12.9级高强度螺栓服役条件

紧固件（标准件）的选用原则

1 确定类别

标准紧固件共分十二大类，选用时按紧固件的使用场合和其使用功能进行确定。

(1)螺栓 螺栓再机械制造中广泛应用于可拆连接，一般与螺母（通常再皮迹坦盯加上一个垫圈或两个垫圈）配套使用。

(2)螺母 螺母与螺栓相配使用。

(3)螺钉 螺钉通常是单独（有时加垫圈）使用，一般起紧固或紧定作用，应拧入机体的内螺纹。

(4)螺柱 螺柱多用于连接被连接件之一厚度大，需使用结构紧凑或因拆卸频繁而不宜采用螺栓连接的地方。螺

柱一般为两端都带有螺纹（单头螺柱为单端带螺纹），通常将一头螺纹牢固拧入部件机体中，另一端与螺母相配，

起连接和紧固的作用，但在很大程度上还具有定距的作用。

(5)木螺钉 木螺钉用于拧入木材，起连接或紧固作用。

(6)自攻螺钉 与自攻螺钉相配的工作螺孔不需预先攻丝，在拧入自攻螺钉的同时，使内螺纹成型。

(7)垫圈 垫圈放在螺栓、螺钉和螺母等的支承面与工件支承面之间使用，起防松和减小支承面应力的作用。

(8)挡圈 挡圈主要用来将零件在轴上或孔中定位、锁紧或止退。

(9)销 销通常用于定位，也可用于连接或锁定零件，还可作为安全装置中的过载剪断元件。

(10) 铆钉 铆钉一端有头部，且杆部无螺纹。使用时将杆部插入被连接件的孔内，然后将杆的端部铆紧，起连接或

紧固作用。

(11)连接副 连接副即螺钉或螺栓或自攻螺钉和垫圈的组合。垫圈装于螺钉后，必须能在螺钉（或螺栓）上自由转

动而不脱落。主要起紧固或紧定作用。

(12)其他 主要包括焊钉等内容。

2．确定品种

(1)品种的选择原则

① 从加工、装配的工作效率考虑，在同一机械或工程内，应尽量减少使用紧固件的品种；

② 从经济考虑，应优先选用商品紧固件品种。

③ 根据紧固件预期的使用要求，按型式、机械性能、精度和螺纹等方面确定选用品种。

(2)型式

① 螺栓

a) 一般用途螺栓：品种很多，有六角头和方头之分。六角头螺栓应用最普通，按制造精度和产品质

量分为A、B、C等产品等级，以A和B级应用最多，并且主要用于重要的、装配精度高以及受较大冲击、振动或变载荷

的地方。六角头螺栓按其头部支承面积大小及安装位置尺寸，可分为六角头与大六角头两种；头部或螺杆有带孔的

品种供需要锁紧时采用。方头螺栓的方头有较大的尺寸和受力表面，便于扳手口卡住或靠住其他零件起止转作用，

常用在比较粗糙的结构上，有时也用于T型槽中，便于螺栓在槽中松动调整位置。见GB8、GB5780～5790等。

b) 铰制孔用螺栓：使用时将螺栓紧密镶入铰制孔内，以防止工件错位，见GB27等。

c) 止转螺栓： 有方颈、带榫之分，见GB12～15等；

d) 特殊用途螺栓：包括T型槽用螺栓、活节螺栓和地脚螺栓。T型槽用螺栓多用于需经常拆开连接的

地方；地脚螺栓用于水泥基础中固定机架或电机底座。见GB798、GB799等；

e) 钢结构用高强度螺栓连接副：一般用于建筑、桥梁、塔架、管道支架及起重机械等钢结构的摩擦

型连接的场合，见GB3632等。

② 螺母

a) 一般用途螺母：品种很多，有六角螺母，方螺母等。六角螺母配合六角螺栓应用最普遍，按制造

精度和产品质量分为A、B、C级等产品等级。六角薄螺母在防松装置中用作副螺母，起锁紧作用，或用于螺纹连接副

主要承受剪切力的地方。六角厚螺母多用于经常拆卸的连接中。方螺母与方头螺栓配用，扳手卡住不易打滑，多用

于粗糙、简单的结构。见GB41、GB6170～6177等；

b) 开槽螺母：主要指六角开槽螺母，即在六角螺母上方加工出槽。它与螺燃信并杆带孔螺栓和开口销配合

