【摘 要】本文論述了美制緊固件國(guó)產(chǎn)化的幾種實(shí)施方案，通過(guò)對(duì)美制緊固件標(biāo)準(zhǔn)的分析及技術(shù)攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)了美制緊固件的國(guó)產(chǎn)化，達(dá)到降本增效的目的。

【關(guān)鍵詞】美制緊固件；國(guó)產(chǎn)化；技術(shù)攻關(guān)；降本增效

引言

燃?xì)廨啓C(jī)具有：體積小、重量輕、啟動(dòng)快、安裝周期短、效率高、污染排放低、可靠性高、壽命長(zhǎng)、便于維修等諸多優(yōu)點(diǎn)，被視為當(dāng)今世界最先進(jìn)和最主要的動(dòng)力機(jī)械。由于它可燃用多種燃料，因而從國(guó)家能源結(jié)構(gòu)來(lái)講，是一個(gè)很好的發(fā)展方向；它還可利用其高排氣，在余熱鍋爐中產(chǎn)生蒸汽來(lái)供熱實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)熱、電、冷三聯(lián)供，更有效地利用能源，故其市場(chǎng)潛力很大。9E燃?xì)廨啓C(jī)的生產(chǎn)和獨(dú)立銷(xiāo)售，使我公司躋身于國(guó)家重要發(fā)電設(shè)備行列，成為我國(guó)目前生產(chǎn)9E燃?xì)廨啓C(jī)的基地之一，奠定了我公司在國(guó)內(nèi)大型燃機(jī)制造領(lǐng)域的“3+1”的地位。

燃?xì)廨啓C(jī)是我公司的主要產(chǎn)品，采用了美國(guó)GE公司的先進(jìn)技術(shù)，其中用到了大量的美制緊固件，以前均是依賴(lài)進(jìn)口，費(fèi)用昂貴、供貨周期長(zhǎng)。所以，實(shí)現(xiàn)燃機(jī)零部件的國(guó)產(chǎn)化變得十分緊迫和重要。故公司將美制緊固件國(guó)產(chǎn)化列為2010年第001號(hào)技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目，標(biāo)準(zhǔn)化室作為項(xiàng)目的負(fù)責(zé)單位，組織項(xiàng)目組成員主要從國(guó)內(nèi)外緊固件標(biāo)準(zhǔn)及材料對(duì)照分析、GE緊固件規(guī)范翻譯廠化、確定定供貨商等幾方面進(jìn)行了技術(shù)攻關(guān)，通過(guò)美制緊固件的國(guó)內(nèi)采購(gòu)和用國(guó)標(biāo)緊固件替代等途徑，實(shí)現(xiàn)了美制緊固件的國(guó)產(chǎn)化，達(dá)到降本增效的目的。

1.分析對(duì)照項(xiàng)目及方法

實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的前提是要有標(biāo)準(zhǔn)，使其在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)成為可能。故其首要任務(wù)是標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)照分析?？紤]標(biāo)準(zhǔn)緊固件的功能及使用性能的要求，按下列順序選擇主次對(duì)照分析項(xiàng)目。

結(jié)構(gòu)形狀是表征標(biāo)準(zhǔn)緊固件的功能及安裝使用的特征。結(jié)構(gòu)形狀的對(duì)照，是進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)緊固件轉(zhuǎn)化的首選項(xiàng)目，結(jié)構(gòu)形狀的差異，將會(huì)引起原引進(jìn)設(shè)計(jì)文件的變動(dòng)給國(guó)產(chǎn)化工作帶來(lái)困難，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)此類(lèi)轉(zhuǎn)化。

基本尺寸是表征標(biāo)準(zhǔn)緊固件的規(guī)格大小及使用范圍的特征?；境叽绲膶?duì)照，是進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)緊固件轉(zhuǎn)化的一項(xiàng)基本項(xiàng)目，基本尺寸不同，將會(huì)引起原引進(jìn)設(shè)計(jì)文件的變動(dòng)，給國(guó)產(chǎn)化工作帶來(lái)困難，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)此類(lèi)轉(zhuǎn)化。若轉(zhuǎn)化后的基本尺寸范圍未能覆蓋轉(zhuǎn)化前的基本尺寸，其使用范圍將受到限制，有可能滿(mǎn)足不了原引進(jìn)設(shè)計(jì)文件的選用要求。

