高强度螺栓与普通螺栓的区别
1.高强度螺栓简介
高强度螺栓是钢结构施工中最常见的螺栓，所有的钢结构工程师都会觉得非常熟悉。然而事实可能并非如此。今天我们就从最基础的概念开始，带大家重新认识高强度螺栓，可能会颠覆你最基本的认识。
用高强度钢制成的螺栓或需要较大预紧力的螺栓均可称为高强度螺栓。高强度螺栓多用于桥梁、钢轨、高压、超高压设备的连接。超高压设备使用的高强度螺栓需要较大的预紧力，以保证容器的密封性。
1.高强度螺栓加工工艺
热轧盘条→（冷拉）→球化（软化）退火→机械除鳞→酸洗→冷拔→冷锻→螺纹加工→热处理→检验。
2、什么是高强度螺栓？
高强度螺栓（High-Strength Friction Grip Bolt），英文直译为：高强度摩擦预紧螺栓，英文缩写：HSFG。可见，我们在中文建筑中所指的高强度螺栓，就是高强度摩擦预紧螺栓的简称。在日常交流中，只是简单地将“摩擦”和“握”两个词简写，导致很多工程技术人员对高强度螺栓的基本定义产生误解。
（一）误解一：材料等级超过8.8级的螺栓就是“高强度螺栓”吗？
高强度螺栓与普通螺栓的核心区别不在于所用材料强度，而在于受力形式，本质在于是否施加预紧力，是否利用静摩擦力抵抗剪切。
实际上，英美标准中提到的高强度螺栓（HSFG BOLT）只有8.8级和10.9级（BS EN 14399 / ASTM-A325 & ASTM-490），而普通螺栓则有4.6级、5.6级、8.8级、10.9级、12.9级等（BS 3692 11表2）；可见材料强度并不是区分高强度螺栓与普通螺栓的关键。
3.正确理解“高强度”及其强度
按照GB50017计算单个普通螺栓（B级）8.8级和一个高强度螺栓8.8级的抗拉、抗剪强度。
通过计算可知，相同等级下，普通螺栓的抗拉强度和抗剪强度设计值均高于高强度螺栓。
那么，是什么让高强度螺栓如此“坚固”呢？
要回答这个问题，必须从两种螺栓的设计工作条件出发，研究其弹塑性变形的规律，了解设计失效的极限状态。
普通螺栓与高强度螺栓工作条件下的应力-应变曲线
失效时的设计极限状态：
（1）普通螺栓：螺钉本身发生超过设计允许量的塑性变形，螺钉被剪断。
普通螺栓连接中，在连接板开始承受剪力之前，连接板之间就会发生相对滑移，随后螺栓杆件与连接板接触，发生弹塑性变形，承受剪力。
（2）高强螺栓：克服有效摩擦面间的静摩擦力，使两钢板产生相对位移，在设计考虑中视为失效。
高强度螺栓连接中，摩擦力首先承受剪力，当荷载增大到摩擦力不足以抵抗剪力时，便克服静摩擦力，连接板发生相对滑移（极限状态），此时虽然已经损坏，但螺栓杆与连接板保持接触，仍能凭借自身的弹塑性变形承受剪力。
（二）误区二：高强度螺栓的承载力比普通螺栓高，所以才叫“高强度”吗？
从单个螺栓的计算可以看出，高强度螺栓在拉伸和剪切方面的设计强度均低于普通螺栓。其强度高的本质在于正常工作时，节点处不允许出现相对滑移，即弹塑性变形小，节点刚度大。
可以看出：在给定设计节点荷载条件下，采用高强度螺栓设计的节点不一定能节省螺栓使用数量，但变形小、刚度大、安全储备高，适用于主梁等需要节点刚度较大的位置，符合“强节点、弱杆件”的基本抗震设计原则。
高强度螺栓的强度并不在于其本身的承载力设计值，而在于其设计节点刚度大、安全性能高、抗破坏能力强。
2、高强度螺栓与普通螺栓的比较
普通螺栓与高强度螺栓由于受力设计原理不同，因此其施工检验方法也有很大区别。
同等级普通螺栓的力学性能要求略高于高强度螺栓，但高强度螺栓比普通螺栓多一项冲击工作验收要求。
