钢结构的螺栓基础知识.docx

1、钢结构的螺栓基础知识.8.5 螺栓基础知识紧固件业界称之“工业之米” ，其对于工业，相当于粮食对于人类。紧固件分为 标准件 和异型件两大类。一个国家的紧固件发展水平可以直接反映该国工业化程度。 其中， 德国标准为国际公认的高标准，国际标准（ ISO标准）中 99.9%采用的是照搬德标，而我国紧固件标准的建立基础是国际标准。标准件 指由相关政府部门规定其属性并通过发布的使用的。如国标，德标，美标，日标等。异型件 指根据工程需要按图纸加工的一些链接件。如地脚螺栓，拉条等。紧固件主要构成：螺栓：通常意义上与螺母配套使用。螺母：通常为六角型紧固件垫片： 通常为圆型配套螺母。螺钉：不需要配备螺母。螺柱：

2、 两头都带有螺纹， 包括全螺纹螺柱。专业术语1. 规 格：即形状大小。通常包括直径和长度。螺栓、螺钉、螺柱（常见紧固件）表述方式如下( 例) ：M20*70 “M”表示“米”制螺纹（即国家标准螺纹） ；数字“20”代表螺栓直径；数字“70”代表螺栓长度。均以 毫米（mm） 计算，且 螺栓、螺钉长度不含头部尺寸 ，螺柱则通常表示全长或 有效长度（GB/T898/899通常表示的长度不含栽入部分，详见五金手册） 。M30*2*280 称为细扣螺栓，中间 2 表示 螺纹经螺母常见表述方式如下： （例）M20同螺栓，“M”表示米制螺纹（即国家标准螺纹） ，数字“20”则表示内螺纹中径，与相同直径的螺栓

3、配套使用。.垫圈的表述方式：2. 执行标准：其具体规定了标准件的形状、光滑度，硬度指标力学性能等标准，有的标准对材质，工艺也有明确的规定，其函盖了某种标准件的绝大部分信息。 （有国标、非标 美标 日标 德标 欧标 ISO 国际标准）3. 材 质：就是原材料的化学成分，分为普碳钢、中碳钢、合金钢等。4. 级 别：特指螺栓的强度。5. 力学性能：又说机械性能，包括硬度，屈服度，伸长率，断面率等6. 表面处理：指给紧固件表面做特殊处理以达到防腐蚀或美观的效果。发黑，镀锌等。螺栓螺栓的种类有：6. 六角螺栓：栓头为六角形；包括钢结构用大六角螺栓和普通外六角。普通外六角螺栓， 执行标准有 GB/T578

4、0/1/2/3 （国标 5780/2 为半牙螺栓， 5781/3 为全牙螺栓）5780/1 为 4.8S 一下，通常称为普通螺栓，国标螺栓或普栓等；5782/3 泛指 8.8 级以上（10.9 级 12.9 级）的高强螺栓，栓头略厚。钢结构用大六角螺栓，常用直径型号为（ M12目前国内没有生产） M16M20M22M24M27M30 为10.9S 级。“S”代表钢结构专用栓。注：同级别的 六角螺栓和大六角螺栓的区别在于， 栓头厚度及最短弦长标准不同， 大六角栓头部要厚较大，即栓头相对较大。同为 M20的六角螺栓最短弦长比较如下六角弦长 30 大六角弦长为 34.2. 地脚螺栓：如图 1-1图

5、1-1国家地脚螺栓（ 9 字形），执行标准 GB/T799-1988，如下图：L 型地脚螺栓 执行 JB/ZQ4364标准即为直角，国标规定 L 底长为直径的 4 倍（一般按客户要求做）。术语说满外长、中线长。T 型地脚螺栓， 等腰梯形栓头 ，栓头需要大型设备热打 才能成型，如图 1-2.锚板型地脚螺栓：图 1-23. 钢结构用扭剪型螺栓连接副（扭剪螺栓） ：直径分为 M16、M20、M22、M24、M27、M30规格；与大六角螺栓同样应用于钢结构连接，.相比之下扭剪螺栓具有施工快、一致性好等优点。4. 马车螺栓：常见型号在 M12一下；圆顶棱身栓头螺母地脚螺母常用 GB41标准 注：相比双头