使用，以防止螺栓与螺母相对转动，见GB6178～6181等；

c) 锁紧螺母：指具有锁紧功能的螺母，有尼龙嵌件六角锁紧螺母和全金属六角锁紧螺母等。六角尼

龙圈锁紧螺母具有非常可靠的防松能力，在使用温度-60～+100℃和一定的介质条件下，具有不损坏螺栓及被连接件

和可以频繁装卸等有点。见GB889、GB6182～6187等；

d) 特殊用途螺母：如蝶形螺母、盖形螺母、滚花螺母和嵌装螺母等。蝶形螺母一般不用工具即可拆

装，通常用于需经常拆开和受力不大的地方；盖形螺母用在端部螺扣需要罩盖的地方。见GB62、GB63、GB802、

GB923、GB806、GB807、GB809等。

③ 螺钉

a) 机器螺钉：因头型和槽形不同而分成许多品种。头型有圆柱头、盘头、沉头和半沉头几种，头部

槽形一般为开槽（一字槽）、十字槽和内六角槽三种。十字槽螺钉施拧时对中性好，头部强度比一字槽的大，不易

拧秃，一般多用于大批量生产中。内六角螺钉、内六角花形螺钉可施加较大的拧紧力矩，连接强度大，头部能埋入

机体内，用于要求结构紧凑、外形平滑的连接处。见GB65、GB67～69及GB818～820等；

b) 紧定螺钉：紧定螺钉作固定零件相对位置用，头部有带一字槽的、内六角的和方头等类型。方头

可施加较大的拧紧力矩，顶紧力大，不易拧秃，但头部尺寸较大，不便埋入零件内，不安全，特别是运动部位不宜

使用。带一字槽的、内六角的则便于沉入零件。紧定螺钉末端根据使用要求的不同，一般最常用的有锥端、平端、

圆柱端三种。锥端适用于硬度小的零件；使用无尖的锥端螺钉时，在零件的顶紧面上要打坑眼，时锥面压在坑眼边

上。末端为平端的螺钉，接触面积大，顶紧后不伤零件表面，用于顶紧硬度较大的平面或经常调节位置的场合。末

端为圆柱端的螺钉不损伤零件表面，多用于固定装在管轴（薄壁件）上的零件，圆柱端顶入轴上的孔眼种，靠圆柱

端的抗剪切作用，可传递较大的载荷。见GB71、GB73～75、GB77～78等；

c) 内六角螺钉：内六角螺钉适用于安装空间较小或螺钉头部需要埋入的场合，见GB70、GB6190～

6191和GB2672～2674等；

d) 特殊用途的螺钉：如定位螺钉、不脱出螺钉和吊环螺钉，见GB72、GB828～829、GB837～839、

GB948～949和GB825等。

④ 螺柱

a) 不等长双头螺柱：适用于一端拧入部件机体起连接或紧固作用的场合，见GB897～900；

b) 等长双头螺柱：适用于两端与螺母相配起连接或定距作用。见GB901、GB953等。

⑤ 木螺钉

因头型和槽形不同而分成许多品种。头型有圆头、沉头、半沉头等几种，头部槽形为开槽（一字槽）和十字槽两种

，见GB99～101、GB950～952。

⑥ 自攻螺钉

a) 普通自攻螺钉：螺纹符合GB5280,螺距大，适合在薄钢板或铜、铝、塑料上使用，见GB845～847，

GB5282～5284等；

b) 自攻锁紧螺钉：螺纹符合普通米制粗牙螺纹，适合在需耐振动场合使用，见GB6560～6564。

⑦ 垫圈

a) 平垫圈：用以克服工件支承面不平和增大支承面应力面积，见GB848、GB95～97和GB5287

b) 弹簧（弹性）垫圈：弹簧垫圈靠弹性及斜口摩擦防止紧固件的松动，广泛用于经常拆卸的连接处

。内齿弹性垫圈、外齿弹性垫圈圆周上具有很多锐利的弹性翘齿，刺压在支承面上，能阻止紧固件的松动。内齿弹

性垫圈用于头部尺寸较小的螺钉头下；外齿弹性垫圈多用于螺栓头和螺母下。带齿的弹性垫圈比普通弹簧垫圈体积

小，紧固件受力均匀、防止松动也可靠，但不宜用于常拆卸处。见GB93、GB859～860和GB955；

