汽車緊固件，新技術解讀（簡版）

12月 22, 2023

汽車緊固件數量多、種類多，包括螺栓、螺柱、螺絲、墊圈、擋圈、銷、鉚釘、焊釘及組合件及連接副等。

汽車緊固件的需求約佔整個緊固件產業總銷量的23%左右，產業佔比最高。

根據中國汽車工業協會發布的最新數據顯示，今年1-2月，我國汽車產銷分別完成362.6萬輛和362.5萬輛，年比分別下降14.5%和15.2%。

2月汽車銷量197.6萬輛，新能源汽車佔26.6%。其中，新能源汽車市場也恢復成長態勢，2月產銷分別為55.2萬輛和52.2萬輛，較去年同期分別成長48.8%和55.9%，市佔率達26.6%。

01.新能源汽車緊固件需求

新能源汽車市場不斷擴增，得益於國家政策對新能源汽車的扶持力度和汽車產業在新能源汽車業務上的擴大投入，近年來，鋰電產業是新能源的基礎產業，大力發展鋰電產業是國家實現能源變革、完成「雙碳」戰略目標的重要措施。

在《新能源汽車產業發展規劃(2021-2035)》等產業政策的指引下，我國鋰電產業市場需求將持續旺盛，產業鏈將持續完善，國際競爭力可望進一步提高，也使新能源車發展這一趨勢在未來10年內不會減弱。

隨著新能源汽車的普及，不僅其應用範圍和數量不斷擴大，緊固件用量也越來越大，在動力電池能量密度和性能不斷提升的過程中，緊固件螺紋連接的安全性也成為備受關注與爭議的議題。

由於新能源汽車上，非金屬材料較多其對溫度和安全防護的要求極高。因此，緊固件的擰緊裝配是新能源汽車組裝環節的重中之重。

新能源車2023年度產銷必將創歷史新高，透過多年來對新能源車整個產業鏈的培育，各個環節逐步成熟，豐富且多元化的新能源汽車產品不斷滿足市場需求，使用環境也在逐步優化和改進，在這些措施之下，新能源汽車越來越受到消費者的認可。

螺絲君總結統計：我國生產汽車緊固件的規模企業有130多家，企業類型大致可分為兩種：一是大型且具有相當規模的外資、合資和國內緊固件企業，設專責部門負責汽車緊固件生產製造；二是以汽車非標準緊固件產品為主的專業汽車緊固件企業。

與國外企業相比生產規模且品質方面尚有一定差距，對新能源汽車高端緊固件供應不足。

未來隨著市場的快速發展，高端緊固件的市場需求不斷增加，未來發展高端產品，將成為主流趨勢。

02.新能源汽車緊固件技術解讀

1.輕量化材料的應用

新能源汽車設計製造中越來越多的使用鎂-鋁合金等輕量化材料，鋼和鎂-鋁合金之間由於存在嚴重的電位差會導致嚴重的電解腐蝕，鋼和鎂-鋁合金之間的熱膨脹係數差異較大也會導致嚴重的預緊力變化，造成連接處明顯鬆弛，而採用高抗拉強度的鋁合金材質緊固件則能克服這些問題。

考慮到汽車輕量化的因素，目前汽車大量使用高強度鋼板，某些設計也採用鋁合金板，進一步降低整車重量。

金屬薄板連接在汽車生產和裝配中佔據了很大的比重，如汽車白車身的焊接、車身部件的連接和車身內飾件的安裝等，利用緊固件連接金屬薄板是汽車生產中除焊接以外的主要連接方式，應用鋁合金板材主要是考慮到其質量輕，在汽車非重要承載部位代替鋼板，鋁合金的焊接特性很差，因此多採用緊固件連接。

如車門鉸鏈與車身金屬薄板的連接，一般採用雙螺絲配合焊接螺母，確保在車輛碰撞或翻滾時車門有效保護乘員，且在事故中連接部位不易變形，乘員能順利逃生。

選擇連接工藝，要考慮避免不同種類的金屬薄板疊加連接產生的電位腐蝕。

1）普通螺紋連接

① 不使用螺帽的連接，金屬薄板連接的零件厚度較大或僅能製出盲孔，則可使用螺栓或螺絲直接旋入鎖緊。

② 與普通螺帽配合的連接，也可採用焊接螺栓，或焊接螺柱，先將螺栓或螺柱焊接在金屬薄板上，然後安裝被連接件，最後用普通螺帽固定。

2）採用一般螺紋連接時，要考慮螺紋防鬆，一般可採用預緊力控制及預塗鎖固膠兩種方式。

型式：

①自攻螺絲連接；

② 鉚接，鉚接緊固件，PBSO(PTSO)自鉚式螺絲套；PS（PSS）系列自嵌式螺帽；PFH（PFHS）系列自鉚螺絲；ARB-HEX系列自鉚螺帽； TOX連接；

③ 卡扣等。

2.高強度螺栓與耐熱螺栓的應用

近年來，隨著新能源汽車產業駛入"快車道"，車身的輕量化成為新能源汽車設計的重中之重。

超高強緊固件不僅本身能減重，更重要是能為其他關鍵零件輕量化設計提供更大的挖潛空間和安全保障。

目前，國內新能源車通常採用10B33、SCr440(40Cr)、 SCM435 ( 35CrMo )和SCM440(42CrMo)鋼材生產8.8、9.8、10.9級高強度螺栓，超高強度螺栓其最高強度等級為1400Mpa級(14.9級)。