6、螺栓上配母 GB6170较厚，略显粗糙。双头螺母常用 GB6170标准。6. GB41螺母：（具体尺寸见紧固件手册）较 GB6170粗糙、略厚，外形无差别，价格稍低，常用于地脚螺栓上。2.GB6170螺母：（具体尺寸见紧固件手册）新国标，较为精致。通常国标螺母：对边长 = 1.5 倍直径；厚度 = 0.5 倍直径3. 开槽螺母：比较厚，一端有数个凹槽，常与销轴配套使用。.4. 锁紧螺母： 侧内圈向外凸起， 与垫圈紧密衔接， 密闭性好； 垫圈分为 尼龙橡胶圈和 金属 圈，有耐高温需求的工程采用金属垫圈。可以防震，起到放松动锁紧作用。5. 六角法兰螺母：无需垫片含摩擦面，例如，自行车轴上的螺母。6

7、. 碟形螺母如图 2-17. 圆形螺母 图 2-18. 盖母9. 扣紧母：单牙母，常用于电力塔项目。垫片 垫 片.GB97标准型，又分 1/2/3 种规格，1-3 产品粗超度逐步降低。GB96为大宽边平垫弹垫GB93 国家标准会对断口高度值有明确范围。圆柱头焊钉焊钉，用于钢结构与混凝土的紧固链接，具有抗震作用，使用螺柱焊接时与瓷环配套使用！通常用在高层结构建筑楼层板和桥梁结构上。螺钉螺钉，常见的为半圆头自功螺钉，不都是尖头。又分为：1. 内六角螺钉：如：自行车车把手中间2. 沉头螺钉：最具代表性的十字、一字螺钉螺钉一般是属于小型号紧固件，一般为 M3 M4型号，常用在家具，家电上。（双头）螺柱

8、6. GB901：（两端螺纹）等长双头螺柱A型：粗杆，材料中轴直径相当于或略大于螺纹外径.图：B型双头 图：A型双头B型：细杆，材料中轴直径相当于或略小于螺纹中经。2.GB898/9：通常用于机械设备上，一般客户所说长度不含“栽入部分长度” 。标准HG标准( 化工标准) ：HG2061（3 欧洲体系）、HG2063（4 美洲体系）、SH3404( 石化标准) 、GB/T9125（国标管法兰紧固件）化工部标准，一般为合金钢，耐高温，耐低温，耐腐蚀性强。.紧固件相关标准参数4.8 / 5.6 / 6.8 / 8.8 / 10.9 /10.9S /12.9 螺栓级别抗拉强度力学性能屈服强度紧固件相关

9、标准硬度维氏硬度 HV洛氏硬度 HRHRB 普通强度HRC 高强度指标参数布氏硬度 HB伸长率 %断面收缩率 %6. 紧固件强度指标：3.6 级 4.6 级 9.8 级（不常用标准），常用 标准 4.8 级 5.6 级 6.8级 8.8 级 10.9 级（10.9S 级） 12.9 级。“4”指性能等级，即抗拉等级为 4，即每平方毫米抗拉强度为 400MPa；“.8 ”为屈服比值，即 0.8 ；屈服强度 =抗拉强度*屈服比值；8.8 级以下统称为普通螺栓含 8.8 级以上为高强螺栓，一般需要热处理才能达到强硬度和韧度的要求。 8.8级螺栓，直径为 M24一下可以采用热淬透性略差的碳钢像 45#

10、 、35#制作，而 M24以上规格则必须采用淬透性较好的合金钢， 像 40Cr 、35CrMo等。10.9 级以上只能采用合金钢像 35VB、20MnTiB等热处理：是将金属产品放在热处理设备内，进行加热（淬火） 、冷却、保温（回火）等.流程，通过改变表面或内部的组织结构，来控制其产品性能的一种工艺。 ，注：螺栓的淬火温度一般为 800度，回火温度一般在 500600度之间。 热处理回火时间越短，材料硬度越好，韧脆度越差。热处理，通常用冷却液或油（没有固定的沸点）来冷却，不用水是为了避免瞬间温度变化过大而引起产品断伤或断裂。美标 8 级标准相当与国标 10 级标准。10.9 级和 10.9S

11、级的区别： 后者为钢结构专用螺栓 （S代表钢结构专用），同样的级别后者对性能的限制更多，要求更高，如固定材质，系数范围等。二. 常用的硬度指标包括 HRC洛氏指标和 HB布氏硬度。常用维氏硬度 HV表示垫片硬度；而测量螺栓通常采用洛氏硬度表示， HRC通常表示高强度螺栓硬度。8.8 级螺栓的洛氏硬度为 2232之间，通常我们认为布氏硬度值是洛氏硬度的十倍，严格的所是略大些的。三. 伸长率即最大抗拉的伸长量与原长的比值。 如，4.8 级螺栓伸长率要求在 17%18%；8.8级要求不小于 13%，10.9 级别要求不小于 10%。四. 断面率即拉断螺栓瞬间的截面面积所占原来截面的比值，一般不小于

