高强度紧固件的制造涉及很多环节。第一个环节是原材料的选择。需要根据产品的性能等级、产品的大小、产品的用途进行合理的选择。选型符合技术性能要求。同时应结合用户提出的技术要求选用。

1、选用高强度材料

材料是保证高强度紧固件的技术性能要求，而紧固件在服役中能满足技术性能要求，因此选用合适的材料牌号是关键。材料的选择在相关国家标准中并没有明确规定应该选择哪种规格，但有一个共同的要求，即必须达到高强度紧固件的技术性能要求，在GB/T 3098.1《机械紧固件、螺栓、螺钉和螺柱的性能，没有明确说明10.9级螺栓选用什么材料，只是简单的写着：碳钢调质，合金钢调质，需要哪些材料, 哪些档次没有明确标明；同样对于12.9级的高强度螺栓，只写：添加元素碳素钢（成分：硼、锰、铬、钼），但没有注明具体材质和牌号；在GB/T 1231《钢结构用大六角螺栓》技术标准中只规定外径小于等于M30选用35VB，外径小于等于M24选用35VB . 一般高强度生产企业一般会采用合金钢：、、35VB、、、B7等材料。只规定外径小于等于M30选用35VB，外径小于等于M24选用35VB。一般高强度生产企业一般会采用合金钢：、、35VB、、、B7等材料。只规定外径小于等于M30选用35VB，外径小于等于M24选用35VB。一般高强度生产企业一般会采用合金钢：、、35VB、、、B7等材料。

而风电选用10.9级高强螺栓。除满足以下技术要求外：硬度值为33-39HRC，抗拉强度Rm≥，断裂伸长率≥9%，断裂收缩率≥48%。冲击功AKv(-40℃)≥27J的技术要求对材料的强度和韧性有较高的要求。而且风电螺栓规格比较大，需要保证材料满足上述技术要求。

M30及以上规格风扇螺栓采用优质合金结构钢。材料分为三种不同等级，这些不同等级材料的化学成分有着细微的差别。正是这些细微的差别，相应地在力学性能上也有比较大的变化。

2、三种不同材质的区别（以扇叶紧固件为例）

叶片紧固件材料的选择有一定的要求。经过几十年的实践和探索，欧洲风机制造商在≥M30和10.9级的高强度叶片紧固件技术要求中明确表示，欧洲风机叶片材料：选择（欧洲牌号）材料，该牌号的化学元素组成为大致相当于中文资料。

虽然等级基本相似，但在材料的具体成分上还是有一些区别的。这些成分差异对各项力学性能影响不大，主要体现在韧性指标上。风扇的双头螺钉和六角螺栓基本上都是用类似的材料制成的。在这些螺栓和螺钉的技术要求中，除满足各项机械性能的四项通用指标外，低温（-40℃）冲击功值必须≥27J，因此对材料有一定的技术要求选择。

如果强度指标比较高，低温冲击值就很难满足要求；如果强调低温冲击值，有时会达不到强度指标要求。因此，一般都加入一定量的合金元素来增强材料的性能。此类材料分为三个不同等级，它们是 (B7) 和。(B7)是风扇螺栓技术性能的改进和材料中合金元素数量的适当增加而衍生的新牌号。除了提高合金元素Mo的添加值外，Mn的含量也适当增加，它们的化学元素发生了一些变化，其性能也发生了明显的变化（见下文分析）。

3、（B7）材料技术特性分析

1. (B7) 材料的技术性能特征

B7是美国材料与试验协会的钢种，简称ASTM A193 Gr.B7。与我国化学元素成分标准范围基本相似。但是，钢的实际成分略有不同（见表1）。与钢厂技术质量分析讨论各种技术条件的内容后，发现两个品牌的成分略有不同，但这些细小的差异却影响了产品的性能。

表1和B7成分

从上表可以看出，两种牌号材料的区别在于钼（材料的实际含量）和锰的成分有一些细微的差别：

钼元素的作用及含量：

我国对钢材和B7材料，标准规定的Mo含量在0.15%~0.25%范围内。我们实验室多次检测，一般美国B7钢的Mo含量基本在0.18%~0.19%左右，处于标准的中间值。在数值范围内；为降低成本，实现利润最大化，我国钢铁企业普遍将物料Mo含量设定在0.15%~0.16%，属于下限；但在材料技术标准要求的范围内。我们钢铁企业主要考虑经济效益，我觉得应该从材料的性能上考虑，适当增加钼元素的含量。

