的緊固件的平均加工耗能約 425kW·h／t，僅為國內(nèi)緊固件的平均加工耗能的一半。緊固件熱處理輔料，如熱處理用各類淬火介質(zhì)、發(fā) 黑劑、清洗劑，每年消耗量計1500余萬元；緊固件熱處理配件，如耐熱鋼備件、工裝夾具等，每年消耗量計 700余萬元；平均利潤率在12.5％左右。

2.2 緊固件熱處理的技術

為了獲得高質(zhì)量的汽車緊固件，緊固件在調(diào)質(zhì)熱處理的過程中，必須采用先進的熱處理裝備和先進的生產(chǎn)技 術，保證熱處理的順利進行，從而使緊固件獲得較高的抗拉強度和屈服強度比。調(diào)質(zhì)熱處理工藝主要包括加 熱、淬火和回火三個步驟，其中加熱和回火前均需對原料進行徹底的清洗，整個步驟完成后即可進行著色后 下線。比如東風汽車的緊固件，通過調(diào)質(zhì)熱處理需要達到四個強度級別的緊固件：8.8級、9.8級、10.9級和12.9級，而在熱處理過程中，原材料材質(zhì)、熱處理調(diào)質(zhì)爐溫度、爐內(nèi)氣氛、淬火介質(zhì)、成品后的質(zhì)量檢測等都是影響緊固件質(zhì)量的關鍵因素。

2.2.1 材料材質(zhì)

國內(nèi)緊固件所用鋼在使用過程中存在偏析、脫碳、裂紋等問題，這主要是由于兩方面因素引起的，一方面緊 固件所用鋼的原料在冷成型前沒有進行球化退火；另一方面退火過程中退火爐沒有采用氣氛保護，使鋼原料 的表面脫碳。而國外一些企業(yè)從材料和退火保護氣氛兩方面人手，很好地解決了鋼原料的脫碳問題。日本神 戶企業(yè)采用球化鋼作為緊固件所用鋼原料，緊固件生產(chǎn)廠家不需要對鋼原料進行球化退火，因此也不存在脫 碳的問題；俄羅斯的緊固件企業(yè)對鋼原料進行感應加熱，然后再在保護氣氛下進行球化退火，該工藝很好地 解決了緊固件鋼原料的脫碳問題。

2.2.2 熱處理調(diào)質(zhì)爐

國外的熱處理調(diào)質(zhì)線廣泛采用鑄鏈式和網(wǎng)帶式，這兩種調(diào)質(zhì)線在爐子密封性、計算機控制和故障顯示等方面 具有明顯的優(yōu)勢。高強度緊固件從加熱、淬火和回火，其中包括加熱和回火前的清洗工序，整個步驟完成后 的著色和下線，均由計算機全程自動控制運行，可以有效保證材料熱處理質(zhì)量的穩(wěn)定性。

國內(nèi)企業(yè)大部分自動化程度不高，以東風汽車的8.8級的高強度緊固件為例，其調(diào)質(zhì)處理在震底爐上進行， 受到熱處理爐設備條件的限制，該爐子密閉性差，保護氣氛純度不易控制，爐溫溫差大，且零件實際的加熱 時間不確定，零件在爐內(nèi)加熱過程中存在碰撞摩擦的現(xiàn)象，因此會存在材料表面脫碳、局部加熱不均、零件 相互碰傷等現(xiàn)象。

2.2.3 淬火介質(zhì)

調(diào)質(zhì)熱處理后進行淬火所用的介質(zhì)對于熱處理來說起著非常重要的作用，它直接影響緊固件所用鋼原料熱處 理后的冷卻能力，會直接導致淬火開裂和變形等現(xiàn)象。國外高強度緊固件在進行調(diào)質(zhì)熱處理后，對中碳鋼采 用水溶性淬火介質(zhì)(PVG)或快速淬火油進行淬火。而國內(nèi)緊固件企業(yè)大部分采用兩種淬火介質(zhì)：堿水和普通 機械油。在堿水中淬火，緊固件表面容易產(chǎn)生淬火開裂的現(xiàn)象，而在普通機械油中淬火，緊固件表面存在硬 度不均的現(xiàn)象，因此在實際生產(chǎn)中不得不對緊固件鋼原料反復進行調(diào)質(zhì)熱處理。

