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国内外紧固件工业及紧固件用钢现状与发展趋势 作者： 日期：13 个人收集整理 勿做商业用途2002年第3期安徽冶金国内外紧固件工业及紧固件用钢现状与发展趋势吴湘斌吴昌玲2（1。马鞍山钢铁股份有限公司2。马鞍山市瑞和标准紧固件有限公司)摘要论述了紧固件工业的全球化趋势给紧固件行业和钢铁行业所带来的机遇和挑战，以及钢铁行业开发紧固件用原材料的发展方向。关键词紧固件工业紧固件用钢PresentStateandDeveloPmentalTre一idofFastenerIndustryandSteelforFasteningPieceatHomeandAbroad(1.MaanshsnAbstraetOPPortunitytrendoffastenerindustrydiSCUSSed.WuXia1ron乙SteelCo。Ltd。ngbinlWuChanglingZ2。RuiheStandardFastenerCO。Ltd.ofMaanshan）andehallengebroughttofastenerindustryandironanddeveloPmentorientationindeveloPin性rawandsteelindustrythroughglobalmateris】forf8SteninqPieCeareKeywordsfastenerindustrysteelforfasteningPieCe1前言紧固件对工业和日常生活是很重要的，它广泛地应用在工业、农业、建筑和电子产品上。品种、规格达数千种，仅一辆轻型汽车或轿车上平均用紧固件约50。种400。个,重量达SOkg。然而单个紧固件制造厂不可能满足一个市场甚至一个用户的需求。这种需求必须依靠很多紧固件厂或国际间贸易来满足。因此，紧固件工业现在以及将来都是国际性的，包括机械设备制造厂在世界范围内销售设备；在世界范围内销售紧固件用原材料;受全球情况的驱动而研究紧固件制造技术;各紧固件制造公司跨国界投资办厂，并经营紧固件的进出口业务。二。北美占叼乙美元,欧洲占90亿美元，日本也有70亿美元的市场。预计2004年全球可达433.75亿美元，年增长率超过6%（见表1）。表1世界工业紧固件需求情况表1994年1999年2004年亿美元年增长率/199419991999世界总需求238。24323。10433。75美国70.3492.45112.50加拿大/墨西哥12。2818.2523.00拉丁美洲6.6210.0514.75西欧59.6483。65110。00东欧18.518。7526.50其他60。679。45110。0020046.1弓.04。丁8.05。67.26.72国内外紧固件市场现状与展望2.1世界紧固件市场1999年全球紧固件市场约为350亿美元（约1300万t).其中发展中国家占全球市场约为30,约100亿美元，中国占10亿美元.发达国家占有的市场份额为70写，约为250亿美元，其中最大的市场是美国，总需求量为92.45亿美元，约占世界总需求量的七分之2。2国内紧固件市场随着国民经济的高速发展，国内外先进技术的应用和引进，紧固件市场发展相当迅速.1988年我国耗用紧固件31万t，1996年耗用紧固件80万“紧固件产品供给结构见表2），2000年耗用紧固件约160万t，2001年紧固件全行业总产量200万t，预计2002年作者简介;吴湘斌，高级工程师，安徽省马鞍山市(243000）马钢技术中心ANHUIMETAIJLURGY2002年第3期紧固件产量将达到220万t，2004年可达37亿美元,约300万t左右.平均每年以12.5的速度递增，是世界上增长率最快的国家表2紧固件产品供给结构部门能源机械冶金交通数量/万t比例/17。6l67。614.422。420。吐9.718.3部门轻纺农业建筑其他数量/万t比例/%7.69.7过.35。522.591.53世界主要国家紧固件工业概况美国、德国、英国、法国、日本和意大利是紧固件的进口国，也是高档紧固件产品出口国。生产销售值达81。3亿美元的美国紧固件工业拥有45000个雇员和125。家制造厂。主要生产高技术、高附加值的航太（航天、飞机）紧固件和高级(异形、高强度）紧固件，并向世界各国出口，低附加值的普通紧固件主要从亚洲进口，是世界上进口紧固件最多的国家。