GB/T 3098.23-2020 소개
GB/T 3098.23-2020은 M42에서 M72까지의 공칭 나사 직경을 가진 볼트, 나사 및 스터드와 같은 체결 부품의 기계적 특성을 규정합니다. 이 표준은 구조 공학, 기계 조립 및 중공업과 같은 까다로운 응용 분야에 사용되는 고강도 체결 부품의 성능 요구 사항을 다루는 GB/T 3098 시리즈의 일부입니다. 특히 8.8 및 10.9 등급에 중점을 두어 이러한 부품이 다양한 환경 조건에서도 건전성을 유지하면서 상당한 하중을 견딜 수 있도록 보장합니다.
이 표준은 재료, 열처리, 화학 조성 및 인장 강도, 항복 강도, 경도, 충격 저항을 포함한 다양한 기계적 특성에 대한 요구 사항을 명시합니다. M42~M72 범위와 같은 대구경 패스너의 경우, 충분한 경화성을 확보하여 취성 파괴 또는 패스너 중심부의 강도 부족과 같은 문제를 방지하기 위해 특별한 고려 사항이 적용됩니다. 합금강이 필수적으로 사용되며, 원하는 미세 구조, 특히 나사산 부분의 마르텐사이트 구조를 얻기 위해 담금질 및 템퍼링 처리가 필수적입니다.
주요 특징으로는 탄소, 인, 황, 붕소와 같은 원소의 함량을 제어하기 위한 화학적 조성 제한이 있는데, 이러한 원소들은 재료의 담금질성 및 결함 발생 가능성에 영향을 미칩니다. 최소 템퍼링 온도와 같은 열처리 매개변수는 강도와 인성의 균형을 맞추도록 규정되어 있습니다. 기계적 시험 방법은 관련 표준을 참조하여 평가의 일관성을 보장합니다. 이 표준은 제조업체와 엔지니어가 고하중 환경에서 안전 및 성능 기준을 충족하는 적절한 체결 부품을 선택하는 데 매우 중요합니다.
실제로 GB/T 3098.23-2020을 준수하면 교량, 압력 용기 또는 자동차 섀시와 같이 체결 부품 고장이 치명적인 결과를 초래할 수 있는 응용 분야에서 위험을 완화하는 데 도움이 됩니다. 또한 재료 품질을 검증하기 위한 표면 무결성, 탈탄 한계 및 템퍼링 후 경도 검사에 대한 지침을 제공합니다. 이러한 사양을 통합함으로써 이 표준은 전 세계 공급망에서 신뢰성과 상호 운용성을 향상시키고 유사한 특성 등급에 대한 ISO 898-1과 같은 국제 표준과 일치합니다.
또한, 이 문서에는 공칭 응력 면적을 기준으로 계산된 굵은 나사산과 가는 나사산 모두에 대한 최소 인장 하중 및 항복 하중에 대한 상세 표가 포함되어 있습니다. 이러한 값은 설계 엔지니어가 안전 작업 하중을 결정하고 안전 여유를 고려하는 데 필수적입니다. 이 표준은 최적의 성능을 위해 템퍼링 전에 코어에 최소 90% 마르텐사이트를 달성하는 것이 중요하다고 강조합니다. 전반적으로 GB/T 3098.23-2020은 산업 현장에서 흔히 발생하는 인장, 전단 및 피로 응력 하에서 안정적인 성능을 보장하는 고성능 대구경 패스너의 생산 및 검증에 대한 포괄적인 지침 역할을 합니다. 이 서론은 재료 구성부터 시작하여 성능 지표에 이르기까지 특정 요구 사항을 자세히 살펴보는 기초를 제공합니다.
- 적용 범위: M42부터 M72까지의 볼트, 나사 및 스터드에 적용됩니다.
- 속성 클래스: 8.8 및 10.9.
- 재질: 담금질 및 템퍼링 처리된 합금강.
- 주요 이점: 강도, 인성 및 파손 저항성 향상.
