高强度螺栓知识汇总.docx

高强度紧固件知识简介风力发电机组 2012-9-22一、前言3二、达克罗工艺介绍31.1达克罗技术防腐机理31.2达克罗技术的特点41.3达克罗的必然性、必要性和效益分析5三、风电用与钢结构用紧固件的区别51、采用标准的差异52、引用标准的差异53、材料选用的差异64、表面处理的差异75、生产工艺与包装方式的差异7四、风电用紧固件制造要求84.1 风电用紧固件特点84.2材料要求84.3性能要求94.4尺寸与公差要求104.5质量要求104.6 风电紧固件制造工艺11五、高强度紧固件原材料简介115.1外观质量115.2化学成分115.3低倍组织125.4脱碳层深度125.5非金属夹杂物125.6显微组织135.7顶锻实验13六、不锈钢紧固件136.1不锈钢紧固件锁死原因136.2如何降低锁死比例14七、参考文献14一、前言我国风力发电机组已经从消化引进海外技术阶段发展至自主技术创新阶段，具备技术、人才、资金和价格方面的优势。按照“十二五”规划纲要，新增装机7000万KW以上。这意味着，在“十二五”期间，我国风电新增装机平均每年不低于1400万KW的速度增长。近年来，我国风电行业尤其是大容量的兆瓦级别大型风力发电机组得到迅速发展，风电紧固件是风力发电机组主要连接部件，在风电机组中，大量使用高强度螺栓的连接，它占用风电机组零部件的22%左右。变桨轴承与轮毂、变桨轴承与叶片、轮毂与发电机主轴、主机架与偏航轴承、主机架与发电机机架、主轴承与主机架、齿轮箱弹性支撑座与主机架、塔架与偏航制动盘、塔筒与塔筒等均采用高强度螺栓以及在所有的关键连接部件均通过高强度螺栓进行连接其包括电气元器件的连接。一台风力发电机组紧固件的费用约为整机成本的3.5%6%，紧固件零部件虽小，但是作用却至关重要。风电用高强度螺栓紧固件由于长期野外服役，环境较差，维修更换条件差，所以要求风机稳定性强，正常连续工作的情况下，紧固件要求必须保证10年以上的使用寿命。风电高强度螺栓大部分选择10.9级，少量为8.8级或12.9级。风电机组高强度螺栓紧固件的质量受原材料影响较大，外观质量、化学成分、低倍组织、脱碳层深度、非金属夹杂物、显微组织（晶粒度）和顶锻试验等7个方面对高强度紧固件质量有重大影响。本文着力于介绍与高强度螺栓相关的专业知识，目的在于提高风电工程师的技术应用水平。二、达克罗工艺介绍达克罗是DACROMET译音和缩写，简称达克罗。国内命名为锌铬涂层，是一种新型的耐腐涂层，与传统的电镀锌相比：锌铬涂层耐腐蚀性能极强，是镀锌的7-10倍，无氢脆性，特别适用于高强度受力件，高耐热性、耐热温度300，尤其适用于风力发电机组、汽车、摩托车发动机部件的高强度构件，高渗透性、高附着性、高减磨性、高耐气候性、高耐化学品稳定性、无污染性。达克罗技术的基体材料范围：钢铁制品及有色金属如铝、镁及其合金，铜、镍、锌等及其合金，而且涂覆全过程中无污染，在金属表面处理历史上是一场革命，是当今世界上金属表面处理富有代表性的高新技术。 1.1达克罗技术防腐机理1、锌对基体的受控的电化学保护作用。2、铬酸的钝化作用：通常的钝化仅仅是在待处理的金属表面形成一层极薄的钝化膜，如电镀、热镀，而达克罗溶液中无数微小的锌片与铬酸钝化反应，经涂覆烘烤后，锌片层层叠加，形成了无数层钝化膜。锌片铝片及复后铬盐涂层的机械屏蔽遮盖保护作用及铝抑制锌的“淘析”作用。1.2达克罗技术的特点1、优越的耐腐蚀性末蚀化的镀锌层，盐雾试验时一般10小时腐蚀掉1-3um厚的达克罗处理过的金属表面，进行盐雾试验时100小时才腐蚀掉1um，比传统的金属表面处理耐腐蚀性提高7-10倍，盐雾试验可达1000小时以上，并且有抗二氧化硫的高技术指标，显示出更强的防锈性。