c) 止退垫圈：有内齿锁紧垫圈、外齿锁紧垫圈、单耳止动垫圈、双耳止动垫圈和圆螺母用止动垫圈

等。单耳和双耳止动垫圈允许螺母拧紧在任意位置加以锁定，但紧固件需靠边缘处为宜，见GB861～862、GB854～

855、GB858等；

d) 斜垫圈：为了适应工作支承面的斜度，可使用斜垫圈。方斜垫圈用来将槽钢、工字钢翼缘之类倾

斜面垫平，使螺母支承面垂直于钉杆，避免螺母拧紧时使螺杆受弯曲力。见GB852～853等。

⑧ 挡圈

a) 弹性挡圈：轴用和孔用弹性挡圈卡在轴槽或孔槽中供滚动轴承装入后止退用，另外还有轴用开口

挡圈，主要用来卡在轴槽中作零件定位用，但不能承受轴向力。见GB893～894和GB896

b) 钢丝挡圈：有孔用（轴用）钢丝挡圈及钢丝锁圈。钢丝挡圈装在轴槽或孔槽中供零件定位用，同

时亦可承受一定的轴向力。见GB8951～2、GB921；

c) 轴类件用锁紧挡圈：有用锥销锁紧的挡圈和用螺钉锁紧的挡圈，主要用于防止轴上零件的轴向移

动。见GB883～892。

d) 轴端挡圈：有用螺钉紧固的轴端挡圈和用螺栓紧固的轴端挡圈，主要用来锁紧固定在轴端的零件

。见GB883～982。

⑨ 销

a) 圆柱销：圆柱销多用于轴上固定零件，传递动力，或作定位元件。圆柱销有不同直径公差，可供

不同配合要求使用。圆柱销一般靠过盈固定在孔中，因此不宜多拆卸。见GB119～120、GB878～880等；

b) 圆锥销：圆锥销具有1：50的锥度，便于安装对眼，也可保证自锁，一般用作定位元件和连接元件

，多用于要求经常拆卸的地方。内螺纹圆锥销和螺尾锥销，用于不穿通的孔或者用于很难打出销钉的孔中。开尾圆

锥销打入孔中后末端可张开，防止销钉本身从孔内滑出。见GB117～118、GB881和GB877等。

圆柱销和各种圆锥销的销孔，一般都需经过铰孔加工，多次装拆后会降低定位的精度和连接的紧固，只能传递不大

的载荷。弹性圆柱销本身具有弹性，装在孔中保持有张力，不易松脱，拆卸方便，且不影响配合性质，销孔不需铰

制。带孔销和销轴，都用于铰连接处；

c) 开口销：开口销是连接机件的防松装置，使用时穿入螺母、带销孔的螺栓或其他连接件的销孔中

，然后把脚分开。见GB91。

⑩ 铆钉

a) 热锻成型铆钉：一般规格较大，多用于机车、船舶及锅炉等，通常需通过热锻使头部成型，见

GB863～866；

b) 冷镦成型铆钉：一般直径规格16mm，通常通过冷镦使头部成型，见GB867～870、GB109等。

c) 空心和半空心铆钉：空心铆钉用于受剪力不大处，常用来连接塑料、皮革、木料、帆布等非金属零件；

有的。

GB/T 16938-2008 紧固件 螺栓、螺钉、螺柱和螺母 通用技术条件。

GB 17464-1998 连接拆睁尺器件 连接铜导线旅高用的螺纹型和无螺纹型夹紧件的安全要求。

GB/T 17645511-2010 工业自动化系统与集成。零件库第511部分：机械系统与通用件：紧固件参考字典 GB/T 26701-2004内六角花形盘头自功螺钉。

GB/T 30981-2000 紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱。

GB/T 309810-1993 紧固件机械性能有色金属制造的螺栓、螺钉、螺柱和螺母。

注意事项：

由头部和螺杆（带有外螺纹的圆柱体）两部分组成的一类紧固件，需与螺母配合，用于紧固连接两个带有通孔的零件。 这种连接形式称螺栓连接。如把螺母从螺栓上旋下，又可以使这两个零件分开，故螺栓连接是属于可拆卸连接。

