隨著汽車工業的發展，對汽車緊固件的要求也越來越高。我國汽車高強度緊固件的主要品種是螺栓，有8.8，9.8，10.9和12.9級4個強度等級，這些強度級別的緊固件都要進行熱處理，才能提高產品的綜合力學性能，達到規定的抗拉強度和屈強比，熱處理工藝技術是生產汽車緊固件的關鍵。

汽車緊固件熱處理一般稱為調質（淬火后再經高溫回火）處理，調質對原材料、爐溫、爐內氣氛、淬火介質、熱處理質量檢測等都有嚴格要求，只有滿足了基本要求，才能減少由材料引起的偏析、退火無保護氣氛引起的脫碳、冷鐓過程產生的裂紋、淬火介質引起的淬火開裂和畸變。

1.1熱處理裝備

20世紀80年代末，我國汽車緊固件的高強度螺栓熱處理大部分采用鹽浴爐淬火，鹽浴爐內膽有限，每次只能裝30~50kg由于鹽浴爐熱處理工作環境差，淬回火工序距離近，易造成混裝現象，客戶在使用時發生脆斷或者根本無法使用。由于熱處理裝備太落后，一些汽車緊固件企業只能配套生產8.8級及以下強度等級的螺栓。進入20世紀90年代，由于汽車工業的快速發展，汽車高強度緊固件急需國產化。熱處理裝備已由鹽浴爐、滴注式滾筒電阻爐、放熱式震底爐發展為吸熱式或N2CH3OH裂解氣氛的鑄鏈爐。由于網帶壽命的大幅度提高，輻射管加熱的連續式網帶爐用量最大，同時，網帶爐具有爐內布料、加熱均勻，零件質量穩定、工作環境好、可減少零件磕碰、用氣量較少、能耗小等優點。

根據工藝的要求，有些企業在連續式網帶爐生產線的前清洗設備上增加去磷功能，在加熱前除去緊固件表面的磷化層；對于大規格高強度螺栓，為防止淬火時的磕碰和淬火畸變，選用Unicase系列箱形多用爐處理；為降低成本，有的企業連續式網帶爐加熱區采用燃氣加熱，保溫區采用電加熱，發揮燃氣加熱和電加熱的優勢，且因地制宜選擇爐用載氣和滲碳劑種類，達到節能減排的目的。

連續式網帶爐生產線的熱處理工藝：上料一清洗—加熱—淬火—清洗—回火—著色—下線，可實現碳勢控制，自動運行。在滲碳工藝中，可采用氧探頭分區碳勢控制技術，對淺滲層質量進一步優化，使產品質量實現了質的飛躍。

熱處理裝備存在的問題是淬火介質缺乏冷卻性能測定、碳勢控制不穩定、爐溫校驗周期過長等。

1.2原材料

汽車高強度緊固件用冷鐓鋼線材品種有碳素鋼和合金鋼。除了高強度大六角頭螺栓，根據GB/T1231要求，對M30以下規格所用材料作了規定外，其他螺栓無論是國標還是國際標準均沒有明確規定應采用的材質，只是指導性地指出需要添加的合金元素。

事實上，原材料選用是很重要的一個環節。例如某螺栓廠在承接美國PACCar的項目生產美標1〃--14的8級（相當于國標10. 9級）螺栓時，采用40Cr鋼作原料，該產品用于載重卡車制動器，對連接件的要求很高。第1次送檢時成品保載試驗不合格，第2次送檢時楔負載試驗不合格。分析材料性能后，很難達到各項指標要求，改用42CrMoA鋼生產后，加強工藝控制，生產出合格產品。

2.1熱處理工藝制定原則

汽車高強度緊固件要獲得具有良好力學性能的回火索氏體、回火托氏體組織，前提是淬火時要保證心部得到馬氏體組織，這與鋼的淬透性有密切關系。不論是碳素鋼還是合金鋼，在完全淬透的情況下，緊固件經高溫回火得到相同硬度的成品時，它們的力學性能如強度、塑性和韌性等都差不多。也就是說，45鋼和40Cr鋼都完全淬透并回火至同一硬度時，它們的強度、塑性和韌性等大致相同，但是如果不完全淬透，即使回火后的硬度與淬透后回火的相同，其屈服強度、斷后伸長率、斷面收縮率和沖擊強度等都要低些，其降低程度隨淬透程度的減少而增大。

同一材質的產品，當截面大小不同時，淬透性也不同，雖然采用同一調質工藝，其力學性能卻不盡相同。截面越大，淬透性也越差，力學性能也越差。同時，同樣材質的原料，其化學成分允許在一定范圍內波動，尤其是碳素鋼會因為各鋼廠在冶煉技術、標準上有所區別而不同，采用相同工藝生產的成品必然存在性能差異。

淬火加熱溫度主要根據鋼的化學成分，結合具體工藝確定。鋼的化學成分是確定淬火溫度的主要因素，根據淬火介質的不同，采用的淬火加熱溫度也不同。亞共析鋼淬火溫度選擇在以上；碳素鋼在 Ac3以上30~ 50℃；合金鋼在益Ac3以上50~ 80℃。對心部淬硬的緊固件來說，由于組織應力和熱應力的綜合作用，產生的最大拉應力將處于零件表面附近，可能引起淬裂，這個淬裂危險尺寸與所用淬火介質有關，對于螺栓，水淬時的直徑為8~10mm，油淬時的直徑為20~39mm。處于危險尺寸的螺栓淬火時，必須采取適當的措施防止淬裂。

