GB/T 3098.24-2020: Korkean lämpötilan ruostumattomasta teräksestä ja nikkelistä valmistetut seoskiinnikkeet

Johdanto GB/T 3098.24-2020 -standardiin

GB/T 3098.24-2020 määrittelee ruostumattomista teräksistä ja nikkeliseoksista valmistettujen pulttien, ruuvien, tappien ja muttereiden mekaaniset ominaisuudet, jotka on tarkoitettu korkeisiin lämpötiloihin. Tämä standardi on osa laajempaa kiinnittimiä käsittelevää GB/T 3098 -sarjaa ja keskittyy materiaaleihin, jotka säilyttävät rakenteellisen eheyden korkeissa lämpötiloissa, kuten ilmailu-, energiantuotanto- ja petrokemianteollisuudessa. Se varmistaa, että nämä kiinnittimet osoittavat luotettavaa suorituskykyä lujuuden, venyvyyden ja korroosionkestävyyden suhteen, kun ne altistetaan ympäristön olosuhteita korkeammille lämpötiloille.

Standardi luokittelee materiaalit martensiittisiin ruostumattomiin teräksiin, austeniittisiin erkautuslujittuviin ruostumattomiin teräksiin ja nikkeliseoksiin, jotka kaikki on räätälöity tiettyihin korkean lämpötilan sovelluksiin. Keskeisiä näkökohtia ovat kemiallisen koostumuksen raja-arvot, lämpökäsittelyohjelmat, mekaaniset testausvaatimukset ja ohjeet pulttien ja muttereiden yhdistämiseksi kitkasyöpymisen tai korroosion estämiseksi. Tämän standardin noudattaminen on ratkaisevan tärkeää, jotta insinöörit ja valmistajat voivat valita sopivat kiinnikkeet, jotka kestävät lämpörasituksia, hapettumista ja virumista vaarantamatta turvallisuutta tai toimivuutta.

Käytännössä tämä standardi on yhdenmukainen kansainvälisten normien, kuten ISO 3506:n, kanssa ja tarjoaa viitekehyksen kiinnittimien tuotannon laadunvarmistukselle. Se korostaa materiaalivalinnan merkitystä käyttöympäristöjen perusteella, joissa virumislujuudella ja lämpölaajenemisella on keskeinen rooli. Esimerkiksi nikkeliseokset, kuten Alloy 718, ovat edullisia niiden erinomaisen korkeiden lämpötilojen kestävyyden vuoksi, kun taas martensiittiset laadut tarjoavat kustannustehokkaita ratkaisuja kohtalaisissa lämpötiloissa. Asiakirjassa viitataan myös liitteisiin kotimaisten materiaalien vastineista ja ohjeista ruostumattomien terästen tai nikkeliseosten valinnasta GB/T 3098.25 -standardin mukaisesti.

Tämän standardin ymmärtäminen edellyttää kiinnittimien mekaniikan tuntemusta, mukaan lukien jännitys-venymä-käyttäytyminen korkeissa lämpötiloissa. Se edellyttää testausta ympäristön olosuhteissa (10–35 °C), mutta suosittelee lisäarviointeja korkeassa lämpötilassa kriittisissä sovelluksissa. Tämä varmistaa, että kiinnittimet täyttävät vetolujuuden, vetolujuuden ja venymän vähimmäisvaatimukset, estäen käytössä esiintyvät viat. Valmistajien on noudatettava määriteltyjä lämpökäsittelyjä haluttujen mikrorakenteiden saavuttamiseksi, kuten martensiitti kovuuden tai austeniitti sitkeyden saavuttamiseksi. Kaiken kaikkiaan GB/T 3098.24-2020 edistää luotettavuutta korkean lämpötilan kiinnitysjärjestelmissä ja vähentää materiaalin heikkenemiseen liittyviä riskejä ajan myötä.