普通螺栓与高强度螺栓的标记是现场鉴别同一等级螺栓的基本方法，由于英制和美制标准中高强度螺栓扭矩值的计算值不同，因此也需要对两种标准的螺栓进行鉴别。
高强度螺栓：（M24、L60、8.8级）
普通螺栓：（M24、L60、8.8级）
可以看出，普通螺栓的价格约为高强度螺栓的70%左右，结合二者验收要求的对比，可以得出溢价部分应该是为了保证材料的冲击功（韧性）性能。
高强度螺栓的加工工艺为：热轧盘条—（冷拉）—球化（软化）退火—机械除鳞—酸洗—冷拔—冷锻—螺纹加工—热处理—检验
3.钢结构设计
1.材料
在紧固件制造中，正确选用紧固件材料是一个重要的环节，因为紧固件的性能与其材料息息相关，如果材料选用不当或错误，就可能造成性能达不到要求、使用寿命缩短，甚至造成事故或加工困难、制造成本高等后果，因此，紧固件材料的选用是一个非常重要的环节。
冷镦钢是采用冷镦成形工艺生产的互换性较高的紧固件用钢，由于其是在常温下通过金属塑性加工成形，各部分变形较大，变形速度也较高，因此对冷镦钢原材料的性能要求十分严格。
在长期生产实践和用户调查的基础上，结合GB/T6478《冷镦冷挤压用钢技术条件》、GB/T699《优质碳素结构钢》及目标JISG3507《冷镦用碳素钢盘条》的特点，以8.8级、9.8级螺栓、螺钉材质要求为例，确定各种化学元素。
（1）C含量过高，会降低冷成形性能；过低，达不到零件力学性能的要求，故设为0.25%～0.55%。
（2）Mn能提高钢的导磁性能，但加入量过多，会强化基体组织，影响冷成型性能；在零件回火过程中，有促进奥氏体晶粒长大的倾向，因此在国际标准基础上适当增加，定为0.45%～0.80%。
（3）Si能强化铁素体，造成冷成形性能下降。当Si≤0.30%时，材料的伸长率降低。
（4）S、P为杂质元素，它们的存在会沿晶界产生偏析，导致晶界脆化，损害钢的力学性能。应尽量降低S、P的含量，其中P≤0.030%，S≤0.035%。
（5）硼的最大含量为0.005%。硼虽然能明显改善钢的磁导率，但也会增大钢的脆性。过高的硼含量对要求有良好综合力学性能的螺栓、螺钉、螺柱等工件十分不利。
2.球化（软化）退火
沉头螺钉、内六角螺栓采用冷镦工艺生产时，钢材的原始组织将直接影响冷镦时的成形能力。冷镦时局部区域的塑性变形可达60%-80%，因此要求钢材必须具有良好的塑性。在钢材化学成分一定的情况下，金相组织是决定塑性的关键因素。一般认为，粗大的片状珠光体不利于冷镦，而细小的球状珠光体则能明显提高钢材的塑性变形能力。
对于高强度紧固件中大量使用的中碳钢、中碳合金钢，在冷镦前都要进行球化（软化）退火，以便获得均匀、细小的球化珠光体，以更好地满足实际生产的需要。
对于中碳钢盘条的软化退火，加热温度大多选择在钢的临界点以上或以下，加热温度一般不宜过高，否则会沿晶界析出三级渗碳体，造成冷镦开裂。对于中碳合金钢盘条，采用等温球化退火，在AC1+（20-30%）加热后，随炉冷却到稍低于Ar1，温度在700摄氏度左右停留一段时间，然后随炉冷却到500摄氏度左右空冷。钢的金相组织由粗大到细小，由片状变成球状，冷镦开裂率会大大降低。35\45\ML35\SWRCH35K钢的软化退火温度一般在715—735摄氏度范围内； 而SCM435\40Cr\SCR435钢的球化退火加热温度一般在740—770摄氏度范围内，等温温度为680—700摄氏度。
3. 去壳、除鳞
