| 标准编号 | GB/T 3098.25-2020 (GB/T3098.25-2020) | | 中文名称 | 紧固件机械性能 不锈钢和镍合金紧固件选用指南 | | 英文名称 | Mechanical properties of fasteners - Guidance for the selection of stainless steels and nickel alloys for fasteners | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | J13 | | 字数估计 | 25,241 | | 发布日期 | 2020-11-19 | | 实施日期 | 2021-06-01 | | 标准依据 | 国家标准公告2020年第26号 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会 | GB/T 3098.25-2020: 紧固件机械性能 不锈钢和镍合金紧固件选用指南
ICS 21.060.01
J13
中华人民共和国国家标准
紧固件机械性能
不锈钢和镍合金紧固件选用指南
2020-11-19发布
2021-06-01实施
国 家 市 场 监 督 管 理 总 局
国 家 标 准 化 管 理 委 员 会 发 布
目次
前言 Ⅲ
引言 Ⅳ
1 范围 1
2 规范性引用文件 1
3 术语和定义 1
4 不锈钢类别和组别 2
4.1 通则 2
4.2 A类不锈钢(奥氏体组织) 2
4.3 C类不锈钢(马氏体组织) 3
4.4 F类不锈钢(铁素体组织)---F1组别 4
4.5 D类不锈钢(奥氏体-铁素体组织) 4
4.6高温和超高温下不锈钢和镍合金组别 4
5 不锈钢和镍合金成分 4
6 耐应力腐蚀裂痕 8
7 耐点蚀和缝隙腐蚀 8
8 晶间腐蚀 8
9 对形成金属间化合物的敏感性 9
10 不锈钢磁导率性能 10
附录A(资料性附录) 紧固件用不锈钢的常用牌号 11
附录B(资料性附录) 索氏体高强不锈结构钢的特性 17
附录C(资料性附录) QN1803高强度含氮奥氏体不锈钢的特性 19
参考文献 21
前言
GB/T 3098《紧固件机械性能》包括以下部分:
---GB/T 3098.1 紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱;
---GB/T 3098.2 紧固件机械性能 螺母;
---GB/T 3098.3 紧固件机械性能 紧定螺钉;
---GB/T 3098.5 紧固件机械性能 自攻螺钉;
---GB/T 3098.6 紧固件机械性能 不锈钢螺栓、螺钉和螺柱;
---GB/T 3098.7 紧固件机械性能 自挤螺钉;
---GB/T 3098.8 紧固件机械性能-200℃~+700℃使用的螺栓连接零件;
---GB/T 3098.9 紧固件机械性能 有效力矩型钢锁紧螺母;
---GB/T 3098.10 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 3098.11 紧固件机械性能 自钻自攻螺钉;
---GB/T 3098.12 紧固件机械性能 螺母锥形保证载荷试验;
---GB/T 3098.13 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 3098.14 紧固件机械性能 螺母扩孔试验;
---GB/T 3098.15 紧固件机械性能 不锈钢螺母;
---GB/T 3098.16 紧固件机械性能 不锈钢紧定螺钉;
---GB/T 3098.17 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 3098.18 紧固件机械性能 盲铆钉试验方法;
---GB/T 3098.19 紧固件机械性能 抽芯铆钉;
---GB/T 3098.20 紧固件机械性能 蝶形螺母 保证扭矩;
---GB/T 3098.21 紧固件机械性能 不锈钢自攻螺钉;