其中六角头是最常用的，一般沉头用在要求连接的地方。螺栓的发展，今后一段时期也将继续朝着品牌经营的方向积极推进，促进螺早哗栓项目开发的全方位。螺栓检测分为人工和机器两中。

下面是一些该钢的热处理试验数据:

　2Cr12NiMoWV钢是12 %Cr型马氏体不锈耐热钢，主要用于制造大型汽轮机高温紧固件。随着大型汽轮机及其制造技术的发展，该钢在国内的用量愈来愈大。但是，迄今为止热处理制度对该钢组织和性能影响的研究报道尚不多见，给该钢的实际应用带来诸多不便。为此本文研究了不同热处理工艺参数对2Cr12NiMoWV钢组织和室温力学性能(主要是硬度和冲击韧性)的影响规律。在此基础上，对用该钢制造的汽轮机高温紧固螺栓的热处理工艺进行优选。

1　试验材料与试验方法

11　试验材料

试验材料取自某电厂退役的汽轮机螺栓，其化学成分(%)为：024 C，1222 Cr，062 Ni,093 Mo，125 W，030 V，020 Si，064 Mn，0016 P，0010 S。

12　试验方法

首先对试验用钢进行退火，退火工艺为870 ℃加热3 h，以20 ℃/h冷至700 ℃保温3 h，随后炉冷至500 ℃出炉空冷。退火组织(图1)为铁素体基体上分布着颗粒状碳化物和一定数量的晶界碳化物。退火后的材料加工成冲击试样毛坯，随后进行不同温度淬火和回火处理，最后经磨削和线切割加工成为10 mm×10 mm×55 mm标准夏比冲击试样。

1　退火组织

淬火加热使用4 kW高温箱式电炉，选择950、980、1　010、1　040、1　055、1　070、1　100、1　130、1　160　℃等不同淬火加热温度进行试验。各试样淬火加热时间为4 min/mm，出炉后启皮油冷。回火在5 kW多用炉中进行，选择650、680、710 ℃三种回火温度，回火时间6 h，出炉后空冷。

对经过不同热处理的试样进行室悄慧差温冲击试验，测定冲击韧性值。利用冲断的试样进行断口分析、金相分析和硬度测量。金相分析所用浸蚀剂为三氯化铁硝酸水溶液。奥氏体晶粒度的测定按Hilliard方法进行［1］，所用腐蚀剂为饱和苦味酸水溶液加少量烷基苯磺酸钠。

2　试验结果与分析

21　淬火温度对奥氏体晶粒度的影响

淬火温度对奥氏体晶粒度的影响见表1。由表1可知，随淬火温度升高，奥氏体晶粒长大，温度低于1070 ℃时，晶粒长大的倾向较小，当温度高于1070 ℃时，晶粒长大速度加快。由于淬火加热过程中，未溶碳化物相的数量直接影响奥氏体晶粒尺寸，未溶碳化物数量愈多，奥氏体晶粒尺寸愈小［2］。因此，表1中的数据说明，淬火温度达到1070 ℃时，原始组织中的碳化物已大部分溶入奥氏体中，从而使阻碍晶界迁移的障碍物大大减少，奥氏体长大速率加快。

表 1　淬火温度对奥氏体晶粒度的影响

淬火温度/℃980 1040 10701100 1130 1160

奥氏体晶粒度级别/级676462 －52 －

22　淬火温度对硬度和冲击韧性的影响

在680 ℃和710 ℃回火时，在相同回火温度下，随着淬火加热温度升高，硬度连续提高。这是由于随加热温度升高，合金碳化物溶入奥氏体中的数量增加，使奥氏体及随后获得的马氏体的合金化程度提高，从而提高马氏体的抗回火稳定性。淬火温度对冲击韧性的影响较为复杂，随淬火温度升高冲击韧性增加，当淬火温度超过1040 ℃时，冲击韧性增加明显；在710 ℃回火条件下，1055～1070 ℃淬火时，冲击韧性达到最大；超过1100 ℃淬火时，随淬火温度升高，冲击韧性反而降低。