冷镦钢盘条去除氧化铁皮的工序为剥皮除鳞，有机械除鳞和化学酸洗两种方法。用机械除鳞代替盘条化学酸洗工艺，不但可以提高生产率，而且可以减少环境污染。这种除鳞工艺有弯曲法（一般用带有三角槽的圆轮对盘条进行反复弯曲）、喷淋法等，除鳞效果好，但不能完全除去残留的氧化铁皮（氧化铁皮去除率为97%），特别是氧化铁皮附着力强的时候。因此，机械除鳞受氧化铁皮厚度、组织及应力状态的影响，多用于强度较低的紧固件用碳钢盘条（小于或等于6.8级）。 高强度紧固件用线材（大于或等于8.8级）在进行机械除鳞后，为了将氧化铁皮全部清除，还要进行化学酸洗工艺，即复合除鳞。
对于低碳钢盘条，机械除鳞留下的氧化铁皮容易造成模具的不均匀磨损。当模孔因盘条线材与外界温度的摩擦而粘附上氧化铁皮时，盘条线材表面会产生纵向晶粒痕迹。盘条线材在冷锻成法兰螺栓或圆柱头螺钉时，头部95%以上的微裂纹是由于拉拔过程中线材表面划伤造成的。因此，机械除鳞不适用于高速拉拔。
4. 绘图
拉拔工序有两个目的，一是改变原材料的尺寸；二是通过形变强化获得紧固件的基本力学性能。对于中碳钢和中碳合金钢，还有一个目的，就是使盘条控制冷却后得到的层状渗碳体在拉拔过程中尽可能多地分散，为后续的球化（软化）退火获得粒状渗碳体做好准备。但有些厂家为了降低成本，随意减少拉拔道次。过大的压下率使盘条的加工硬化倾向增大，直接影响盘条的冷镦性能。
如果各道次表面压下量分配不合理，线材在拉拔过程中也会产生扭转裂纹，这种沿线材纵向分布且具有一定周期的裂纹会在线材冷镦过程中显露出来。另外，如果拉拔过程中润滑不良，也会使冷拉线材产生有规律的横向裂纹。
线材在拉丝模出口处卷取时，切线方向与拉丝模不同心，会造成拉丝模单面孔磨损加大，使内孔失去圆度，造成线材圆周方向拉拔变形不均匀，造成线材圆度超差。在冷镦过程中，线材横截面内应力不均匀，影响冷镦合格率。
在线材拉拔过程中，过大的断面压缩率会使钢丝表面质量变差，过小的断面压缩率不利于层状渗碳体的破碎，难以获得尽可能多的粒状渗碳体，即渗碳体的球化率低，对钢丝的冷镦性能极为不利。对于拉拔生产的棒材、线材，断面压缩率控制在10%～15%范围内。
5.冷锻
通常螺栓头部采用冷镦塑性加工成形，与切削加工相比，金属纤维（金属丝）沿着产品形状连续，而不在中途被切断，从而提高了产品强度，特别是具有优良的力学性能。
冷镦工序包括切削、成形两部分，又可分为单工位单镦、双镦冷镦和多工位自动冷镦。一台自动冷镦机在若干个成形模具中完成冲压、镦粗、挤压、缩径等多工位工序。
单工位或多工位自动冷镦机所用原坯料的加工特点，由材料的大小决定，为长度5-6米的棒材或重量1900-2000KG的线材。即该加工工艺的特点是冷镦成形不是预先切取的单块坯料，而是自动冷镦机本身从棒材、线材上切取坯料并镦粗（必要时）而成的坯料。
挤压型腔前，毛坯必须整形，通过整形，可得到符合工艺要求的毛坯。镦粗、减径、正挤压前，毛坯不需整形，毛坯切边后送至镦粗整形工位，此工位可提高毛坯质量，降低下一工位成形力15-17%，延长模具寿命。可采用多次减径来制造螺栓。
（1）用半闭式切削刀具切割毛坯最简单的方法是使用套筒式切削刀具；切口的角度不宜大于3度；当使用敞开式切削刀具时，切口的斜角可达5-7度。
（2）短尺寸毛坯在从上一个工位传送到下一个成形工位时应能翻转180度。这可以充分发挥自动冷镦机的潜力，加工结构复杂的紧固件，提高零件精度。
（3）各成形工位应设有凸模顶出装置，凹模应设有套筒式顶出装置。