2、优越的耐热腐蚀性传统镀锌层在高于70的条件下，会出现微小裂纹，在200300的条件下会变色，耐腐蚀性也大大下降。达克罗防腐蚀膜固化温度为300，所以表面金属即使长置于高温条件下，其外观不变，耐热腐蚀性极好。3、无氢脆性氢脆是传统镀锌工艺无法克服的弊病。达克罗处理过程中不进行任何的酸洗。无酸洗即无氢离子侵蚀钢铁基体，再加上在高温下固化，所以达克罗涂层绝对没有氢脆的现象。特别运用于抗拉强度Rm1000N/sqmm高强度零件的防腐蚀处理，如：高强度螺栓和弹簧等种类。4、高渗透性经过达克罗处理的金属件，在细微的空隙处也能形成膜，深透性良好的防腐蚀涂层，管状零件内也是有均匀涂上涂层，再加上达克罗溶液是水溶性的，所以它的渗透性很好。 （下图为盐雾试验240小时后电镀锌制品和达克罗制品的结果对比。）5、高附着性高温烘烤后形成的锌、铝片及复合盐涂层与钢铁基体有良好的结合力。6、高耐气候性达克罗在一定涂层厚度下可以经受二氧化硫、酸雨、烟尘、粉尘的侵蚀。其耐SO2试验可达3周期。适用于海洋性气候的工件、海轮等。此外还具有一定耐化学药品腐蚀性，在汽油、机油中耐蚀性好。 7、优化了对铝电化学元素腐蚀的防护机能一般来说，电极电位不同的两种金属或合金相接触时，就会产生电化学腐蚀、镀锌的防腐蚀机理是金属锌的牺牲腐蚀导致防蚀效果，而达克罗的防腐机理是建立在Cr酸的钝化作用和锌的受控牺牲保护作用上，所以优化了机理，抑制了锌的消耗，从而大幅度提高了防蚀性能的安全性。 8、低摩擦性加入润滑剂后的达克罗涂层，经适当处理可以产生0.060.12系数的超低摩擦性，经一般处理则产生0.120.18系数的中等摩擦性。9、配合精度好一般达克罗涂层可以控制在68um之间，因此紧固体的配合精度可以符合6g/6n的精度要求。 10、优美的亚兴银灰色涂膜外观经过达克罗工艺技术处理的工件，零件或产品的金属表面是亚光银灰色、漂亮、大方，而且达克罗涂复表面对油漆、涂料的附着力强，可以在达克罗涂复面进行再涂装，形成各种各样的色彩。 1.3达克罗的必然性、必要性和效益分析 1、由于电镀不仅对大气、土地、水源造成严重污染，对操作工人也危害很大。国家已三令五申需要出台新的绿色产业来取而代之,所以电镀行业的灭亡是必然结果，而电镀件转用达克罗也是必然的，达克罗生产过程中，没有任何污染，是国家鼓励发展的真正的绿色工业。 2、各种金属表面涂层使用达克罗技术，也是必要的。一是因为原电镀件防蚀性差，易生锈；防热腐蚀性差，易变形；涂层表面稳定性差，易氢脆；二是因为达克罗技术克服了电镀的这些缺点，可以做到十年以上不生锈，可以适应用户的要求，适应出口产品的要求。 3、对于个别要求高的零件，如汽车、摩托车、航天航空，公路桥梁、电器电子等要求高的零件，电镀技术是无法满足的 ，只能用达克罗技术才能解决，这是电镀无法比拟的。达克罗技术的产生，是当今世界金属表面处理的高新技术，被专家们誉为国际金属表面处理行业中具有划时代意义的革命性产品和绿色工程。 三、风电用与钢结构用紧固件的区别风电用高紧固件的制造工艺，从技术角度涉及多科学，从生产的角度涉及到多道工序，从管理的角度涉及到多部门、多环节，从措施的角度涉及到生产成本。从技术的角度对钢结构用与风电用紧固件进行区分可以更好的对紧固件的标准引用、制造工艺、材料性能和热处理方式等进行阐述。1、采用标准的差异目前，国内的钢结构领域采用的高强度紧固件标准通常有9个标准，而风力发电机组上使用的高强度紧固件国内目前常用的标准也是9个，此外还有一些来图定制的非标紧固件、叶片螺栓、T型螺母和莫氏垫圈等。