12、48%。紧固件材质常用的螺栓材质 Q235-B 45# 35# 40Cr 35CrMo 20MnTiB 35VB 42CrMo Q345-BCr Mo Mn Ti V B铬 钼 锰 钛 钒 硼注：“45”为碳含量指标，即碳含量 0.45%“Q”代指屈服强度，“235”为屈服值， 即 235Mpa；因此其相当于 4.6 级=400*0.6=240Mpa材质的演变：随着铸造钢材技术的发展，紧固件原材料性能也越来越高，例.35# ML35K 45# ML45K 其可塑性更好，满足冷墩成型要求。焊钉材质的为 ML.15、ML.15AlML.15 为含碳量为 0.15%的冷镦钢，与 Q235材质基本无差

13、别，但 ML.15材质含有害元素 P、S较少，钢的纯度高，具有冷镦性能强，可塑性良好等特点。能更好的避免在生产过程中，冷镦开裂的现象。注： 我们一般用 ML15材质做焊钉，其含碳量就是 0.15%。常用地脚螺栓材质： Q235 45# Q345 （16Mn）Q345(16Mn)是一种低合金钢， 其抗冲击防震性， 塑性和焊接性良好， 而且耐低温性能好！注：我们厂所用的材质，一般指 Q235-B Q345-B，后者抗拉性能和韧性较好。Q345-A 只限定了其化学成分，不保力学性能；只限定其抗拉强度下限约等于450MaP，无上限。Q345-B 即保证化学成分， 又保力学性能 （我们的地脚， 拉条等产

14、品符合此要求）及规定抗拉强度下限也规定了上限。Q345-C 在B基础上，耐低温，适应环境能力强，可保证 -20冲击试验合格。Q345-D 比C适应环境能力更强，可保证 -40冲击试验合格。从 AD化学元素无大差别，主要是纯度差异，其性能在低温下差别明显。国内 C级原材不是很好采购，且尚无法采购小批量 D级别原材，因此成本高，无法及时提供供货保障。遇到客户有明确要求的， 可建议用 35CrMo代替 ，此材质完全可以达到 C D 级性能要求，市场上供应充足，价格合理。常用螺母材质：低碳钢 ML.0.8 ML.10中碳钢 45# 35#常用产品级别与材质的搭配.螺母级别： 4H 5H 6H 8H 1

15、0H螺母级别与材质： 4H 用低碳钢 ML0.8、ML105H 6H 用中碳钢 45# 35#8H 10H 用中碳钢 45# 35# 35CrMo 30CrMo 做热处理即可达到硬度要求。因螺母本省中心空的，其对材料淬透性要求不高，所以通常普碳钢可以满足要求。注：因 Q235材质含碳量较高易裂缝，所以一般不用其做螺母，但行业内常这么要求，无需在意。国内市场没有 30CrMo，因此一般用含碳量略高的 35CrMo代替。螺栓级别： 4.8 级 5.6 级 6.8 级 8.8 级 10.9 级（10.9S 级） 12.9 级。螺栓级别与材质：普通螺栓 4.8 级 5.6 级采用普碳钢 常用材质 Q2

16、35 45# 35# 等，含碳量越高其原材越硬， 抗拉强度值越大， 可塑性越差。Q235通过冷拔可提高其屈服强度至 300Mpa满足5.6 级要求。高强螺栓 8.8 级采用碳钢 常用材质 45# 35# 40Cr 35CrMo 等，需要热处理。直径小于 22 的产品可以使用 45#、35#材质；直径超过 24 的产品可采用淬火性能较好的 40Cr材质。高强螺栓 10.9 级及以上级别采用合金钢 常用材质 40Cr 35CrMo 20MnTiB35VB等，增加不同金属元素可提高原材在抗拉强度、淬透性、环境适应力等方面的性能。35CrMo材质具有高静力强度；淬透性好；耐高温、低温等优点适应环境能力

17、较强。20MnTiB和 35VB材质为当前钢结构螺栓指定材质， 直径在 24 以下的钢结构螺栓严格要求采用 20MnTiB材质。钢结构螺栓直径为 27、30 时一般采用 35VB材质。高强螺栓 12.9S：常用材质 35CrMo、42CrMo。地脚螺栓材质与级别：.4S：采用 Q235材质，一般可以满足4.6S 要求，但不到 4.8S 要求。45S：采用 Q345（16Mn）可以满足5.6S 要求，一般不能调质到 8 级。6S：采用 45#本身具有每平方毫米 600MaP的抗拉强度，相当于6 级8S： 小直径（ M36以下）的采用 45#通过热处理调质可达到 8.8S 要求大直径（ M36以上