（4）成型工位（不包括切割工位）数量一般应达到3-4工位（特殊情况下可达到5工位以上）。
（5）在有效使用寿命期间，主滑块导轨及工艺部件的结构能保证凸模、凹模的定位精度。
（6）控制选料的挡板上必须安装终端限位开关，并注意镦锻力的控制。
用于自动冷镦机制造高强度紧固件的冷钻线材的不圆度应在直径公差范围内，而对于更精密的紧固件，线材的不圆度应限制在直径公差范围的1/2以内。如果线材直径达不到规定尺寸，零件的镦粗部位或头部会出现裂纹或毛刺。如果直径小于工艺要求的尺寸，头部就会不完整，棱角或镦粗部位也会不清晰。
冷镦所能达到的精度还与成形方法的选择和所采用的工艺有关，此外，还取决于所用设备的结构特点、工艺特点和状况、工装的精度、寿命和磨损程度。
对于冷镦、挤压用的高合金钢模具和硬质合金模具，其工作表面粗糙度不应大于Ra=0.2um，当该类模具工作表面粗糙度达到Ra=0.025-0.050um时，其寿命最长。
6.螺纹加工
螺栓螺纹一般为冷加工，将一定直径范围内的螺纹毛坯通过搓丝板（模），利用搓丝板（模）的压力使螺纹成型。这样可以保证螺纹部分的塑性流线不被切断，增加强度，且精度高、质量均匀，因此得到广泛的应用。
为了生产出最终产品的螺纹外径，所需的螺纹毛坯直径因受到螺纹精度、材料是否涂层等因素的限制而有所不同。
螺纹滚压是指利用塑性变形形成螺纹牙的一种加工方法。它采用与加工螺纹相同螺距和齿形的滚压（滚丝板）模具，在旋转螺毛坯的同时挤压圆柱形螺毛坯，最终将滚压模具上的牙形转移到螺毛坯上，形成螺纹。
滚压（搓）螺纹加工的共同点是滚压转数不需太多，过多则效率低，且螺纹表面容易产生脱层或乱扣现象，反之转数过少则螺纹直径容易失去圆度，且初期滚压压力异常增大，导致模具寿命缩短。
滚压螺纹常见的缺陷有：螺纹表面裂纹或划痕；乱扣；螺纹不圆。这些缺陷如果大量出现，在加工阶段就会被发现，如果出现的数量很少，这些缺陷在生产过程中不会被注意到，会转嫁给用户，造成麻烦。因此，应总结加工条件的关键问题，并在生产过程中控制这些关键因素。
7.热处理
高强度紧固件必须按技术要求进行淬火、回火处理。热处理淬火、回火是为了提高紧固件的综合力学性能，达到产品规定的抗拉强度值和屈强比。
热处理工艺对高强度紧固件特别是其内在质量有着至关重要的影响，因此，为了生产出高质量的高强度紧固件，必须采用先进的热处理工艺和设备。
由于高强度螺栓生产量大、价格低廉，且螺纹部分又是比较精细精密的结构，因此热处理设备必须生产能力大、自动化程度高、热处理质量好。20世纪90年代以来，保护气氛的连续热处理生产线占主导地位。振动底式、网带式炉特别适用于中小型紧固件的热处理回火。回火线除炉子密封性能好外，还具有先进的气氛、温度和工艺参数计算机控制、设备故障报警及显示功能。高强度紧固件从上料—清洗—加热—淬火—清洗—回火—着色到离线均采用全自动控制，有效地保证了热处理质量。
螺纹脱碳会使紧固件在达到机械性能所要求的阻力之前就脱开，造成螺纹紧固件失效，缩短其使用寿命。由于原材料脱碳，退火不当会使原材料的脱碳层加深。在淬火、回火热处理过程中，一般会从炉外带入一些氧化性气体。棒材钢丝上的铁锈或冷拔后盘条表面的残留物在炉内加热后也会分解，发生反应生成一些氧化性气体。例如钢丝表面的铁锈，是由铁的碳酸盐和氢氧化物组成的，加热后会分解成CO2和H2O，从而加剧脱碳。研究表明，中碳合金钢的脱碳程度比碳钢严重，脱碳最快的温度在700～800摄氏度之间。 由于钢丝表面的附着物在一定条件下很快分解合成CO2和H2O，如果连续网带炉气控制不当，也会造成螺丝脱碳超过允许范围。
