国家标准《紧固件用钛及钛合金棒材和丝材》讨论稿编制说明.docx

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国家标准《紧固件用钛及钛合金棒材和丝材》讨论稿编制说明

紧固件用钛及钛合金棒材和丝材

（GB/TXXXXX-XXXX）

编制说明

（讨论稿）

2021-06

《紧固件用钛及钛合金棒材和丝材》

编制说明（讨论稿）

一、工作简况

（一）任务来源

根据国家标准化管理委员会《关于下达2020年第二批推荐性国家标准计划的通知》（国标委发〔2020〕37号）要求，国家标准《紧固件用钛及钛合金棒材和丝材》制定项目由全国有色金属标准化技术委员会归口，项目计划编号：

20202822-T-610，项目周期为24个月，计划完成年限为2022年7月，标准项目由宝钛集团有限公司、宝鸡钛业股份有限公司、有色金属技术经济研究院有限责任公司等单位负责起草。

（二）主要参加单位和工作组成员及其所作的工作

2.1主要参加单位情况

标准主编单位宝钛集团有限公司在标准的编制过程中，能积极主动收集国内外相关标准，负责项目的总体实施和策划，能够带领编制组成员单位认真细致修改标准文本，征求多家企业的修改意见，编制实测数据统计表，公司能够带领编制组成员单位认真细致修改标准文本，征求多家企业的修改意见，最终带领编制组完成标准的编制工作。

宝鸡钛业股份有限公司、有色金属技术经济研究院有限责任公司等单位积极参加标准调研工作，针对标准的讨论稿和征求意见稿提出修改意见，主要负责标准中术语的编写和把关。

2.2主要工作成员所负责的工作情况

本标准主要起草人及工作职责见表1。

表1　

起草人

工作职责

胡志杰

负责方案制定、产品调研、指标确定以及标准条款编写等工作

冯军宁、马忠贤等

负责具体指标的确认核对

解晨

负责标准资料的收集和使用情况的调研

张江峰、白智辉

负责标准文本核对及校正

冯永琦

提供理论支撑

高颀、贾栓孝

提供技术指导

（三）工作过程

1.预研阶段

2019年1月至2020年1月，由宝钛集团有限公司及宝鸡钛业股份有限公司对国内紧固件用钛及钛合金棒材和丝材现状调研，同时收集相关国内外实物并做对比，在实物对比和标准现状分析的基础上，起草《紧固件用钛及钛合金棒材和丝材》标准项目建议书、标准草案及标准立项说明等材料。

2.立项阶段

2020年4月，宝钛集团有限公司向全体委员提交了《紧固件用钛及钛合金棒材和丝材》标准项目建议书、标准草案及标准立项说明等材料，全体委员会议论证结论为同意行业标准立项。