18、）的可采用渗透性更好的 40Cr材料调质达到 8.8S 要求10S：小直径（ M36以下）的 40Cr 可通过热处理调质可达到 10.9S 要求大直径（ M36以上）的可采用渗透性更好的 35CrMo材料调质达到 10.9S 要求注：冷拔拉细可以增强材料的硬度和韧性，提高材质质量。碳含量越多材料越硬，容易脆断，因此低碳钢的韧性使其能调质到高级别。碳、磷是主要的有害元素，其含量上国家有严格的标准限制。螺栓、螺母、垫圈的性能等级和推荐材料表，若客户需要也可使用其他材质，但需在合同中注明。类别性能等级 推荐材料 标准编号 适用规格螺栓10.9S20MnTiB ML20MnTiB GB/T3077 G

19、B/T6478 M16、M20、M22、M2435VB 35CrMo GB/T3077 M27、M30螺母垫片10H 45# 35# ML.35 GB/T699 GB/T6479 、 、 、 45#、35# GB/T699皆可用手册上常用的标准件代号：螺栓 螺母 平垫弹垫标准件 10.9S 8.8S 4.8S 双头GB/T41-2000 GB/T97 -2执行标准GB/T1228-2006GB/T5782/3-2000GB/T5780/1-2007GB/T901-1988GB/T6170GB6175GB6176002GB96GB95GB/T93 -1987标准大六角连接副扭剪型连接副焊钉地脚螺

20、栓.件国标 L 型 T型执行标准GB/T- 1231 GB/T- 3632GB/T10433-2002GB/T799-1988 JB/ZQ4362-97JB/ZQ4362-97.紧固件的表面处理本色发黑（法兰）表面电镀锌（普通、 冷镀）处理方式镀锌热镀锌（热侵锌）热镀锌 真空镀锌机械镀锌达克罗（锌铬酸盐涂层）表面处理步骤成品经过酸洗、 中和处理或喷沙除油除锈钝化表面处理 （电镀 热镀）酸洗：是用酸溶液除去成品表面的油、锈，通常需要中和反映。喷沙：即用高速微小沙粒冲洗陈品表面， 以达到出油除锈的效果。 其避开了使用酸液对产品质量的伤害，通常在达克罗处理时使用。钝化：在产品表面生成一种非常薄的、致

21、密的、覆盖性能良好的、牢固地吸附在金属表面上的钝化膜。通常是氧化金属的化合物。它起着防腐蚀的作用。1. 发黑 ，又叫法蓝（兰）处理，即加碱处理， NaOH、NaHNO3，客户无明确要求必做发黑处理 ，有效的掩盖由于热处理造成的产品表面不足，因此，主要用于需要热处理的高强紧固件。2. 电镀锌 ：就是置换反应， 镀锌厚度一般产品直径越大厚度越大。 国家规定镀锌厚度如表所示，实际镀锌厚度为 35um左右。可选银白、蓝白和彩锌。镀彩锌：有黄、黑（很少） 、军绿色等。电解镀锌产品表面常附着氢离子， 会影响产品力学性能， 就是常说的 氢脆 ，因此需要做趋氢处理 。6+目前电镀锌，内涵铬元素通常是 +6 价

22、，即 Cr 溶液反应，镀锌成本在 300650元/ 吨。有客 3+溶液反应，成本在 650750元/ 吨。户要求用环保的 +3 价铬，即 Cr3. 热侵锌 ：即把成品放入经过高温融化的固体锌溶液， 特定时间后捞出进行离心处理的过程。.表面颜色常见的有灰白（相对低温锌层厚）和亮白（相对高温锌层薄）两种。即 热镀锌产品表面越光，镀锌层越薄；表面呈灰色，且厚度越均匀（没有结流）则越好。热镀锌 缺点 ： 高温镀锌相当于对产品二次回火，严重影响产品硬度，破坏力学性能，因此美国标准有明文规定 10.9 级以上栓严谨采用热处理防腐。 锌层较厚，几何尺寸变化大，因此配螺母需要做扩孔处理。2热镀锌常用上锌量来表