钼元素能提高钢的淬透性，细化晶粒，能有效防止钢的第二类回火脆性，特别是在低温下，钼含量的增加对冲击值的提高起到积极作用。

锰的作用及含量：

锰是一种常用的合金元素。由于经济适用，常用来代替铬、钼、钒等贵重合金元素；锰能强化奥氏体，因此能有效提高钢的淬透性，提高材料的强度，并能降低硫对钢造成的热脆性；但锰含量的增加会促进晶粒长大，增加二次回火脆性的倾向。理论上，锰含量应控制在≤0.8%范围内。

钼和锰的相互作用：

综上所述，我国锰含量设定在0.5%~0.8%，而美国B7材料中Mn元素实际锰含量设定在0.65%~1.1%。增加钼元素的含量可以克服锰元素的限制。弱点，还可以发挥锰的特性，提高材料的综合性能。我国（B7）是综合考虑锰的优缺点、钼的上述性能特点、锰与钼的相互作用，结合我国机械工业现状，参照技术特点制定的美国B7材料的性能要求。建立了具有中国特色的新材料牌号（B7），(B7)材料中Mo元素的含量为0.17％～0.19％。Mn元素设定在0.75%~1.1%。锰含量的增加对提高淬透性有积极作用；由于钼元素的同步增加，对抑制锰缺陷和降低回火脆性起到积极作用，钢中加入这两种元素都会起到积极作用。相互补充，相互支撑，共同提高材料的技术性能。而这两种元素在钢中的加入将起到积极的作用。相互补充，相互支撑，共同提高材料的技术性能。而这两种元素在钢中的加入将起到积极的作用。相互补充，相互支撑，共同提高材料的技术性能。

根据公司多年生产风机用高强度紧固件的实践，以及风机厂家相关材料的实际使用情况、实践经验、实验室检测数据和技术性能分析报告，参观、走访相关特钢厂、调查、调查、分析，与钢厂有关技术质量人员，就材料的化学成分特性和技术性能要求进行讨论，分析讨论各种技术条件和性能要求，共同制定（B7）的技术协议（见表 2）。

技术协议增加了锰和钼元素的含量。详见表2第一项化学成分组成。

表2化学元素组成(B7)

我们将表2(B7)中的化学元素组成与表3中常用的化学元素组成进行比较，常用的含量为0.016%(见表4中的红条)，而(B7)中的Mo含量为0.017%~ 0.19%，可见B7中Mo的含量比普通的高0.02%左右；同时，锰的含量也从0.63%提高到0.75%~1.10%，从材料的化学元素组成上改变了原来的元素组成。成分的微小增加凸显了材料成分特性的优势！

表3 常见化学元素的组成

目前，我国风机高强度螺栓生产企业通过多年的实践也认识到了钼的重要作用，因此要求钢铁企业将钼含量提高到0.18%~0.19%左右的范围，从而有效提高材料的性能，这样在（B7）的基础上生产了一个新的改进牌号；为了进一步提高大型、高强度紧固件的性能，一些企业甚至将钼含量提高到0.20%和0.20%以上，进一步提高材料的韧性，充分发挥钼的积极作用，开拓了M36mm以上大规格高强螺栓的选材方向，取得了良好的实用效果。

2. (B7) 第二个特点——冶炼工艺的改进

普通钢的冶炼是采用一步法，将钢材在电炉或电炉中加热冶炼后直接轧制成型。对于（B7）特钢冶炼，经双方同意，需增加炉外精炼和直抽风。这两个关键过程显示在表 1 的第 3 点中。

冶炼方式：电炉（转炉）→LF炉精炼→VD真空脱气

炉外精炼是将电炉（转炉）的钢水钢包经一次熔炼后，移至另一容器内进行炉外进一步熔炼的过程，又称双熔炼或钢包熔炼；这就把炼钢过程分为粗冶和精炼两个步骤。初炼时，将原料在氧化气氛的炉内进行熔炼、脱磷、脱硫、除杂，得到初炼钢水；为了精炼，最初的钢水被注入惰性气体，然后进入钢包环境进行进一步精炼。在冶炼中，惰性气体进入钢液后，钢中的重杂质在其作用下沉降，成为熔渣；另一方面，较轻的杂质在惰性气体的作用下上浮形成浮渣，去除杂质后，可以提高钢水的纯度，进一步提高钢的质量。这一优化工艺即炉外精炼，可有效提高原料质量，降低优质钢冶炼的生产成本。