2、引用标准的差异2.1引用GB/T3098.1-2000标准的差异GB/T3098.1-2000紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱中对各个等级的紧固件都有具体的数据，而对于钢结构高强度螺栓和风电高强度螺栓，都选用10.9级强度标准，但是具体力学性能却有差异，具体见表1。表1 钢结构用和风电用高强度螺栓性能表名称强度等级硬度值抗拉强度断后伸长率断后收缩率冲击功钢结构螺栓10.9S3339HRC10401240MPa10%42%47J风电螺栓10.9S3239HRC1040MPa9%48%27J钢结构和风电用高强度螺栓在服役过程中除要求有足够的强度和塑性外，还要求有足够的韧度。韧度的评价往往采用冲击吸收功值来表征。在GB/T3098.1-2000标准中，对冲击功提出了一定的指标。10.9级高强度螺栓冲击功为20J。钢结构高强度螺栓的冲击功是采用2mm的U型缺口试件在常温下进行；而风电用高强度螺栓的冲击功是采用V型缺口试件在-40低温检测。因而，前者冲击功为47J，后者冲击功为27J。风电用高强度紧固件广泛采用含碳量为0.25%0.55%中碳钢和中碳合金钢在常温下有很好的冲击韧度，但当使用温度低于某一温度时，其冲击韧度下降，端口特征由纤维状变为结晶状，断裂机制由微孔聚集型变为穿晶解理型。这是由于体心立方晶体金属及合金或某些密排六方晶体金属及合金中，温度的变化改变了位错在晶体中运动的摩擦阻力。通过测量冲击吸收功和对冲击试样进行断口分析，可以揭示材料的夹渣、偏析、白点、裂纹以及非金属夹杂物超标等原材料缺陷；检查过热、过烧、回火脆性等温锻、热处理等加工缺陷；在低温条件下评定风电用高强度螺栓紧固件的韧脆转变特性，使紧固件不再冷脆状态下工作，保证安全服役。由于环境气候的影响，对我国寒冷地区的风电设备，测定韧脆转变温度为-40，是从冲击韧度角度选用高轻度紧固件的重要依据之一。2.2其他标准引用的差异2.2.1表面缺陷标准引用的区别钢结构用高强度螺栓、螺母，表面缺陷分别按GB/T5779.1、GB/T5779.2的规定执行；风电用高强度螺栓、螺母，表面缺陷除满足上述2个标准外，针对螺栓还有表面探伤的相关要求，通常引用的标准有JB/T4730.3-2005和JB/T4730.4-2005。2.2.2其他尺寸及形位公差引用时的差异钢结构用高强度螺栓、螺母、垫圈的其他尺寸及形位公差应符合GB/T3103.1-2002和GB/T3103.3-2000的C级规定；而风电用紧固件引用上述2个标准的B级规定。由于风电用高强度紧固件通常采用达克罗表面处理，故还需要满足GB/T5267.2-2002的相关要求。3、材料选用的差异3.1 材料选用的区别一般情况下钢结构螺栓材料的选用为：小于等于M24的产品，材料选用20MnTiB钢，M27 、M30螺栓选用35VB钢。而风电用高强度螺栓的材料一般选用42CrMo、B7、42CrNiMo钢，少量产品也是用20MnTiB、30CrMoSi、35VB钢。一般情况下钢结构螺栓螺母选用45、35钢，而风电用螺母除使用上述材料外，还可以指定使用35CrMo钢。3.2 钢材牌号的差异20MnTiB、35VB、45、35钢是文献12推荐的钢材牌号；而35CrMo、42CrMo、42CrNiMo、30CrMoSi是GB/T3077-1999合金结构钢中的牌号，B7钢则是美国ASTM技术规范高低温、高压用栓接材料紧固件标准中的牌号，值得注意的是我国多年来自主开发且应用比较成熟的35VB钢却一直没有列入国家材料的标准。