ChinaAutoRegs｜GB/T 3098.24-2020英文版/English/翻译/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
Mechanical properties of fasteners—Stainless steel and nickel alloys bolts, screws, studs and nuts for high temperature applications
目 次
前言 I
引言 F
I 范围 1
2规范性引用文件 1
3 术语和定义 2
4代号 3
5标记制度 4
6 材料和加工 4
6.1化学成分 4
6.2 紧固件热处理 8
6.3表面精饰 8
6.4螺栓和螺母连接副设计 9
6.5 耐高温环境 9
6.6紧固件使用温度 9
7机械性能 10
7.1 螺栓、螺钉和螺柱机械性能 10
7.2 螺母机械性能 14
8试验方法和检验的适用性 16
8. 试验方法适用性 16
8.2 制造者的检验 16
8.3 供应商的检验 16
8.4 需方的检验 16
8.5 试验结果交付 16
9环境温度条件下试验方法 17
9. 螺栓、螺钉和螺柱实物拉力试验 17
9.2 螺栓、螺钉和螺柱硬度试验 22
9.3 螺母保证载荷试验 23
9.4螺母硬度试验 25
10高温条件下试验方法 26
10. 螺栓、螺钉和螺柱拉伸试验 26
10.2螺栓、螺钉、螺柱和螺母的应力破坏试验 29
10.3螺栓、螺钉、螺柱和螺母的应力松弛试验 30
10.4 蠕变试验 33
II 标志 33
11.1 通则 33
11.2 制造者识别标志 33
11-3 紧固件标志 33
11.4 包装标志 35
附录A (资料性附录）紧固件用高温不锈钢和镍合金国标牌号及化学成分表 36
附录B (资料性附录）马氏体不锈钢回火 40
参考文献 42
引 言
高温应用的不锈钢和镍合金紧固件的性能取决于材料的化学成分、热处理工艺和紧固件的制造工 艺。环境温度条件下的静态或动态特性，如抗拉强度、硬度或抗疲劳性，并不是设计高温应用紧固件的全部。
事实上，在300 °C以上的高温下，还会出现其他现象，例如：拉伸性能和硬度下降、热氧化、应力松 弛和蠕变。这些现象对紧固件的耐久性和使用寿命都有重要影响。因此，选择合适的材料类别是避免 高温氧化的关键，并应通过专门的测试对紧固件产品进行确认。
本部分在立项制定过程中，ISO/TC2紧固件技术委员会也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。
1范围
GB/T 3098的本部分规定了由耐腐蚀不锈钢和镍合金制造的、在高温至800°C条件下使用的螺栓、 螺钉、螺柱和螺母在环境温度为l〇°C〜35°C条件下进行测试时机械性能要求。
注：本部分中规定的紧固件也适用于在低温下使用，通常至一50C。更多信息，请参见GB/T 3098.25。
本部分规定了三类材料紧固件性能：马氏体不锈钢、奥氏体沉淀硬化不锈钢和镍合金。 GB/T 3098.25提供了适用的不锈钢和镍合金及其性能的通用规则和附加技术信息。
本部分适用的紧固件：
——符合GB/T192规定的普通螺纹；
——符合GB/T193规定的直径与螺距组合；
——符合GB/T197和GB/T9145规定的公差；
——粗牙螺纹M3〜M39;细牙螺纹M8X1〜M39X3;
——任何形状的全承载能力紧固件。
本部分规定也适用于尺寸超出适用范围、但满足所有使用要求的紧固件。
本部分不涉及降低承载能力紧固件（如：薄螺母和由于头部、杆部强度低于螺纹部分的螺栓、螺钉和螺柱）。
本部分未规定以下性能要求：
——扭矩-夹紧力性能；
——剪切强度；
——耐疲劳性；
——可焊接性；
——锁紧性能。
