螺栓是一种使用范围非常广泛的结构紧固件，在钢结构行业中，螺栓链接已成为仅次于焊接的第二大连接紧固方式。按照强度的高低可将螺栓分为普通螺栓和高强度螺栓，高强度螺栓主要应用在汽车、机械、建筑、轻工等各个行业中，对我国的工业发展起着重要作用。但我国的螺栓市场在很长一段时间内处于“低端过剩，高端短缺”的状态，与国外先进水平存在着一定的差距，大部分性能优异的高强度螺栓主要依靠向日本、欧美等国进口。

近年来随着我国螺栓行业由高产量向高质量化的转变，加之航空航天、交通、风电等领域尖端对高强度螺栓钢的使用性能要求十分严格。行业对高强度螺栓的使用性能要提出了更高的要求。例如在风电领域，高强度螺栓的工作环境和工作条件较为苛刻，工作时会长时间承受冲击和交变载荷，等级较低、性能较差的高强度螺栓无法满足其工作要求出现变形、断裂的问题从而影响整个风电系统的正常稳定运行，而且风电螺栓常处于酸雨、盐雾、大风等恶劣环境下，这种环境会使强度在1200MPa 以上的高强度螺栓氢致敏感系数增大，氢致腐蚀现象加重，导致钢材的耐延迟断裂性能大幅度下降。行业对高强度螺栓的强度、硬度、高强度下强韧化以及耐延迟断裂性能提出了更高的要求。因此，开发能够针对不同服役场景耐磨、耐腐蚀或耐高温的高强度螺栓迫切且必要。高强度螺栓的研发与应用，将大幅度提升高强度螺栓的承载能力和使用寿命，提高经济效益并减少工程事故，对推动航空航天、交通、风电等领域的进一步发展具有重要意义。

随着全球能源结构转型和轨道交通网络的高速发展，风电装备和高速列车等高端装备制造业对核心零部件的性能要求不断提升。其中，高强度螺栓作为连接系统的"骨骼"，其力学性能直接决定着整机设备的安全性与稳定性。针对风电、高速列车等对螺栓组合件强度、耐磨性或耐高温的特殊要求，本项目系统开展高强度螺栓组合件加工与热处理工艺研究。通过本项目的研究，建立高强度螺栓组合件量产示范生产线，生产出高强度、超耐磨、耐高温螺栓，并在风电、高速列车等领域进行产业化推广及应用，显著提升螺栓可靠性与使用寿命，降低关键装备维护周期与成本。研究具体针对以下关键问题开展研究：

1. 高强度螺栓复杂服役工况失效机理

高强度螺栓作为风电装备、高速列车等重大装备的关键连接部件，其服役工况具有极端复杂性。如，风电领域，螺栓需长期承受交变风载、极端温变、海洋大气腐蚀、微动磨损等多物理场耦合作用；高速列车螺栓则面临高频振动冲击、轮轨动态载荷传递、复杂应力分布以及温湿度循环变化等挑战。此类复杂服役工况导致螺栓易发生多模式交互的渐进式失效，包括应力疲劳断裂、松动、盐雾腐蚀等非线性损伤累积。明晰复杂工况下高强度螺栓的失效机理，可优化材料设计准则、提升螺栓可靠性和服役寿命，是进一步指导螺栓制造、强化工艺研究需解决的关键问题。高强度螺栓热处理工艺设置与优化。为此，项目开展复合载荷条件螺栓连接失效机理研究、高强度螺栓的强韧性匹配关系研究与高强度螺栓耐延迟断裂机理研究，为高强度螺栓组合件的制造提供理论基础。

2. 高强度螺栓热处理工艺设置与优化

通过优化热处理工艺，获得优异的组织结构是钢材料强化的常用手段。从微观角度来讲，晶粒细小，碳化物颗粒细小且弥散分布的组织对材料的强度、硬度和韧性均有改善作用：晶粒越细小，晶界越多，对位错滑移、裂纹扩散的阻碍作用也就越大；而碳化物颗粒细小弥散分布，在基体中会产生弥散强化的效果，从宏观上表现为高强度螺栓钢的综合力学性能的提升。针对高强度合金钢，如何获得其热处理最优工艺参数，是提升螺栓强韧性的技术难点。为此，项目开展高强度螺栓成型材料分析与选型、高强度螺栓的工艺路线设计、高强度螺栓热处理工艺参数优化三方面研究，为高强度螺栓组合件的制造提供加工手段。