2020年国家标准化管理委员会下达了制定《紧固件用钛及钛合金棒材和丝材》行业标准的任务，计划编号：

20202822-T-610，完成年限为2022年，技术归口单位为全国有色金属标准化技术委员会。

3.起草阶段

本标准依据我国紧固件用钛及钛合金棒材和丝材行业市场情况首次制定，在起草阶段进行了大量的数据收集，同时兼顾全国钛材生产厂家的现状。

1）2020年9月成立标准编制组，并明确了工作的职能和任务。

2）2020年10月～2021年4月对紧固件用钛及钛合金棒材和丝材进行了相关资料的收集和总结，并对相关的技术资料进行了对比分析。

3）2021年4月～2021年6月根据对紧固件用钛及钛合金棒材和丝材的相关资料进行分析和总结，形成了《紧固件用钛及钛合金棒材和丝材》的草案稿。

4）2019年6月23日，由全国有色金属标准化技术委员会在伊宁市组织召开了《紧固件用钛及钛合金棒材和丝材》国家标准工作会议。

4.征求意见阶段

5.审查阶段

6.报批阶段

二、标准编制原则

本标准在编制时，主要参考了宝钛集团企业标准及相关协议标准，结合市场调研，完成了标准征求意见稿。

同时，项目组确定出以下主要原则：

1

）标准应严格按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：

标准化文件的结构和起草规则》的规定格式进行编写。

2

）产品的技术指标应均得到相应印证，确保合理性。

3三、标准主要内容的确定依据及验证情况分析

1.技术来源

4紧固件作为一种重要的通用基础件，在工业中具有举足轻重的作用，被称为“工业之米”。

钛合金材料在紧固件上应用有以下优点：

a）密度小。

钛合金的密度显著小于钢铁材料的密度，所以钛合金紧固件比钢制紧固件材料质量轻。

b）比强度高。

钛合金是常见金属材料中比强度较高的金属材料。

利用比强度高的优点，也可以采用钛合金替代质量较轻的铝合金材料，当外加载荷相同情况下，钛合金零部件的几何尺寸更小，能有效地节省空间，这种材料利用理念对航空航天领域具有十分重要的意义。

c）熔点高。

钛合金的熔点显著高于钢铁材料，所以钛合金紧固件的耐热性比钢制紧固件耐热性好。

d）热膨胀系数和弹性模量小。

e）无磁。

钛合金的磁导率十分小，几乎可以忽略，所以钛合金紧固件都是无磁的，能够有效防止磁场的干扰。

奥氏体不锈钢也是无磁的，但后续冷加工会增加其磁性，而钛合金的热或冷加工均不改变其磁性，这使得钛合金可以应用在航电设备中。

f）屈强比高。

承受拉伸载荷的紧固件设计临界强度标准就是屈服强度，其次才是抗拉强度，因为一旦紧固件产生屈服变形，就会失去紧固作用。

与钢铁材料相比，钛合金的屈服强度与抗拉强度接近，屈强比较高，所以钛合金紧固件的安全性较高。

g）电极电位与碳纤维复合材料相匹配。

在紧固件上，钛合金用量十分巨大的重要原因就是钛合金电极电位与碳纤维复合材料电极电位相匹配，有效阻止了电偶腐蚀现象的出现。

h）优异的耐蚀性、较高的蠕变抗力等优点。

钛产品标准紧固件有如下应用形式：

5

6

7

81.钛螺栓

92.钛螺母

103.钛螺钉

11

12

13

144.钛螺柱

155.钛木螺钉。

木螺钉用于拧入木材，起连接或紧固作用

166.钛自攻螺钉。

与自攻螺钉相配的工作螺孔不需预先攻丝，在拧入自攻螺钉的同时，使内螺纹成型。

17

18

19

207.钛防松垫圈。

垫圈放在螺栓、螺钉和螺母等的支承面与工件支承面之间使用，起防松和减小支承面应力的作用。

218.钛挡圈。

主要用来将零件在轴上或孔中定位、锁紧或止退

229.钛销：

主要供零件定位用，有的也可供零件连接、固定零件、传递动力或锁定其他紧固件之用。

23

24

25

2610.钛铆钉：

由头部和钉杆两部分构成的一类紧固件，用于坚固连接两个带通孔的零件（或构件），使之成为一件整体。

这种连接形式称为铆钉连接，简称铆接。

属于不可拆卸连接。

因为要使连接在一起的两个零件分开，必须破坏零件上的铆钉。

2711.钛组合件和连接副：

组合件是指组合供应的一类紧固件，如将某种机器螺钉与平垫圈组合供应；连接副指将某种专用螺栓、螺母和垫圈组合供应的一类紧固件。

2812.钛焊钉：

由于光能和钉头（或无钉头）构成的异类紧固件，用焊接方法把他固定连接在一个零件（或构件）上面，以便再与其他零件进行连接。

29本标准主要规定紧固件用量最大、范围最广的TA2G、TA3G、TA9、TA10、TB8、TC4共6种钛合金的要求。

TA2G、TA3G、TA9、TA10属于α型合金，塑性好，成型性好，可适用于强度要求不高追求性价比的紧固件；TC4钛合金是一种中等强度的两相钛合金，也是研究和应用最多的钛合金材料，紧固件用钛合金材料大多数是TC4钛合金。