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/T90.3紧固件质量保证体系
GB/T192普通螺纹基本牙型
GB/T196普通螺纹基本尺寸
GB/T 228.1金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法
GB/T 230.1金属材料洛氏硬度试验第1部分：试验方法
GB/T231.1金属材料布氏硬度试验第1部分:试验方法
GB/T 1800.2产品几何技术规范（GPS)线性尺寸公差ISO代号体系第2部分:标准公差带代号和孔、轴极限偏差表
GB/T 3098.2—2015紧固件机械性能螺母
GB/T 3098.6紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉和螺柱
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
GB/T 4340.1金属材料维氏硬度试验第1部分:试验方法
GB/T 5277紧固件螺栓和螺钉通孔
GB/T12160金属材料单轴试验用引伸计系统的标定
GB/T 16823.3紧固件扭矩-夹紧力试验
GB/T 16825.1静力单轴试验机的检验第1部分：拉力和（或）压力试验机测力系统的检验与校准
GB/T 39310紧固件检查文件类型
IS0 7961 航空航天螺栓试验方法（Aerospace—Bolts—Test methods)
ISO/TS 4949 基于字母代号的钢材名称（Steel names basedon letter symbols)
EN10319-2 金属材料拉伸应力松弛试验第2部分：螺栓连接（Metallic materials—Tensile stress relaxation testing—Part 2：Procedure for bolted joint models)
3术语和定义
GB/T 3098.25界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
不锈钢stainless steel
以不锈、耐蚀性为主要特性，且铬（Cr)含量至少为10.5%，碳（C)含量最大不超过1.2%的钢。
3 .2
马氏体不锈钢 martensitic stainless steel
基体为马氏体组织，有磁性，通过热处理可调整其力学性能的不锈钢。
3 .3
沉淀硬化不锈钢 precipitation hardening stainless steel
基体为奥氏体或马氏体组织，并能通过沉淀硬化（又称时效硬化）处理使其强（硬）化的不锈钢。
3 .4
镍合金 nickel alloy
镍含量不小于50%的合金。
3.5
保温时间 soaking time
工件在工艺规定温度下保持的时间。
3.6
全承载能力螺栓和螺钉 bolt and screw with full loadability
头部强度大于螺纹部分和无螺纹杆部《〜心或O心），且满足最小极限拉力载荷的螺栓和螺 钉或全螺纹螺钉。
3.7
全承载能力螺柱 stud with full loadability
无螺纹杆径心〜心或心>心，且满足最小极限拉力载荷的螺柱。
3.8
全承载能力螺母 nut with full loadability
保证载荷符合GB/T 3098.15规定，最小高度不小于0.8D的标准螺母或高螺母。
3.9
螺变creep
因施加应力而产生的应变随时间的增大。
3.10
松她 relaxation
总应变保持不变，应力随时间逐渐丧失的现象。
4代号
下列代号适用于本文件。
犃紧固件实物断后伸长量，单位为毫米(mm);
As,nom螺纹公称应力截面积，单位为平方毫米（mm2);
AT紧固件实物高温断后伸长量，单位为毫米（mm);
犫螺纹长度，单位为毫米（mm);