高强度紧固件在冷镦成形时，原材料和退火脱碳层不仅仍然存在，而且还被挤压到螺纹顶部。对于需要淬火的紧固件表面，不能获得所需的硬度，其力学性能（特别是强度和耐磨性）会降低。另外，钢丝表面脱碳，表面层与内部组织的膨胀系数不同，在淬火时可能引起表面裂纹。
为此，淬火加热时必须保护螺纹牙顶不脱碳，对原材料已脱碳的紧固件要适当涂碳。网带炉内保护气氛的优点是调节到与涂碳件原始含碳量基本相等，使脱碳后的紧固件慢慢恢复到原始含碳量。碳势最好设定在0.42%-0.48%。涂碳温度与淬火加热相同，不能在高温下进行，避免晶粒粗大，影响力学性能。
紧固件淬火回火过程中可能出现的质量问题主要有：淬火状态下硬度不够；淬火状态下硬度不均匀；淬火状态下变形过大；淬火状态下开裂等。现场出现此类问题往往与原材料、淬火加热、淬火冷却等有关。正确制定热处理工艺，规范生产操作流程钢结构用扭剪型高强度螺栓连接与技术条件，往往可以避免此类质量问题的发生。
对于一个看似简单的问题，要对其本质有深刻、全面、正确的认识却并非易事。高强度螺栓与普通螺栓的定义、含义、深刻内涵的区别，是我们正确认识、使用高强度螺栓和进行施工管理的基本前提。
4.对高强度螺栓和普通螺栓的几点看法
1、有些钢结构方面的书上确实说高强度螺栓是指强度等级超过8.8级的螺栓。首先，英美标准并不支持这种观点，因为它们没有针对某一特定强度等级来定义“强”和“弱”。其次，这种观点与我们工作中提到的“高强度螺栓”并不符合。
2.为了便于比较，这里不考虑复杂螺栓组的受力情况。
3、承压高强度螺栓设计时还考虑了螺杆的承压力。
5、您对高强度螺栓了解多少？
1、生产上高强度螺栓的全称是高强度螺栓连接副钢结构用扭剪型高强度螺栓连接与技术条件，一般不简称为高强度螺栓。
2、按安装特性分为：大六角头螺栓、扭剪型螺栓，扭剪型仅用于10.9级。
3、按高强度螺栓的性能级别分为：8.8级、10.9级。其中8.8级只有大六角高强度螺栓才有。在标记方法中，小数点前的数字表示热处理后的抗拉强度；小数点后的数字表示屈强比，即屈服强度的测定值与极限抗拉强度的测定值之比。8.8级表示螺栓杆的抗拉强度不小于800MPa，屈强比为0.8；10.9级表示螺栓杆的抗拉强度不小于1000MPa，屈强比为0.9。
4、结构设计中高强度螺栓直径一般为M16/M20/M22/M24/M27/M30系列，M22/M27为次选系列，一般情况下以M16/M20/M24/M30为主。
5、高强螺栓按设计要求抗剪设计分为：高强螺栓承压型、高强螺栓摩擦型。
6、摩擦型承载力取决于传力摩擦面的抗滑移系数和摩擦面的数量。喷砂（丸）后红锈的摩擦系数最高，但从实际操作来看，受施工水平影响较大。很多监理单位提出能否降低标准，以保证工程质量。
7、压力型承载力取决于螺栓抗剪承载力最小值和螺栓杆件抗压承载力，在仅有一个连接面的情况下，M16摩擦型抗剪承载力为21.6~45.0kN，而M16压力型抗剪承载力为39.2~48.6 kN，优于摩擦型。
8、安装方面，承压式工艺更简单，连接面只需清除油污、除锈即可。沿轴线方向的抗拉承载力在钢结构规范中很有意思，摩擦式设计值等于0.8倍预紧力，压力式设计值等于螺钉有效面积乘以材料抗拉强度设计值。看似差别很大，其实两个数值基本相同。
