Śruby GB/T 3098.8 do stosowania w temperaturach od -200°C do +700°C

Wprowadzenie do normy GB/T 3098.8

Norma ta określa właściwości mechaniczne, materiały, kontrolę, identyfikację i oznakowanie elementów połączeń śrubowych pracujących w ekstremalnych temperaturach od -200°C do +700°C. Zapewnia niezawodność w zastosowaniach takich jak zbiorniki ciśnieniowe, kotły i maszyny wysokotemperaturowe, uzupełniając normy takie jak GB/T 3098.1, GB/T 3098.6 i DIN EN 10269.

Zakres

Norma GB/T 3098.8-2010 określa wymagania dla elementów złącznych wykonanych ze stali austenitycznych do pracy w niskich temperaturach do -200°C oraz ze stali/stopów niklu do pracy w wysokich temperaturach do +700°C. Obejmuje ona klasy wytrzymałości mechanicznej, metody badań oraz dobór materiałów w celu zagwarantowania integralności strukturalnej pod wpływem naprężeń termicznych. Ma to kluczowe znaczenie dla branż wymagających odporności na pełzanie, relaksację i kruche pękanie.

Dotyczy śrub, wkrętów, szpilek i nakrętek w połączeniach śrubowych.
Nacisk kładziony na pełną nośność w celu zapewnienia bezpiecznej pracy w ekstremalnych warunkach.
Odniesienia do powiązanych norm w celu zapewnienia pełnej zgodności.

Materiały i właściwości mechaniczne

Materiały dobierane są na podstawie zakresów temperatur, aby zachować integralność mechaniczną. W niskich temperaturach stale austenityczne zapewniają ciągliwość; w wysokich temperaturach stale i stopy niklu oferują wytrzymałość i odporność na pełzanie. Właściwości muszą spełniać określone parametry twardości, wytrzymałości na rozciąganie i obciążenia graniczne.

Materiały niskotemperaturowe

Tabela 1 zawiera listę grup stali austenitycznych dla minimalnych temperatur roboczych do -200°C, z właściwościami zgodnymi z normami GB/T 3098.6 i GB/T 3098.15. Zawartość miedzi ≤1%. Wyższe temperatury nie mają wpływu; niższe wymagają testów wydajnościowych zgodnie z warunkami.

Minimalna ciągła temperatura robocza (w przybliżeniu)	Grupa Stalowa^A	Klasa wydajności
Minimalna ciągła temperatura robocza (w przybliżeniu)	Grupa Stalowa^A	Śruba	Nakrętka
-60°C^B	A2L	50	50
	A2		50
	A3		70
-200°C^C	A4L	70	70
	A4		80
	A5		80

^A Zawartość miedzi ≤1% (zgodnie z GB/T 3098.6 i GB/T 3098.15).
^B Śruby z łbem.
^C Kołki.

Materiały wysokotemperaturowe

W tabeli 2 określono stale i stopy niklu do +700°C, z właściwościami zgodnymi z tabelą 4 normy DIN EN 10269 dla obróbki cieplnej. Dane odniesienia dotyczące granicy plastyczności, wytrzymałości na pełzanie i relaksacji pochodzą z tabel 5, C.1, D.1 normy DIN EN 10269. Odnoszą się do norm AD 2000-W2, W7, W10 i arkuszy VdTUV.