德国是欧洲的经济大国，其紧固件行业的生产规模、产品档次和质量,以及市场需求量和出口贸易在欧洲都名列前茅.年产量达40。3万t左右，特殊紧固件和标准紧固件各占一半,近两年特殊紧固件占80，几乎不再生产普通标准紧固件。其产品质量好，技术含量高，附加价值高。德国的汽车工业用紧固件占年产量的50%.俄罗斯紧固件企业近3000家，可满足国内需求的60，20世纪80年代产量120万t,90年代产量增加25一31%。使用的设备老化,生产率比西方发达国家同类设备低25一30环，原材料数量和质量(不适应冷徽成型工艺产品的要求)均满足不了需要。在欧共体中,英国的紧固件市场是仅次于德国的第二个重要用户.其所生产的高档紧固件产品基本上可满足本国的需求.低档产品主要靠进口,年市场需求为49。5万t左右，销售额约6。38亿英镑，进口约13.3万t。价值1。82亿英镑，出口约3.8万t，价值.74亿英镑。南美洲有13个国家，其中有5个国家生产紧固件,总产量27万t。最大的紧固件工业国是巴西，年生产15万t左右，占南美总产量的56。日本紧固件生产全部自动化，从上料到搓丝成型，料斗搬运,热处理及表面处理、检测、分选、包装、运输全部是自动化。年生产约270万t，价值7240亿日元（合65。8亿美元)左右。韩国螺丝工业每年生产35一z10万t紧固件,价值约1艺亿美元。产品以内销为主,出lJ仅占10%,约1.3亿美元，其中5。写出口到美国。中国台湾省有规模的紧固件厂商2200家，各类紧固件产品行销全球各地，于1983年取代日本，成功地登上外销世界第一的宝座(内外销15:85)。目前赴大陆投资的已有130家紧固件厂商和多家贸易商.20。)年由海关统计的台湾紧固件进出口情况如表3所示。其出口量占世界用紧固件量10以上，平均单价为1。35美元/kg。表3台湾紧固件进出口情况2000年999年数量/万价值亿元台币数量/万价值亿元台币出丁进日12几.5.6653728.115506。68294国内紧固件工业概况4.1概况据国家1998年统计川，国企、合资、私企等各种紧固件制造厂有6875家，有一定规模的约2000家左右,主要分散于沿江等交通便利地带，以浙江、江苏两省为多.其中常熟标准件厂、晋亿标准件厂、乍浦标准件厂、嘉善标准件厂规模较大，周围还有无锡标准件厂、常州标准件厂、靖江大型标准件厂、南汽集团标准件厂、杭州西湖标准件厂等。实际年生产能力可达2.(，万t。国外称紧固件行业是3K类工作:“Ki饱nai”（肮脏)、。Klkon”（危险)、“KztS。1”（需要）。此外，该行业属于劳动密集型、污染和强度大的行业，东南亚、台湾等紧固件高产出区也正纷纷向大陆迁移，因此，在未来的几年时间里，中国紧固件行业将得到较快的发展,紧固件用钢材也会扩大市场需求。目前国内平均每年生产紧固件产值约200亿元，折合母材约200万，.以MS、M10低碳紧固件为主，高强度紧固件占紧固件总量的25%一30写，包括8。8一12。9级的紧固件。但发展趋势是以35K、MI35为代表的中高强度紧固件，以及以35CrM.、42CrMo为主的高温使用状态下的中、高强度合金标准紧固件。2001年高强度紧固件约占紧固件总量10.随着汽车、建筑、轻工、2002年第3期安徽冶金23机械制造等行业的发展，对作为联接部件的各类紧固件提出了高设计应力和轻量化的要求，尤其是汽车制造业在这方面的要求最为强烈，因此，高强度紧固件占紧固件比例会越来越高，高强度螺栓钢需求量也越来越大.进出口情况见表4，出口产品中低档的多，中高档的少.从强度级别看，多数是6.8级以下的;从材质看，多数是低碳钢;从几何形状看，标准件多，异形件很少，多数是大路货,附加值低。表4国内近两年进出口情况出口进口时间数量价值单价数量价值单价万t亿美元美元/kg万t亿美元美元/kg1998年49.74。670.946.962。433。51999年605.90。877，953.093.92000年756.460。869。3493.9554。23原材料质量、品种、规格不适应问题仍未得到解决。目前国内很难采购到品种规格适宜、质量稳定的原材料，致使本该在冶金行业中解决的工序（材料改制、球化退火）被转移到紧固件行业，不仅浪费了大量财力和物力，更严重的是由此造成的原材料质量不稳定，严重地影响了紧固件质量。5紧固件用钢现状与发展5.1国内紧固件用钢现状紧固件必须同主机一起受各种材料机械性能要求和恶劣环境的考验，因此，决定了紧固件材料应标准化、多样化和配套化。