大家都知道，在汽车发动机方面，连杆螺栓、缸盖螺栓、曲轴皮带轮螺栓、飞轮螺栓以及曲轴轴承盖螺栓被合称为 5 大关键螺栓。这些螺栓的强度大多超过 10.9 级，其材料牌号是合金冷镦钢，并且需要进行调质热处理。
生产装配时为保证一定夹紧力，基本都采用扭矩加转角拧紧法。连杆螺栓是发动机的关键螺栓，会被拧紧至屈服状态。在发动机运行中，连杆螺栓要承受活塞连杆往复运动惯性力和连杆旋转离心力的交变载荷作用。并且在气缸的压缩和爆发行程中，还要受到每分钟上千次交变应力的冲击。其断裂模式通常为疲劳断裂。
进而推动我国汽车紧固件行业制造水平的发展和进步。
我国汽车紧固件的研究起步较晚，所以材料研发落后于欧洲、美国及日本等发达国家。在国内，对材料基础数据的研究相对较少，像实际的疲劳特性、新材料研发等方面。目前，国内材料主要是将欧盟、美国、日本的冷镦钢材料实现国产化。
当前，国产紧固件材料与发达国家存在较大差距。国产钢材的纯净度较低，均匀性也不好。其含氧量以及非金属夹杂物的含量比较高。同时，钢材的淬透性波动较大，像高温高性能钢、低温抗冲击钢，还有经济型以及大批量生产的高强度紧固件等，都缺乏相应的原材料。为了知晓国内外材料的特性以及它们之间的差异，同时为汽车高强度螺栓的设计研发和生产提供理论依据，文章选取了常用的低合金钢，对国产材料和进口材料展开了对比分析。
析。
1. 材料的生产流程
（1）线材生产流程
铁水预处理之后进行转炉操作；接着是 LF 精炼；然后是 RH 精炼；之后是大方坯连铸（380mm×600mm）；再进行开坯；之后得到小方坯；接着对小方坯进行抛丸处理、超声波探伤、磁粉探伤以及修磨；之后放入加热炉；再进行火焰清理；最后通过高速线材轧机轧制并在线处理。
（2）国内宝钢线材生产流程
最后形成成品。
（3）邢钢线材生产流程
铁水进行预处理；接着进入转炉；然后到 LF 炉；再到 RH 真空精炼；之后是大方坯连铸（规格为 280mm×325mm）；之后进行开坯；接着形成小方坯；再进行抛丸处理；接着进行超声波探伤；之后进行磁粉探伤；再进行砂轮修磨；然后进入加热炉；接着进行控轧控冷；之后进行热眼检测；最后成为成品。
宝钢主要运用电炉+VD 工艺，神户制钢与邢钢采用转炉+RH 工艺。随着真空炼钢技术的不断开发与发展，最终 RH 和 VD 凭借处理时间短、成本低以及能够大量处理钢水等优势，成为了真空炼钢技术的主流。RH 由于采用了钢水在真空槽环流的技术，所以具备处理时间短、效率高且能够与转炉连铸相匹配的优点，进而被转炉工序广泛采用。
神户制钢和邢钢使用转炉加 RH 的方式，这种方式适合对冷镦钢等低合金钢种进行冶炼。宝钢采用电炉加 VD 的方式，此方式适合对高合金钢种进行冶炼。
转炉炼钢中VD 和RH 精炼钢包之间的工艺区别：
VD 主要用于脱气和脱硫，同时也能够脱碳。它属于真空精炼设备，处理时间较长，通常与电炉相匹配。
RH 主要的作用是进行脱气和脱碳，它属于真空精炼设备。这种设备处理时间较短，通常会与转炉进行匹配。
③ LF 主要用来脱硫和调温，转、电炉均可以匹配。
2. 化学成分对比
化学成分如同材料的“基因”，它对材料最终的组织和性能起着关键的决定作用。神户制钢的 Mn、Cr 合金含量偏低，宝钢和邢钢的主要成分较为相近，不过宝钢和邢钢的残余元素 Cu 略高一些。
2.1 氧氮含量的对比
氧含量会对材料的疲劳性能以及耐延迟断裂性能造成恶化。N 含量能够对材料的拉拔以及低温韧性产生影响。这是神户制钢、宝钢和邢钢的钢氧氮含量的对比图。
2.2 晶粒度对比
钢的晶粒度分为实际晶粒度和本质晶粒度。奥氏体有实际晶粒度，它是钢在特定的热处理或热加工条件下所获得的奥氏体晶粒的大小。奥氏体的实际晶粒大小，会对钢的性能产生明显的影响。通常情况下，奥氏体实际晶粒小的钢，其最终性能都要比奥氏体实际晶粒大的钢好。
根据高强度螺栓的生产实践可知，钢的奥氏体实际晶粒度比 1 - 4 级要粗。冲击吸收能量值呈现出逐渐下降的态势，对力学性能指标产生了严重影响。当晶粒度级别提高时（也就是晶粒度变得越细小），低温冲击吸收能量就会越高。这是因为晶粒越细，晶粒的数量就越多，晶界也就越多，裂纹扩展所受到的阻力就越大汽车用高强度钢材，从而冲击吸收能量值就越高。因此，对高强度螺栓原材料的实际晶粒度应控制在7-8 级。