　淬火组织为板条马氏体，板条束的位向符合一定的晶体位向。随淬火温度升高，马氏体板条尺寸增加。在980 ℃淬火时，由于淬火温度较低，淬火组织中还保留有晶界碳化物，当淬火温度提高至1055～1070 ℃时，晶界碳化物几乎全部溶于奥氏体中。

23　回火温度对硬度和冲击韧性的影响

在650～710 ℃温度范围内，在相同淬火温度下，随回火温度升高冲击韧性增加，硬度降低。回火温度高于680 ℃时，冲击韧性增加和硬度降低的幅度明显增大，表明高于680 ℃回火转变的速率明显加快。所以，对于2Cr12NiMoWV钢只有在高于680　碧判℃以上温度回火，才能使回火转变较为充分地进行，保证回火后的组织具有足够的稳定性和较高的韧性。

24　断口分析

在本试验条件下，经各种不同热处理的冲击试样的微观断口形貌大致相似，均由韧窝区和准解理断裂区组成。断口分析表明，韧窝区的宽度与试样冲击韧性之间有良好的对应关系，韧窝区宽度较大的试样，其冲击韧性值较高；而韧性较高的试样，其准解理区撕裂棱较细密，撕裂单元较小。

25　高温紧固螺栓的热处理

高温紧固螺栓是保证汽轮机安全工作的关键零件。根据螺栓的服役条件，要求进行调质处理，为避免螺栓在装拆时发生脆断，要求其必须具有较高的室温冲击韧性。具体的技术要求为HB 277～331，aK＞35 J/cm2 。综合本次试验结果，选定1055～1070 ℃淬火，700～710 ℃回火作为螺栓的热处理工艺。经此工艺处理，不仅可以保证螺栓具有较高的强度和韧性，而且可以保证其在长期服役中具有较稳定的组织。处理后螺栓的硬度为HB 287～299，aK＝40～62 J/cm2，均满足技术条件要求。

3　讨论

710 ℃回火条件下，随淬火温度升高，冲击韧性先增加后降低。分析这种现象产生的原因，表明奥氏体的晶粒尺寸和晶界碳化物的溶解程度是影响淬火高温回火的2Cr12NiMoWV钢冲击韧性的主要因素。随淬火温度升高，碳化物溶解的数量增加，特别是退火组织中晶界碳化物溶入奥氏体中，使晶粒间的结合力提高，从而提高了冲击韧性；另一方面，随淬火温度升高，奥氏体晶粒长大，降低了冲击韧性。当淬火温度低于1055 ℃时，前一种因素占主导地位，表现为随温度升高，冲击韧性增加；当淬火温度达到1055～1070 ℃时，晶界碳化物几乎全部溶入奥氏体中，冲击韧性达到最大；继续提高淬火温度，奥氏体晶粒粗化，后一因素转而起主导作用，使冲击韧性明显降低

推荐的2Cr12NiMoWV钢的淬火温度区间多为980～1040 ℃［45］。根据本试验结果，由于该钢退火组织中难以避免地存在相当数量的晶界碳化物，在上述区间淬火，晶界碳化物难以大量溶解，造成调质后室温冲击韧性较低。若适当提高淬火温度至1055～1070 ℃，大部分晶界碳化物已溶解，且奥氏体晶粒尚未明显粗化，而随后再以适当温度进行回火，则可以获得良好的室温强度和韧性的配合。

研究了淬火温度对2Cr12NiMoWV钢高温性能的影响。结果表明，随淬火温度提高，持久强度(σ570105)增加，980、1040、1100 ℃淬火后680 ℃回火，σ570105分别为853、1147、1226 MPa。三种温度淬火的特久塑性无显著区别，伸长率(δ10)均大于10 %。所以适当提高淬火温度，不仅可以显著提高室温冲击韧性，而且可以在不降低持久塑性的条件下，使持久强度得到提高。

若将淬火温度提高至1100 ℃，室温冲击韧性大大降低，而持久强度值也增加得很少，并且由于奥氏体晶粒粗化，使钢的缺口敏感性增加，这对于高温紧固螺栓这一带缺口零件而言是不希望的。综上所述，建议2Cr12NiMoWV钢在1055～1070 ℃温度区间加热淬火。

4　结论

(1) 在相同回火温度下，2Cr12NiMoWV钢随淬火温度升高，硬度提高；而室温冲击韧性先增加后降低，在1　055～1　070 ℃温度区间达到最大值。建议该钢淬火加热温度区间为1　055～1　070 ℃。