23、示：即 每平方米上锌重量为多少克。 上锌量在 270g/m以上，可以满足 40um的厚度要求。现实中镀锌前后产品每吨重量差在 1015Kg。测量上锌层厚度一般取三个面求平均值。上锌量与厚度转换公式： M克/ 除以 铁的密度 7850Kg/m3 = N m热侵会附着在螺纹里，需要做 离心处理。温度越高时间越短，上锌越薄：温度低时间越长，上锌越厚。机械镀锌又叫粉末镀锌，高速高温冲刷。注：由于镀锌厚度的影响， 热度锌螺栓要对螺母做微加大处理不然拧不上。 螺母进行扩孔处理后， 通常会有些框， 但国家没有具体规定扩孔的标准， 因此只需要保证实验载荷就算合格。即在螺栓拉断时螺母不脱落即为合格。 工人常说的

24、的 30 杠，40 杠即是扩孔数值单位。4. 达克罗 ，分为含铬和不含铬两种，铬是一种有毒元素，生产过程污染环境含铬，即用锌铬酸盐对产品进行喷刷，只有银白色，通常需要两次涂层。无铬，新型绿色表面处理工艺，有多种颜色，常见的有黑色，军绿色。达克罗是由美国引进， 因为其采用喷沙除油除锈， 而且其要求温度是在 200300之间，其对产品质量无太大损伤，因此是比较理想的防锈处理方式，但达克罗有一定的环境污染。即使无太大的质量损伤，但因为表面不够光滑，也会影响高强螺栓检测是的系数值，因此，达克罗重要的 保检测一步是的皂化 。缺点是：附着力差，怕磕碰。皂化：在金属表面附着一层皂化材料 , 主要起润滑作用

25、. 金属在拉拔的时候用到。5. 真空渗锌镀锌 ，热镀锌的一种，即在真空加高温双重环境下将锌的快速渗透在产品表层，形成一定厚度的锌铁合金层，业界有人将他理解成一种热处理工艺， 15 年以上防锈。渗锌工件有很强的耐腐蚀性，表面硬度增高，无氢脆！广泛应用于公、铁路建设，造船，航空，风电，水电等领域。据说可以保证 30 年不锈，在我国青藏高铁上有用到。.处 处理方涂层厚度耐腐蚀期成本 优缺点理方常用产品式 式黄本色23月附加成本最低 产品表面粗糙油处4.8 紧固件理法蓝38um6 个月160260 元/ 吨覆盖热处理后的红云，产品表面美观一致加碱处理8.8 紧固件电电镀锌M12以下 8um，以上 81

26、2um1 年以上小件产品成本 300-450/吨；长大件 550-600/ 吨悬挂式镀锌产品表面光亮；“氢脆”效应使得影响产品硬度解置换处8.8 以下可做，含10.9S 以上紧固件不做电镀锌理500热侵锌43100um8 年以上大件 12001500/ 吨，小件 2000-2500/ 吨表面光亮：热处理温度过高影响产品力学性能度融锌热8.8 以下可做，含10.9 以上紧固件一般不做热浸锌侵真真空镀锌20120um30 年以上大件 15001700 吨，小件2200-2700/ 吨耐磨性好，不影响力学性能；表面亮度不足空环境下渗铁道扣件及其它恶劣环境条件下透达克罗812um510年与真空镀锌成本

27、差不多环保，耐高温，结合力好；耐磨性不好，怕磕碰表面喷刷钢结构机械镀30 年以上15001700 元/ 吨上锌层相对薄，且耐腐蚀极地高铁结构锌.钢结构螺栓连接副大六角连接副 ：必成套，即一栓、两垫圈、一螺母。因其属于高张力栓， 靠其自身张力锁紧， 故用平垫而不用弹垫， 弹垫在此无助于锁紧，反会破坏其摩擦系数。大六角检测的必要指标实验和要求：6. 楔负载实验0螺栓头下置 10楔垫，在拉力实验机器上将螺栓拧在带有内螺纹的专用夹具上（大于等于d）然后进行拉力实验。0要求：10楔垫尺寸及硬度要符合 GB/T3098.1 的规定。进行实验时，拉力载荷在下表规定的范围内，断裂应发生在螺纹或螺纹与螺杆交界处。掉头或断在螺杆上则为不合格。注：当螺栓长度不足只直径的三倍时，可不做楔负载实验，允许用拉力载荷试验或芯部硬度实验代替。拉力载荷应符合下表要求：螺纹规格 d M16 M20 M22 M24 M27 M302 157 245 303 353 459 561 公称应力截面积是 As/mm10.9S 拉力载荷（ kN） 163-195 255-304 315-376 367-438 477-569 583-696芯部