---GB/T 3098.22 紧固件机械性能 细晶非调质钢螺栓、螺钉和螺柱;
---GB/T 3098.23 紧固件机械性能 M42~M72螺栓、螺钉和螺柱;
---GB/T 3098.24 紧固件机械性能 高温用不锈钢和镍合金螺栓、螺钉、螺柱和螺母;
---GB/T 3098.25 紧固件机械性能 不锈钢和镍合金紧固件选用指南。
本部分为GB/T 3098的第25部分。
本部分按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
本部分由中国机械工业联合会提出。
本部分由全国紧固件标准化技术委员会(SAC/TC85)归口。
本部分起草单位:中机生产力促进中心、奥展实业有限公司、江苏百德特种合金有限公司、机械工业
通用零部件产品质量监督检测中心、河北五维航电科技股份有限公司、山东高强紧固件有限公司、江苏
新迅达不锈钢制品有限公司、郑州永通特钢有限公司、上海群力紧固件制造有限公司、浙江国检检测技
术股份有限公司、河北信德电力配件有限公司、眉山中车紧固件科技有限公司、湖南申亿机械应用研究
院有限公司、浙江东明不锈钢制品股份有限公司、上海高强度螺栓厂有限公司、浙江海力股份有限公司、
无锡安士达五金有限公司、浙江东辉金属制品有限公司。
本部分由全国紧固件标准化技术委员会负责解释。
引 言
已发布的不锈钢紧固件机械性能系列标准 GB/T 3098.6、GB/T 3098.15、GB/T 3098.16和
GB/T 3098.21的附录内容重复,为了简化标准、方便使用,将各部分重复的附录内容进行梳理纳入本部
分。结合同期制定的GB/T 3098.24《紧固件机械性能 高温用不锈钢和镍合金螺栓、螺钉、螺柱和螺
母》,将高温用不锈钢和镍合金特性纳入本部分。
同时,根据我国不锈钢材料发展趋势和研究成果,将索氏体高强不锈结构钢的特性和QN1803高强
度含氮奥氏体不锈钢的特性纳入本部分。
本部分在立项制定过程中,ISO/TC2紧固件技术委员会亦开展了相应项目的工作,为今后标准应
用过程中能够最大限度地与国际标准形成互换性,在标准制定过程中,尽量与ISO/TC2各成员国已确
认的技术内容保持一致。
紧固件机械性能
不锈钢和镍合金紧固件选用指南
1 范围
GB/T 3098的本部分规定了不锈钢和镍合金紧固件选用指南,并提供了有关不锈钢和镍合金及其
性能的技术信息,这些信息对其他不锈钢紧固件机械性能标准的使用很重要。本部分包括适用于紧固
件制造的耐腐蚀不锈钢和镍合金的技术条件。
本部分适用于奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢、铁素体不锈钢和双相(奥氏体-铁素体)不锈钢以及镍
合金紧固件。
附录A给出了不锈钢和镍合金紧固件常用材料牌号。
附录B给出了一种新的索氏体类高强不锈结构钢的特性,供选用参考。
附录C给出了一种高强度含氮奥氏体不锈钢的特性,供选用参考。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 3098.1 紧固件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱
GB/T 3098.6 紧固件机械性能 不锈钢螺栓、螺钉和螺柱
GB/T 3098.8 紧固件机械性能-200℃~+700℃使用的螺栓连接零件
GB/T 3098.15 紧固件机械性能 不锈钢螺母
GB/T 3098.16 紧固件机械性能 不锈钢紧定螺钉
GB/T 3098.21 紧固件机械性能 不锈钢自攻螺钉
GB/T 3098.24 紧固件机械性能 高温用不锈钢和镍合金螺栓、螺钉、螺柱和螺母
GB/T 4334-2020 金属和合金的腐蚀 奥氏体及铁素体-奥氏体(双相)不锈钢晶间腐蚀试验
方法
ASTMA923 检测双相奥氏体/铁素体不锈钢中有害金属间相的标准试验方法(Standardtest
ASTMG48 用三氯化铁溶液测定不锈钢及相关合金抗点蚀和缝隙腐蚀的试验方法(Test
3 术语和定义
GB/T 3098.24界定的术语和定义适用于本文件。
4 不锈钢类别和组别
4.1 通则