最新紧固件国家标准中规定制造各种螺纹紧固件应该选用的材料为螺栓、螺柱、螺钉类（见表5）。表5国家标准中规定的螺栓、螺柱、螺钉类用材材料和热处理回火温度/C4。2主要差距(1）产品结构不合理。一方面普通低强度紧固件市场饱和、大量积压，生产能力过剩，另一方面市场急需的高强度、异形紧固件严重短缺，供不应求，不得不长期依赖进口.(2）企业竞争能力差。设备和人员老化,产品水平低，投人技改资金匾乏，技术进步举步维艰。（3）从出口创汇看，为在激烈的竞争中求生存，行业多头出口、无序竞争，产品技术含量不高、价格低.现出口紧固件价格已下降到0。86美元/kg，比台湾低30写一40，比发达国家就更低了.虽然近年来出口数量有明显增长，但创汇金额增长不大。(4）原材料问题大。常年困扰紧固件行业发展的性能等级3。66。88。8、9.810.910.9碳钢中碳钢或低碳合金钢(如硼、锰或铬)淬火并回火低碳合金钢（如硼、锰或铬）淬火并回火中碳钢或合金钢，或中、低碳合金钢（如硼、锰或铬）淬火并回火12。9合金钢，淬火并回火螺母类,4、5、6级，中碳钢或易切削钢;8、9、10、12级，中碳钢,必要时可增添合金元素.耐热螺纹连接副类(300C）用材如表6所示。其它紧固件常用材料如表7所示。表6持续工作的极限温度/C耐热螺纹连接副用材栓35A、453OCrMo、35CrMo、35CrMoA2ICrMoV、20CrMoVZICrMoV、ZOCrMoVZOCrMoVTIB、ZOCrMoVNbBZCrlZWMoVNbBCHZ132螺母3535、45、ZOCrMoA20CrMoA、35CrMoA3OCrMo、35CrMo2ICrMoV、ZOCrMoVZOCrMoV2ICrMoV00000000011L乃门了自尸O诬L哎口尸OL刀亡dCU心U目前国产冷嫩钢材除宝钢供坯生产的线材能满足质量要求外,其他大多数企业供坯生产的线材用于紧固件废品率较高，8.8一12.9级的高强度紧固件用钢材绝大部分依赖进口，而出口的紧固件几乎全部使用进口材,每年进口约70万tl。主要进口地为日本、南韩和美国.目前国内紧固件常用的材料如表ANHUIMElAIJLIJR二Y艺002年第3期8所示。表7其它紧固件常用材料概况材料类别原始状态不锈钢铝黄铜易切削结构钢ICrl3、ZCrj3、Crl8N一9TI12、11、IFZI、IYIOMPD59一lY飞2热轧冷拉冷拉冷拉表8国内紧固件常用的材料牌号材料国标国外AZ、A3、AZF、A3F、I犯、l招、I弓ZF、B3F、l（45、M12Ml魂5、3OCrMllSI、4)I认d()Cr、15M，IVI3、35VI飞、35CrM（）、42CrMo、艺(）Mll丁，L弓SWRMS、SWRMI()、SWR(LJ18A、SWRCH32K、SWRCH3异K、S35C、S45C、ASTM1018、l（)22等5。2紧固件用钢发展趋势自2。世纪70年代能源危机以来，降低成本和节约能源已成为所有工业企业所研究的重要课题。作为线材制品主要用户之一的紧固件行业，都希望甚至强烈要求开发新钢种线材，以使其工艺流程更趋合理、近年来，国内外开发的新钢种主要有以下儿类。（1)非调质钢含少量合金元素，不用调质处理，只需控制轧制变形量及随后的冷却速度，即可保证必要的力学性能的非调质钢，我国于20世纪90年代研制成功，并作为8。8级汽车螺栓，已批量生产。2)双相钢采用低碳（0.1）铁素体，马氏体(15vol一肠vol%)双相钢制造螺栓也是近期研究的内容之一。通过选择含碳量及在(a+刊双相区内的加热温度，可得到不同数量的马氏体及强度（每增加1马氏体，强度可提高10一15MPa）.使用F一M双相钢线材可不经球化退火制造紧固件，大大缩短生产周期，节约能源，减小模具的工作载荷并延长其使用寿命。另一优点是变形强化速率高.变形强化效果不仅优于传统的冷墩钢,也优于球化退火钢。（3）硼钢原来采用中碳钢和低、中碳合金结构钢制造高强度紧固件,但这些钢的硬度高、冷变形抗力大,因此需要在冷墩前进行耗能大的球化退火处理，为此，开发了低碳硼钢低碳硼钢的成分设计原理是降低碳含量，改善钢的冷变形能力,加人0。0005一0.0025%的硼以弥补因降碳而造成的强度和淬透性的损失。另外根据需要还可加入少量的Cr、Mn、T，等合金元素,进一步提高淬透性。