緊固件材料選用—不銹鋼螺絲
來源： 作者： 發布時間：2016-04-21 17:13:51 點擊數：
本文主要介紹工業上常用的碳鋼螺絲材料的成份及機械性能，其他如鋁合金、銅合金、鎳合金、鈦合金或超合金等也皆有其不同特性與用途。
鐵合金的鉻含量大于12%時稱為不銹鋼，因鉻是非腐蝕元素，所以不銹鋼具有良好的耐蝕性，鉻含量越高，耐蝕性越好。所有的不銹鋼除了有鐵、鉻成份外皆含有碳，碳可增加硬度，但對耐蝕性有不良影響，因鉻與碳會形成碳化物，碳化物中間的鉻沒有抗氧化性能。當碳含量增加時，鉻含量也需增加，否則耐蝕性會變差，因此大多數的不銹鋼碳含量都很低，碳含量必須嚴加控制。除此之外，所有的不銹鋼還含有其他合金元素，各元素皆有其特性，例如鎳就是其中最重要的元素，可明顯改善耐蝕性、低溫脆性與高溫強度。另外如鉬、銅、硅、鋁、硒、硫、鉭、鈷、鈦等都是重要的合金元素，可對其成份加以控制和調配以獲得所需的機械性質。
不銹鋼之所以不容易生銹是因為金屬表面會自然形成一層看不見的氧化膜，可防止繼續氧化。螺絲加工過程如鍛頭及車削時，可能表面會被加工的刀模具產生的微小金屬粒子污染，若有后續之熱處理也有污染的可能。假如螺絲制造完成后沒有清洗干凈即交付使用，則外表看似生銹的模樣，并非產品生銹，其實是埋入表面的雜質或不純物生銹造成的。所以不銹鋼螺絲在交運前均須實施酸洗，表面會迅速形成氧化膜，并清除掉表面的污染物。
不銹鋼分為奧氏體、鐵素體、馬氏體及析出硬化鋼等四類，各類各有其優劣點。奧氏體不銹鋼的用途最廣，約80%的不銹鋼螺絲皆由其制造，其顯微組織以奧氏體為主，以鉻與鎳為主要合金元素，只要冷鐓后即可改善其機械性質。常用含量為鉻18%，鎳8%稱為18-8或300系列，耐蝕性比鐵素體和馬氏體不銹鋼好，且不具磁性，在極低溫或溫度升高時皆有較高強度及良好韌性。奧氏體不銹鋼包括301、302、303、303 Se、304、305、384、XM7、316、321及347等。
303及303 Se(17/19%鉻、8/10%鎳)易于車削，不太適合冷鐓。304(18/20%鉻、8/10.5%鎳、0.08%以下碳)適于冷、熱鐓，耐蝕性好，常用以制造形狀復雜、大尺寸熱加工螺絲。305(17/19%鉻、10.5/13%鎳)可降低加工硬化速度，易于冷鐓成型。384(15/17%鉻、17/19%鎳、0.08%以下碳)專用作冷鍛螺帽及十字凹槽螺絲加工，因鎳含量高，可降低加工硬化速度。384冷鐓后仍無磁性，但其他奧氏體不銹鋼冷鐓后多少都會帶點磁性，必須退火以恢復非磁性。XM7(17/19%鉻、8/10%鎳、3/4%銅)是302改良而來，冷鐓性更好，且比305、384成本低廉。316(16/18%鉻、10/14%鎳、2/3%鉬、0.08%以下碳)，因含有鉬故耐鹵素腐蝕性極好，比其他奧氏體不銹鋼在升高溫度時仍有高抗拉強度及潛變強度。321(17/19%鉻、9/12%鎳)及347(17/19%銅、9/13%鎳)為安定型不銹鋼，在溫度高達820℃時仍有良好耐蝕性，故專用以制造航天工業或使用于高溫或化學物質污染環境的螺絲。
鐵素體不銹鋼顯微組織以鐵素體為主，約占不銹鋼螺絲的5%，僅以鉻為主要合金元素，具有磁性，耐蝕性比馬氏體好。其他元素含量很少，這種不銹鋼以耐銹耐蝕為其特長。全用430(14/18%鉻、0.12%以下碳)制造螺絲，多用于冷鐓和熱鐓，430F中添加硫可增進車削性。若考慮經濟性、材料成本及耐蝕性，選擇鐵素體不銹鋼制造螺絲更合適。鐵素貼及奧氏體不銹鋼皆不能淬火硬化，只能采用拉拔、冷鐓改善其強度及硬度，但延展性變差，所以通常再施以退火以除去其殘留應力，恢復延展性。
馬氏體不銹鋼顯微組織為馬氏體，約占不銹鋼螺絲的10%，以鉻為主要合金元素，具有磁性，可以淬火硬化以得到最高機械性質，與SAE 5級、8級、ASTM A449級、A354 BD級近似。但耐蝕性比奧氏體和鐵素體不銹鋼差，常用400系列材質制造螺絲，如410、416、416 Se及431。
410(12.5/13.5%鉻、0.15%以下碳)強度與SAE 5級或A449相近，經熱處理后可再提高強度，易于冷鐓和熱鐓，因鉻含量低，故在所有不銹鋼中最便宜。假如SAE 5級鍍鋅或鍍鎘螺絲耐蝕性不足時可以用410替代。
416及416 Se(12/14%鉻、0.15%以下碳、加硫或砷)，車削性可能是所有不銹鋼中最好的，機械性能與410相同。431(15/17%鉻、1.25/2.5%鎳、0.2%以下碳)常用于制造航天螺絲，因強度高，耐蝕性好，易于冷鐓和熱鐓，機械性能不亞于SAE 8級及ASTM A354 BD級。
析出硬化鋼螺絲占不銹鋼螺絲的5%，用途已越來越受重視，具有可與奧氏體媲美的耐蝕性及與馬氏體相當的高強度。例如630(15.5/17.5%鉻、3/5%鎳、0.07%以下碳，0.15/0.45%鈳加鉭)亦稱17-4PH是最常用的制造螺絲的析出硬化鋼，除有高強度外，延展性也好，且可耐高、低溫。