GB/T 3098不锈钢机械性能系列标准涉及以下类别和组别:
---奥氏体不锈钢 A1~A5和A8;
---马氏体不锈钢 C1、C3和C4;
---铁素体不锈钢 F1;
---双相(奥氏体-铁素体)不锈钢 D2、D4、D6和D8;
---高温不锈钢和镍合金 CH0、CH1、CH2、VH/VW、V、SD、SB、718。
不锈钢涵盖多种材料,提供了不同的耐腐蚀性能和功能特性。由不锈钢制造的特殊紧固件应在考
虑螺栓连接件可预见的工作环境条件下谨慎选择。
紧固件表面状态(钝化、表面粗糙度等)可能影响紧固件耐腐蚀能力。
在特殊情况下,建议咨询紧固件制造和/或不锈钢材料专家,以便针对给定应用条件做出正确选择。
腐蚀与紧固件的几个方面有关:螺栓连接设计、应用环境、材料和表面处理、应力状态、温度和不同
金属接触引起的腐蚀(电化学腐蚀或接触腐蚀)等。
不同类别不锈钢紧固件使用环境温度范围:
---奥氏体不锈钢紧固件:-196℃~+300℃;
---马氏体不锈钢紧固件:-40℃~+230℃;
---铁素体不锈钢紧固件:-20℃~+250℃;
---双相 (奥氏体-铁素体)不锈钢紧固件:-40℃~+280℃;
---高温不锈钢和镍合金紧固件:-50℃~+800℃。
4.2 A类不锈钢(奥氏体组织)
4.2.1 通则
奥氏体不锈钢A1~A5和A8组别包括在GB/T 3098不锈钢系列标准中。它们通常被归结为铬-
镍奥氏体组别(A1~A3)和铬-镍-钼奥氏体组别(A4、A5和A8)。
奥氏体不锈钢不能通过淬火硬化,紧固件机械性能通常通过加工硬化获得。为了减少对加工硬化
的敏感性,可加入铜 (化学成分见GB/T 3098.6和GB/T 3098.15)。
碳含量低于0.030%的A2和A4不锈钢组别,可以在组别中加字母“L”,如A2L和A4L。碳含量
大于0.030%的A2和A4和/或暴露在高温环境(制造过程、焊接过程或使用环境)不锈钢组别,其晶间
腐蚀敏感性可能会更高,见第8章。在这些情况下,需方可以选择A2L或A4L组别,或含Ti或Nb的
稳定型不锈钢组别A3或A5。
A8是高合金奥氏体不锈钢,比A1~A5具有更好的耐腐蚀性。
奥氏体钢在退火状态通常无磁性,然而冷镦过程中也许会产生一些残余磁性,见第10章。当低导
磁率是关键因素时,应咨询不锈钢专家。
4.2.2 A1组别
A1组别不锈钢是专为机械加工设计的。由于硫含量高,比相应标准硫含量不锈钢的耐腐蚀性能
低。该组别钢不适用于非氧化酸类介质中或带氯化物成分的环境(如游泳池用氯化物作清洁介质,或海
洋环境)。
4.2.3 A2组别
A2组别不锈钢是最广泛使用的不锈钢。该组别钢不适用于非氧化酸类介质中或带氯化物成分的
环境(如游泳池用氯化物作清洁介质,或海洋环境)。
4.2.4 A3组别
A3组别不锈钢的性能与A2组别不锈钢类似,但耐热性能高(通常可达350℃)。通过添加Ti或
Nb与碳结合,生成碳化钛或碳化铌,形成稳定型不锈钢。该组别钢不适用于非氧化酸类介质中或带氯
化物成分的环境(如游泳池用氯化物作清洁介质,或海洋环境)。
4.2.5 A4组别
A4组别不锈钢是“耐酸钢”,含有 Mo元素,能提供相当好的耐腐蚀性。该组别钢可用于一些含氯
化物的环境,但仍然不适用于用氯化物作清洗介质的游泳池或海洋环境中。
4.2.6 A5组别
A5组别不锈钢是性能与A4组别钢相同的稳定型“耐酸钢”,可耐多种酸,但耐热性能高(通常可达
350℃)。通过添加Ti或Nb与碳结合,生成碳化钛或碳化铌,形成稳定型不锈钢。该组别钢可用于一
些含氯化物的环境,但仍然不适用于用氯化物作清洗介质的游泳池或海洋环境中。
4.2.7 A8组别
A8组别不锈钢被称为“6%Mo”不锈钢,对各种形式的腐蚀具有高的耐腐蚀性,包括点蚀、缝隙腐
蚀、应力腐蚀开裂。适用于用氯化物作清洗介质的游泳池,也适用于海洋环境。但用于特殊要求和/或
规定的建筑物和构筑物时应进行咨询。
4.3 C类不锈钢(马氏体组织)
4.3.1 通则
马氏体不锈钢C1、C3和C4组别包括在GB/T 3098不锈钢系列标准中,可通过淬火并回火进行强
化。随着碳含量增加,机械性能提高,随着Cr含量提高,达到合适的耐腐蚀性。