TC4钛合金制造紧固件时，只能采用热镦，且必须采用专门的热镦设备和加热设备，不但影响生产效率，且材料利用率较低。

针对高强紧固件，TC4钛合金紧固件强度不能满足要求，合金固溶时效后的抗拉强度最高达到1100MPa，剪切强度在650MPa左右，由于TC4钛合金淬透性差，固溶时效时，TC4钛合金紧固件截面尺寸一般在20mm以下。

TC4钛合金紧固件包括螺栓、高锁螺栓、抽钉、螺钉和环槽铆钉等，其中TC4大多数螺栓已经在国内飞机、发动机、机载设备、航天飞行器和卫星中获得了大量应用；TB8钛合金是一种亚稳定β21S钛合金，其名义成分为Ti3Al2.7Nb15Mo。

这种钛合金具有优异的冷热加工性能、淬透性好，同时具有优异的抗蠕变性能和抗腐蚀性能。

由于该合金采用了高熔点、自扩散系数小的同晶型β稳定元素Mo和Nb，所以TB8钛合金具有较高的高温抗氧化性能，其抗氧化性能比Ti153合金高100倍，TB8钛合金高强螺栓已经广泛应用于我国航空领域。

2.状态、规格

本规范对订购方属于坯料标准，后续还需进行加工，故规定棒材和线材的交货状态为退火态或固溶态。

产品按供货方式分为棒、线（成卷供货）材，其牌号、状态和规格应符合表1的规定。

其中直径不大于7mm的产品称为线材，大于7mm的产品称为棒材。

本规范规定各牌号的规格如下：

表2　单位为毫米

牌号

供应状态

直径

长度

TA1、TA2、TA3、TA9、TA10

退火（M）

2.0～10.0

≥1000

TB8

固溶（ST）

6.0～20.0

TC4

退火（M）

3.0～20.0

3.力学性能

本规范规定的棒材的最大直径为Φ20mm，力学性能取样方向为纵向。

各牌号具体指标及制定依据见下：

1）TA2G

本规范中的纯钛TA2G其化学成分与GB/T3620.1一致。

试样热处理制度：

参照GB/T2965，600～700℃，1h，空冷或炉冷（真空退火时炉冷）（GB/T2965为600℃～700℃，保温1h～3h，空冷）。

室温力学性能指标：

本规范规定的强度指标与ASTMB348、ASTMB863相同，但由于两个标准中对标距的选取有差异，因此指标确定如下：

而该标准中直径小于7mm的棒材和线材的伸长率和断面收缩率为报实测数据，因此塑性指标以ASTMB863为准。

表3　

规格，mm

Rm（MPa）

Rp0.2（MPa）

A（%）

Z（%）

τ（MPa）

2.0～10.0

≥345

≥275

≥20

≥30

≥200

从数批2.0～10.0规格的线材积累的数据看，性能可稳定满足上述指标和使用要求，以上指标制订合理。

2）TA3G

本规范中的纯钛TA3G其化学成分与GB/T3620.1一致。

试样热处理制度：

参照GB/T2965，600～700℃，1h，空冷或炉冷（真空退火时炉冷）（GB/T2965为600℃～700℃，保温1h～3h，空冷）。

室温力学性能指标：

本规范规定的强度指标与ASTMB348、ASTMB863相同，但由于两个标准中对标距的选取有差异，因此指标确定如下：

而该标准中直径小于7mm的棒材和线材的伸长率和断面收缩率为报实测数据，因此塑性指标以ASTMB863为准。

表4　

规格，mm

Rm（MPa）

Rp0.2（MPa）

A（%）

Z（%）

τ（MPa）

2.0～10.0

≥450

≥380

≥18

≥30

≥270

从数批2.0～10.0规格的线材积累的数据看，性能可稳定满足上述指标和使用要求，以上指标制订合理。

3）TA9

本规范中的化学成分与GB/T3620.1一致。

试样热处理制度：