盘条的晶粒度会对后续的热处理组织产生影响。通常情况下，要求晶粒度达到 7 级及以上，并且混晶的程度不能大于 2 级。
神户制钢的晶粒度为 9 级，其晶粒大小呈现出十分均匀的状态。宝钢的晶粒度是 8 级，存在着个别混晶的现象。邢钢的晶粒度为 8.5 级，其晶粒大小基本上是均匀的。
2.3 金相组织对比
神户制钢生产的热轧态微观组织，主要由铁素体与珠光体组织构成。宝钢生产的热轧态微观组织，也是主要由铁素体与珠光体组织构成。邢钢生产的热轧态微观组织，同样主要由铁素体与珠光体组织构成。在轧制后冷却的过程中，铁素体沿着原奥氏体晶粒的晶界率先析出，并且逐步长成条形。
通过金相组织对比能够发现，神户制钢的心部与表面组织呈现出均匀且基本一致的状态，其组织为块状铁素体加上细珠光体；然而，宝钢的心部与表面组织并不一致，其表面的铁素体呈条状分布，而心部则为细团絮状分布；邢钢的心部与表面组织基本是一致的。
由此可见，神户制钢虽为热轧态，但其组织均匀利于冷镦，对材料的工艺和过程控制要求较为严格，不过材料价格较高。而宝钢、邢钢的组织均匀性不佳，在冷镦前需进行球化退火，材料价格较低，但工艺成本相对较高。钢的原始组织对淬火开裂影响很大，其组织应为细小铁素体加颗粒状球化珠光体。
2.4 脱碳层对比
原材料的表面脱碳层较多。这最终会对螺栓的表面硬度产生影响，会导致螺栓出现脱扣或疲劳断裂的情况。在调质热处理的过程中，钢的脱碳层一方面会使紧固件淬火后的表面硬度降低；另一方面还有可能引发淬火开裂。依据 GB/T 224—2008《钢的脱碳层深度测定法》，采用金相法来检测原材料的脱碳层。
2.5 非金属夹杂物对比
在热处理时，它易造成应力集中，进而产生淬火裂纹。在静载荷与动载荷的作用之下，常常会成为高强度螺栓失效的裂纹源。其中，B 类（氧化铝类）以及 D 类（球状氧化物类）是导致冷镦开裂和早期疲劳破坏的主要原因之一。通常情况下汽车用高强度钢材，紧固件的强度级别越高，夹杂物的危害性也就越大；并且夹杂物的尺寸越大，距离表面的距离越近，其危害性也就越大。
图五 非金属夹杂物对比图
冷镦钢的新性能的优劣会对高强度螺栓的性能产生直接影响。影响冷镦钢质量的因素主要包含以下四个方面：
一是钢中夹杂物含量、形态、分布和大小；
二是钢中的带状组织形态、分布和大小；
三是钢中的中心疏松缩孔和中心偏析；
四是冷镦钢产品性能的一致性。
依据 GB/-2005《钢材中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》，采用 A 法（即最恶劣视场评定），以 JK 图来评定非金属夹杂物，针对神户制钢、宝钢和邢钢生产的产品进行了非金属夹杂物的评级，检验结果详见表 4。
2.6 力学性能对比
神户制钢生产的产品，其力学性能的好坏会直接影响后续的拉拔性能和冷挤压变形；宝钢生产的产品，其力学性能的好坏会直接影响后续的拉拔性能和冷挤压变形；邢钢生产的产品，其力学性能的好坏会直接影响后续的拉拔性能和冷挤压变形。
3、结语
神户制钢的热轧态微观组织较为合理。宝钢生产的热轧态微观组织与邢钢生产的热轧态微观组织存在差距。进行球化退火有利于冷镦加工。所以在材料应用过程中，应当与供应商充分合作和沟通，减少不必要的热处理要求，以达到降低成本的目的。综上，神户制钢生产的、宝钢生产的以及邢钢生产的，在性能上已经趋于相同。然而，在材料均匀性方面，国产材料依然存在提升的余地。
参考文献
GB/T 13298—201《5 金属显微组织检验方法》是一项标准，其标准号为 13298—201，标准名称为 5 金属显微组织检验方法，该标准的发布单位是中国标准出版社，出版地点在北京，出版时间是 2015 年。
GB/T 10561—2005《钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法》〔S〕，由等所著，其出版地为北京，由中国标准出版社于 2005 年出版。
抚顺钢厂遵循 GB/T 224—2008《钢的脱碳层深度测定法》标准〔S〕。该标准由中国标准出版社于 2008 年出版，其出版地点在北京。