2.2.4 檢測

為了保證緊固件質(zhì)量的絕對可靠，完善的檢測設備是質(zhì)量保證必備條件，國外采用直讀光譜儀對緊固件鋼原 料的化學成分進行快速檢測；并對原料是否存裂紋等缺陷進行在線無損檢測，以保證原材料在進人熱處理前 處于完好狀態(tài)；緊固件在進行調(diào)質(zhì)熱處理時，采用碳勢控制、溫度控制和工藝參數(shù)的控制；淬火介質(zhì)實行溫 度和冷卻速度的監(jiān)測，淬、回火后硬度測量和金相測定。必要時進行定量測定，對調(diào)質(zhì)后零件進行熒光磁粉無損探傷、零件內(nèi)在缺陷分選和強度、硬度等力學性能的測定。

而國內(nèi)企業(yè)的熱處理后的緊固件主要進行硬度、抗拉強度、金相組織的檢測和保護氣氛分析，僅部分高級別 緊固件進行磁粉熒光無損檢查零件內(nèi)部裂紋等缺陷。而淬火介質(zhì)冷卻溫度和冷卻速度的測定、金相組織的定 量分析等卻達不到檢測要求。

2.3 緊固件熱處理設備的更新

我國政府大力倡導建設資源節(jié)約型社會，提出了3年內(nèi)節(jié)約能耗20％的硬性指標，鼓勵企業(yè)必須進行技術改 造和設備更新。而且隨著緊固件行業(yè)競爭的日趨激烈，客戶對緊固件產(chǎn)品質(zhì)量，諸如輕量化、環(huán)保、長壽命 等方面的要求不斷提高，企業(yè)的設備將會不斷改造更新，先進熱處理裝備的投入在相當長的一段時間里仍將擁有較大的發(fā)展空間，以適應國外國內(nèi)市場的發(fā)展和需要。

緊固件企業(yè)熱處理設備的改造和更新主要趨向使用可控氣氛網(wǎng)帶爐和多用爐，來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的井式爐和網(wǎng)帶爐。與電加熱爐相比，燃氣加熱爐具有更高的加熱效率。采用電加熱方式加熱，熱能的利用率僅為30％左右 ；而采用燃氣加熱方式加熱，熱能的利用率可達到60％左右。連續(xù)式網(wǎng)帶爐生產(chǎn)線的加熱區(qū)采用燃氣加熱， 保溫區(qū)采用電加熱，能夠充分發(fā)揮燃氣加熱和電加熱的優(yōu)勢，在我國天然氣資源豐富的地區(qū)，這一技術將得到廣泛的推廣和應用。

密封箱式多用爐工藝靈活，能對長桿類緊固件進行淬火處理，工作溫度可提高到1050~1100℃，具有高效、 節(jié)能、低成本和清潔生產(chǎn)的特點，是中小型緊固件企業(yè)技術改造與設備更新的適用爐型。

3、結語

國內(nèi)汽車緊固件企業(yè)雖然與國外先進水平相比還存在明顯差距，但是我國緊固件企業(yè)經(jīng)過長期的發(fā)展，具備 了一定的產(chǎn)業(yè)基礎和優(yōu)勢。隨著汽車行業(yè)的市場競爭日趨激烈，汽車緊固件輕量化、環(huán)保、長壽命等方面的 要求不斷提高。我國作為全球汽車產(chǎn)銷第一大國，汽車緊固件企業(yè)不斷快速發(fā)展與壯大。從世界格局來看， 我國緊固件行業(yè)無論是橫向規(guī)模發(fā)展還是縱向技術升級都具有廣闊的發(fā)展空間，汽車緊固件的發(fā)展和振興之 路任重道遠。

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