参照GB/T2965，600～700℃，1h，空冷或炉冷（真空退火时炉冷）（GB/T2965为600℃～700℃，保温1h～3h，空冷）。

室温力学性能指标：

本规范规定的强度指标与ASTMB348、ASTMB863相同，但由于两个标准中对标距的选取有差异，因此指标确定如下：

而该标准中直径小于7mm的棒材和线材的伸长率和断面收缩率为报实测数据，因此塑性指标以ASTMB863为准。

表5　

规格，mm

Rm（MPa）

Rp0.2（MPa）

A（%）

Z（%）

τ（MPa）

3.0～10.0

≥345

≥275

≥20

≥30

≥200

从数批2.0～6.0规格的线材积累的数据看，性能可稳定满足上述指标和使用要求，以上指标制订合理。

4）TA10

本规范中的化学成分与GB/T3620.1一致。

试样热处理制度：

参照GB/T2965，600～700℃，1h，空冷或炉冷（真空退火时炉冷）（GB/T2965为600℃～700℃，保温1h～3h，空冷）。

室温力学性能指标：

本规范规定的强度指标与ASTMB348、ASTMB863相同，但由于两个标准中对标距的选取有差异，因此指标确定如下：

而该标准中直径小于7mm的棒材和线材的伸长率和断面收缩率为报实测数据，因此塑性指标以ASTMB863为准。

表6　

规格，mm

Rm（MPa）

Rp0.2（MPa）

A（%）

Z（%）

τ（MPa）

2.0～10.0

≥485

≥345

≥18

≥25

≥290

从数批2.0～10.0规格的线材积累的数据看，性能可稳定满足上述指标和使用要求，以上指标制订合理。

5）TB8

本规范中的化学成分与GB/T3620.1一致。

试样热处理制度：

参照XJ/BS5165-2000将其热处理制度修订为：

固溶处理（780～810）℃，0.5～2h，空冷或更快冷；时效处理：

（520～560）℃，8～12h，空冷。

室温力学性能指标：

结合XJ/BS5165-2000及多家生产单位的数据积累，现将TB8的力学性能指标制定如下：

表7　

规格，mm

状态

Rm（MPa）

Rp0.2（MPa）

A（%）

Z（%）

τ（MPa）

6.0～20.0

固溶（ST）

800～1000

≥650

≥13

≥50

≥570

固溶时效（STA）

≥1150

≥1000

≥9

≥20

≥720

6）TC4

本规范中的化学成分与GB/T3620.1一致。

试样热处理制度：

按照GJB2219定为：

退火处理：

700～850℃，30～120min，空冷或炉冷；固溶处理：

955±15℃，1～2h，流水中淬火，淬火延迟时间应不大于8s；时效处理：

540±8℃，4～8h，空冷。

室温力学性能指标：

力学性能指标参照AMS4967制定订如下：

表8　

规格，mm

状态

Rm（MPa）

Rp0.2（MPa）

A（%）

Z（%）

τ（MPa）

3.0～20.0

退火（M）

≥930

≥860

≥10

≥25

≥560

3.0～12.7

固溶+时效（STA）

≥1140

≥1070

≥10

≥20

≥670

>12.7～20.0

≥1100

≥1035

4.工艺性能

为保证棒材和线材后期成型性能，本标准规定了相应工艺性能如下：

1）TA1、TA2、TA3、TB2钛合金棒材和线材应进行冷顶锻试验，当锻后高度与锻前高度之比为1:

3时，试样圆周表面应无裂纹。

2）直径不大于10mm的TB3、TB8钛合金棒材和线材应进行冷顶锻试验，当锻后高度与锻前高度之比为1:

3时，试样圆周表面应无裂纹

5.无损检验

为保证棒材和线材内外部质量无缺陷，规定进行无损检验，要求如下：

a）直径不小于6mm的以直段供货的TB8钛合金线材和棒材的超声波探伤验收级别由供需双方协商确定，并在合同中注明。

b）直径不小于6mm的以直段供货的其他牌号的线材和棒材应按GB/T5193进行超声波探伤检验，检验结果应符合AA级的规定。

横波检验不应有任何大于纵向槽伤反射幅度的响应信号，槽伤深度0.2mm，宽度0.2mm，长度10mm。

c）直径小于6mm的以直段供货的线材应按GB/T23601进行涡流探伤检验。

响应信号的幅度应不大于纵向槽型人工缺陷信号幅度。

纵向人工刻伤尺寸为0.2mm，宽度0.2mm，长度8mm。

6.金相检验

低倍组织规定为通用要求。

产品的横向低倍组织不应有裂纹、折叠、气孔、金属或非金属夹杂及其他目视可见的冶金缺陷。

显微组织按合金类型分别规定。

a）退火态TA2G、TA3G、TA9及TA10棒材和线材，其横向显微组织应是等轴α组织，拉长α组织或等轴α和拉长α的混合组织。

订购方要求并在合同中注明时方予检验。

b）退火态TC4棒材和线材，其横向显微组织应是α-β两相区加工组织，原始β晶界应破碎，没有连续的晶界α；初生α含量应不少于15%。

c）固溶时效态的TB8钛合金棒材和线材，其横向显微组织应为时效β基体和球状或条状α相组成。

固溶态的TB8棒材和线材，直径小于10.0mm的横向平均晶粒度应不低于5级，直径大于10.0的横向平均晶粒度应不低于4级。

30四、标准中涉及专利的情况

本标准不涉及专利问题。

31五、预期达到的社会效益等情况

（一）项目的必要性简介

进入二十一世纪，中国钛工业跨入了飞跃式发展的阶段，钛材需求量连年、快速、大幅增长，产品形式也不断增加，但国内始终缺乏对紧固件用钛及钛合金棒材和丝材的统一、一致性定义及判定。

（二）项目的可行性简介

目前国内以可成批量生产紧固件用钛及钛合金产品，《紧固件用钛及钛合金棒材和丝材》标准制定时机成熟，标准的实施将会进一步提高和稳定国内紧固件用钛及钛合金产品的质量及缺陷判定依据。

（三）标准的先进性、创新性、标准实施后预期产生的经济效益和社会效益。

本标准是新制定标准，具有普遍性、广泛性和适用性。

本标准的实施可促进该行业的健康、可持续发展，对我国钛行业的发展会产生重要的影响。

32六、采用国际标准和国外先进标准的情况

1.采用国际标准的程度

经查，国外暂无紧固件用钛及钛合金棒材和丝材的专用标准。

2.国家同类标准水平的对比分析

经查，仅搜索到相关的国家军用标准GJB2219《紧固件用钛及钛合金棒（线）材规范》，此规范为军工行业专用标准，有特定应用范围。

33七、与相关法律、法规、规章及相关标准，特别是强制性标准的协调性

该标准的制定符合现行法律、法规的要求，本标准与其他强制性国家标准无矛盾与不协调之处。

标准的格式和表达方式等方面完全执行了现行的国家标准和有关法规，符合GB/T1.1的有关要求。

34八、重大分歧意见的处理经过和依据

无。

35九、标准性质的建议说明

本标准不是通用性的安全规范或标准，不属于安全性标准。

依据标准化法和有关规定，建议本标准的性质为推荐性行业标准。

36十、贯彻标准的要求和措施建议

1.首先应在实施前保证标准文本的充足供应，使每个制造厂、设计单位以及检测机构等都能及时获取本标准文本，这是保证新标准贯彻实施的基础。

2.本项目制定的《紧固件用钛及钛合金棒材和丝材》，不仅与生产企业有关，而且与检测机构等相关。

对于标准使用过程中容易出现的疑问，起草单位有义务进行必要的解释。

3.可以针对标准使用的不同对象，如制造厂、质量监管等相关部门，有侧重点地进行标准的培训和宣贯，以保证标准的贯彻实施。

37十一、废止现行有关标准的建议

38无。

39十二、其他应予说明的事项

无。

《紧固件用钛及钛合金棒材和丝材》标准编制组

2021年6月