材料牌號(hào)是表征標(biāo)準(zhǔn)緊固件承載能力的一項(xiàng)重要指標(biāo)項(xiàng)目。材料牌號(hào)的對(duì)照，是進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)緊固件轉(zhuǎn)化的一項(xiàng)關(guān)鍵項(xiàng)目，不同的材料牌號(hào)，將會(huì)影響標(biāo)準(zhǔn)緊固件承受載荷的能力，造成標(biāo)準(zhǔn)緊固件在使用過(guò)程中發(fā)生斷裂等故障，而給產(chǎn)品帶來(lái)極大的危害。技術(shù)條件是表征標(biāo)準(zhǔn)緊固件的技術(shù)要求及驗(yàn)證與驗(yàn)收其使用功能和可靠性要求的重要文件項(xiàng)目。技術(shù)條件的對(duì)照，是進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)緊固件轉(zhuǎn)化的一項(xiàng)重要項(xiàng)目，技術(shù)條件的差異，尤其是設(shè)計(jì)載荷或保證載荷及驗(yàn)收試驗(yàn)方法，將會(huì)影響到標(biāo)準(zhǔn)緊固件的使用功能及可靠性，關(guān)系到標(biāo)準(zhǔn)緊固件的質(zhì)量。

螺紋精度是表征緊固件的配合性能的一項(xiàng)重要技術(shù)性能指標(biāo)，螺紋精度的對(duì)照對(duì)標(biāo)準(zhǔn)緊固件轉(zhuǎn)化極為重要。螺紋精度的不同，將會(huì)影響螺紋的配合松緊程度，產(chǎn)生松動(dòng)現(xiàn)象而影響產(chǎn)品的質(zhì)量。表面處理是表征標(biāo)準(zhǔn)緊固件的防腐能力，以適應(yīng)使用環(huán)境要求的重要性能指標(biāo)項(xiàng)目。因?yàn)楸砻嫣幚聿煌?，將?huì)影響標(biāo)準(zhǔn)緊固件的防腐性能而使標(biāo)準(zhǔn)緊固件喪失功能。

上述項(xiàng)目中結(jié)構(gòu)形狀、基本尺寸、材料牌號(hào)和技術(shù)條件是4個(gè)關(guān)鍵項(xiàng)目，依據(jù)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)查找相應(yīng)的中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行比較，以便選擇較為合適的對(duì)照分析標(biāo)準(zhǔn)。由于美國(guó)緊固件標(biāo)準(zhǔn)主要是以材料牌號(hào)為主編制成一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，而中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)則是以結(jié)構(gòu)形狀為主編制成一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)照分析中，有可能出現(xiàn)一個(gè)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)幾個(gè)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。而美國(guó)緊固件標(biāo)準(zhǔn)編制采用的尺寸系列與中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)不同，還有美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的以全系列規(guī)格尺寸出現(xiàn)，如墊圈，一個(gè)公稱(chēng)尺寸對(duì)應(yīng)若干個(gè)直徑和厚度尺寸。對(duì)照分析中，也會(huì)出現(xiàn)一個(gè)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)幾個(gè)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。材料牌號(hào)的對(duì)照，只能從化學(xué)成分和機(jī)械性能進(jìn)行比較，以不低于國(guó)外材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的機(jī)械性能為主，來(lái)確立替代關(guān)系。緊固件的一般結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)照，要完全對(duì)應(yīng)十分困難，只能在保證緊固件的基本尺寸規(guī)格相同的條件下，一般結(jié)構(gòu)尺寸盡可能一致或接近。

2.國(guó)內(nèi)外緊固件標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照分析

2.1 緊固螺紋簡(jiǎn)介

螺紋可分為：緊固螺紋、管螺紋及傳動(dòng)螺紋3大類(lèi)。其中，緊固螺紋包括：普通螺紋、過(guò)渡配合與過(guò)盈配合螺紋、大間隙螺紋及儀器用特種螺紋等。普通螺紋又可按計(jì)量單位和發(fā)明國(guó)分為3種螺紋，即米制、美制及英制螺紋。