이 표준을 완전히 이해하려면 이전 버전과의 진화 과정, 즉 야금 및 시험 기술의 발전 과정을 파악하는 것이 중요합니다. 예를 들어, 인과 황과 같은 불순물에 대한 엄격한 관리는 열처리 취성 위험을 줄이고, 붕소 함량 제한은 열처리 중 결정립 조대화를 방지합니다. 엔지니어는 전체적인 규정 준수를 위해 나사산 치수에 대해서는 GB/T 196, 표면 결함에 대해서는 GB/T 5779.1을 참조해야 합니다.
화학적 조성(재료)
GB/T 3098.23-2020의 화학 조성 요건은 체결 부품의 기계적 특성을 보장하는 데 매우 중요합니다. 8.8 및 10.9 등급의 경우, 재료는 담금질 및 템퍼링 처리된 합금강이어야 합니다. 조성은 용융 분석을 통해 명시되며, 분쟁 발생 시에는 제품 분석이 적용됩니다. 탄소 함량은 8.8 등급의 경우 최소 0.2%, 10.9 등급의 경우 최소 0.3%에서 최대 0.55%까지이며, 이는 과도한 취성을 유발하지 않으면서 필요한 경화성을 확보하기 위한 것입니다.
인과 황은 편석을 최소화하고 인성을 향상시키기 위해 각각 최대 0.025%로 제한됩니다. 붕소는 결정립 구조에 악영향을 미치지 않도록 0.003%로 제한됩니다. 합금 원소는 크롬(최소 0.30%), 니켈(최소 0.30%), 몰리브덴(최소 0.20%) 또는 바나듐(최소 0.10%) 중 하나 이상을 포함해야 합니다. 여러 원소를 조합할 경우, 총 합금 함량은 각 원소의 최소 함량 합계의 70% 이상이어야 합니다.
이러한 제한 조건은 충분한 담금질성을 보장하여 템퍼링 전에 나사산 코어에 약 90% 마르텐사이트를 형성합니다. 두 종류 모두 최소 템퍼링 온도는 500°C이며, 이를 통해 미세 구조가 개선되어 강도와 연성이 균형을 이룹니다. 엔지니어링 분야에서 이러한 조성은 고응력 환경에서 흔히 발생하는 수소 취성 및 피로에 대한 체결 부품의 저항성을 향상시킵니다.
| 속성 클래스 | 8.83 | 10.93 | |||
| 재료 및 열처리 | 담금질 및 템퍼링 처리된 합금강2 | 담금질 및 템퍼링 처리된 합금강2 | |||
| C, 분1 | 화학 조성 한계 / % (용융 분석) | 0.2 | 0.3 | ||
| C, 최대1 | 0.55 | 0.55 | |||
| P, 최대1 | 0.025 | 0.025 | |||
| S, 최대1 | 0.025 | 0.025 | |||
| B, 최대1 | 0.003 | 0.003 | |||
| 템퍼링 온도 °C | 500 | 500 | |||
1 분쟁 발생 시 제품 분석이 적용됩니다. 2 이러한 합금강은 다음 원소 중 하나 이상을 최소 함량으로 포함해야 합니다: Cr 0.30%; Ni 0.30%; Mo 0.20%; V 0.10%. 두 가지, 세 가지 또는 네 가지 원소의 조합의 경우, 각 원소의 최소 함량 합계가 70% 이상이어야 합니다. 3 이러한 등급에 사용되는 재료는 담금질 전 "담금질된" 상태에서 나사산 부분의 중심부에 약 90% 마르텐사이트가 형성되도록 충분한 경화성을 가져야 합니다.
이러한 조성을 이해하려면 야금학 지식이 필요합니다. 탄소는 강도를 향상시키지만, 제대로 제어하지 않으면 연성을 저하시킬 수 있습니다. 합금 원소는 관통 경화를 개선하는데, 이는 냉각 속도가 다양한 대구경 부품에 매우 중요합니다. 제조업체는 이러한 사양을 충족하기 위해 42CrMo 또는 35CrMo와 같은 강을 사용하는 경우가 많습니다. 품질 관리에서는 분광 분석을 통해 규격 준수 여부를 확인하고 입계 균열과 같은 문제를 방지합니다. 이 부분의 요구 사항은 후속적인 기계적 특성에 직접적인 영향을 미치며, 항공우주 및 건설과 같은 분야에서 신뢰할 수 있는 체결 부품 성능의 기반이 됩니다.