对于高强度螺栓经过调制处理，合金元素对力学性能最主要的作用是增加淬透性，使截面较大的螺栓也可淬透。许多合金元素也给高强度螺栓调制带来了不利的影响，其中很重要的是回火脆性问题，应严格避免，否则会大大降低冲击功值。高强度螺栓调制淬火时，要求整个截面90%以上获得淬火马氏体组织，即钢材必须淬透。淬火深度不仅与钢材的化学成分有关，而且也受试样大小、加热温度、冷却介质、冷却方式等影响。20MnTiB、35VB和35CrMo钢属于低淬透性合金钢，油淬临界直径一般不大于25mm，因此只适宜M24M30以下钢结构紧固件制造。30CrMoSi钢是推荐用于高强度紧固件的替代钢种，它有较好的综合性能，在调质状态下具有较高的强度和足够的韧度，淬透性并不高，油淬临界直径为25mm；而风电用高强度螺栓直径均大于30mm，则必须选用42CrMo、B7和42CrNiMo钢，在截面很大是仍有较高的性能。B7化学成分相当于42CrMo钢，42CrMo钢油淬直径为42mm；42CrNiMo钢的油淬临界直径为45mm，与其他钢种相比，具有更好的冲击韧度和淬透性。对于超过临界直径的大截面螺栓必须用水溶液淬火，以保证淬硬层深度。4、表面处理的差异4.1 表面处理的区别近年来，表面处理中的转化膜技术发展较快，在钢结构用钢强度紧固件上，螺栓采用较多的是磷酸盐（磷化）或氧化（发黑）上油的表色，螺母、垫圈则一般采用磷皂化工艺，虽然它们的耐久性等级属于轻度保护，但目的是为了满足摩擦因数的公差范围而选用的表面处理方式。风电用高强度紧固件，为了减少酸洗和电镀等过程中产生氢脆的危险性，而采用喷丸+非电解达克罗涂层，它对户外紧固件的保护作用有机械屏蔽作用、自钝化作用以及牺牲阳极电化学保护良好的表面防腐作用。4.2 表面润滑的区别对于钢结构螺栓，表面润滑依靠螺母、垫圈的表面磷皂化保证，扭矩系数也同时靠其来保证，扭矩系数通常为0.110.15。而风电用高强度紧固件，由于表面采用了达克罗涂层。扭矩系数要靠安装时涂MoS2来保证，按照目前国内使用MoS2的情况，如果螺纹表面及垫圈的作用面上都均匀地涂抹上MoS2,扭矩系数一般取值0.080.13，而如果只在螺纹表面涂上MoS2，扭矩系数值则会相应地略有提高，螺栓的直径越大，提高越明显。5、生产工艺与包装方式的差异5.1 生产工艺目前钢结构螺栓采用冷镦（温挤压）成型工艺制造。而风电用高强度紧固件与钢结构螺栓紧固件的制造原理相同，而风电用紧固件的要求更高，对缺陷的控制更加严格。钢结构用螺栓的生产工艺：拉拔冷镦机加工滚丝热处理磷化（发黑），一般采用滚死后热处理；风电用螺栓的生产工艺：下料成型（温锻、冷锻）机加工热处理滚丝达克罗，为了保持良好的疲劳强度，都采用热处理之后滚丝工艺，且避免在螺纹处的碰伤。另外，钢结构螺栓一般不采用矫直工艺，但风电用螺栓为了达到GB/T3103.1-2002B级产品的要求，直线度误差为：0.0025XL+0.05（其中L为螺栓的公称长度），一般在热处理后经过矫直才能达标。5.2 包装方式目前钢结构紧固件通常3000套为一批，只需将客户所需的数量分装在瓦楞的纸盒中即可。而风电用高强度紧固件，每一批次的数量则由协议决定。大于等于M24的螺栓通常采购用网套或套管保护螺纹，为了在风电现场便于大吊车吊起安装，一般将每一台风机所需要的各种螺栓装在一个木箱中，而不是一个木箱装一种规格。