本次攻關(guān)主要涉及美制螺紋和米制螺紋。

米制螺紋基本牙型是等邊三角形牙頂牙底截短的輪廓，牙型角為60°，螺紋用字母M（表示米制普通螺紋）標(biāo)記，規(guī)格大小以公稱(chēng)直徑和螺距表示，計(jì)量單位為毫米，即米制，主要標(biāo)準(zhǔn)有：

a)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 68-1、ISO 261、ISO 965-1 米制普通螺紋

b)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 192～193、GB/T 196～197 普通螺紋

c)德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN 13 普通螺紋

d)日本標(biāo)準(zhǔn)JIS B 0205、B 0207、B 0209、B 0211、B 0215 米制普通螺紋

e)澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)AS 1275 米制普通螺紋

美制普通螺紋即“統(tǒng)一螺紋”，其螺紋基本牙型是等邊三角形牙頂牙底截短的輪廓，牙型角為60°（與米制螺紋牙型相同），螺紋規(guī)格用公稱(chēng)直徑和每英寸內(nèi)的牙數(shù)標(biāo)記，計(jì)量單位為英寸。螺紋代號(hào)有：UNC（統(tǒng)一粗牙螺紋）；UNF（統(tǒng)一細(xì)牙螺紋）；UN（統(tǒng)一恒定螺距螺紋）等。其中，商品緊固件常用粗牙和細(xì)牙螺紋系列和4UN、6UN、8UN、12UN、28UN、32UN等恒定螺距系列螺紋。

美制螺紋和螺紋量規(guī)標(biāo)準(zhǔn)主要有：

a)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASME B1.1-2002 統(tǒng)一英寸螺紋

b)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASME B1.2-1983（R2001） 統(tǒng)一英寸螺紋量規(guī)和測(cè)量

c)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASME B1.3M-1992（R2001） 統(tǒng)一英寸螺紋尺寸接收檢驗(yàn)方法

2.2 緊固件機(jī)械性能與材料

國(guó)際上大多數(shù)的緊固件機(jī)械性能標(biāo)準(zhǔn)(如使用米制單位的國(guó)家)都已等效或等同采用了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 898《緊固件機(jī)械性能》系列標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)緊固件機(jī)械性能標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3098就是等同采用ISO898。但美國(guó)則是按自己的標(biāo)準(zhǔn)體系制定了系列標(biāo)準(zhǔn)，所有的機(jī)械性能內(nèi)容和等級(jí)標(biāo)志、測(cè)試方法都與ISO標(biāo)準(zhǔn)不一樣。美國(guó)緊固件機(jī)械性能標(biāo)準(zhǔn)分別以ASTM、ASME、SAE和IFI的標(biāo)準(zhǔn)頒布；各協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立、自成體系，又相互包容。美國(guó)緊固件機(jī)械性能標(biāo)準(zhǔn)與ISO標(biāo)準(zhǔn)一樣是相對(duì)獨(dú)立的，是緊固件的基礎(chǔ)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，有獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)。為方便設(shè)計(jì)對(duì)照轉(zhuǎn)化，我們編制了美制緊固件與米制緊固件機(jī)械性能的對(duì)照表。

對(duì)一些使用在特殊環(huán)境中的外螺紋緊固件，腐蝕環(huán)境有大氣腐蝕、電腐蝕、高溫氧化和應(yīng)力腐蝕等。國(guó)外緊固件標(biāo)準(zhǔn)的制定不是簡(jiǎn)單的通過(guò)增加表面鍍層來(lái)提高防腐蝕性能，而是選用合適的材料達(dá)到一定強(qiáng)度等級(jí)來(lái)滿(mǎn)足要求。如ASTM A437/437M《高溫作業(yè)用透平式經(jīng)特殊熱處理的合金鋼栓接材料》、ASTM A193/193M《高溫下的合金鋼和不銹鋼螺栓材料》都是用于高溫環(huán)境的栓接材料，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定不同的等級(jí)選用不同的耐腐蝕合金鋼材料或鐵素體、奧氏體和馬氏體不銹鋼材料，并經(jīng)相應(yīng)熱處理來(lái)適應(yīng)不同的環(huán)境使用要求。