Zakres temperatury roboczej zgodnie z normą DIN EN 10269			Tworzywo				Twardość śruby i/lub nakrętki/HV
min	Krótkoterminowy^A maks	Długofalowy^B maks	Skrót	Numer	Stopień	Stan	min	maks
-120°C	/	/	KB	1.568	X12Ni5	+NT	157	203
-120°C	/	/	KB	1.568	X12Ni5	+QT	173	235
/	400°C	500°C	Yd	1.1181	C35E	+N	150	200
/	400°C	500°C	YK	1.1181	C35E	+QT	165	210
/	400°C	/	YB	1.5511	35B2^G	+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	Wielka Brytania	1.7711	40CrMoV46	+QT	272	320
/	550°C	600°C	We	1.4923	X22CrMoV12-1	+QT 1^mi	256	303
/	550°C	600°C	VH^F	1.4923	X22CrMoV12-1	+QT 2^F	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 Granica temperatury dla granicy plastyczności i wytrzymałości na rozciąganie.
^B Granica temperatury dla wytrzymałości na pełzanie i pękanie.
^C Warunki zgodnie z normą DIN EN 10269 Tabela 4: +N (normalizowane), +NT (normalizowane i odpuszczane), +QT (hartowane i odpuszczane), +WW (obróbka plastyczna na ciepło), +AT (wyżarzane w roztworze), +P (utwardzane wydzieleniowo).
^D Tylko do orzechów.
^mi V zgodnie z DIN EN 10269, Rp0,2 ≥600 N/mm² (+QT1).
^F VH zgodnie z DIN EN 10269, Rp0,2 ≥600 N/mm² (+QT2).
^G Zobacz VdTUV WB 490.

Nośność

Wartości obciążenia zapewniają wytrzymałość elementów złącznych na obciążenia eksploatacyjne. Służy do weryfikacji projektu.

Minimalne obciążenia rozciągające dla śrub z gwintem grubym

Tabela 4a: A_s,nom × R_{m, min} /kN

Rozmiar gwintu d	Obszar stresu A_s,nom /mm²	Gatunek stali nierdzewnej austenitycznej		Stal i stopy niklu
		50	70	KB	YK	KG	GA	Wielka Brytania	GC	V	VH	S	SD	SB
		50	70	KB	YB	KG	GA	Wielka Brytania	GC	V	VW	S	SD	SB
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

Nośność połączeń śrubowych

Dla uzyskania pełnej nośności: Dobór śrub i nakrętek o pełnej nośności o odpowiednich wysokościach (typ 1 dla gwintów grubych, typ 2 dla gwintów drobnych), tolerancjach gwintu i współczynnikach wytrzymałości. Pęknięcia w próbach rozciągania muszą występować w przekrojach bez gwintu zgodnie z normą GB/T 3098.1 lub 3098.6. Śruby zwężane zgodnie z normą GB/T 13807.2/3 z tolerancjami zgodnie z normą GB/T 3103.4.

Wykonaj próby rozciągania w celu sprawdzenia minimalnych obciążeń.
Upewnij się, że wysokość nakrętki spełnia wymagania dotyczące rozkładu obciążenia.
Dopasuj materiały tak, aby uniknąć słabych punktów w montażu.

Często zadawane pytania

Jakie materiały nadają się do zastosowań w temperaturze -200°C?

Stale austenityczne typu A4L, A4, A5 o klasie 70 lub 80, zapewniające ciągliwość i wytrzymałość zgodnie z tabelą 1.

Jak dobrać odpowiednie śruby i nakrętki do wysokich temperatur?

Użyj Tabeli 3 do racjonalnego doboru par, zapewniając wytrzymałość nakrętki >70% śruby i właściwe tolerancje gwintu dla pełnej nośności.

Co się stanie, jeśli temperatura robocza przekroczy +700°C?

Norma dopuszczalna jest do +700°C; w przypadku wyższych temperatur należy przeprowadzić specjalne testy pełzania i relaksacji zgodnie z wytycznymi normy DIN EN 10269.

Dlaczego nakrętkom austenitycznym potrzebna jest wyższa granica plastyczności?

Aby uwzględnić odchylenia produkcyjne w małych partiach, zapewnić niezawodność w przypadku stosowania miększych śrub (patrz tabela 3, uwaga b).

Jak sprawdzić pełną nośność?

Przeprowadzić próby rozciągania zgodnie z normą GB/T 3098.1 lub 3098.6, weryfikując lokalizację pęknięć i minimalne obciążenia z tabel 4a/5a.

Czy istnieją ograniczenia dotyczące zawartości miedzi?

Tak, ≤1% dla stali austenitycznych w celu zapobiegania kruchości podczas pracy w niskich temperaturach.