(2) 用2Cr12NiMoWV钢制作的汽轮机高温紧固螺栓的调质热处理工艺为1　055～1　070 ℃淬火、700～710 ℃回火。经该工艺处理的试样其硬度为HB 287～299，冲击韧性为40～62 J/cm2，可以满足螺栓的技术要求。

GB/T 1237-2000 紧固件标记方法

GB/T 1521-1988 紧固件 铆钉用通孔

GB/T 1522-1988 紧固件 沉头用沉孔

GB/T 1523-1988 紧固件 圆柱敬谨头用沉孔

GB/T 1524-1988 紧固件 六角头螺栓和六角螺母用沉孔

GB/T 168231-1997 螺纹紧固件应力截面积和承载面积

GB/T 168232-1997 螺纹紧固件紧固通则

GB/T 168233-1997 螺纹紧固件拧紧试验方法

GB/T 16938-2008 紧固件 螺栓、螺钉、螺柱和螺母 通用技术条件

GB 17464-1998 连接器件纤州 连接铜导线用的螺纹型和无螺纹型夹紧件的安全要求

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GB/T 309810-1993 紧固件机械性能有色金属制造的螺栓、螺钉、螺柱和螺母

GB/T 309811-2002 紧固件机械性能 自钻自攻螺钉

GB/T 309812-1996 紧固件机械性能 螺母锥形保证载荷试验

GB/T 309813-1996 紧固件机械性能 螺栓与螺钉的扭矩试验和破坏扭矩公称直径1~10mm

GB/T 309814-2000 紧固件机械性能 螺母扩孔试验

GB/T 309815-2000 紧固件机械性能 不锈钢螺母

GB/T 309816-2000 紧固件机械性能 不锈钢紧定螺钉

GB/T 309817-2000 紧固件机械性能 检查氢脆用预载荷试验 平行支承面法

GB/T 309818-2004 紧固件机械性能 盲铆钉试验方法

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GB/T 30982-2000 紧固件机械性能 螺母 粗牙螺纹

GB/T 309820-2004 紧固件机械性能蝶形螺母 保证扭矩

GB/T 309821-2008 紧固件机械亮竖基性能 不锈钢自攻螺钉

GB/T 309822-2009 紧固件机械性能 细晶非调质钢螺栓、螺钉和螺柱

GB/T 30983-2000 紧固件机械性能 紧定螺钉

GB/T 30984-2000 紧固件机械性能 螺母 细牙螺纹

GB/T 30985-2000 紧固件机械性能 自攻螺钉

GB/T 30986-2000 紧固件机械性能 不锈钢螺栓、螺钉和螺柱

GB/T 30987-2000 紧固件机械性能 自挤螺钉

GB/T 30988-1992 紧固件机械性能 耐热用螺纹连接副

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GB/T 30991-2008 紧固件术语 螺纹紧固件、销及垫圈

GB/T 30992-2004 紧固件术语盲铆钉

GB/T 31031-2002 紧固件公差 螺栓、螺钉、螺柱和螺母

GB/T 31032-1982 紧固件公差 用于精密机械的螺栓,螺钉和螺母

GB/T 31033-2000 紧固件公差 平垫圈

GB/T 31034-1992 紧固件公差 耐热用螺纹连接副

GB/T 3104-1982 紧固件 六角产品的对边宽度

GB/T 52671-2002 紧固件 电镀层

GB/T 52672-2002 紧固件 非电解锌片涂层

GB/T 52673-2008 紧固件 热浸镀锌层

GB/T 52674-2009 紧固件表面处理 耐腐蚀不锈钢钝化处理

GB/T 5276-1985 紧固件 螺栓、螺钉、螺柱及螺母 尺寸代号和标注

GB/T 5277-1985 紧固件 螺栓和螺钉通孔

GB/T 5278-1985 紧固件 开口销孔和金属丝孔

GB/T 57791-2000 紧固件表面缺陷 螺栓、螺钉和螺柱 一般要求

GB/T 57792-2000 紧固件表面缺陷螺母

GB/T 57793-2000 紧固件表面缺陷 螺栓、螺钉和螺柱 特殊要求