四、风电用紧固件制造要求4.1 风电用紧固件特点风电及固件在技术上有一系列特点：高强度、高精度等级；服役条件严酷，它将随主机组常年经受酷暑严寒和极端温度的考验，承受高温、低温的侵蚀；功率高，最高达到6MW机组；速差大、震动、腐蚀、重载等；除受到轴向预紧拉伸载荷的作用外，还会在工作中收到附加的拉伸交变载荷、横向剪切交变载荷或者由此复合而成的弯曲载荷的作用，伴随着还受到冲击载荷；附加的横向交变载荷会引起螺栓的松动，轴向交变载荷会引起螺栓的疲劳断裂。而在环境介质的作用下，轴向拉伸载荷会引起螺栓的延迟断裂，以及高温条件下引起螺栓的蠕变等。风力发电机组由于其动力源的随机性，运行环境的恶劣性，制造和安装的特殊性以及维修成本的昂贵性，对于螺栓连接提出了极高的要求，需要从其固有的特点出发，在结构设计、制造工艺、车间生产以及现场装配都要采取必要的措施，确保螺栓连接的可靠性。风电用高强度螺栓大部分选择10.9级，少量使用8.8级和12.9级。风电用高强度紧固件受原材料性能的影响比较大。外观质量、低倍组织、脱碳层深度、非金属夹杂物和显微组织（晶粒度）和顶锻实验等7个方面对高强度紧固件的质量都有重大影响。国内目前风电机组使用的紧固件大致分为以下几类：（1） 塔筒螺栓：即风力发电机组塔筒上使用的螺栓，主要使用的是GB/T12281231、DIN69146916以及DAST等六角头钢结构螺栓连接副；（2） 整机螺栓：即风力发电机组上使用的螺栓，主要使用的是GB/T5782、GB/T5783、GB/T70.1、GB/T6170、GB/T97等六角头螺栓，螺母和垫片；（3） 叶片螺栓：即风力发电机组叶片与轮毂连接使用的螺栓，主要使用的是来图定制的非标双头螺柱。4.2材料要求风力发电设备技术大多数从欧洲引进，按照高强度紧固件标准，风电用高强度紧固件比较复杂，广泛使用含碳量为0.250.55的中碳钢和中碳合金钢。现国内外风电使用的紧固件一览表，见表1.表1 风电用高强度螺栓材料国内外牌号一览表性能规格牌号标准号备注10.9级M3632CrB4、30MnB4、30CrB4、36CrB4EN10263-4欧盟牌号M4230CrNiMo8、34CrNiMo6、42CrMo4EN10250-3M24SCM435、SCM440JISG4105日本牌号M204135、4140、4135H、4140HSAEJ404、SAEJ1268美国牌号10.9级M2420MnTiB、ML20MnTiBGB/T3077、GB/T6478中国牌号M3035VBGB/T123110.9级M24ML35CrMo、30CrMoSiAGB/T6478、GB/T3077中国牌号M3642CrMoA、42CrMoGB/T3077B7ASTM A193(借用)M4842CrNiMoA、34CrNi3Mo一般情况下风电用螺母选用45、35钢，有些产品指定用35CrMoA钢；垫圈材料均为45钢。螺栓、螺钉、螺柱、螺母和垫圈所选用的材料的元素直接关系到紧固件的机械性能，不能低于推荐材料的机械性能。其他的检验项目和标准见表2。表2 检验项目和标准检验项目型式检验出厂检验标准方法化学成分20MnTiBGB/T307742CrMoA42CrNiMoA30CrMoSiA42CrMo35VBGB/T1231-200645、35GB/T699公差等级螺栓、螺钉和螺柱GB/T3103.1-2002螺母GB/T3103.1-2002垫片GB/T3103.3-2000机械性能螺栓、螺钉和螺柱GB/T3098.1-2010螺母GB/T3098.2-2000达克罗涂层厚度GB/T18684盐雾试验GB/T18684氨水滴落实验GB/T18684附着力试验GB/T18684表面缺陷螺栓、螺钉和螺柱GB/T5779.1GB/T5779.3螺母GB/T5779.2注：-为全检；-为文件检验（厂家提供的检验文件）；-为抽检2%。