D 内螺纹公称直径，单位为毫米(mm);
犇2内螺纹基本中径，单位为毫米(mm); d外螺纹公称直径，单位为毫米（mm);
外螺纹紧固件拉伸试验装置或螺母保载试验装置孔径，单位为毫米（mm); 心无螺纹杆径，单位为毫米（mm); di外螺纹基本小径，单位为毫米(mm);
(h外螺纹基本中径，单位为毫米(mm); d3外螺纹小径(应力截面积计算用），单位为毫米（mm);
Fmr极限拉力载荷，单位为牛（N);
Fml.T高温极限拉力载荷，单位为牛（N);
Fn,T螺母高温极限脱扣载荷，单位为牛（N);
Fp螺母保证载荷，单位为牛（N);
Fp[紧固件实物规定塑性延伸率为0.2%时的载荷，单位为牛（N);
FPI,T紧固件实物高温规定塑性延伸率为0.2%时的载荷，单位为牛（N);
犎螺纹原始三角形高度，单位为毫米（mm);
犺螺母保载试验装置厚度，单位为毫米（mm);
犔〇施加载荷前紧固件的总长度，单位为毫米（mm);
犔1断后紧固件的总长度，单位为毫米（mm);
犔2拉伸试验前的夹紧长度，单位为毫米(mm);
犾外螺纹紧固件公称长度，单位为毫米（mm);
犾螺柱的总长度，单位为毫米(mm);
V在试验夹具中紧固件未旋合螺纹的长度，单位为毫米(mm);
犿螺母高度，单位为毫米(mm);
犘螺距，单位为毫米（mm);
紧固件实物抗拉强度，单位为兆帕(MPa);
犚mr.T紧固件实物高温抗拉强度，单位为兆帕（MPa);
Rn，x螺母高温极限脱扣强度，单位为兆帕（MPa);
RPr紧固件实物规定塑性延伸率为0.2%时的应力，单位为兆帕（MPa);
RPr,T紧固件实物高温规定塑性延伸率为0.2%时的应力，单位为兆帕（MPa); SP保证应力，单位为兆帕（MPa)。
5标记制度
本部分中规定的所有不锈钢和镍合金属于三种不同的类别：
——马氏体不锈钢：CH0，CH1，CH2，V，VH，VW;
——奥氏体沉淀硬化不锈钢：SD;
——镍合金：SB和718。
6材料和加工 6.1化学成分
表1〜表3规定了紧固件用不锈钢和镍合金的化学成分极限。化学成分应按相关的国家标准进行 评估。国内相应类别材料信息参见附录A。
除非需方和制造者另有协议，否则在规定的紧固件钢的组别范围内的化学成分由制造者最终选择。 GB/T 3098.25中规定了选择适用于应用的不锈钢或镍合金的通用指南和信息。
6.2紧固件热处理
按本部分制造的紧固件应进行热处理，机械性能应符合第7章规定。
热处理工艺见表4,马氏体不锈钢的最低回火温度应根据表4的规定选择，未规定的保温时间由制 造者选择。并考虑表7所要求的机械性能及紧固件的实际使用温度。
热处理工艺流程如下：
——SD、SB和718:应进行固溶处理(AT)，建议在紧固件成型后进行。当外螺纹紧固件抗拉强度 ^mr>1100MPa时，经供需协议，固溶处理(AT)可以针对原材料进行(在紧固件成型前）。 ——对于冷镦和热锻紧固件，热处理应在紧固件成型后进行。
——对于由棒材机械加工成型紧固件，热处理可以针对原材料进行或在紧固件加工成型后进行。 对外螺纹紧固件，可以在热处理前或后或在固溶处理(AT)和沉淀硬化（P)之间辗制螺纹。
6.3表面精饰
除非另有规定，符合本部分的紧固件应进行清洁和抛光。
螺栓连接中的紧固件通常通过施加扭矩产生预紧力，因此，推荐对不锈钢和镍合金紧固件进行润滑 处理，以避免在紧固过程中出现磨损。
注1:在紧固过程中，一些参数可能会增加不锈钢和镍合金紧固件的磨损风险，如螺纹损坏、高预载荷、高拧紧速
度等。
注2:目前，对于不锈钢和镍合金紧固件的国家标准中没有规定有关表面缺陷和扭矩-夹紧力性能的要求。
通过适当的表面处理（润滑或涂/镀层或带有润滑的涂/镀层）获得可控的不锈钢和镍合金紧固件扭 矩-夹紧力关系。在这种情况下，标记和/或标签中紧固件代号后标记字母“Lu”，例如SDLu。同时，应 选择适当的拧紧措施和方法，以达到所需的预紧力。