真空脱气也是提高钢材质量必不可少的工艺步骤之一：钢液中的气体主要是氢气和氮气，它们在炼钢过程中融入钢液中，对钢材的性能危害很大。真空脱气是在真空条件下从钢水中提取氢和氮的过程。

在炼钢初期的气体中，氢气会逐渐析出。在连续析出过程中，一部分会留在钢水的缺陷中。这些残留的氢会导致材料缺陷，如气泡、白点和毛线。; 氢不析出，留在钢中会降低钢的强度极限，减少断面收缩，降低延伸率和冲击韧性。

钢中的氮会引起钢的时效脆化，降低钢的冲击韧性，引起钢的冷脆。为了消除钢中的有害气体和夹杂，同时添加有益成分，炼钢企业不断进行改进。在各方的共同努力下，真空脱气是提高钢材质量的有效措施之一（见图1）！

图1 真空脱气示意图

图1分为两部分，上半部分是真空盖示意图，下半部分是钢包内的钢水。通过对真空盖的不断抽气，使真空盖内形成负压。在逐渐提高真空度的过程中，钢水中残留的气体会沿负压方向（红色箭头方向）逐渐溢出，钢水包中的气体会逐步被抽出真空罩。步。最终，钢液中的一些残余气体，如氮气、氢气、惰性气体等，会沿红色箭头方向连续逐渐排出。钢水中的气体基本消除，钢的纯度进一步提高。无需真空脱气工序，

3. (B7) 提高各种机械性能：

由于(B7)材料中钼元素的增加，锰元素也相应增加，材料中合金元素的含量增加，起到多元素相互增强材料强度和韧性的作用；同时增设两座炉外精炼炉和抽真空。炼钢工艺提高了材料的纯度，技术性能得到加强，机械性能也相应提高。见表4 钢材技术协议质量保证（协议后半部分）。

（1）（B7）材料经过-20℃低温冲击试验，保证冲击功值≥27J，保证了材料的韧性（见下表5.2） ;

(2)检查金属内部夹杂物的分布情况。在合理范围内消除了大颗粒夹杂物，增强了材料的一致性和连续性（见下表6）；

(3)同时进行的金相检验，确保奥氏体晶粒度大于5级，为中等晶粒度，避免出现粗晶现象，合格：合格(见下表7) ;

(4) 对钢材进行压力试验，确保材料在合理的区间内变形，不产生裂纹，保证紧固件生产过程中变形的可靠性(见表4中第9点)。

表 4 钢材技术协议材料的质量保证

四、对比分析与：

一、技术性能特点

是该系列三种材质中材质最好的，字母A表示该钢种为高级优质钢。A字表示该材料比该材料具有更好的技术性能铬钼合金钢 牌号，可归纳为三大特点：

(1)有害硫、磷杂质含量在普通优质钢含量基础上降低50%，硫、磷元素由≤0.035%降低至≤0.025%。钢的纯度提高了，材料的技术性能也会有明显的提高！为了减少物料中的杂质，钢铁冶炼过程中的脱硫脱磷工艺更加完善，具体是指冶炼过程中添加的添加剂较多，冶炼过程时间较长，杂质去除较多完美的。

(2)为了提高材料的纯度，还采用了炉外精炼和抽真空的工艺，因此钢中氢、氮等有害气体极少，纯度优于的钢。

(3)为体现高级优质钢的各项技术性能，材料中Mo的含量也同步增加，添加量在B7以上，一般达到0.2%左右，即0.01比B7 Mo多出%~0.02%，这充分保证了高级优质钢具有优良的特性！当然价格比B7高。