低碳硼钢的特点是：少量硼代替大量合金元素，经济效益明显；碳及合金元素含量低，热轧材可直接冷墩变形，不需预先球化退火处理，节约了大量能源，降低了成本；淬火变形和开裂倾向小,可用水淬处理。节约淬火用油，改善了操作条件和工作环境;性能良好，不仅综合力学性能好，在相同强度水平下韧性较中碳及中碳合金钢有明显改善,而且疲劳破坏抗力高，脱碳敏感性小仁2。硼钢作为高强度螺栓用的主要材料之一，大多数是作为可省略软化退火工序的线材使用，效果很好。各囚的许多生产厂都推出了很多用于高强度螺栓的硼钢。如B()IrFNllo、NWI弓110、SAE10B33、1针”6、S30BCH等大同特殊钢最近还开发出一种耐延迟断裂的低碳硼钢比。马钢于1992年成功地试制出低碳硼钢13Mf1VB、加MnVB，贵阳高强度紧固件厂用其制造摩托车用高强度螺栓，一直沿用至今。（们球化钢一般高(抗拉)强度螺栓都采用中碳钢或低合金钢种制造。届时，必须进行冷墩前的球化退火处理和螺栓的淬火与回火处理以使抗拉强度提高到所期望的水平。球化钢是通过控制轧制和控制冷却在轧制过程中细化微观组织并使其渗碳体相成为球状，可免去球化退火工序直接冷徽成形，较之于传统的热处理钢,大大地降低生产成本和简化螺栓制造过程。日本神户钢厂投资90亿日元,对其第七线材车间进行更新改造,已成功地生产出S理SC球化钢。以往很难直接软化的调质钢S45C采用控轧控冷技术，其组织比以往轧材细小，铁素体的百分比增加,且硬度也更低，由此提高了二次加工后的冷加工性能，减化和省略了加工工序，今后其主要产品之一就是冷辙加工用球化钢川。台湾中钢已向紧固件厂提供球化钢。国内国防科技大学吴凡教授领导的课题组已成功地开发出球化钢，球化率达叨%以l几.经过1998和1999两年多家紧固件厂试用，并申请了国家发明专利。内蒙古渗碳体球化钢钢铁有限公司已取得了吴凡教授发明专利技术的使用权,在呼和浩特建立了2002年第3期安徽冶金25生产基地,年内即可形成25万t的生产能力。球化钢可以省去退火工序，避免油退火炉造成的环境污染、脱碳，改制后相对传统的中碳钢硬度低又可以减少模具消耗,其优越性是紧固件行业今后选材的方向之一。（5)超细晶粒钢亚微米及纳米技术是材料科学的前沿和热点.当材料的显微结构超细化至亚微米和纳米尺度时，材料在宏观上表现出许多新的性能。研究表明,当亚共析钢的原奥氏体晶粒因先共析铁素体的超量析出而超细化至亚微米（即几百个纳米)尺度时，随后发生的共析相变产物不论具有什么样的形态(包括片状）,钢材均可直接承受冷墩作业困.在成分不变条件下将加工和热处理巧妙结合的热机械处理(TMCP)，最常用的是控制轧制快速冷却法获取超细晶粒钢材，在不降低延伸性能的同时使钢材强度提高,疲劳性能和焊接性能亦好，并有利于降低成本。日本已研究出用于高强度螺栓的超细晶粒钢材。我国大连钢厂在钢研总院有关课题组的指导下，于2001年底研制出强度为1500MPa和1300MPa级的合金结构钢,在南京跃进集团公司试制了目前世界上最高强度级别的13。9级螺栓，用于依维柯汽车上，并通过了跑车试验。（6）最新高强度螺栓钢的研究动向困韩国通过复相组织获得高的耐延迟断裂性能，包括利用等温淬火方法获得上贝氏体+残余奥氏体复相组织和利用亚温淬火方法获得马氏体十铁素体复相组织的高强度螺栓用钢.中国主要通过高纯净度钢的二次硬化手段来实现.日本在马氏体组织的延迟断裂方面的研究主要是通过轧制细化晶粒和晶界碳化物来实现，最近研究的是在两次淬火回火热处理之间进行多道次温轧，结果发现晶粒显著细化、晶界碳化物也细化，耐延迟断裂性能改善。6结语我国已加人WTO，且紧固件行业已全球化,钢铁及其紧固件产业都面临着新的机遇和挑战。社会的需求即是行业的动力，马钢“十五”期间进行了钢轧系统技术改造，改造后的三钢一高速线材生产线，将具备目前世界上最先进的生产技术，届时，马钢生产的紧固件用钢将迈上更高的台阶。参考文献紧固件工业通讯编辑部.我国紧固件工业现状分析.紧固件工业通讯,2000,(1）:1.彭光俊等.汽车紧固件材料的开发与应用，材料导报，1996，（6）：27一31.惠卫军,董瀚,翁宇庆。耐延迟断裂高强度螺栓钢的研究开发.钢铁，2001。36(3):69一73。神户钢铁公司采用控轧控冷技术提高线材质量。世界金属导报共002一05一28(3）。吴凡。1的5全国材料科学与材料工程学术讨论会论文摘要集，22。第四届高性能结构钢研讨会在韩国浦项举行。钢铁，2002,37（3):遵2.（收稿日期2002一06一12)