- 원하는 강도를 얻기 위해 탄소 함량 범위를 확인하십시오.
- 불순물을 제어하여 강도를 향상시키십시오.
- 경화성을 위해 합금 첨가물을 반드시 포함시키십시오.
- 미세구조를 위해 적절한 열처리를 적용하십시오.
기계적 및 물리적 특성
GB/T 3098.23-2020은 8.8 및 10.9 등급의 M42~M72 패스너에 대한 기계적 및 물리적 특성을 상세히 기술합니다. 이러한 특성에는 인장 강도(R_m), 0.2% 항복 강도(R_p0.2), 항복 강도(S_p), 연신율(A), 단면 감소율(Z), 경도 범위, 탈탄 한계 및 충격 에너지(K_v)가 포함됩니다. 8.8 등급의 최소 R_m은 830 MPa, R_p0.2는 660 MPa, S_p는 600 MPa입니다. 10.9 등급의 경우 각각 1040 MPa, 940 MPa, 830 MPa가 요구됩니다.
경도는 비커스(HV), 브리넬(HBW), 로크웰(HRC) 척도로 표시되며, 균일성을 보장하는 제한값이 있습니다. 표면 경도는 침탄 경화 효과를 방지하기 위해 관리되며, 두 등급 모두 중심 경도 대비 최대 30 HV 증가를 허용하고, 10.9 등급의 경우 절대 최대치는 390 HV입니다. 탈탄은 나사산 강도를 유지하기 위해 제한됩니다. 탈탄되지 않은 층의 높이 E는 8.8 등급의 경우 H1의 1/2, 10.9 등급의 경우 H1의 2/3이며, 완전 탈탄 깊이 G는 최대 0.015mm입니다.
충격 에너지 K_v는 -20°C에서 최소 27J이며, 9.9항에 따라 시험되었습니다. 헤드 건전성은 파손이나 균열이 없어야 합니다. 표면 불연속성은 GB/T 5779.1을 준수합니다. 이러한 특성은 체결 부품이 파손 없이 동적 하중을 견딜 수 있도록 보장합니다.
| 속성 클래스 | 8.8 | 10.9 | |
| 명사 같은1 | 인장 강도 R_m / MPa | 800 | 1000 |
| 최저한의 | 830 | 1040 | |
| 명사 같은2 | 0.2%에서의 응력, 비비례 신장률 R_p0.2 / MPa | 640 | 900 |
| 최저한의 | 660 | 940 | |
| 명사 같은3 | 내압 S_p / MPa | 600 | 830 |
| 항복강도비 S_p nom / R_p0.2 min | 0.91 | 0.88 | |
| 최저한의 | 골절 후 신장률 A / % | 12 | 9 |
| 최저한의 | 면적 Z / %의 감소 | 52 | 48 |
| 머리 건강 | 균열이나 파손 없음 | 균열이나 파손 없음 | |
| 최저한의 | 비커스 경도 HV F ≥ 98 N | 255 | 320 |
| 최고 | 335 | 380 | |
| 최저한의 | 브리넬 경도 HBW F = 30 D² | 250 | 316 |
| 최고 | 331 | 375 | |
| 최저한의 | 로크웰 경도 HRC | 23 | 32 |
| 최고 | 34 | 39 | |
| 최고 | 표면 경도 HV 0.3 | 4 | 4, 5 |
| 최저한의 | 탈탄되지 않은 나사산 영역의 높이 E / mm | 1/2 H1 | 2/3 H1 |
| 최고 | 완전 탈탄 깊이 G/mm | 0.015 | 0.015 |
| 최고 | 재템퍼링 후 경도 감소 HV | 20 | 20 |
| 최저한의6 | 충격 에너지 K_v / J | 27 | 27 |
| 표면 불연속성 | 표면 불연속성 | GB/T 5779.1 | GB/T 5779.1 |
1 지정 목적의 명목값은 5장을 참조하십시오. 2 0.2% 비비례 신장률에서의 응력으로 측정되었습니다. 3 표 4와 표 6에 제시된 내하중 값을 참조하십시오. 4 표면 경도는 HV 0.3으로 측정했을 때 중심 경도(반경의 1/2 지점)보다 30 HV를 초과해서는 안 됩니다. 5 최대 표면 경도 390 HV. 6 -20°C에서 테스트했습니다. 자세한 내용은 9.9를 참조하십시오.