Lisäksi standardi käsittelee pintakäsittelyjä kitkasyöpymisen vähentämiseksi, joka on yleinen ongelma ruostumattomille ja nikkeliseoksille niiden alhaisen lämmönjohtavuuden ja korkeiden kitkakertoimien vuoksi. Voitelua suositellaan tasaisten vääntömomentti-jännityssuhteiden saavuttamiseksi, mikä parantaa kokoonpanon tehokkuutta. Optimoimalla kemiallisia koostumuksia ja prosessointia tämä standardi helpottaa vaativissa olosuhteissa toimivien kiinnittimien tuotantoa ja edistää siten suunnittelun ja materiaalitieteen kehitystä.

Symbolit ja nimitykset

Seuraavat symbolit koskevat tätä asiakirjaa ja tarjoavat tarkat määritelmät mekaanisille ja mittaparametreille, jotka ovat olennaisia ​​kiinnittimien suorituskyvyn arvioinnissa. Nämä merkinnät varmistavat testauksen ja spesifikaation yhdenmukaisuuden, jolloin insinöörit voivat arvioida tarkasti ominaisuuksia, kuten lujuutta ja venymää kuormituksen alaisena.

• AKiinnittimen todellinen venymä murtumisen jälkeen millimetreinä (mm).
• A_s,nomKierteen nimellinen jännityspoikkileikkauspinta-ala neliömillimetreinä (mm²).
• A_TKiinnittimen todellinen lämpötilan venymä murtumisen jälkeen millimetreinä (mm).
• bLangan pituus millimetreinä (mm).
• DSisäkierteen nimellishalkaisija millimetreinä (mm).
• D₂Sisäkierteen perusnousuhalkaisija millimetreinä (mm).
• dUlkokierteen nimellishalkaisija millimetreinä (mm).
• d_hReiän halkaisija vetokoeasetelmassa tai mutterinkestävässä kuormituskoeasetelmassa ulkokierteisille kiinnikkeille millimetreinä (mm).
• d_sVarren halkaisija ilman kierteitä millimetreinä (mm).
• d₁Ulkokierteen perusläpimitta millimetreinä (mm).
• d₂Ulkokierteen perusnousuhalkaisija millimetreinä (mm).
• d₃Ulkokierteen pienin halkaisija (jännityspinta-alan laskemista varten) millimetreinä (mm).
• F_mfSuurin vetolujuus, newtoneina (N).
• F_mf,TKorkean lämpötilan vetolujuus newtoneina (N).
• F_n,TKorkean lämpötilan lopullinen irrotuskuormitus muttereille newtoneina (N).
• F_pMuttereiden vetolujuus newtoneina (N).
• F_pfTodellinen kuormitus kiinnittimen 0,2%:n muovijatkeella newtoneina (N).
• F_pf,TTodellinen korkean lämpötilan kuormitus kiinnittimen 0,2%:n muovijatkeella, newtoneina (N).
• HLangan alkuperäinen kolmionmuotoinen korkeus millimetreinä (mm).
• hMutterinkestävän kuormitustestauslaitteen paksuus millimetreinä (mm).
• L₀Kiinnittimen kokonaispituus ennen kuormitusta millimetreinä (mm).
• L₁Kiinnittimen kokonaispituus murtumisen jälkeen millimetreinä (mm).
• L₂Tartuntapituus ennen vetokoetta millimetreinä (mm).
• lUlkokierteisen kiinnittimen nimellispituus millimetreinä (mm).
• l₁Nastan kokonaispituus millimetreinä (mm).
• l_thKiinnittimen testauslaitteen vapaan kierteen pituus millimetreinä (mm).
• mMutterin korkeus millimetreinä (mm).
• PJako millimetreinä (mm).
• R_mfKiinnittimen todellinen vetolujuus megapascaleina (MPa).
• R_mf,TKiinnittimen todellinen korkean lämpötilan vetolujuus megapascaleina (MPa).
• R_n,TMuttereiden korkean lämpötilan lopullinen irrotuslujuus megapascaleina (MPa).
• R_pfKiinnittimen todellinen jännitys 0,2%:n plastisella venymällä, megapascaleina (MPa).
• R_pf,TTodellinen korkean lämpötilan jännitys kiinnittimen 0,2%:n plastisella venymällä, megapascaleina (MPa).
• S_pTodistusjännitys megapascaleina (MPa).

