钢结构的螺栓基础知识

18.5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：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，与相同直径的螺栓配套使用。紧固件螺栓：通常意义上与螺母配套使用。螺母：通常为六角型螺钉：不需要配备螺母。螺柱：两头都带有螺纹，包括全螺纹螺柱。垫片：通常为圆型配套螺母。2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/T5780/1/2/3（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342.地脚螺栓：如图1-1图1-1国家地脚螺栓（9字形），执行标准GB/T799-1988，如下图：3L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：相比双头螺栓上配母GB6170较厚，略显粗糙。4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.碟形螺母5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。6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M3M4型号，常用在家具，家电上。（双头）螺柱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)：HG20613（欧洲体系）、HG20634（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。7紧固件相关标准参数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。①“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；②8.8级以下统称为普通螺栓③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#、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500~600度之间。热处理回火时间越短，材料硬度越好，韧脆度越差。螺栓级别硬度力学性能伸长率%断面收缩率%紧固件相关标准参数抗拉强度屈服强度维氏硬度HV洛氏硬度HR布氏硬度HBHRB普通强度HRC高强度指标4.8/5.6/6.8/8.8/10.9/10.9S/12.98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。④10.9级和10.9S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22~32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48%。紧固件材质常用的螺栓材质Q235-B45#35#40Cr35CrMo20MnTiB35VB42CrMoQ345-B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#—ML35K45#—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：Q23545#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，CrMoMnTiVB铬钼锰钛钒硼9而且耐低温性能好！注：我们厂所用的材质，一般指Q235-BQ345-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A～D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CD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.0.8ML.10中碳钢45#35#常用产品级别与材质的搭配螺母级别：4H5H6H8H10H螺母级别与材质：4H用低碳钢ML0.8、ML105H6H用中碳钢45#35#8H10H用中碳钢45#35#35CrMo30CrMo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Q23545#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#40Cr35CrMo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40Cr10材质。高强螺栓10.9级及以上级别——采用合金钢常用材质40Cr35CrMo20MnTiB35VB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。4~5S：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）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10.9S20MnTiBML20MnTiBGB/T3077GB/T6