Einführung in den Standard GB/T 3098.8
Diese Norm beschreibt die mechanischen Eigenschaften, Werkstoffe, Prüfverfahren, Kennzeichnung und Markierung von Schraubverbindungen, die bei extremen Temperaturen von -200 °C bis +700 °C eingesetzt werden. Sie gewährleistet Zuverlässigkeit in Anwendungen wie Druckbehältern, Kesseln und Hochtemperaturmaschinen und ergänzt Normen wie GB/T 3098.1, GB/T 3098.6 und DIN EN 10269.
Umfang
GB/T 3098.8-2010 legt die Anforderungen an Verbindungselemente aus austenitischen Stählen für niedrige Temperaturen bis -200 °C und aus Stählen/Nickellegierungen für hohe Temperaturen bis +700 °C fest. Die Norm umfasst mechanische Leistungsklassen, Prüfverfahren und die Materialanpassung, um die strukturelle Integrität unter thermischer Beanspruchung zu gewährleisten. Dies ist entscheidend für Branchen, die Beständigkeit gegen Kriechen, Relaxation und Sprödbruch erfordern.
- Gilt für Bolzen, Schrauben, Gewindebolzen und Muttern in Schraubverbindungen.
- Fokus auf volle Tragfähigkeit für sicheren Betrieb unter extremen Bedingungen.
- Verweist auf verwandte Normen für umfassende Konformität.
Werkstoff- und mechanische Eigenschaften
Die Werkstoffauswahl erfolgt anhand des Temperaturbereichs, um die mechanische Festigkeit zu gewährleisten. Für niedrige Temperaturen bieten austenitische Stähle Duktilität; für hohe Temperaturen bieten Stähle und Nickellegierungen Festigkeit und Kriechfestigkeit. Die Eigenschaften müssen die vorgegebenen Anforderungen an Härte, Zugfestigkeit und Prüflast erfüllen.
Niedertemperaturmaterialien
Tabelle 1 listet austenitische Stahlgruppen für minimale Betriebstemperaturen bis -200 °C mit Eigenschaften gemäß GB/T 3098.6 und GB/T 3098.15 auf. Kupfergehalt ≤ 11 % T3T. Höhere Temperaturen haben keinen Einfluss; niedrigere erfordern Leistungsprüfungen unter den jeweiligen Bedingungen.
| Minimale Dauerbetriebstemperatur (ungefähr) | StahlgruppeA | Leistungsnote | |
|---|---|---|---|
| Bolzen | Nuss | ||
| -60°CB | A2L | 50 | 50 |
| A2 | |||
| A3 | 70 | ||
| -200°Cc | A4L | 70 | |
| A4 | 80 | ||
| A5 | |||
A Kupfergehalt ≤1% (gemäß GB/T 3098.6 und GB/T 3098.15).
B Kopfbolzen.
c Bolzen.
Hochtemperaturwerkstoffe
Tabelle 2 spezifiziert Stähle und Nickellegierungen für Temperaturen bis +700 °C mit Eigenschaften gemäß DIN EN 10269 Tabelle 4 für die Wärmebehandlung. Referenzdaten für Streckgrenze, Kriechfestigkeit und Relaxation sind den Tabellen 5, C.1 und D.1 der DIN EN 10269 zu entnehmen. Diese Angaben beziehen sich auf Bleche der Sorten AD 2000-W2, W7, W10 und VdTUV.