当需要特殊要求时，应供需协议。
6.4螺栓和螺母连接副设计
螺栓、螺钉和螺柱与螺母匹配组合应按照表5规定。
螺母应与相同代号的螺栓、螺钉和螺柱（和垫圈）配合（如CHO螺栓与CHO螺母）。不同材料的紧 固件匹配组合是可能的，但应满足下列条件：
——应咨询有经验的紧固件材料专家；
——考虑连接副的最低耐蚀性；
——磨损风险。
注：在螺栓连接中，当被夹紧部分材料与所使用不锈钢和镍合金紧固件材料不同时，建议考虑使用隔离部件，以避 免电化学腐蚀。
65 耐高温环境
本部分中规定的紧固件用高温材料主要适用于通常以蠕变强度为尺寸因数且会发生高温氧化的温 度下（应注意，SD、SB和718材料也具有良好的耐潮湿环境腐蚀能力）。
6.6紧固件使用温度
第7章给出了在环境温度范围为1O°C〜35°C条件下进行测试时紧固件的机械性能。当在高温下 使用时，紧固件的机械性能会降低。与紧固件材料相关的建议最高使用温度见表6,但根据使用条件， 使用温度可能会低于最高使用温度。
当紧固件性能需要针对特定应用进行评估时，应在预期的使用温度下，对紧固件进行高温条件下拉 伸试验和/或蠕变试验和/或松弛试验，试验方法按第10章规定。试验应在尽可能接近最终组装条件下 进行（夹紧部件、夹紧力、使用温度等）。如确有必要按第10章进行试验，双方应在签订合同前就所有试 验条件达成一致。
7机械性能
7.1螺栓、螺钉和螺柱机械性能
按第9章规定的方法进行试验时，指定紧固件代号的螺栓、螺钉和螺柱在环境温度条件下，所有机 械性能要求应符合表7〜表11规定，无论试验在制造过程中进行或对最终成品进行。
8.2制造者的检验
按本部分生产的紧固件，当按8.1和第9章规定的适用性试验测试时，应符合第6章和第7章规定 的所有适用要求。
本部分不要求制造者对每一制造批次都实施试验。但制造者有责任选择合适的方法，如过程控制 或最终检查，以确保每一制造批均符合所有规定的要求。更多的信息见GB/T90.3。
如有争议，应按8.1和第9章规定的试验方法。
8.3供应商的检验
如果符合第6章和第7章规定的化学成分、机械性能要求，供方可选择自己的方法来控制和/或检 验紧固件（对制造者的定期评估、校核制造者提供的测试结果、紧固件实物检测等）。
如有争议，应按8.1和第9章规定的试验方法。
8.4需方的检验
需方可按第9章规定的试验方法来控制和/或检验交付的紧固件。
如有争议，应按8.1和第9章规定的试验方法。
8.5试验结果交付
当需方要求供应商的测试结果时，应该在订购时达成一致。试验报告应按照GB/T 39310的规定 编制，试验报告的类型（F2.2、F3.1或F3.2)和任何附加的或特定的测试也应由需方规定，并在订购时达成一致。
9环境温度条件下试验方法
9.1螺栓、螺钉和螺柱实物拉力试验 9.1.1通则
本试验用于同时或分别测定以下参数：
——紧固件实物的抗拉强度只mr ;
——紧固件实物规定塑性延伸率为0.2%时的应力只r
——断后伸长量A。
本试验适用于符合以下规定的螺栓、螺钉和螺柱实物：
——所有不锈钢和镍合金类别；
3 mm；
——螺栓、螺钉和螺柱（具有无螺纹杆部）公称长度/>2.5心且螺纹长度6>2d;
——无螺纹杆径4>心或者心〜心；
全螺纹螺柱，长度>3.53。
拉伸试验机应符合GB/T 16825.1的规定，达到1级精度或以上。装夹紧固件时，应避免斜拉，可 使用自动定心装置。
夹具和螺纹夹具应符合以下要求：
——硬度大于45HRC;
——孔径心符合表16要求；
——螺纹夹具螺纹公差等级5H6G,见图1。
试验装置应具有足够刚度，以避免影响规定塑性延伸率为0.2%时的载荷Fpr或断后伸长量A。 所有长度测量精度应不大于±0.05mm。
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