淬火時加熱溫度、加熱時間必須適當，要保證淬火后體積分數至少90%的組織為馬氏體，要有預熱措施，可采取以下100℃的溫度預熱，使淬火后組織均勻，馬氏體轉變充分，心部較少游離鐵素體或粒狀碳化物。

為了把緊固件強度和保證載荷控制在合格范圍，回火時應注意原料材質、爐型、鐓制工藝（冷鐓與溫鍛）、螺紋長度（全牙與半牙）、介質（水淬與油淬）的區別。硬度和強度要求一般可在高溫區間通過回火溫度來調整。在提高硬度下限值基礎上，回火溫度應選用較高值，從而徹底消除應力。有些合金材料含第2類回火脆性敏感的元素較多，回火后必須采取適當的冷卻方法，避免在高溫區域停留較長時間，產生第2類回火脆性。

2.2增加驅氫處理

汽車的節能化、輕量化發展，對發動機和動力系統的設計提出了更高的要求，它不單單是所用的緊固件螺栓、螺母本身的減重，8。8級及以上緊固件高強化也起著十分重要的作用，但是隨著強度的提高，由氫脆引發的斷裂就成為一個十分突出的問題，在熱處理過程中要進行驅氫處理。

研究表明，實際使用的緊固件在自然環境下發生氫脆斷裂主要是淬火回火的馬氏體鋼，發生在屈服強度>620MPa，硬度HRC值> 31的高強度材料中。抗拉強度越高，對氫脆越敏感，材料越容易吸氫，而驅氫越不容易。

一般認為，當強度達到1050MPa以上才會發生氫脆斷裂。GB/T 52671規定，當心部或表面硬度的HV值> 320時，應通過試驗對氫脆進行檢驗，并進行驅氫處理，就是說，性能等級10.9級及以上的電鍍螺栓，都應該采用低氫工藝并進行驅氫。從國外資料看，汽車緊固件發生氫脆斷裂的強度閾值可能會下降到1000MPa

金相組織對碳素鋼、合金鋼的氫敏感性影響很明顯。回火馬氏體、上貝氏體（粗），下貝氏體（細）、索氏體、珠光體、奧氏體對氫的敏感性依次降低。回火馬氏體對氫脆的敏感性最強，因此在熱處理時可通過調整熱處理工藝，減少回火馬氏體組織的生成。比如采用等溫淬火就會使發生氫脆斷裂的閾值提高100MPa左右，這是因為等溫淬火生成的下貝氏體組織對氫脆的敏感性比回火馬氏體低。

汽車緊固件調質熱處理是在高溫下進行的，為了減少熱處理過程中材料表面的氧化，常常在加熱爐中加入保護氣氛。如果保護氣氛中含有氫化物，就有可能在熱處理過程中吸氫，增加緊固件氫脆風險。

另外，熱處理工藝與電鍍后的驅氫效果密切相關，淬火形成的殘余應力對氫脆影響明顯。殘余（拉）應力消除得越充分，電鍍后驅氫的效果就越好，氫脆斷裂的閾值也就越高，這種情況在高強度螺栓的生產中表現的最明顯。IS09581把消除殘余應力作為減小氫脆風險的重要措施之一。

為防止產生氫脆，1000~1300MPa高強度緊固件必須在電鍍后驅氫。驅氫時將電鍍后的緊固件加熱到一定溫度并保持一段時間，使材料中的氫聚集形成氫分子而逸出。驅氫不徹底主要有2個原因，一是沒有及時驅氫，二是驅氫時間過短。

2.3加強緊固件心部組織的測定

汽車緊固件在進行熱處理的過程中，由于淬火加熱溫度、材料的淬透性、淬火冷卻速度等因素的影響會在緊固件中心部位產生鐵素體組織。過多的鐵素體組織會降低螺栓的硬度和強度，影響緊固件的使用。8.8級高強度螺栓一般采用SWRCH35K，ML35，35鋼制造，螺栓在調質后，心部的顯微組織中或多或少有一些鐵素體。在實際生產中，對于心部有大量鐵素體的螺栓，當心部硬度低于產品要求時，往往采用提高抗拉強度來控制產品質量。螺栓在淬火不足時，有的企業通過降低回火溫度來保證抗拉強度，給螺栓的質量留下了隱患。

為了控制汽車螺栓的熱處理質量，對螺栓的心部鐵素體含量進行測定是十分必要的。汽車緊固件如8.8級螺栓，分別檢查在淬火后和回火后的頭部或尾部的硬度，對螺栓的心部鐵素體一直未作要求，致使螺栓在裝配時被拉長或拉斷。某發動機漲緊輪的緊固螺栓，材料為ML35強度等級8.8在裝配時常常被拉長，對失效的螺栓分析發現，螺栓心部含有大量的鐵素體。對此類有較高裝配扭矩要求的螺栓，在熱處理過程中，不僅控制淬火和回火的硬度，同時將其心部鐵素體控制在3級以內，杜絕了在裝配時被拉長或拉斷。