Nämä symbolit ovat olennainen osa mekaanisen testauksen laskelmia, kuten vetolujuuden (R_mf = F_mf / A_s,nom) ja kestävyystestaus. Ne helpottavat tarkkaa kommunikointia suunnittelueritelmissä varmistaen, että kiinnittimiä arvioidaan yhdenmukaisesti eri valmistus- ja käyttövaiheissa. Korkeissa lämpötiloissa käytetään symboleja, kuten R_mf,T ja F_pf,T ottaa huomioon materiaalin käyttäytymiseen vaikuttavat lämpövaikutukset, kuten korkeiden lämpötilojen aiheuttama myötölujuuden heikkeneminen. Näiden nimikkeiden asianmukainen käyttö estää väärintulkintoja ja parantaa turvallisuutta suunnittelusovelluksissa.

Lisäksi näiden symbolien ymmärtäminen auttaa noudattamaan asiaankuuluvia standardeja, joissa mittaparametrit, kuten d ja P, vaikuttavat kierteiden lujuuteen ja kuormituksen jakautumiseen. Esimerkiksi nimellinen jännityspinta-ala A_s,nom lasketaan kaavoilla, joihin liittyy d₂ ja d₃, kriittinen jännityksen alaisten vikaantumistilojen ennustamiseksi.

Merkintäjärjestelmä

Kaikki tässä osassa määritellyt ruostumattomat teräkset ja nikkeliseokset voidaan jakaa kolmeen erilliseen luokkaan: martensiittiset ruostumattomat teräkset (CH0, CH1, CH2, V, VH, VW), austeniittiset erkautuslujittuvat ruostumattomat teräkset (SD) ja nikkeliseokset (SB ja 718). Tämä merkintäjärjestelmä tarjoaa standardoidun tavan tunnistaa materiaalilaadut, mikä varmistaa jäljitettävyyden ja sopivan valinnan korkean lämpötilan sovelluksiin.

Martensiittiset teräkset, kuten CH0 (esim. X20Cr13), on merkitty niiden karkenevuuden perusteella lämpökäsittelyn avulla, mikä tarjoaa hyvän lujuuden kohtuullisissa lämpötiloissa. V-, VH- ja VW-merkinnät osoittavat vaihtelevia vetolujuustasoja, ja VH vaatii R-lujuuden._pf ≥ 700 MPa parannetun suorituskyvyn takaamiseksi. Austeniittiset SD-merkinnät merkitsevät erkautuslujitettuja seoksia, kuten X6NiCrTiMoVB25-15-2, jotka tunnetaan korroosionkestävyydestään ja lujuutensa säilyttämisestä jopa 650 °C:seen asti. Nikkeliseokset SB (NiCr20TiAl) ja 718 (NiCr19NbMo) on merkitty erinomaisen virumiskestävyyden vuoksi, ja ne sopivat ihanteellisesti jopa 800 °C:n ja 700 °C:n lämpötiloihin.

Merkintä varmistaa kokoonpanojen yhteensopivuuden ja estää yhteensopimattomuudet, jotka voisivat johtaa vikoihin. Voideltuihin kiinnittimiin lisätään ”Lu” (esim. SD Lu) osoittamaan pintakäsittelyjä kitkasyöpymisen vähentämiseksi. Tämä järjestelmä on ISO-standardien mukainen, mikä helpottaa maailmanlaajuista kauppaa ja laadunvalvontaa kiinnittimien valmistuksessa.

Yksityiskohtainen merkintä sisältää materiaalikoodin, lämpökäsittelytilan (esim. +QT sammutetulle ja päästätylle) ja suorituskykyluokan, mikä mahdollistaa nopean tarkistamisen tarkastuksen aikana. Asianmukainen merkintä on olennaista varastonhallinnan ja määräystenmukaisuuden kannalta esimerkiksi turbiinien valmistuksessa.

