1. 螺栓螺母用钢的概况及性能指标
螺栓与螺母配合成为紧固件，螺栓螺母用钢大致一样，对于钢的研究，简述一种件就可以，通常把螺栓为研究对象，若计算力学性能，则要统筹兼备。
随着汽车、建筑、机械轻工不断的发展，对紧固件的要求越来越高，其中螺栓用量最大，因此螺栓钢材具有更高强强度。例如超临界、超临界发电机组所用的高压给水泵是超临界发电泪L组的关键设备，对水泵供水压力的要求越来越高，使水泵密封与承压作用的螺栓的强度要求也随之提高；大型建筑网架结构不仅跨度大，而目大多是公共建筑，而高强度螺栓是用于空间钢网架螺栓球节点上的重要零件，它直接传递交变荷载引起的交变内力，其质量的优劣直接涉及人民生命及财产安全；原有的汽车、摩托车用螺栓，尤其是发动机螺栓已难以满足发动机高应力化的要求，螺栓的高强度化能够减小螺栓的尺寸，降低螺栓自身的质量，有利于减轻汽车质量、降低能源消耗;作为联接、紧固部件，螺栓的高强度化还有利于汽车其他结构的小型化和紧凑化，可见，现在的发展前景是向高强度螺栓发展[6]。
高强度螺栓应具有的性能指标[6]：
1）变形抗力低、不易开裂、良好的钢材质量，墩锻容易，且模具损耗低等最基本的锻造特性。
2）当前质量的基础上，对各种合金元素最佳配比的选定，墩锻前后的热处理工序的简化或省略等方面的开发，从而获得比原用常规钢材更优的功能特性.
3）最终质量是指高强度螺栓钢及其制品螺栓应满足高的抗拉强度，以便抵抗拉长、拉断、滑扣和磨损;有较高的塑性和韧性，以减少对偏斜、缺口 应力集中等表面质量问题的敏感性；在潮湿大气或腐蚀气氛环境下工作的螺栓，要求具有足够低的延迟断裂敏感性；对承受交变载荷和冲击载荷的螺栓要求有较高的疲劳抗力和多次冲击拉仲抗力，以抵抗疲劳、多冲断裂；对在严寒地区工作的螺栓，还要求螺栓材料具有低的韧脆转化温度。 力学性能的服役条件：成都大学学报1)高抗拉强度和高屈强比。2)足够高的塑性，尤其是采用塑性区拧紧时。3)能被反复拧紧，即能承受足够多次的大应力幅加载，具有较好的低周疲劳性能。4)当承受交变工作载荷时，应具有较好的高周疲劳性能。5)当承受冲击载荷时，应具有较
高的冲击韧性。6)陈柳钦良好的耐延迟断裂性能。7)良好的耐低温性能。8)良好的抗蠕变、抗应力松弛性能。9)较低的缺口敏感性。10)稳定的表面摩擦因数，以获得稳定的装配预紧力。
2高强度螺栓的材料极其强韧机制
1） 低合金钢：中碳含量，强度级别从700-1100Mpa，但在强度1200Mpa是，低合金钢制造的螺栓有延迟破坏问题，须待解决。
2） 硼钢：设计基本原理是降低碳量，改变钢的冷变形能力，加入微量硼，弥补因降碳而造成的强度和淬透性损失。
数据流图低碳硼钢的特点是：(1)少量硼代替大量合金元素，经济效果明显。(2)因为碳及合金元素含量低，轧材可以直接冷锻变形，不需预先球化处理，节约大量能源，降低成本。(3)淬火变形和开裂的倾向小，因此可用水淬处理，节约淬火用油，改善了操作条件和工作环境。(4)性能良好，不仅综合力学性能好，在相同强度水平下韧性较中碳合金钢有明显改善，而且疲劳破坏抗力高，脱碳敏感性小。硼钢螺栓己经开始在汽车、建筑、机械等部门得到应用，目数量不断增加。
3） 非调质钢：调质钢主要用于700～800 MPa级别的螺栓，有时也用于900 MPa以上级别一般700～800Mpa。非调质钢不含多量合金元素，而且不用调质处理，只需控制热加工变形量及随后的冷却速度，保证必要的力学性能，因此可节约热处理能耗，缩短生产周期，降低钢材的成本，经济效果明显。目前非调质钢螺栓主要应用于汽车制造业，几年来用量有所增长，但是总的来看数量仍然较少，应用范围不够广。因为与调质钢相比，成本虽然下降，但是韧性还较低，强度水平也不够稳定，冷锻时模具寿命较低，这些间题都有待解决。
高强度螺栓的强韧机制主要是：
1) 细晶强化：通过增加晶界来障碍位错运动，并将塑性变形限定在一定范围内提高钢的塑性，它既能有效地提高强度，又能明显地优化塑性和韧性。 2) 固溶强化：利用金属材料内部点缺陷(间隙原了、置换原子)对金属基体(溶剂金属)进行强化.随着原了直径差别增加，造成的畸变程度愈大，由此造成强化效果。
3) 沉淀与弥散强化：第一相质点沉淀时，沉淀相在基体中造成应力场和高能区，致使强度、硬度急剧增加而强化。
4) 位错强化：由于高密度位错的存在，使位错运动变得困难，表现在力学性能上是金属强度提高，对有品体缺陷的实际金属而言可以通过位错增殖而强化。同时，位错的运动也是产生固溶强化、细晶强化和沉淀及弥散强化的主要原因。
影响高强度螺栓材料强度和韧性的主要原因是基体组织的微观缺陷，它包括品粒间界、沉淀粒、位错亚结构和固溶畸变等。上述微观缺陷结构均将导致钢强度的提高，然而除了品粒间界增多即细品强化)会使韧性增高外，其余微观缺陷结构都将使韧性下降，在进行高强度螺栓材料强化时需要充分利用这些强化机制。
3、现在研究发展的现状和趋势