当同时承受剪力和轴拉力时，摩擦型要求是螺栓承受的剪力与剪切承载力之比加上螺钉承受的轴力与拉力承载力之比的应力比小于1.0，压力型要求是螺栓承受的剪力与剪切承载力之比的平方加上螺钉承受的轴力与拉力承载力之比的平方小于1.0。也就是说，在同样的荷载组合下，相同直径的压力型高强螺栓的设计安全储备要高于摩擦型高强螺栓。
考虑到连接的摩擦表面可能在强烈地震的重复作用下失败，此时剪切轴承的能力仍然取决于螺栓的剪切电阻和板的压力轴承能力，因此，地震代码规定了高速螺栓的最终剪切轴承的计算公式。
尽管压力类型在设计值中具有优势，但它是剪切压缩的失败类型，螺栓孔是一个与普通螺栓相似的孔隙螺栓孔这两种类型的限制状态也不同：
（1）摩擦类型连接是指摩擦表面在基本负载组合的作用下进行相对滑移的连接。
（2）压力连接是在标准载荷组合的作用下连接部分之间发生相对滑移的连接。
6.螺栓类型
1.普通螺栓
（1）普通螺栓分为三种类型：A，B和C。前两个是精制的螺栓，通常使用普通螺栓。
（2）在某些需要拆卸的临时连接和连接中，通常使用C级普通螺栓。
2.高强度螺栓
（1）高强度的螺栓与普通螺栓的材料不同。
（2）高强度螺栓通常用于建筑结构主要组件的螺栓连接。
（3）从工厂运送的高强度螺栓不分为承压类型或摩擦类型。
（4）它是摩擦类型的高强度螺栓还是压力类型的高强度螺栓？
①摩擦类型的高强度螺栓将滑动在板层之间的滑动作为轴承能力的最终状态。
②对于施压高强度螺栓，将板层之间的滑动视为正常使用的极限状态，并且连接故障被视为轴承能力的极限状态。
（5）高强度螺栓不能完全利用螺栓的电势。
3.普通螺栓和高强度螺栓之间的差异
（1）可以重复使用普通螺栓，但是高强度螺栓不能重复使用。
（2）高强度螺栓通常由高强度钢（45钢（8.8s），20mmtib（10.9s）制成，并且是预先固定的螺栓。摩擦类型使用扭矩扳手施加指定的固定剂，并施加了指定的固定剂，并且压力类型解开了李子头。普通的螺栓通常由普通的钢（Q235）制成。
（3）普通螺栓通常为4.4、4.8、5.6和8.8级。
（4）普通螺栓的螺钉孔不一定比高强度螺栓的螺栓大。
（5）A级和B级的普通螺栓的螺钉通常比螺栓大于0.3〜0.5mm。
（6）摩擦型高强度螺栓依赖于摩擦来转移载荷，因此螺钉和螺钉孔之间的差异可以达到1.5至2.0 mm。
（7）压力类型高强度螺栓的力特征是确保在正常使用下，剪切力不超过摩擦力，这与摩擦型高强度螺栓的摩擦力相同，当载荷进一步增加时，相对于连接板之间的相同螺钉的螺丝与螺丝螺旋相同，因此螺丝的螺丝率是相同的螺旋螺旋。螺旋孔稍小，为1.0至1.5毫米。
4.圆柱锚螺栓
（1）锚固螺栓没有等级，只有材料：Q235和Q345。
（2）圆柱螺栓既不是普通螺栓，也不是高强度螺栓。
（3）圆柱锚螺栓的制造标准应与普通螺栓的嵌入式长度相同。
5.膨胀螺栓和化学螺栓
（1）无论是扩展锚螺栓还是化学锚螺栓，它们都不是国家标准中指定的连接形式，应避免使用重要的连接。
（2）扩展锚螺栓主要依靠膨胀管和混凝土之间的摩擦来抵抗拉力的幅度。
（3）化学锚螺栓是通过用打孔机钻孔来形成的，然后装满化学浆料，并放置螺栓杆以达到锚定效果。
（4）在某些情况下，螺栓和化学螺栓实际上是固定螺栓的，因为它们不应在设计中进行固定，因为它们应在此过程中进行预先限制。混凝土和混凝土本身中的钢棒。
（5）在具体规格中，嵌入混凝土中的组件称为嵌入零件，根据施工文档，膨胀螺栓不能在窗帘壁中使用。
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