在汽車輕量化趨勢下，動力系統，一方面，面臨功率密度不斷提升的要求，另一方面，又面臨越來越嚴格的排放要求。

高功率密度必然帶來壓力提高、溫度上升、負荷增加，而嚴格的排放標準則要求減輕重量和減少內部摩擦。

由於新能源車對於重量要求近乎苛刻，重量減少對於電池續航里程非常重要。

因此，採用超高強度螺栓不僅能夠減少螺栓本身的重量，也能夠相應的採用更小的螺栓孔，從而被連接件的重量也會大大降低，因此，超高強度螺栓採用對新能源汽車減重，輕量化的意義潛力還是非常大。

超高強度螺栓，主要在新能源汽車引擎上應用，也有開始在變速箱和車橋上使用，在引擎上關鍵區域，a.連桿；b.缸蓋連接；c.主軸承連接；d.飛輪等部位。

超高強度螺栓在新能源汽車底盤上，如轉向節軸承連接螺栓應用，螺栓可以採用數量更少，從4顆減至3顆，規格減輕從M12減小至M10。

電池包、馬達上，特別應用在電池包上，模組螺栓連接可以從M8減少至M6 ，電池包車身連接M10減少至M8。

在新能源汽車螺栓/螺柱的連接設計中，設計者不僅要充分考慮螺栓的尺寸、材料、公差等級、機械性能等，還要充分考慮螺栓的應用環境，如溫度場（高/低溫）、振動、冷熱交替、腐蝕性等環境影響因素。

非調質鋼具有性能優良、高效節能、使用成本較低、有利於環保節能等突出優點，用於緊固件製造的非調質鋼基本為冷作強化型，依組織分類有鐵素體+珠光體、鐵素體+貝氏體和鐵素體+馬氏體雙相組織3大類。

國標有3個牌號MFT8、MFT9、MFT10。近年來開發的V-Nb、V-Nb-B-Ti 兩大合金體系牌號扣件使用非調質鋼，正在被關注並在相關領域推廣試驗。

SCN430、SCN435節能型非調質冷鐓鋼，不需熱處理，已用於8.8級強度等級產品上。

新能源汽車電池包固定用8.8級M6×840、M6×930長螺柱，採用非調質鋼MLF20MnVNb免調質，盤條經拉拔、冷鐓、搓絲製成的螺柱長度為830～ 920 mm,螺柱各項性能達8.8級要求,且500萬次疲勞極限σ-1為86～101(平均86.40)MPa，滿足主機廠(≥80 MPa)要求,該產品最終通過主機廠認證。

可以滿足直線度小於0.5mm/m的要求，解決了細長螺柱的熱處理變形難題，具有重要的推廣價值。

但在實務上發現，目前，非調質鋼在高強度緊固件的應用還存在模具磨損問題。

引擎排氣系統由於其環境的特殊性和連接件間的密封問題，一直是各汽車廠家研發過程的設計困難。

對於汽車耐熱鋼扣件的國產化需求，中國汽車工程學會發表T/CSAE99-2019《汽車緊固件用耐熱鋼技術條件》及T/CSAE136-2020《汽車高溫連接緊固件技術條件》兩項團體標準與全國緊固件標準化技術委員會發布GB/T3098.24-2020《緊固件機械性能高溫用不銹鋼和鎳合金螺栓、螺絲、螺柱和螺母》和GB/T3098.25-2020 《緊固件機械性能不銹鋼和鎳合金緊固件選用指南》兩項國家標準。

團標和國標的主要內容包括了緊固件用耐熱材料的相關技術要求、盤條和線材技術要求、耐高溫緊固件生產製造技術條件和表面處理技術條件，還有包含機械性能、扭矩測試的系統組裝驗證技術條件及識別標記、包裝交貨要求等，適用於引擎緊固件，包括六角螺栓、雙頭螺柱和螺母等。

目前，國產化的耐熱鋼或鎳合金緊固件，常用的材料牌號，主要有：ML06Cr15Ni25Ti2MoAlVB（GH2132）、ML04Cr11Nb、ML41CrMoV、ML21CrMoV、 14Cr17Ni2 ( 1CrNi17Ni2 )、GHCrE12098/2086995099503003 (2099)，208699999993)，2069999999)（202020303 (BGH），201999999)（202020209)， 20869209999 )（202020 307）。

耐熱緊固件，儘管選擇有大量的含鎳、含鉻的耐熱材料，但必須透過正確的熱處理技術，才能更好地發揮耐熱鋼的功能。

為此，熱處理製程是提高耐熱鋼緊固件品質和使用可靠性的重要保證。

高強度的緊固件能夠提供更高的夾緊力，減小緊固件尺寸，降低自身重量，從而滿足輕量化需求，同時，高強度緊固件還有利於新能源汽車其他結構的緊湊化，從而改善散熱和內部摩擦；

耐熱緊固件用於解決高溫環境下連接失效問題，引擎排氣環境溫度上升會導致產品的機械性能發生變化，如抗拉強度、硬度的降低產生蠕變或金相組織產生變化導致連接失效。

03、螺絲君經驗與總結

汽車緊固件應用廣泛，使用條件多變，失效形式也多元。

新能源汽車緊固件氫脆和疲勞，是目前最常見也是損失最大的失效形式。

在汽車整個生命週期中緊固件都可能存在失效的風險。

隨著技術的更新迭代和對新能源汽車材料的管理方法也提出更高要求。

未來新能源汽車緊固件的發展在於人工智慧、機器學習、大數據和物聯網等技術的持續整合和進步。

這些技術的使用，將在預測新能源汽車緊固件材料應用方面提供更高的準確性，從緊固件設計、成形、熱處理、表面處理、裝配、安裝等環節控製品質和提高預防失效的措施，降低風險及失效發生率，對提高我國緊固件的製造和應用水準乃至汽車車輛的可靠性都有重要意義。

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