| Arbeitstemperaturbereich nach DIN EN 10269 | Material | Härte von Schrauben und/oder Muttern/HV | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| min | KurzfristigA max | LangfristigB max | Abkürzung | Nummer | Grad | Zustand | min | max |
| -120°C | / | / | KB | 1.568 | X12Ni5 | +NT | 157 | 203 |
| +QT | 173 | 235 | ||||||
| / | 400 °C | 500 °C | Yard | 1.1181 | C35E | +N | 150 | 200 |
| / | 400 °C | 500 °C | YK | 1.1181 | C35E | +QT | 165 | 210 |
| / | 400 °C | / | YB | 1.5511 | 35B2G | +QT | 165 | 210 |
| -60°C | 500 °C | 550 °C | KG | 1.7218 | 25CrMo4 | +QT | 195 | 240 |
| -100°C | 500 °C | / | GC | 1.7225 | 42CrMo4 | +QT | 275 | 337 |
| / | 500 °C | 550 °C | GA | 1.7709 | 21CrMoV5-7 | +QT | 225 | 272 |
| / | 600 °C | 550 °C | GB | 1.7711 | 40CrMoV46 | +QT | 272 | 320 |
| / | 550 °C | 600 °C | Ve | 1.4923 | X22CrMoV12-1 | +QT 1e | 256 | 303 |
| / | 550 °C | 600 °C | VHf | 1.4923 | X22CrMoV12-1 | +QT 2f | 287 | 367 |
| / | 600 °C | 600 °C | VW | 1.4913 | X19CrMoNbVN11-1 | +QT | 287 | 367 |
| / | 650 °C | 670 °C | S | 1.4986 | X7CrNiMoBNb16-16 | +WW+P | 210 | 272 |
| -196°C | 650 °C | 650 °C | SD | 1.498 | X6NiCrTiMoVB25-15-2 | +AT+P | 287 | 367 |
| -196°C | 650 °C | 800 °C | SB | 2.4952 | NiCr20TiAl | +AT+P | 320 | 417 |
A Temperaturgrenze für Streckgrenze und Zugfestigkeit.
B Temperaturgrenze für Kriech- und Bruchfestigkeit.
c Zustände gemäß DIN EN 10269 Tabelle 4: +N (normalisiert), +NT (normalisiert und vergütet), +QT (vergütet), +WW (warmverformt), +AT (lösungsgeglüht), +P (ausscheidungsgehärtet).
D Nur für Nüsse.
e V nach DIN EN 10269, Rp0,2 ≥600 N/mm² (+QT1).
f VH nach DIN EN 10269, Rp0,2 ≥600 N/mm² (+QT2).
G Siehe VdTUV WB 490.
Ladekapazitäten
Die Lastwerte gewährleisten, dass die Verbindungselemente den Betriebsbeanspruchungen standhalten. Sie dienen der Konstruktionsprüfung.
Mindestzugkräfte für Grobgewindeschrauben
Tabelle 4a: As,nom × Rm,min /kN
| Gewindegröße d | Belastungsbereich As,nom /mm² | Austenitischer Edelstahl | Stahl und Nickellegierungen | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 50 | 70 | KB | YK | KG | GA | GB | GC | V | VH | S | SD | SB | ||
| YB | VW | |||||||||||||
| M3 | 5.03 | 2.52 | 3.52 | 2.67 | 2.52 | 3.02 | 3.52 | 4.28 | 4.33 | 4.02 | 4.53 | 3.27 | 4.53 | 5.03 |
| M3.5 | 6.78 | 3.39 | 4.75 | 3.59 | 3.39 | 4.07 | 4.75 | 5.76 | 5.83 | 5.42 | 6.1 | 4.41 | 6.1 | 6.78 |
| M4 | 8.78 | 4.39 | 6.15 | 4.65 | 4.39 | 5.27 | 6.15 | 7.46 | 7.55 | 7.02 | 7.9 | 5.71 | 7.9 | 8.78 |
| M5 | 14.2 | 7.1 | 9.94 | 7.53 | 7.1 | 8.52 | 9.94 | 12.1 | 12.2 | 11.4 | 12.8 | 9.23 | 12.8 | 14.2 |
| M6 | 20.1 | 10.1 | 14.1 | 10.7 | 10.1 | 12.1 | 14.1 | 17.1 | 17.3 | 16.1 | 18.1 | 13.1 | 18.1 | 20.1 |
| M7 | 28.9 | 14.5 | 20.2 | 15.3 | 14.5 | 17.3 | 20.2 | 24.6 | 24.9 | 23.1 | 26 | 18.8 | 26 | 28.9 |
| M8 | 36.6 | 18.3 | 25.6 | 19.4 | 18.3 | 22 | 25.6 | 31.1 | 31.5 | 29.3 | 32.9 | 23.8 | 32.9 | 36.6 |
| M10 | 58 | 29 | 40.6 | 30.7 | 29 | 34.8 | 40.6 | 49.3 | 49.9 | 46.4 | 52.2 | 37.7 | 52.2 | 58 |