2.技术特点

综上所述，在材料后加A表示高级优质钢，带有A符号的高级优质钢在钢的冶炼过程中增加了脱磷、脱硫工序，不仅大大降低了硫、磷杂质元素，钢中其他有害杂质元素、气泡和缺陷也相应减少，提高了钢的纯度，大大提高了材料的综合性能。具有高强高韧，淬透性好，无明显回火脆性。，经调质处理，具有较高的疲劳强度和抗多次冲击的能力。具有良好的低温冲击韧性铬钼合金钢 牌号，适用于一些强度高、韧性要求高的大中型紧固件产品。由于服役条件复杂，叶片连接紧固件呈半刚性、半柔性状态。叶片随风摇摆，叶片的双头螺栓也在风中不断来回晃动，因此其灵活性要求特别高。，在生产上有一定的技术要求和技术难度。具有高强度、高韧性的技术特点，非常适合制造叶片用双头螺栓。生产有一定的技术要求和技术难度。具有高强度、高韧性的技术特点，非常适合制造叶片用双头螺栓。生产有一定的技术要求和技术难度。具有高强度、高韧性的技术特点，非常适合制造叶片用双头螺栓。

材料韧性的提高尤为显着。-40℃低温冲击值一般可达50J以上，有的可达70J，远大于平均值≥27J，增加了产品的可靠性。它是该系列三种材料中最好的材料。

(B7)和表5中三种材料的元素含量可以充分了解材料中元素含量的细微差别。由于材料合金元素的这些细微差别，材料的技术特性发生了变化（见 V）：

表5 三种材料的元素含量

以上三个测试是三种材料。从以上数据分析可以看出，在拉伸试验数据基本一致的情况下，钼含量的增加可以有效提高材料的低温冲击值，而杂质元素的减少则提高了材料的性能性能也很重要。因此，对于性能要求高的产品，必须严格控制材料中各种合金元素的含量，尤其是镍、钒、钼等稀有金属元素的含量。一些金属元素的轻微增加或减少都会影响产品的技术性能。

5、技术性能的提高：

(B7) 材料中Mo元素增加后，材料的性能有很大提高，尤其是-40℃的低温冲击值有明显提高。如表6所示，材料经调质处理后的低温冲击值分别为28.9J、30.5J、30.5J，平均值为29.97J；表7为(B7)材料调质后的低温冲击值，分别为：46J、52J、47J，平均值为48.33J。无论是最高值还是平均值，( B7) 材料远高于材料。

表6 材料调质后的低温冲击值

表7（B7）材料调质后低温冲击值

从以上两张低温冲击值表可以看出，B7的低温冲击值有了明显的提高。低温冲击值是风机紧固件的一项重要性能指标。在风机行业的工作中，出现风机堵转、螺栓断裂等问题，多发生在冬季。当然，断裂的原因有很多，包括安装、维护、材料等原因，但有一个很重要的原因是钢材的低温性能在冬季明显下降，导致低温冲击值偏低在严寒和低温条件下。螺栓的脆性值增大，个别螺栓经不起考验，导致断裂。也可能是用料不到位，是韧性指标较低的材料。它们在常温下可以正常使用，但在-40°C和更低的温度下存在缺陷！因此，部分风电企业提出-45℃低温冲击值≥27J的要求，以满足风机螺栓在役实际情况！在-45℃时，低温冲击值必须达到27J，这是普通材料难以达到的。这为B7及其应用提升了物质元素的发展空间！在-45℃时，低温冲击值必须达到27J，这是普通材料难以达到的。这为B7及其应用提升了物质元素的发展空间！在-45℃时，低温冲击值必须达到27J，这是普通材料难以达到的。这为B7及其应用提升了物质元素的发展空间！

从表8中三种不同材料的实验室测量值可以看出：(B7)和两种材料，在调质后的抗拉强度、屈服强度和硬度基本接近的情况下，延伸率材料A、断面收缩率Z、-40℃冲击值均有一定程度的增加。其中，低温冲击值增加更为明显， 、（B7）、 数分别更上一层楼，形成了数值的三级跃升（详见表8）。

表8 三种不同材质的实测值

目前，风机的功率越来越大，高强度紧固件的规格也越来越大。同类材料很难达到各项技术性能指标值，尤其是M60以上的大规格螺栓。太少，难以适应大尺寸紧固件的性能，推荐使用（欧洲品牌）等三元或多元合金材料，以满足大尺寸不断发展的需要螺栓。