3. 耐腐蚀表面渗透-喷涂复合防护技术

传统的电镀类表面处理会使高强度螺栓产生氢脆，影响其性能。而且涂层与基体的结合能力不高，长时间使用易发生剥离、脱落。钝化、磷化和发黑等表面处理，防腐蚀效果不强，抗盐雾腐蚀时间较短，无法大规模应用在风电螺栓中。因此，开发出表面防护新方法，是提高材料的防腐蚀性能、改善耐延迟断裂性能亟需解决的关键技术。为此，项目开展表面渗氮-渗铬复合气相渗透方法研究、涂料优化达克罗处理方法研究与耐腐蚀锌铁合金层高温喷涂方法研究，为高强度螺栓组合件的制造提供表面强化工艺。

4. 螺栓连接应力的超声在线测量方法

螺栓服役条件下的应力测量对预防结构失效、评估寿命及质量控制至关重要，尤其在高温、腐蚀或交变载荷等复杂工况中，精准的应力数据可实时预警松动或断裂风险。然而，传统方法（如扭力扳手）误差大且无法直接获取轴向应力；服役中的螺栓因不可拆卸或螺纹变形等原因，难以通过常规方法（如应变片）直接测量。因此，开发一种能无损快速测量螺栓服役状态下应力的新技术，是保障螺栓安全稳定服役的亟需突破的技术。为此，本项目开展超声测螺栓连接应力数学原理分析、应力超声检测模型参数的计算方法、螺栓应力超声自动化检测系统的搭建三方面研究，为高强度螺栓组合件的制造提供应力检测方法。

最终，集成项目研究成果，建成高强度螺栓组合件量产示范生产线，并在风电、高速列车等领域推广应用。

牵头申报单位宁波大智机械科技股份有限公司，专业从事专用紧固件产品的研发、生产和销售，积累了丰富的经验，已成为世界各知名品牌风电制造商紧固件主要供应商，在国内高强度紧固件行业享有盛誉，公司综合实力和产销规模名列行业前茅。公司拥有专业的研发团队，设有专门研发中心攻克生产技术难题，在紧固件产品设计与生产方面有深厚的技术底蕴和行业经验，为本项目的技术方案的落地验证及推广应用奠定了基础。包括：

1、初步分析了耐延迟断裂机理，发现随着高强度螺栓的强度硬度逐步提升，当强度达到1200MPa，硬度达到38HRC 以上，钢材的耐延迟断裂性能会大幅度下降。实际生产中，可以通过调整材料的成分和优化热处理工艺来改善耐延迟断裂性能。

2、调研了高强度螺栓的材料选择准则，通过前期预实验，确定了40CrNiMoA、42CrMoVNb、45CrNiMoVA、42CrMo、34CrNiMo6为备选螺栓材料。

3、在材料热处理方面积累了丰富的生产实践经验。项目实施单位长期从事螺栓组合件生产制造，对碳素钢、合金钢等常用螺栓材料的热处理工艺拥有充足的实践经验，对不同热处理工艺对材料组织结构的影响有深入的了解，已针对不同强度螺栓建立了多套成熟热处理工艺，能够为新材料的热处理工艺设置提供借鉴。

4、初步开展了锌铁合金层高温喷涂方法研究，对锌铁合金的相分布进行了检测分析，确定了α相会使合金具有较好的机械性能和耐腐蚀性能。根据α相的生成原理，初步规划了高温热喷涂和高温时效工艺流程。

5、积累了丰富的超声测量研究经验。研究团队率先开展了金属应力的超声单探头在线测量研究工作，在超声传播机理、超声信号高速采集与高保真去噪、金属应力-超声信号关联分析与建模等方面积累了丰富的研究经验，相关研究成果在注塑机锁模力在线测量中已得到成功应用。

随着全球能源结构转型和轨道交通网络的高速发展，风电装备和高速列车等高端装备制造业对核心零部件的性能要求不断提升。其中，高强度螺栓作为连接系统的"骨骼"，其力学性能直接决定着整机设备的安全性与稳定性。针对风电、高速列车等对螺栓组合件强度、耐磨性或耐高温的特殊要求，本项目系统开展高强度螺栓组合件加工与热处理工艺研究。重点突破高强度螺栓复杂服役工况失效机理、高强度螺栓热处理工艺设置与优化、耐腐蚀表面渗透-喷涂复合防护技术与螺栓连接应力的超声在线测量方法四方面核心理论与技术问题。

通过本项目的研究，建立高强度螺栓组合件量产示范生产线，生产出高强度、超耐磨、耐高温螺栓，制造出系列高强度螺栓组合件。螺栓指标达到：抗拉强度≥1200MPa，屈服强度≥1100MPa，断后伸长率≥8%。致密化合物渗层厚度≥15μm，中性盐雾防腐性能≥4000h；或应力持久试验4000 小时（400℃），疲劳寿命不低于250万次。项目的顺利实施，将大幅度提升高强度螺栓的承载能力和使用寿命，提高经济效益并减少工程事故，对推动航空航天、交通、风电等领域的进一步发展具有重要意义。