保證載荷試驗方法是將螺栓在萬能試驗機上做拉力試驗，施加標準中規定的保證載荷并持續15s測量螺栓施加保證載荷后引起的絕對伸長量。在美國SAEJ429中，明確規定8級（相當于國標10 9 級）以上，在汽車行業使用的高強度螺栓必須進行保載試驗，絕對伸長量控制在12.7μm以內。由于絕對伸長量很細微，表面細微的毛刺、尖粒均會對測量值有影響，況且安裝夾具也會帶來一定的測量偏差。SAEJ429明確規定，第1次誤差超標，還可以進行第2次測試。如果第2次結果不合格，可以判斷螺栓不符合要求；如果第2次結果合格，可以判斷螺栓符合標準要求。

調質緊固件心部組織的測定，可參考GB/T 13320—2007箱鋼質模鍛件金相組織評級圖及評定方法》。檢驗結果表明，對于SWRCH35K鋼制造的8凝螺栓，心部鐵素體組織的體積分數應在12%以內，硬度HRC值最低為27，對于SCM435鋼制造的10.9級螺栓，心部鐵素體組織的體積分數應控制在5%以內，硬度HRC值最低為34.5中碳合金鋼主要用來制造9.8，10.9，12.9級高強度螺栓，對于螺栓淬火后心部鐵素體的測定：對無疲勞壽命要求的9.8，10 .9級的發動機支架緊固螺栓，心部鐵素體1~3級合格；對有摩擦因數要求的9.8，10. 9級發動機連桿螺栓，心部鐵素體1~2級合格，對于12.9級螺栓，心部鐵素體1級合格。

汽車緊固件的快速發展，給生產企業帶來了挑戰和機遇。與世界先進水平相比，我國緊固件的熱處理工藝技術總體水平仍然落后，差距在加大，尤其在環保、能耗、品質等諸多方面形勢嚴峻，因此，提高汽車緊固件工藝技術水平十分必要，筆者認為應在以下幾個方面多加關注。

3.1使用免退火冷鐓鋼和非調質鋼

采用免退火冷鐓鋼和非調質鋼制造汽車緊固件是近幾年研究的新課題。

汽車緊固件為了保證冷成型性能，冷鐓鋼需要預先進行球化退火。免退火冷鐓鋼通過對鋼的化學成分進行調整，軋制過程中控制軋制和冷卻，使珠光體部分球化，減小冷成型過程中的變形抗力，可以直接用于冷鐓成型。如馬鋼生產的eWRCH35K鋼由于免去球化退火，既有顯著節能效果，又縮短了生產周期，是節能型新材料。

緊固件用非調質鋼主要是冷作硬化型非調質鋼，鋼中加入了微量強碳（氮）化物形成元素（V，Nb，Ti），在拉拔和冷鐓過程中其強韌性能可達到或接近8.8，9.8級水平。GB/T3098 22-2009〈緊固件機械性能細晶非調質鋼螺栓、螺釘和螺柱〉已發布，給非調質鋼緊固件的推廣和使用提供了有力的技術支持。寶鋼生產的FM08MnS，iFM08MnSV和馬鋼生產的MFT08鋼，省去了冷拔前的球化退火和成形后的淬火回火處理，減少螺紋部分的脫碳傾向，提高成品率，經濟效益明顯。

3.2完善熱處理工藝技術文件

熱處理過程是一個無法通過后續檢驗和試驗來保證產品質量的特殊過程，因此，對于它的控制必須有合理的制度來實現。首先，對可能造成過程失效的因素加以甄別，做好熱處理工藝技術的制定工作；其次，建立完善的熱處理工藝管理制度，工藝文件明確清晰地標注出熱處理過程的操作方法、工藝參數及檢驗的方法，同時應特別強調裝爐方法和裝爐量，解決操作的可行性和方法的正確性，對原材料材質和待處理緊固件的加熱前工藝狀況進行檢驗，保證工藝參數的合理性和處理的有效性；再者，利用統計技術對熱處理過程進行分析，計算和測定熱處理參數，根據過程質量的變化情況尋找熱處理參數對產品質量的影響規律，然后運用熱處理專業知識對熱處理技術進行不斷改進，保證產品質量一次交檢合格率最大化。

3.3研制新的熱處理裝備

研發新型熱處理裝備，進一步改善爐溫和碳勢控制技術并提高爐氣均勻性，減少淬火畸變量及淬火時工件的磕碰，提高淬火冷卻槽的冷卻效果和冷卻均勻性，注意配套的前后清洗、油水分離、廢熱利用、節能減排等技術，在不影響產品品質的前提下，降低熱處理生產成本。

汽車緊固件生產企業要注重熱處理裝備的更新，選用合適的原材料，在生產中不斷完善熱處理工藝制度，加強驅氫處理和心部組織檢測，盡快減小汽車高強度緊固件與世界級產品的差距，提高我國汽車緊固件的檔次。