C1、C3和C4组别马氏体不锈钢通常比奥氏体钢的耐腐蚀性差。提高耐腐蚀性的马氏体钢也可用
于特殊紧固件制造(参见表A.2)。
由于马氏体不锈钢在低温下冲击强度和延展性低,所以在零度以下时应谨慎使用。
马氏体不锈钢通常具有很强的磁性。
4.3.2 C1组别
C1组别不锈钢耐腐蚀性能有限。
4.3.3 C3组别
C3组别不锈钢耐腐蚀性虽然比C1组钢好,但仍是有限的。
4.3.4 C4组别
C4组别不锈钢与C1组钢相似,但由于硫含量不同,耐腐蚀性比C1组钢更差,但有利于机加工。
4.4 F类不锈钢(铁素体组织)---F1组别
铁素体不锈钢F1组别包括在GB/T 3098不锈钢系列标准中,F1组别钢可通过加工硬化(冷加工)
强化其机械性能,但冷加工效率没有奥氏体不锈钢高。F1组别钢是有磁性的。
对于腐蚀性低于A2或A3组别钢的环境,使用F1组别钢具有更好的经济性。但由于铁素体钢在
低温下冲击强度和延展性低,F1组别钢不适用于-20℃以下的环境。
4.5 D类不锈钢(奥氏体-铁素体组织)
4.5.1 通则
双相不锈钢具有铁素体和奥氏体双相组织,铁素体的体积分数在40%~60%之间。
在退火条件下,双相不锈钢的强度明显高于奥氏体不锈钢,并可以通过冷作硬化进一步提高,但延
展性可能降低。
双相不锈钢D2、D4、D6和D8组别包括在GB/T 3098不锈钢系列标准中。数字越大,耐腐蚀性越
好,双相不锈钢族被描述为:
---低双相(D2、D4),低合金含量(特别是Ni和 Mo);
---标准双相(D6);
---超级双相(D8),高合金含量。
与奥氏体不锈钢A1~A5组别相比,双相钢对耐应力腐蚀开裂有了很大改进。
4.5.2 D2和D4组别
D2和D4组别由于 Mo含量低于2%,甚至低于1%,因此被称为低双相钢。
关于点蚀和缝隙腐蚀,D2与A2、D4与A4相当。
4.5.3 D6和D8组别
D6组别的 Mo含量高于2.5%,被称为标准双相钢。与A1~A5和D4组别相比,具有更好的耐腐
蚀性,尤其是耐点蚀和缝隙腐蚀。
D8组别被称为高双相钢,耐腐蚀性与A8相当。
4.6 高温和超高温下不锈钢和镍合金组别
高温一般指温度范围为300℃~550℃,超高温一般指温度高于550℃:
---对于高温应用,随时间变化的性能没有作为关键因素考虑;
---对于超高温度应用,紧固件需要足够的抗氧化性能和抗高温腐蚀性能,以及使用温度下抗长期
蠕变性能。
用于高温和超高温下应用的不锈钢和镍合金见GB/T 3098.24。
5 不锈钢和镍合金成分
GB/T 3098.6规定了不锈钢螺栓、螺钉和螺柱、GB/T 3098.8规定了-200℃~+700℃使用的螺
栓连接零件、GB/T 3098.15规定了不锈钢螺母、GB/T 3098.16规定了不锈钢紧定螺钉、GB/T 3098.21
规定了不锈钢自攻螺钉、GB/T 3098.24规定了高温应用特殊紧固件化学成分。表1~表3给出了应用
最为广泛的标准材料,涉及ISO 15510和EN10269。
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附录A给出了适用于紧固件,但未列入GB/T 3098不锈钢紧固件机械性能系列标准中的不锈钢
材料,对这些材料,不能使用GB/T 3098不锈钢紧固件机械性能系列标准中规定的标记制度。
6 耐应力腐蚀裂痕
奥氏体不锈钢A1~A5易发生应力腐蚀开裂。
使用双相钢,特别是D6和D8或高合金奥氏体A8组别,可显著降低氯离子引起的应力腐蚀。
铁素体组别F1和马氏体组别通常具有良好的耐应力腐蚀开裂性能。
不锈钢结构构件在泳池中应力腐蚀开裂的具体情况可参见EN13451-1。在这种应用下唯一被推
荐可以使用的紧固件组别为A8。
7 耐点蚀和缝隙腐蚀
点蚀和缝隙腐蚀是局部形式的腐蚀,暴露于特定环境的结果,特别是含有氯化物的环境。在大多数
结构应用中,点蚀的程度是在表面的,对零件尺寸的影响可以忽略。然而,腐蚀物会给建筑物带来瑕疵。
对于输送管、管道和壳体结构,对点蚀应采用相对严格的要求。如果存在已知点蚀危险,则要求使用含
Mo不锈钢。
