螺絲產業高值化: 汽車與航太技術融合，台灣螺絲高質高值之路

 

牙型標準：MJ螺紋與高強度應用

在開發超高強度螺栓時，一項關鍵的設計要素是螺紋牙型，螺紋牙型決定了螺栓受力時應力分佈的情況，直接影響其疲勞壽命和可靠性，一般常見的公制螺紋（即 ISO 公制螺紋，通常標示為M，例如M8×1.25）牙型角為60度，牙頂與牙底通常有平坦截面或較小的圓角過渡。在一般強度的螺絲上，這種牙型已足以提供良好性能，然而，對於超高強度螺栓而言，傳統牙型可能產生過大的應力集中，導致疲勞開裂的風險增加，因此，汽車借鏡了航太領域採用的特殊的螺紋標準——MJ螺紋。

MJ螺紋是專為航太工業設計的公制螺紋標準，其定義見於 ISO 5855 標準，MJ牙型與一般M牙型最大的差異，在於螺紋根部（牙谷）的圓角半徑較大。雖然兩者同為60°牙型角，但MJ螺紋在牙谷處要求一個較大的圓弧過渡（根部半徑約為牙距的15%左右），而不是像普通螺紋那樣可能有明顯的尖角或僅極小的圓角【注: ISO 5855規範了MJ螺紋根部必須有一定尺寸的圓角】。這種設計使MJ螺紋的牙谷更加圓滑，能有效降低應力集中，在反覆受力（如振動載荷、交變應力）的條件下，減少應力集中意味著螺栓不易從螺紋根部開始疲勞裂紋，從而大幅提升其疲勞壽命。

除了圓角根部外，MJ螺紋與一般螺紋在尺寸公差上也有所不同。MJ螺紋通常搭配較嚴格的公差等級，以確保牙型精度。舉例而言，航太用的MJ螺栓常採用4h/5h這類較緊的公差帶，確保螺紋的每一處細節都精確成形，相比之下，一般工業用螺絲多採用6g等標準公差級別。總體而言，MJ螺紋代表著航太級的螺紋設計理念：透過優化牙型幾何來提高高強度螺絲的可靠性，隨著汽車螺栓強度等級的不斷提升，MJ螺紋正越來越多地被應用在汽車高強度螺絲上，成為連結航太與汽車兩大領域技術的一座橋樑。

強度等級的演進：14.8U、15.8U、16.8U

傳統上，依照ISO 898-1標準，鋼製螺栓的強度等級最高為12.9級（抗拉強度約1220 MPa，屈服強度約90%以上比例），然而，隨著汽車產業對更高強度連接件的渴求，新型的強度等級開始出現，例如14.8、15.8、16.8等。這些級別的螺栓抗拉強度分別可達1400 MPa、1500 MPa甚至1600 MPa以上，遠超過傳統12.9級水準，值得注意的是，為了強調這些等級的特殊性，有些文獻或業界人士會在等級後加一個「U」字（如14.8U），表示其屬於Ultra-high（超高）強度範疇，區隔於一般標準中的強度等級。

14.8、15.8、16.8等級的提出，起源於汽車產業但深受航太領域的技術啟發，德國汽車工業協會(VDA)制定了相關標準（如VDA 235-205），專門規範了這些超高強度螺栓的技術要求。而在美國，汽車研究理事會(USCAR)聯合工業螺絲協會(IFI)也於2015年發布了《超高強度外螺紋螺絲指南》（UHSFG-1416U-2014），為14.8～16.8等級的螺栓提供製造與評估的指引，這些規範與指南指出了材料特性、熱處理、機械性能等方面的期望值，同時也強調了一些製程上的注意事項，【注: 例如指南中提及，抗拉強度達1400 MPa以上的螺栓宜具有貝氏體顯微組織，並採用適當工藝以避免氫脆】，從中可以看出，汽車產業在開發超高強度螺栓時，並非從零開始，而是充分借鑒了航太領域的成功經驗，將其融合進新的強度等級設計中。