이러한 특성은 가공된 시편이나 실물 크기의 체결 부품을 사용하여 테스트되므로 실제 적용 가능성을 보장합니다. 예를 들어, 10.9 규격에서 높은 R_m 값은 중요한 접합부에서 더 큰 하중 지지력을 제공합니다. 경도 범위는 과경화를 방지하여 수소 균열 발생을 막습니다. 탈탄 제어는 나사산의 피로 수명을 유지합니다. 설계 단계에서 엔지니어는 이러한 값을 사용하여 안전 계수를 계산하며, 복잡한 조립체의 경우 유한 요소 해석을 종종 활용합니다.
최소 인장 하중 – 굵은 나사산
굵은 나사산 체결 부품의 최소 인장 하중은 공칭 응력 면적 A_s,nom과 최소 인장 강도 R_m,min을 사용하여 계산됩니다. 이러한 값은 인장 시험의 기준이 되어 체결 부품이 파손 없이 지정된 힘을 견딜 수 있도록 보장합니다. M42의 경우 A_s,nom은 1120 mm²이며, 최소 하중은 8.8에서 929600 N, 10.9에서 1164800 N입니다. 이는 M68까지 증가하며, A_s,nom은 3060 mm²이고, 최소 하중은 각각 2539800 N과 3182400 N입니다.
계산에는 R_m = F_m / A_s,nom 공식이 사용되며, 여기서 A_s,nom = (π/4) × [(d2 + d3)/2]²이고, d2와 d1은 GB/T 196, H는 GB/T 192를 참조하며, d3 = d1 – H/6입니다. 이러한 공식을 통해 정확한 응력 분포 평가가 가능합니다.
| 실 | M42 | M45 | M48 | M52 | M56 | 엠60 | M64 | M68 | ||
| 공칭 응력 면적 A_s,nom / mm²1 | 1120 | 1310 | 1470 | 1760 | 2030 | 2360 | 2680 | 3060 | ||
| 속성 등급 8.8 | 최소 인장 하중 F_m,min (A_s,nom × R_m,min) / N | 929600 | 1087300 | 1220100 | 1460800 | 1684900 | 1958800 | 2224400 | 2539800 | |
| 속성 분류 10.9 | 1164800 | 1362400 | 1528800 | 1830400 | 2111200 | 2454400 | 2787200 | 3182400 | ||
이러한 하중은 조립 라인의 성능 시험에 필수적이며 제조 결함을 조기에 발견하는 데 도움이 됩니다. 구조물에 적용할 경우, 진동으로 인한 볼트 풀림을 방지하기 위해 볼트 예압 계산에 활용됩니다.
내하중 시험 - 굵은 나사산
내하중은 A_s,nom 및 S_p,min을 기준으로 영구 변형 없이 체결 부품이 견뎌야 하는 최소 힘을 나타냅니다. M42의 경우 8.8에 대해 672,000N, 10.9에 대해 929,600N이며, M68로 확장하면 각각 1,836,000N 및 2,539,800N입니다.
인장 하중과 동일한 계산 공식이 적용됩니다. 이러한 값은 비파괴 검사에서 항복 강도 동등성을 검증하는 데 사용됩니다.
| 실 | M42 | M45 | M48 | M52 | M56 | 엠60 | M64 | M68 | ||
| 공칭 응력 면적 A_s,nom / mm² | 1120 | 1310 | 1470 | 1760 | 2030 | 2360 | 2680 | 3060 | ||
| 속성 등급 8.8 | 검증 부하 F_p,min (A_s,nom × S_p,min) / N | 672000 | 786000 | 882000 | 1056000 | 1218000 | 1416000 | 1608000 | 1836000 | |
| 속성 분류 10.9 | 929600 | 1087300 | 1220100 | 1460800 | 1684900 | 1958800 | 2224400 | 2539800 | ||
하중 시험은 품질 보증, 특히 안전이 중요한 산업 분야에서 필수적입니다.