抗点蚀当量(PREN)是比较不同类型不锈钢耐点蚀性和耐缝隙腐蚀性能的理论方法。
警告:PREN(PRE)数一般用于不同组别的分类和比较。但是不能用来预测某一特定组别是否适
用于可能存在点蚀危险的特定应用。
计算时通常要考虑Cr、Mo和N的含量,按式(1)计算:
PREN=wCr+3.3wMo+16wN (1)
式中:
w---质量分数,用%表示(例如,如果不锈钢含有18“重量”百分比的Cr,则wCr=18)。
当在含钨超级双相钢中,钨也被包括在钼-评级因子中以确认其对点蚀的影响,对于1.4501型,按
式(2)调整为:
PREN=wCr+3.3(wMo+0.5wW)+16wN (2)
式中:
w---质量分数,用%表示。
注:耐点蚀性随着硫、磷含量增加而急剧降低。
8 晶间腐蚀
由热镦制造的紧固件(或如果发生焊接)可能对晶间腐蚀敏感。当同时具备下列三个条件时可能会
发生晶间腐蚀:制造中不适当的温度、碳含量高于0.03%和潮湿或腐蚀应用环境。
当存在晶间腐蚀风险时,推荐使用下列不锈钢组别:
---A3或A5,稳定型;
---A2或A4,碳含量不超过0.030%;
---A8;
---所有双相(奥氏体-铁素体)不锈钢组别。
在这种情况下,可以按照GB/T 4334-2020进行测试。
图1给出不同碳含量A2组别奥氏体不锈钢在温度区间550℃~925℃,发生晶间腐蚀前的大概
时间。
碳含量越低,耐晶间腐蚀能力会提高。
晶间腐蚀风险存在于曲线右侧区域。
说明:
X ---时间,min;
Y ---温度,℃。
图1 A2组别奥氏体不锈钢的晶间腐蚀时间-温度曲线
图1中,碳含量0.08%的A2组别不锈钢,在800℃环境下30s可能导致脆化(这种情况尤其发生
在进行焊接作业时)。
图2所示为碳含量0.036%不锈钢4301-304-00-I的晶间腐蚀结果,晶间腐蚀试验按GB/T 4334-
2020方法E,在650℃退火处理2h后进行。
图2 碳含量0.036%不锈钢4301-304-00-I晶间腐蚀
9 对形成金属间化合物的敏感性
双相不锈钢在温度范围300℃~950℃(575°F~1750°F)易形成化合物,如碳化物、氮化物、sigma
相(σ相)和其他金属间化合物相。这些相的存在可能会削弱耐腐蚀性和机械性能。
正确的热处理可最小化或避免这些有害相。快速冷却可最大程度地防止热量释放过程中有害相的
形成。符合化学和机械性能要求的产品不一定表明没有有害相。
用这些组别材料热锻生产的紧固件,可通过以下方法之一确定没有大量存在这些会影响产品使用
的有害相。
---GB/T 3098.1中规定的V形缺口夏比冲击试验;
---ASTMA923检测奥氏体-铁素体双相不锈钢有害金属间相的标准试验方法;
---ASTMA1084检测奥氏体-铁素体低双相不锈钢有害金属间相的标准试验方法;
---ASTMG48使用氯化铁溶液测定不锈钢和合金钢耐点蚀和缝隙腐蚀的试验方法。
10 不锈钢磁导率性能
材料的磁导率与其受永久磁铁吸引或磁场影响的能力有关。
铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、双相不锈钢和非奥氏体沉淀硬化不锈钢通常被归类为“磁性”不锈
钢,因为它们对磁场有很强的响应(或拉力),例如手持式磁铁。
相比之下,奥氏体不锈钢被归类为“非磁性”不锈钢,然而,在紧固件制造过程中的冷作硬化可能会
产生一些剩磁。这些剩磁可以通过特定的热处理过程予以降低。
在某些应用中,需要使用磁导率很低的不锈钢。通常会规定顺磁性材料的最低相对磁导率趋于1.0
(即:材料的磁响应与“自由空间”---没有重力场和电磁场的空间或完全真空一样)。
低磁导率应用的最佳奥氏体不锈钢类型是具有高奥氏体稳定性的不锈钢,在退火或冷作硬化条件
下都具有低的磁导率。例如,含氮钢如4311-304-53-I(A2L)和4406-316-53-I(A4L)或高镍钢如1.4845
(参见附录A)被认为是合适的。当要求特殊非磁性性能时,签订供需协议前应咨询不锈钢材料专家。
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