Класс прочности сталь 20 – 20
alexxlab | 21.11.2019 | 0 | Разное
| Вид полуфабриката |
ГОСТ или ТУ | Состояние полуфабриката или контрольных образцов |
σв кгс/мм2 |
δ5 | ψ | HB (d отп) мм |
| % | ||||||
| Листы толщиной до 4 мм | ГОСТ 16523-70 | Отожженные | 36-51 | 24 | – | – |
| Листы толщиной после 4 мм | ГОСТ 1577-70 | Отожженные или нормализованные, или после высокого отпуска |
42 | 28 | – | – |
| Трубы бесшовные холоднодеформированные |
Отожженные | 40 | 22 | – | – | |
| Трубы бесшовные | ЧМТУ 3-352-70 | Горячекатаные | 42 | 20 | 50 | ≥3,7 |
| Отожженные | 40 | 17 | – | – | ||
| Трубы для заклепок (20А селект) | ТУ14-3-134-73 | Отожженные | 48 | 20 | – | – |
| Механические свойства при комнатной температуре | ||||||
| Вид полуфабриката | Состояние | Е | σ0,2 | σв | δ5 | ψ |
| кгс/мм2 | % | |||||
| Прутки горячекатаные | Отожженные или нормализованные | 21000 | 23,4 | 43,2 | 41 | 66,7 |
| 21000 | 34 | 47,5 | 35,6 | 68,2 | ||
| Проба по Эриксону в зависимости от толщины листа и группы вытяжки по ГОСТ 16523-70 | ||||||
| Толщина листа, мм | Глубина сферической лунки, мм (не менее) | |||||
| глубокой вытяжки (категория 5) |
нормальной вытяжки (категория 5) |
|||||
| 0,5 | 8,0 | 7,6 | ||||
| 0,6 | 8,4 | 7,8 | ||||
| 0,7 | 8,6 | 8,0 | ||||
| 0,8 | 8,8 | 8,2 | ||||
| 0,9 | 9,0 | 8,4 | ||||
| 1,0 | 9,2 | 8,6 | ||||
inzhener-info.ru
Марка стали и класс прочности
Класс прочности DIN и ГОСТ – предел стали на разрыв, поэтому при установке на объекты и оборудование необходимо учесть, в какой среде будет находиться крепление, а так же какой нагрузке, вибрации и давлению будет подвержено соединение. Основными стандартами крепежа, которые применяются на территории Российской Федерации, считаются DIN (немецкий стандарт), ISO и ГОСТ. Каждый стандарт имеет 10 классов прочности, который отличается у болтов, винтов и шпилек в зависимости от их механических характеристик.
Классом прочности показывается важная механическая характеристика металлических крепёжных изделий. Этим самым обозначается предел металла на разрыв. Для крепежа, что выпускается из стали углеродистой, он имеет обозначение в виде двух чисел, которые разделены между собой точкой. Одновременно указывается стандарт, с требованиями которого изготовлено крепёжное изделие.
Болты, гайки, шпильки поделены на 10 классов по прочности
Число первое показывает в сто раз уменьшенное значение критичного предела на разрыв. Оно выражается обозначением Н/мм². То есть воздействие растягивающей силы на площадь сечения метиза. Например, в значении 8.8 первая цифра информирует о том, что прочностной предел равняется 800 Н/мм². Вторая восьмёрка показывает предел текучести, после которого начинаются деформационные процессы. Второе число можно записать в таком варианте как 800(Н/мм²).
| Совокупность изделий | Класс прочности | Предел прочности на растяжение, Н/мм2 | Напряжение от пробной нагрузки, Н/мм2 | |
|---|---|---|---|---|
| Номинальный | Не менее | Номинальное | ||
Болт, винт, винт с внутренним шестигранником, шпилька.
* Для болтов диаметром более 16 мм, значение равно 830 Н/мм2
** Для болтов диаметром более 16 мм, значение равно 600 Н/мм2
Для болтов, винтов и шпилек из углеродистых нелегированных или легированных сталей, в соответствии с ГОСТ ISO 898-1-2014, установлены следующие классы прочности:
- 3.6;
- 4.6;
- 4.8;
- 5.6;
- 5.8;
- 6.8;
- 8.8;
- 9.8;
- 10.9
- 12.9.
Для удобного подбора метизов по механическим и другим свойствам создаются специальные таблицы, в которых отражены класс прочности DIN и ГОСТ. Это даёт заказчикам крепёжного материала более оперативно оформлять заявки с указанием абсолютно точных параметров, а также по сопротивлению на силовые воздействия на разрыв, срез и так далее.
Класс прочности болтов
Прочность болтов маркируется Проверяется на разрыв и на срез. Болты тестируются. если первая цифра больше второй то болты более прочные на разрыв, но менее гибкие.
Изготавливаются из марок стали 10, 20.
Имеют относительно не высокую прочность на разрыв. Болты класса прочности 5.8 выдерживают нагрузки на 20% больше, чем болты класса прочности 4.8.
Широко применяются во всех отраслях народного хозяйства для малонагруженных соединений.
Изготавливаются из стали 35, 20Г2Р, 40Х с последующей закалкой.
Выдерживают в два раза большее разрушающее воздействие по сравнению с классом прочности 4.8.
Рекомендуем применять в ответственных конструкциях и механизмах.
Изготавливаются только из стали 20Г2Р, 40Х, 30Х3МФ в зависимости от диаметра болта с последующей закалкой.
Выдерживают разрушающее воздействие в 2.7 раза больше по сравнению с классом прочности 4.8.