Materiaalit ja käsittely

Kemiallinen koostumus

Taulukoissa 1–3 esitetään kiinnitysmateriaaleissa käytettyjen ruostumattomien terästen ja nikkeliseosten kemiallisen koostumuksen raja-arvot. Nämä raja-arvot arvioidaan asiaankuuluvien kansallisten standardien mukaisesti, ja kotimaiset vastineet on esitetty liitteessä A. Ellei toisin sovita, valmistaja valitsee koostumuksen ryhmän sisältä.

GB/T 3098.25 antaa ohjeita sopivien seosten valintaan. Koostumukset on annettu massaosuuksina (%) ja niissä on maksimiarvot, ellei vaihteluvälejä tai minimejä ole mainittu.

Kemialliset koostumukset on suunniteltu optimoimaan ominaisuuksia, kuten korroosionkestävyyttä, lujuutta ja korkeiden lämpötilojen kestävyyttä. Esimerkiksi martensiittisten terästen korkea Cr-pitoisuus parantaa hapettumisenkestävyyttä, kun taas seos 718:n Nb stabiloi virumista vastaan. Alkuaineiden, kuten fosforin ja rikin, tiukka hallinta minimoi haurastumisen. Valmistajien on varmistettava koostumukset spektroskooppisella analyysillä varmistaakseen vaatimustenmukaisuuden, sillä poikkeamat voivat johtaa heikentyneeseen suorituskykyyn käytössä. Tässä osiossa korostetaan materiaalin puhtauden merkitystä pitkäaikaiselle luotettavuudelle korkeissa lämpötiloissa.

Lämpökäsittely

Tämän standardin mukaisesti valmistetut kiinnittimet on lämpökäsiteltävä luvussa 7 määriteltyjen mekaanisten ominaisuuksien saavuttamiseksi. Lämpökäsittelyohjelmat on esitetty yksityiskohtaisesti taulukossa 4, ja martensiittisten terästen vähimmäispäästölämpötilat on valittu vastaavasti. Pitoajat, joita ei ole määritelty, valitsee valmistaja ottaen huomioon vaaditut ominaisuudet ja käyttölämpötilat.

Prosessivirta: SD-, SB- ja 718-teräksille vaaditaan liuoskäsittely (AT), mieluiten muovauksen jälkeen. Suurlujuusisten ulkokierteiden (R_mf ≥1100 MPa), lämpökäsittely voidaan tehdä raaka-aineelle sopimuksen mukaan. Kylmäpäisten tai kuumataottujen kiinnikkeiden lämpökäsittely tapahtuu muovauksen jälkeen. Koneistetuilla kiinnikkeillä se voi tapahtua raaka-aineelle tai valmiille tuotteelle, ja kierteitys on mahdollista ennen käsittelyä tai sen jälkeen.

Lämpökäsittely optimoi mikrorakenteen haluttujen ominaisuuksien saavuttamiseksi, kuten martensiittisten terästen karkaisun tai nikkeliseosten saostumisfaasien lujuuden parantamiseksi. Väärä käsittely voi aiheuttaa haurautta tai heikentää korroosionkestävyyttä. Valmistajien on seurattava lämpötiloja ja jäähdytysnopeuksia tasaisten ominaisuuksien saavuttamiseksi, ja jälkikäsittelytarkastuksilla on varmistettava vaatimustenmukaisuus.

Pinnan viimeistely

Ellei toisin ole määrätty, kiinnittimet on puhdistettava ja kiillotettava. Voitelua suositellaan kitkasyöpymisen estämiseksi kokoonpanon aikana, erityisesti suuren vääntömomentin tai nopeuden aikana. Kierteiden vaurioitumisriskiä lisääviä tekijöitä ovat kierteiden vaurioituminen ja suuret esikuormitukset.

Huomautus 1: Parametrit, kuten suuri kiristysnopeus, lisäävät kitkasyöpymisriskiä. Huomautus 2: Näille seoksille ei ole kansallisia standardeja, jotka määrittäisivät pintavirheitä tai vääntömomentin puristusvoimaa.

Pintakäsittelyt mahdollistavat kontrolloidun vääntömomentin ja jännityksen, merkitty ”Lu”:lla (esim. SD Lu). Erikoisvaatimukset sopimuksen mukaan.