我国使用高强度螺栓的时间不长,60年代开始在部分铁路桥梁上使用蜂房哈夫尼菌80年代才开始在锅炉钢结构上使,90年代我国在引进国外轿车和生产技术后才发现强度等级为12.9级，抗拉强度为1200MPa,屈服强度为1080MPa的螺栓。当时，在汽车用螺栓中属于最高强度级别，一汽集团引进美国克莱斯勒488发动机后，飞轮螺栓一直依赖进口，为了实现国产化，一汽集团公司通过对国外高强度螺栓材料与我国现有材料成分比较，得知美国飞轮螺栓用材相当于ML35MnMo牌号材料，德国奥迪轿车用高强螺栓用材也相当于ML35MnMo，因此把
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12.9级飞轮螺栓材料国产化试制材料选定为ML35CrMo.采用材料扒皮技术，将原材料表面脱碳层去除，然后，经过冷顶锻和端淬试验，退火、淬火、回火工艺试验，成品性能测试、台架试验和装载试验，最终成功地研制出性能与CA488发动机飞轮螺栓产品相当的高强度螺栓。 低碳马氏体(板条马氏体)钢，以其高强度、塑性韧性和低缺口敏感性得到了广泛的应用。太原钢铁公司为汽车、标准件行业，开发了一系列低碳马氏体紧固件用钢。如ML15MnVB 、ML20MnVB 、ML15MnB、ML15Mn等，用其制作8. 8级,9.8级、10.9级高强度螺栓取得了良好的使用效果。
近年来国内外对耐延迟断裂的高强度螺栓钢进行了广泛的研究开发，先后成功地开发出了一系列耐延迟断裂性能优良的高强度螺栓钢，如日本住友金属的ADS系列、神户制铁的KNDS系列、中国钢铁研究总院的ADF系列等，日本神户主要用Ti，Al改善性能的KNDS系列高强度钢，高温回火后碳化物的均匀弥散和较小的内应变是其延迟断裂抗力的主要原因。钢铁研究总院在42CrMo钢上降低S、P、Si、Mn的含量，添加微合金元素V、Nb并增加Mo的含量，成功的开发出一种1300Mpa等级的高强度螺栓钢。但是现在高强度螺栓钢几乎采用回火马氏体钢，这类钢对对延迟断裂敏感性大，下贝氏体组织回火马氏体钢屈服度偏低，神户新研究一种在在较低恒温下处理贝氏体螺栓钢，性能在1500Mpa以上，延迟断
裂性能大幅提高，远远超过回火马氏体钢。
通过以上对比，不难看出国内生产的螺栓钢要落后于国外，像是能达到12.9级的螺栓钢仅有ML20MnVB、ML35CrMoV、35CrMo等几种材料，新研发出的42CrMoVNb仍需要在实际应用中进一步考察查[10]。
30NCD16是一种高强度合金钢，具有较强的抗热性，经中高温回火后具有较高的强度和韧性.高强度钢30NCD16的最佳热处理工艺为840～870C,淬火后在560℃回火，可获得细致均匀的索氏体组织，钢的抗拉强度>1200MPa，冲击功> 50J。
近些年来，我国学者对高强螺栓的研究主集中在高强螺栓氢脆断裂机制、热处理工艺改进和高强螺栓失效分析等方面，为以后的高强螺栓材料的研制提供了重要依据。通过研究合金元素对材料性能的影响规律，使我们在开发新型高强度螺栓材料时有据可依。仅有适当的合金成分并不能保证研制出来的螺栓就能满足实际的性能要求，需要经过合理的热处理工艺，使材料硬度、强度、塑性和韧性达到的合理配合，才能研制出性能优异的螺栓。例如：王根矶等[6]采用显微组织观察和力学性能测定，研究了不同热处理工艺对Q390低合金
高强钢厚板组织和力学性能的影响.结果表明，经920℃正火36min，可使Q390低合金高强钢厚板热轧态中的混晶组织经完全奥氏体化后实现晶粒细化，在随后的冷却过程中转变为多边形铁素体和珠光体，获得良好的综合力学性能，伸长率和冲击韧性都比热轧态提高很多，完全消除拉伸断口分层现象。
现在螺栓发展趋势是[8]：
1）高强度高性能钢材。随着钢强度的提高，其延迟断裂敏感性越大。在抗拉强度>900MPa，硬度>31HRC的强度水平时，延迟断裂的敏感性逐渐增大。服役应力越大的螺栓，发生断裂后所造成的危害也越大，所以开发抗延迟断裂性能优良的高强度螺栓钢，对保护人民生命和财产安全、扩大高强度螺栓应用领域具有重大意义。刘国钧
2）降低成木、减小能耗。用廉价的硼钢替代含Ni、Cr、Mo等高价格的合金钢，降低成木;以冷锻代替热锻、减少热处理工序的非调质钢，锻造前不需软化处理的低碳不退火钢以及不需剥皮和拉拔的高精度轧材等的广泛使用不仅可以降低能耗，还可减轻螺纹牙尖的脱碳倾向，提高螺栓成品率。
3）提高螺栓钢的质量和可靠性。螺栓零件的可靠性、使用寿命等与螺栓钢的冶金质量、表面状况有密切关系，甚至一些加工性能亦与其有重要的关系。通过提高钢材纯净度，降低S,P含量可改善钢的变形能力、减轻晶界脆化、减少钢中非金属夹杂物，可改善钢材塑韧性，提高钢材耐延迟断裂性能。此外成品螺栓的制造精度、紧固技术和检测方法等也是影响高强度螺栓可靠性的重要因素。
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