我國(guó)新制定的標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20410-2006《渦輪機(jī)高溫螺栓用鋼》，是非等效采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 20269：1999《制造高溫和(或)低溫緊固件用鋼棒和鎳合金鋼》和美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ASTM A437/437M《高溫作業(yè)用透平式經(jīng)特殊熱處理的合金鋼栓接材料》。我公司GE規(guī)范中高溫緊固件的材料，主要選用了ASTM A193 中B16、B7和ASTM A437中B4B幾個(gè)等級(jí)，將其與GB/T 20410中相對(duì)應(yīng)的我國(guó)材料進(jìn)行對(duì)照：

化學(xué)成分：B16與40CrMoVA、B4B與2Cr12NiMo1W1的化學(xué)成分基本一致；而B(niǎo)7與42CrMoA的Mn含量相差較大，其余成分差不多。

力學(xué)性能：B16與40CrMoVA的機(jī)械性能基本一致；B4B與40CrMoVA的機(jī)械性能略有差別，B4B的屈服強(qiáng)度比2Cr12NiMo1W1低40MPa，B4B的抗拉強(qiáng)度比2Cr12NiMo1W1高70MPa；而B(niǎo)7的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均比42CrMoA高。

綜上所述，美國(guó)材料標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)材料標(biāo)準(zhǔn)不能完全一一對(duì)應(yīng)，只能大致對(duì)應(yīng)。

3.確定國(guó)產(chǎn)化實(shí)施方案

一是在國(guó)內(nèi)采購(gòu)符合美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的美制緊固件，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)緊固件行業(yè)的調(diào)研了解到，近年來(lái)隨著改革開(kāi)放、技術(shù)引進(jìn)等，新材料、新工藝的運(yùn)用，國(guó)內(nèi)緊固件行業(yè)有了很大發(fā)展，我國(guó)正在變成緊固件制造大國(guó)，已經(jīng)能夠生產(chǎn)各種標(biāo)準(zhǔn)包括美制、英制、米制的緊固件，并大量出口到國(guó)外，成為各大跨國(guó)公司的供貨商，此外我國(guó)鋼鐵行業(yè)的發(fā)展，新冶煉技術(shù)也能生產(chǎn)出符合美國(guó)材料和試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)的高溫緊固件用材料，確保了緊固件的性能，使得在國(guó)內(nèi)采購(gòu)按美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)制造的美制緊固件成為可能。使得按國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)緊固件成為可能。

我們統(tǒng)計(jì)出燃機(jī)產(chǎn)品所用全部美制緊固件的種類(lèi)，共計(jì)五大類(lèi)，40多個(gè)品種，對(duì)其規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)范進(jìn)行分析對(duì)比，通過(guò)對(duì)照分析，由于結(jié)構(gòu)形狀的差異：如12角法蘭面螺釘、螺母；12角自鎖螺母等，我國(guó)還沒(méi)有相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；基本尺寸的不全：國(guó)外緊固件標(biāo)準(zhǔn)與我國(guó)緊固件標(biāo)準(zhǔn)所選取的尺寸系列不一致；運(yùn)行條件的不同：燃機(jī)高溫、高強(qiáng)度的特殊運(yùn)行條件，我國(guó)目前還沒(méi)有此類(lèi)運(yùn)行條件下的緊固件機(jī)械性能?chē)?guó)家標(biāo)準(zhǔn)。使得無(wú)法找到可以直接引用的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，直接引用將導(dǎo)致原引進(jìn)設(shè)計(jì)文件的變動(dòng)，可能對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量有影響。故對(duì)于我公司燃機(jī)產(chǎn)品關(guān)鍵和重要的部套，如透平氣缸等，為確保產(chǎn)品的可靠性，其美制緊固件的國(guó)產(chǎn)化只能通過(guò)在國(guó)內(nèi)采購(gòu)?fù)耆疵绹?guó)標(biāo)準(zhǔn)制造的美制緊固件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

二是用國(guó)標(biāo)緊固件替代，由于兩種緊固件的螺紋、標(biāo)準(zhǔn)體系和計(jì)量單位均不同，其性能有所差別，只有在燃機(jī)非重要部套，如管路系統(tǒng)等，且螺栓、螺母是配套使用的，設(shè)計(jì)人員可以按美制緊固件與米制緊固件機(jī)械性能對(duì)照表，直接選用相應(yīng)強(qiáng)度等級(jí)的國(guó)標(biāo)緊固件替代美制緊固件。