4.3性能要求4.3.1通用要求GB/T3098.1-2010紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱中对各等级紧固件有具体的数据，风电用螺栓大多选用10.9级强度，硬度等级为3239HRC，抗拉强度1040Mpa，断后伸长率9%，断后收缩率48%，低温冲击吸收能量Akv（-40-45）27J，紧固件生产厂家需要将制作螺栓、螺钉和螺柱的材料制作成试样，按照GB/T3098.1-2010紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱中规定的FF1类和FF2类“全能承载能力的螺栓、螺钉或螺柱成品”实验项目进行机械和物理性能试验，全部符合GB/T3098.1-2010中规定的要求。风电螺栓为了达到GB/T3103.1-2002B级产品的要求，直线度误差为：0.0025XL+0.05（其中L为螺栓的公称长度），一般在热处理后经过矫直才能达标。螺母机械性能应符合GB/T3098.2-2000中规定的全部标准。4.3.2螺栓机械性能风电用高强度螺栓必须保证扭矩系数，同批次紧固件扭矩系数平均值为0.110.15，扭矩系数标准偏差应0.01。在保证预紧力为屈服强度的75%的情况下进行扭矩系数实验。风电用高强度螺栓，由于表面采用了达克罗涂层，扭矩系数要靠安装时涂抹MoS2来保证。如果螺纹表面和垫片作用面均涂抹MoS2，扭矩系数一般取值0.080.12，扭矩系数标准偏差应0.01。如果只在螺纹表面涂抹MoS2，扭矩系数值则会相应的略有提高，螺栓的直径越大，提高越明显。试验方法按照GB/T50205-2001钢结构工程施工质量检验收规范执行。每一个螺栓连接副包括1个螺栓、1个螺母和2个垫圈并应分属同批制造。用于通孔连接的螺栓由供应商直接提供达克罗（锌铬涂层）后的扭矩系数；用于螺栓孔连接的螺栓由供应商提供扭矩系数。高强度螺栓连接副的扭矩系数直接关系到风电机组安装过程中高强度螺栓的紧固力，扭矩系数平均值及标准偏差的不准确性，会直接导致螺栓连接副紧固力的超拧或欠拧，对工程安装质量产生影响。GB/T1231-2006标准中对钢结构用高强度大六角螺栓连接副扭矩系数的实验方法及验收做了严格规定。GB/T50205-2001钢结构工程施工质量检验收规范标准中也对钢结构用高强度六角螺栓连接副的验收进行了说明与规定。但是，随着高强度大六角头螺栓连接副应用范围的扩大，尤其是随着风电机组装机容量的增加，对螺栓连接副扭矩系数的重视程度逐渐提高。4.4尺寸与公差要求紧固件尺寸公差和几何公差应严格按照等级所对应的尺寸和几何公差规定要求执行；直线度、全跳动按照GB/T3103.1-2002B级执行，其余未注公差按GB/T3103.1-2002、GB/T3103.3-2000C级执行。螺栓和螺母螺纹的基本尺寸按GB/T196-2003粗牙普通螺纹的规定，螺栓螺纹公差带镀前6g级按照GB/T197-2003执行；镀后6h级按照GB/T5267.2-2002执行。螺母螺纹公差带镀前6G级按GB/T197-2003执行；镀后6H级按照GB/T5267.2-2002执行。螺栓的螺纹末端按GB/T5779.1、GB/T5779.2规定。 螺纹牙侧表面粗糙度的最大参数值Ra应不小于3.2um。螺纹必须在热处理后滚轧牙型，不允许机加工出螺纹。螺纹长度必须根据需方要求加工。4.5质量要求螺栓连接副应进行表面防腐处理。达克罗防腐的紧固件，防腐符合GB/T5267.2-2002或GB/T18684-2002锌铬涂层技术条件；至少720小时的盐雾试验。