Pinnan viimeistely on ratkaisevan tärkeää suorituskyvyn kannalta, sillä se vähentää kitkaa ja parantaa korroosionkestävyyttä. Kiillotus poistaa oksideja, kun taas voitelu varmistaa luotettavat esijännitystulokset. Korkeissa lämpötiloissa pinnoitteiden on kestettävä lämpöhajoamista.

Pultti- ja mutteriparien suunnittelu

Pulttien, ruuvien, tappien ja muttereiden tulee olla pareittain taulukon 5 mukaisesti. Mutterit vastaavat saman koodin kiinnittimiä (esim. CH0-pultti ja CH0-mutteri). Eri materiaalit ovat mahdollisia asiantuntijoiden konsultoinnista riippuen, ottaen huomioon korroosion ja kitkasyöpymisen.

Kun kiinnitettävät osat eroavat kiinnitysmateriaalista, käytä eristystä galvaanisen korroosion välttämiseksi.

Paritus varmistaa kuorman jakautumisen ja yhteensopivuuden, mikä minimoi riskit, kuten irtoamisen. Asiantuntijan konsultointi on avainasemassa epästandardien parien kanssa.

Korkean lämpötilan ympäristön kestävyys

Materiaalit sopivat ympäristöihin, joissa virumislujuus määrää mitoituksen ja hapettumista tapahtuu korkeissa lämpötiloissa. SD, SB ja 718 kestävät myös kosteaa korroosiota.

Hapettumis- ja hilseilykestävyys saavutetaan seostamalla, jossa Cr muodostaa suojaavia oksideja. Virumiskestävyys on elintärkeää pitkäaikaisissa kuormissa korkeissa lämpötiloissa.

Kaasuturbiinien kaltaisissa sovelluksissa nämä materiaalit säilyttävät eheyden lämpövaihteluissa estäen väsymisestä tai haurastumisesta johtuvat viat.

Kiinnittimien käyttölämpötilat

Luvun 7 ominaisuudet testataan 10–35 °C:n lämpötilassa. Korkean lämpötilan käyttö heikentää ominaisuuksia. Suositellut enimmäislämpötilat on esitetty taulukossa 6, mutta ne voivat olla alhaisempia olosuhteista riippuen.

Tietyissä sovelluksissa on suoritettava korkean lämpötilan veto-, virumis- tai relaksaatiokokeet luvun 10 mukaisesti simuloimalla kokoonpano-olosuhteita.

Nämä lämpötilat ohjaavat suunnittelua ottaen huomioon tekijät, kuten hapettumisen ja virumisen. Testaus varmistaa suorituskyvyn todellisessa käytössä.

Kiinnittimien mekaaniset ominaisuudet

Pultit, ruuvit ja tapit

Luvun 9 mukaisesti testattaessa mekaanisten ominaisuuksien ympäristön lämpötilassa on täytettävä taulukoiden 7–11 vaatimukset, joita sovelletaan valmistuksen aikana tai valmiisiin tuotteisiin.

Nämä ominaisuudet varmistavat, että kiinnikkeet kestävät vetolujuudet ilman liiallista muodonmuutosta. Esimerkiksi korkea R_mf 718-teräs sopii vaativiin käyttötarkoituksiin. Kovuusalueet estävät haurautta säilyttäen samalla lujuuden.

Pähkinät

Muttereiden mekaaniset ominaisuudet määritellään samalla tavalla, keskittyen kuormituksen kestävyyteen ja irrotuslujuuteen korkeissa lämpötiloissa. Niiden on vastattava pulttien ominaisuuksia heikkojen lenkkien välttämiseksi kokoonpanoissa.

Testausmenetelmät

Luvun 9 mukaiset testaukset sisältävät vetokokeet R:lle_mf ja R_pf, kovuusmittaukset ja korkean lämpötilan arvioinnit luvun 10 mukaisesti virumisen ja relaksaation osalta. Menetelmät varmistavat ominaisuuksien tarkan arvioinnin simuloiduissa olosuhteissa.