| M12 | 84.3 | 42.2 | 59 | 44.7 | 42.2 | 50.6 | 59 | 71.7 | 72.5 | 67.4 | 75.9 | 54.8 | 75.9 | 84.3 |
| M14 | 115 | 57.5 | 80.5 | 61 | 57.5 | 69 | 80.5 | 97.8 | 98.9 | 92 | 104 | 74.8 | 104 | 115 |
| M16 | 157 | 78.5 | 110 | 83.2 | 78.5 | 94.2 | 110 | 133 | 135 | 126 | 141 | 102 | 141 | 157 |
| M18 | 192 | 96 | 134 | 102 | 96 | 115 | 134 | 163 | 165 | 154 | 173 | 125 | 173 | 192 |
| M20 | 245 | 123 | 172 | 130 | 123 | 147 | 172 | 208 | 211 | 196 | 221 | 159 | 221 | 245 |
| M22 | 303 | 152 | 212 | 161 | 152 | 182 | 212 | 258 | 261 | 242 | 273 | 197 | 273 | 303 |
| M24 | 353 | 177 | 247 | 187 | 177 | 212 | 247 | 300 | 304 | 282 | 318 | 229 | 318 | 353 |
| M27 | 459 | 230 | / | 243 | 230 | 275 | 321 | 390 | 395 | 367 | 413 | 298 | 413 | 459 |
| M30 | 561 | 281 | / | 297 | 281 | 337 | 393 | 477 | 482 | 449 | 505 | 365 | 505 | 561 |
| M33 | 694 | 347 | / | 368 | 347 | 416 | 486 | 590 | 597 | 555 | 625 | 451 | 625 | 694 |
| M36 | 817 | 409 | / | 433 | 409 | 490 | 572 | 694 | 703 | 654 | 735 | 531 | 735 | 817 |
| M39 | 976 | 488 | / | 517 | 488 | 586 | 683 | 830 | 839 | 781 | 878 | 634 | 878 | 976 |
Tragfähigkeit von Schraubverbindungen
Für volle Tragfähigkeit: Passende Schrauben und Muttern mit ausreichender Tragfähigkeit, geeigneter Höhe (Typ 1 für Grobgewinde, Typ 2 für Feingewinde), Gewindetoleranzen und Festigkeitsverhältnissen. Der Bruch in Zugversuchen muss gemäß GB/T 3098.1 oder 3098.6 in gewindelosen Abschnitten erfolgen. Verjüngte Bolzen gemäß GB/T 13807.2/3 mit Toleranzen gemäß GB/T 3103.4.
- Führen Sie Zugversuche durch, um die Mindestbelastungen zu überprüfen.
- Stellen Sie sicher, dass die Mutternhöhe den typspezifischen Anforderungen an die Lastverteilung entspricht.
- Die Materialien sollten so aufeinander abgestimmt sein, dass Schwachstellen in der Montage vermieden werden.
Häufig gestellte Fragen
Welche Werkstoffe eignen sich für Anwendungen bei -200°C?
Austenitische Stähle wie A4L, A4, A5 mit der Güteklasse 70 oder 80, die Duktilität und Zähigkeit gemäß Tabelle 1 gewährleisten.
Wie wählt man die passenden Schrauben und Muttern für hohe Temperaturen aus?
Verwenden Sie Tabelle 3 für sinnvolle Paarungen, wobei die Mutterfestigkeit >70% der Schraube und die richtigen Gewindetoleranzen für die volle Tragfähigkeit sicherzustellen sind.
Was passiert, wenn die Betriebstemperatur +700°C überschreitet?
Die Standardgrenze liegt bei +700°C; für höhere Temperaturen sind spezifische Kriech- und Relaxationsversuche gemäß DIN EN 10269 durchzuführen.
Warum eine höhere Dehngrenze für austenitische Muttern?
Um Fertigungstoleranzen bei kleinen Losgrößen auszugleichen und die Zuverlässigkeit bei Verwendung weicherer Schrauben zu gewährleisten (siehe Tabelle 3 Anmerkung b).
Wie prüft man die volle Tragfähigkeit?
Führen Sie Zugversuche gemäß GB/T 3098.1 oder 3098.6 durch und überprüfen Sie die Bruchstelle und die Mindestlasten aus den Tabellen 4a/5a.
Gibt es Beschränkungen hinsichtlich des Kupfergehalts?
Ja, ≤1% für austenitische Stähle, um Versprödung bei niedrigen Temperaturen zu vermeiden.
