19.8级，世界最高强度紧固件研制成功，高强度螺栓强在哪里？

超高强度紧固件可以在相同夹紧力下，通过减少自身尺寸来降低重量和增加安装空间，因此可以对被连接部件进行功能和体积优化，从而使装备达到整体减重和性能优化的目的。

据了解，一架现代飞机所用的紧固件总重量可占飞机总重的5%-6%，而一架中型飞机上的各类紧固件可达到200-300万个。仅在飞机减重方面，超高强度紧固件就有巨大的市场需求。

11月28日，由上海大学材料学院董瀚教授领衔的高性能钢铁材料团队、河北龙凤山铸业有限公司、七丰精工科技股份有限公司、舟山市7412工厂、江苏冶金技术研究院、上海大学（浙江）高端装备基础件材料研究院、上大新材料（泰州）研究院等七家单位经过一年多的联合攻关，研制出世界首款19.8级超高强度紧固件，成为世界最高强度等级的紧固件。公开资料显示，国外目前优势企业的紧固件最高强度级达到了17.8级。我国973项目依据国际发展状况，曾经研制了13.9—15.9级的紧固件材料与紧固件。

该项目通过“材料生产—紧固件制造—服役评价”全产业链协作，基于钢铁材料高性能化理论，利用龙凤山铸业生产的高纯铁原料成功研发出超高强度紧固件用B17.8及B19.8钢，形成了16.8级和19.8级紧固件制造技术，紧固件实物如图1所示。

                                                           16.8和19.8级紧固件实物（规格为MJ8×1×50）

通过材料和热处理工艺优化，16.8级和19.8级螺栓室温抗拉强度分别满足1600~1770MPa和1900~2070MPa。剪切测试（依据GJB 3376-1998）结果表明，16.8级和19.8级螺栓剪切力分别达到97KN和115KN；室温拉伸疲劳强度测试（依据GJB 3376-1998及GJB715.30A-2002，载荷比=0.1）结果表明，研制的紧固件满足疲劳寿命要求（平均疲劳寿命不低于65000次，单个疲劳寿命不低于45000次）；耐延迟断裂性能试验（根据GJB 715.12-1990，大气环境下恒定拉应力保持96小时）结果表明，螺栓在测试时间内未发生断裂破坏，卸载后螺栓表面及螺纹处未发现裂纹；新研制的超高强度螺栓综合性能满足使役要求。

一、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，英文简称：HSFG。可见，我们中文施工中所说的高强度螺栓是高强度摩擦预紧螺栓的简称。在日常沟通中，仅仅是简略了“摩擦（Friction）”“预紧（Grip）”两个词，却造成了许多工程技术人员对高强度螺栓基本定义的理解，产生了误区。

高强度螺栓和普通螺栓的核心区别并不在于使用材料的强度，而是受力的形式。本质是是否施加预紧力，并利用静摩擦力抗剪。

实际上在英标规范，美标规范中提到的高强度螺栓（HSFG BOLT）只有8.8级和10.9级两种（BS EN 14399 / ASTM-A325&ASTM-490），而普通螺栓却有包含有4.6，5.6，8.8，10.9，12.9等（BS 3692 11款表2）；由此可见，材料强度高低并不是区别高强度螺栓与普通螺栓的关键。

二、正确理解“高强”，强在何处

按照GB50017，计算单个普通螺栓（B类）8.8级和高强度螺栓8.8级抗拉及抗剪强度。

通过计算我们可以看到，相同等级的情况下，普通螺栓的抗拉强度和抗剪强度的设计值都要高于高强度螺栓。

为回答这一个问题，必须从两种螺栓的设计工作状态入手，研究其弹塑性变形的规律，并理解到设计破坏时的极限状态。

设计破坏时的极限状态

普通螺栓：螺杆本身发生超过设计允许的塑性变形，螺杆被剪坏。

普通螺栓连接，开始承受剪力前连接板间就会发生相对滑移，继而螺栓杆和连接板接触，发生弹塑性形变，承受剪力。

高强度螺栓：有效摩擦面间的静摩擦力被攻克，两块钢板发生相对位移，设计考量上即为破坏。

高强度螺栓连接，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，静摩擦力被攻克，连接板发生相对滑移（极限状态）。但此时虽然破坏，但螺栓杆与连接板发生接触，依然可以利用其本身的弹塑性形变，承受剪力。

误区二：

高强度螺栓的承载能力高于普通螺栓，是为“高强”？

由单个螺栓的计算可知，高强度螺栓抗拉和抗剪的设计强度均低于普通螺栓。其高强实质是：正常工作时，节点不允许发生任何相对滑移，即：弹塑性变形小，节点刚度大。

可见：在给定设计节点荷载的情况下，用高强度螺栓设计的节点并不一定能节省螺栓使用数量，但是其变形小，刚度大，安全储备高。适合用主梁，等要求节点刚度较大的位置，符合“强节点，弱杆件”的基本抗震设计原理。

高强度螺栓之强，并非在于其本身的承载能力设计值，而是表现于其设计节点的刚度大，安全性能高，抗破坏的能力强。

三、高强度螺栓与普通螺栓的对比

普通螺栓和高强度螺栓由于其设计的受力原理不同，其在施工检验方法上有极大的区别。

同等级普通螺栓各项机械性能要求均比高强度螺栓略高，但高强度螺栓较普通螺栓多一项冲击功的验收要求。

普通螺栓和高强度螺栓的标示是对同等级螺栓现场识别的基本方法。由于英美标准中对于高强度螺栓扭矩值计算的取值并不相同，所以识别两种标准的螺栓也有必要。

普通螺栓：（M24，L60，8.8级）

可见普通螺栓大约为高强度螺栓价格的70%，结合其验收要求的对比，可以得出，其溢价部分就应该是为了保证材料的冲击功（韧性）性能。