在技術層面，這些新強度等級的螺栓往往結合了航太級的設計理念和製程。例如：

• 優化的螺紋設計：正如前述，採用MJ牙型以提高疲勞壽命，這在14.8U等螺栓上已成為事實上的標配。

• 特殊的材料與熱處理：傳統12.9級螺栓多為回火馬氏體組織，而14.8/15.8級則傾向於使用貝氏體熱處理。貝氏體（Bainite）是一種介於珠光體和馬氏體之間的鋼材顯微組織，透過適當的等溫淬火（奧氏體化後在中溫浴中停留）形成。貝氏體組織能兼顧高強度與韌性，相較於同硬度的回火馬氏體，對氫脆（氫誘發延遲斷裂）敏感性較低。這意味著14.8U等超高強度螺栓在滿足強度的同時，能有一定的延展性與斷裂韌性。例如根據指南資料，16.8級螺栓雖然硬度高達HRC50左右，但仍要求至少約8%的伸長率，以確保不至過於脆硬。

以一份案例說明：美國某車廠公司的高強度汽車螺栓圖紙中，就指定了Property Class 14.8（依據VDA 235-205標準）為強度等級。該圖紙要求材料符合特定牌號（經熱處理可達貝氏體組織），更關鍵的是，在螺紋標註上清楚地寫著「MJ8×1.25-6g」，且附註「熱處理後滾牙」。這意味著螺栓直徑8mm、螺距1.25mm，牙型為MJ制式，公差6g，並且在完成熱處理後進行滾壓成型螺紋。這個例子將前述各點結合展現：14.8級的超高強度、MJ航太牙型設計、貝氏體級熱處理，全都融合在一顆小小的汽車螺栓上。由此可見，當前汽車產業的尖端螺絲產品，實已揉合了航太工業的設計哲學與製程技術。

產業建議與未來趨勢

面對汽車產業對超高強度螺栓的需求興起，這對台灣螺絲業者而言其實是一個好消息。以下是對產業的幾點建議與對未來趨勢的展望：

• 投入研發與升級製程能力：高值化產品的開發離不開研發投入，業者應積極與材料供應商、熱處理廠合作，研究適合14.8等級以上螺栓的特殊鋼材和熱處理參數（如貝氏體等溫淬火工藝），同時，引進或改造設備以具備在高硬度材料上滾牙、精密加工的能力。這些前期投入將換來在高階市場的競爭優勢。

• 品質管制與認證：汽車和航太等高端領域對品質有近乎苛刻的要求。台灣廠商需強化品質管理體系，符合汽車業國際認證（如IATF 16949）等，並培養對應的人才與技術。同時，要建立嚴格的檢驗標準，從材料、尺寸、公差到表面處理，每一環都做到零缺陷，只有品質過硬，國際大廠才敢放心採用台灣供應的超高強度螺栓。

• 客製化與服務能力：高階扣件往往需要與客戶（車廠）共同開發、客製設計。台灣業者可加強工程服務能力，提早介入汽車新車專案的設計階段，提供從材料選擇、螺紋設計到表面處理的整體解決方案。成為客戶的技術合作夥伴，而非僅是製造螺絲的供應商，能提升價值鏈地位。

綜合而言，台灣螺絲產業正處在轉型升級的關鍵時刻。汽車用超高強度螺栓是一個典型的高值化產品代表，其開發和製造需要結合航太級的技術與經驗。這對台灣業者既是挑戰，更是機遇：挑戰在於需突破現有的技術範疇，投入資源提升能力；機遇則是掌握了這項技術後，將可往高品質及高值化，在國際市場上取得技術領先和利潤提升。未來，隨著汽車工業不斷向更安全、更輕量、更高效邁進，螺絲產品也將隨之演進，我們可以預見，在不久的將來，汽車產業會更加緊密地與航太技術接軌：不論是更高強度等級的螺栓，或是創新的複合材料方案，都可能成為下一波浪潮，台灣螺絲產業若能抓住這股趨勢並積極投入，高值化升級之路將指日可待，繼續在全球舞台上擦亮「螺絲王國」的金字招牌。