防腐处理必须保证不会降低紧固件的机械和物理性能。金相显微组织检测按照GB/T13298-1991执行，淬火马氏体约90%、回火索氏体90%组织检测；按照GB/T3098.1-2010进行脱碳试验，低倍组织按GB/T1979-2001疏松、偏析缺陷1.52级进行检测，按照炉批号每批次3件随机抽检。表面裂纹试验按照JB/T4730.4-2005中9.1.b款“紧固件和轴类零件不允许任何横向缺陷显示”执行；超声波探伤试验所有检验验收标准执行JB/T4730.3-2005中4.6款螺栓坯件的超声检测和质量分级中级要求。产品应具备完成的质量证明书和合格证，M27以上高强度螺栓每种规格、每批批次必须有第3方检测机构出具的高强度螺栓机械性能检测报告，检测项目按GB/T3098.1-2010执行。4.6 风电紧固件制造工艺风电高强度紧固件的制造工艺除冷镦工艺外，还有温锻、冷挤压以及切削加工等。而温锻螺栓生产工艺流程为：冷拔下料温锻成型六角整形淬火和回火加工螺纹表面处理。风电用高强度螺栓需要经过球化退火和调质两道热处理，使其强度级别达到10.9级。对10.9级及以上高强度螺栓而言，淬火组织的均匀性尤为重要。为确保高强度螺栓淬火时奥氏体化充分，淬火组织均匀，无未溶铁素体及非马氏体组织外，应充分重视淬火态组织的金相分析。国外的高强度螺栓螺栓热处理很重视充分奥氏体化，确保其组织的均匀性，以获得最佳的强韧性的配合，保障螺栓服役时的安全。国内高强度螺栓制造商对此尚未引起足够的重视，普遍存在的问题是螺栓淬火组织的不均匀性。这种不均匀性在随后的回火过程中是不能被消除的；虽然螺栓的强度及硬度值可以达到10.9级性能的要求，但由于组织均匀性差，螺栓含铁素体量较多的区域，易造成早期的失效。因此，早热处理调质工艺中应加强成产过程的控制。近年来，表面处理中的转化膜技术发展较快，在高强度紧固件上，螺栓采用较多的是磷酸盐（磷化）或氧化（发黑）上油的表面处理方式，螺母、垫圈则一般采用磷皂化工艺。风电用高强度紧固件，为减少酸洗和电镀等过程中产生氢脆的危险性。保证10年的使用寿命，采用喷丸+非典接达克罗涂层,它对户外紧固件的保护作用有机械屏蔽作用、自钝化作用以及牺牲阳极电化学保护良好的表面防腐的作用；涂覆层应大于812微米，耐盐雾试验可达到1000h以上。五、高强度紧固件原材料简介5.1外观质量中碳钢和中碳合金钢应具有良好的表面质量，应圆整、光滑、无凹凸折叠、结巴裂痕、麻点等。如经磨光清除，则应满足刚才实际尺寸。外观缺陷是引起热处理产生裂纹的重要因素。5.2化学成分化学成分是决定钢材疲劳极限的首要因素。碳是影响疲劳极限的主要元素，它既能间隙固溶强化基体，又可形成弥散强化，提高钢材的形变抗力，阻止疲劳裂纹的萌生和提高疲劳极限。合金元素在钢种的作用，主要是通过提高钢的淬透性和细化晶粒改善钢的强韧性来提高寿命。合格的化学成分是保证中碳钢和中碳合金钢镦锻性能和热处理后力学性能的基础，对于大于30mm的风电用高强度螺栓，淬火后整个截面保证90%以上获得马氏体组织；既要保证淬透性，又要达到一定的淬硬层深度，因此钢材的化学成分应达到标准的中上限。且强化C、Cr、Mn、Mo等平均含量应高于标准要求的中限。GB/T3077-1999合金结构钢种的42CrMoA钢，用于制造风电用高强度螺栓的化学成分特殊要求见表1。表1 42CrMoA钢化学成分项目C（%）Si（%）Mn（%）Cr（%）Mo（%）P（%）S（%）标准0.380.450.170.370.500.800.901.200.150.250.0250.025特殊要求0.400.440.200.250.600.700.951.100.200.250.0200.020当钢中有害元素P、S增加时，如S含量0.04%时，淬火后易产生裂纹。