三是將美制螺紋米制化，我公司以前曾將GE緊固件中的合金鋼12角螺栓、螺母轉(zhuǎn)化為米制，分別制定了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，由于工藝不過(guò)關(guān)、需求量小等原因，質(zhì)量不好且價(jià)格昂貴，故沒(méi)有在產(chǎn)品上得到使用。這種方法在現(xiàn)階段達(dá)不到降本增效的目的，只是為了國(guó)產(chǎn)化而國(guó)產(chǎn)化，沒(méi)有實(shí)際意義。

4.選定國(guó)內(nèi)供貨商

通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研及分析對(duì)比，我們選定一家上海公司為我公司美制緊固件的供貨商，該公司主要生產(chǎn)和分銷(xiāo)螺紋緊固件和精密機(jī)械零件，其產(chǎn)品主要用于發(fā)電設(shè)備、石油礦山等行業(yè)。該公司是美國(guó)GE公司的緊固件供貨商，能夠按美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)美制緊固件；且該公司與寶鋼集團(tuán)簽有一系列的技術(shù)協(xié)議，可以購(gòu)買(mǎi)到符合美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTM A193和ASTM A437的材料，這也是我公司燃機(jī)產(chǎn)品中高溫緊固件所用的重要材料，從而解決了美制緊固件國(guó)產(chǎn)化的關(guān)鍵問(wèn)題。

5.GE緊固件規(guī)范翻譯廠化

我們統(tǒng)計(jì)了燃機(jī)產(chǎn)品用到的美制緊固件，其中螺栓類(lèi)：5種；螺釘類(lèi)：17種；螺母類(lèi)：12種；墊圈類(lèi)：4種；銷(xiāo)類(lèi)：3種。為方便國(guó)內(nèi)采購(gòu)時(shí)的檢驗(yàn)，我們將其用到的GE規(guī)范進(jìn)行了翻譯廠化，把英制尺寸轉(zhuǎn)化為米制，便于在國(guó)內(nèi)采購(gòu)時(shí)進(jìn)廠復(fù)驗(yàn)，翻譯廠化并歸檔GE規(guī)范36份。同時(shí)編制了GE緊固件規(guī)范中引用的美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)目錄。

6.經(jīng)濟(jì)效益分析

在制造商直接采購(gòu)符合GE規(guī)范的美標(biāo)緊固件，可以節(jié)省各種稅收、運(yùn)輸費(fèi)用及中間商的利潤(rùn)，大大降低采購(gòu)成本，縮短供貨周期，達(dá)到降本增效的目的，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。燃?xì)廨啓C(jī)主要由壓氣機(jī)、燃燒室、透平氣缸和排氣缸等四大部分組成，它們之間全靠高溫緊固件連接成整體，這些高溫緊固件在機(jī)組中具有重要地位。以機(jī)組透平氣缸、排氣缸使用的合金鋼12角頭螺栓為例，每臺(tái)用量約900件，國(guó)內(nèi)采購(gòu)價(jià)約是進(jìn)口價(jià)的30%到60%，單這個(gè)品種每臺(tái)燃機(jī)就可節(jié)省近8萬(wàn)元，降低該部分緊固件采購(gòu)成本約38.6%。

7.攻關(guān)成果

此次攻關(guān)主要取得了如下成果：

—— 通過(guò)對(duì)美制緊固件螺紋、標(biāo)準(zhǔn)和材料的分析對(duì)照，了解了美制螺紋的特點(diǎn)及美制螺紋與米制螺紋間的差異，熟悉了美制緊固件的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系；

—— 翻譯、廠化GE緊固件規(guī)范36份；

—— 經(jīng)過(guò)考查驗(yàn)證，選定了具有GE供應(yīng)商資質(zhì)的國(guó)內(nèi)制造商，能夠完全按照美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)美制緊固件，保證產(chǎn)品質(zhì)量；

—— 實(shí)現(xiàn)了美制緊固件的國(guó)產(chǎn)化，大大降低采購(gòu)成本，縮短供貨周期，達(dá)到降本增效的目的；提高了燃機(jī)零部件的國(guó)產(chǎn)化率，為燃機(jī)的國(guó)產(chǎn)化打好基礎(chǔ)，具有較大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。

—— 該項(xiàng)目獲得公司2011年度技術(shù)攻關(guān)三等獎(jiǎng)。