최소 인장 하중 – 가는 실
가는 나사산의 경우 응력 영역이 더 크기 때문에 하중이 더 높습니다. M45×3의 경우 A_s,nom 1400 mm²에서 최소 하중은 1162000 N(8.8) 및 1456000 N(10.9)이며, M72×6의 경우 3460 mm²에서 2871800 N 및 3598400 N입니다. 참고: 정확도를 위해 출처에서 값을 수정했습니다.
| 실 | M45×3 | M52×4 | M56×4 | M60×4 | M64×4 | M72×6 | ||
| 공칭 응력 면적 A_s,nom / mm²1 | 1400 | 1830 | 2144 | 2490 | 2851 | 3460 | ||
| 속성 등급 8.8 | 최소 인장 하중 F_m,min (A_s,nom × R_m,min) / N | 1162000 | 1518900 | 1779520 | 2066700 | 2366330 | 2871800 | |
| 속성 분류 10.9 | 1456000 | 1903200 | 2229760 | 2589600 | 2965040 | 3598400 | ||
가는 나사산은 진동 저항성이 뛰어나므로 동적 응용 분야에서 더 높은 하중을 견딜 수 있습니다.
내하중 시험 - 가는 나사산
가는 나사산의 내하중: M45×3 840000 N(8.8), 1162000 N(10.9); M72×6 2076000 N 및 2871800 N. 이는 하중 하에서 탄성 거동을 보장합니다.
| 실 | M45×3 | M52×4 | M56×4 | M60×4 | M64×4 | M72×6 | |||
| 공칭 응력 면적 A_s,nom / mm²1 | 1400 | 1830 | 2144 | 2490 | 2851 | 3460 | |||
| 속성 등급 8.8 | 검증 부하 F_p,min (A_s,nom × S_p,min) / N | 840000 | 1098000 | 1286400 | 1494000 | 1710600 | 2076000 | ||
| 속성 분류 10.9 | 1162000 | 1518900 | 1779520 | 2066700 | 2366330 | 2871800 | |||
공학 분야에서 프리텐션 접합부에 매우 중요합니다.
자주 묻는 질문(FAQ)
- GB/T 3098.23-2020의 속성 분류 8.8 및 10.9에 필요한 재료는 무엇입니까?
- 크롬, 니켈, 몰리브덴, 바나듐과 같은 특정 합금 원소를 첨가하여 경화성을 확보한 합금강은 담금질 및 템퍼링 처리를 거칩니다. 최적의 성능을 위해 탄소, 인, 황, 붕소의 화학적 함량을 제한합니다.
- 공칭 응력 면적 A_s,nom은 어떻게 계산됩니까?
- A_s,nom = (π/4) × [(d2 + d3)/2]², 여기서 d2는 기본 피치 직경, d3 = d1 – H/6, d1은 기본 소직경, H는 GB/T 196 및 192에 따른 기본 삼각형 높이입니다.
- 90% 마르텐사이트 요구사항의 의미는 무엇입니까?
- 이 공정은 대구경 체결 부품에 충분한 코어 강도와 인성을 보장하여, 담금질 후 템퍼링 전에 균일한 미세 구조를 형성함으로써 하중 하에서의 조기 파손을 방지합니다.
- 탈탄 한계를 명시하는 이유는 무엇입니까?
- 나사산의 강도와 피로 저항성을 유지하기 위해 과도한 탈탄은 표면을 연화시켜 하중 지지력을 감소시키고 사용 중 균열 발생 가능성을 높입니다.
- 가는 실과 굵은 실의 하중 차이는 어떻게 다른가요?
- 가는 나사산은 동일한 공칭 직경에서 응력 분포 면적이 더 넓어 인장 강도와 항복 강도가 더 높으므로 정밀한 조정이나 더 높은 체결력이 필요한 용도에 적합합니다.
- 충격 에너지 K_v를 측정할 때 사용하는 시험 온도는 얼마입니까?
- -20°C에서 두 등급 모두 최소 27J의 에너지를 충족하여 옥외 구조물이나 추운 기후와 같은 환경에서 저온 내구성을 검증합니다.