风电用高强度紧固件应有限选择高级优质钢材，P、S含量在标准中限制量为0.025%。化学成分特殊要求P、S两项加起来不大于0.025%为佳。5.3低倍组织钢中严重的低倍组织缺陷将导致钢材冷镦温锻时开裂。GB/T226-1991钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法，通过GB/T1979-2001钢结构低倍组织缺陷评级图，对中碳钢、中碳合金钢高级优质钢的中心疏松、一般疏松、方形偏析允许1.5级。不允许存在白点、缩孔、气泡、翻皮等缺陷，这些缺陷是热处理产生开裂的重要原因。一般情况下，缺陷越严重，其淬火裂纹的倾向性越大。因此上述缺陷在原材料进厂时必须严格检验。酸 低倍组织显示出不允许存在的缺陷或超过标准允许范围时，则其他实验可不必进行。对于在声场过程中取样进行低倍组织检验时，如发现材料或产品有严重宏观缺陷时，可停止该次材料的加工与生产，避免造成更大的损失。5.4脱碳层深度在调制热处理过程中，中碳钢和中碳合金钢脱碳层一方面会降低紧固件淬火后的表面硬度；另一方面可能导致淬火开裂。根据GB/T224-2008钢的脱碳层深度测定法，用金相法检测原材料的脱碳层，以42CrMoA钢为例，当C的质量分数为0.40%时，退火态组织约为50%珠光体+50%铁素体。测量时，在显微镜下观察与脱碳层成垂直的磨面，磨面的边缘注意不应有倒角。风电用高强地紧固件钢材的脱碳层应不大于公称直径的1%，为此要求高于钢材标注技术规范，应在供货中特别说明。检测时应区别原材料脱碳或热处理脱碳，以便提出正确控制方案，确保紧固件质量。5.5非金属夹杂物非金属夹杂物在钢中主要以氧化物和硫化物的形式存在。依据GB/T10561-2005钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法，非金属夹杂物按JK图评定（A类硫化物、B类氧化铝类、C类硅酸盐类、D类球状氧化物类、DS类单颗粒球状类）。夹杂物的存在割裂了金属的连续性，剥落后就成为凹坑或者裂纹，在冷镦成型时极易形成裂纹源，热处理是易造成应力集中，产生淬火裂纹。因此，风电用高强度紧固件对夹杂物应严格控制，GB/T3077、GB/T6478对夹杂物未做明确要求。C类硅酸盐类和D类球状氧化物类对热处理的影响最大，硅酸盐夹杂物应不大于1.5级，球状氧化物类夹杂物应不大于2级为佳；对氧化物和硫化物夹杂物之和应不大于3级.实验表明，减少非金属夹杂物的含量，减少夹杂物的尺寸，都能有效地提高紧固件的疲劳极限。5.6显微组织钢的晶粒度有实际晶粒度和本质晶粒度两种。奥氏体实际晶粒度是钢在具体的热处理或者热加工条件下获得的奥氏体晶粒大小。奥氏体实际晶粒大小，对钢的性能有明显影响。一般情况下，无论是正火、退火、淬火和回火，奥氏体实际晶粒小的钢，最终性能优于奥氏体实际晶粒大的钢。真正影响钢材使用的是钢的奥氏体的实际晶粒度，而不是“本质晶粒度”。晶粒度是奥氏体化温度和时间的函数，评定的不是在某任意温度下的晶粒大小，而是热处理中实际执行奥氏体化的条件下晶粒的大小，这就是常规的“奥氏体晶粒度”。根据风电高强度螺栓的生产实践，钢的奥氏体的实际晶粒度1-4级，对工件冲击吸收能量值呈逐渐下降趋势，严重影响力学性能指标。随着晶粒度级别的提高（晶粒度越细小），低温冲击吸收能量越高。这是由于晶粒越细，晶粒越多，晶界就越多，裂纹扩展的阻力就越大，冲击吸收能量值就越