Высокий класс прочности позволяет применять крепежные изделия меньшего размера при тех же нагрузках; сократить металлоемкость крепежа и снизить цену на 30-40%. Незаменимы в механизмах, требующих частой сборки-разборки, грузоподъемных машинах и ответственных конструкциях.
Как проверяют класс прочности болтов (видео)
Классы прочности по DIN и ГОСТ
Болты класс прочности 5.8 по ГОСТ
ГОСТ 7798, ГОСТ 7805, ГОСТ 15589,
ГОСТ 7795, ГОСТ 7796, ГОСТ 7808
ГОСТ 7795, ГОСТ 7796, ГОСТ 7808
Болты класс прочности 5.8 по DIN
DIN 931, DIN 933
Болты класс прочности 6.8 по ГОСТ
ГОСТ 7805,
Болты класс прочности 6.8 по ГОСТ
DIN 931, DIN 933
Болты класс прочности 8.8 по ГОСТ
ГОСТ 7798, ГОСТ 7805, ГОСТ 7808, ГОСТ 22353-77, ГОСТ 7795, ГОСТ 7796,
Болты класс прочности 8.8 по ГОСТ
DIN 931, DIN 933
Болты класс прочности 10.9, 11.0 ХЛ, по ГОСТ
ГОСТ Р52644, ГОСТ 22353
Болты класс прочности 10.9 по DIN
DIN 931, DIN 933
Класс прочности гаек
Внимание! Класс прочности гаек маркируется только начиная с 8 класса прочности!
Гайка ГОСТ 5915, ГОСТ 5927, ГОСТ 15526 (класс прочности 6.0)
Гайки класс прочности 5.8 по DIN
DIN934
Гайки класс прочности 8.8 по ГОСТ
ГОСТ 5915, ГОСТ 5927,
Гайки класс прочности 8.0 по DIN
DIN 934
Гайки класс прочности 10.9, 11.0 ХЛ по ГОСТ
ГОСТ Р52645-2006, ГОСТ 22354-77
| Каталог / класс прочности болты, гайки 8.8, 10.9 высокопрочные |
Класс прочности — характеризует предел прочности, предел текучести с обязательной маркировкой на головке болта.
Крепеж изготавливают грубой, нормальной и повышенной точности или классов точности С, В и А соответственно.
Класс прочности болтов
| Класс прочности болтов | Характеристики высокопрочных болтов |
|---|---|
| 4.8 5.8 | |
| 10.9 12.9 |
| Класс прочности гаек | Характеристики высокопрочных гаек |
|---|---|
| 5,0 6,0 | |
| 10,0 12,0 |
| Класс прочности гайки | Сопрягаемые болты | |
|---|---|---|
| Класс прочности | Диаметр резьбы | |
| 4 | 3.6; 4.6; 4.8 | М16 |
| 5 | 3.6; 4.6; 4,8 | M16 |
| 5.6; 5.8 | М48 | |
| 6 | 4,5; 5,8 | М48 |
| 8 | 8.8 | М48 |
| 9 | 8.8 | М16 М48 |
| 9.8 | M16 | |
| 10 | 10.9 | М48 |
| 12 | 12.9 | М48 |
Гайки высших классов прочности могут заменить гайки низших классов прочности.
Такая замена рекомендуется для соединений болт-гайка, напряжение в которых будет выше предела текучести, или напряжения от пробной нагрузки болта.
Если же соединение будет затянуто выше пробной нагрузки болта, то конструкция гайки должна быть рассчитана так, чтобы обеспечить по крайней мере 10 % разрушении (в результате перезатяжки) по стержню болта для предупреждения потребителя о неправильном монтаже крепежных соединений.
Разрушающие нагрузки для болтов
| Резьба | Рабочая площадь поперечного сечения, мм кв. | Класс прочности | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 3.6 | 4.6 | 4.8 | 5.6 | 5.8 | 6.8 | 8.8 | 9.8 | 10.9 | 12.9 | ||
| Минимальная разрушающая нагрузка, кН | |||||||||||
| М5 | 14,2 | 4,69 | 5,68 | 5,96 | 7,1 | 7,38 | 8,52 | 11,35 | 12,8 | 14,8 | 17,3 |
| М6 | 20,1 | 6,63 | 8,04 | 8,44 | 10,0 | 10,4 | 12,1 | 16,1 | 18,1 | 20,9 | 24,5 |
| М7 | 28,9 | 9,54 | 11,6 | 12,1 | 14,4 | 15 | 17,3 | 23,1 | 26 | 30,1 | 35,3 |
| М8 | 36,6 | 12,1 | 14,6 | 15,4 | 18,3 | 19 | 22 | 29,2 | 32,9 | 38,1 | 44,6 |
| М10 | 58 | 19,1 | 23,2 | 24,4 | 29 | 30,2 | 34,8 | 46,4 | 52,2 | 60,3 | 70,8 |
| М12 | 84,3 | 27,8 | 33,7 | 35,4 | 42,2 | 43,8 | 50,6 | 67,4 | 75,9 | 87,7 | 103 |
| М14 | 115 | 38 | 46 | 48,3 | 57,5 | 59,8 | 69 | 92 | 104 | 120 | 140 |
| М16 | 157 | 51,8 | 62,8 | 65,9 | 78,5 | 81,6 | 94 | 125 | 141 | 160 | 192 |
| М18 | 192 | 63,4 | 76,8 | 80,6 | 96 | 99,8 | 115 | 159 | — | 200 | 234 |
| М20 | 245 | 80,8 | 98 | 103 | 122 | 127 | 147 | 203 | — | 255 | 299 |
| М22 | 303 | 100 | 121 | 127 | 152 | 158 | 182 | 252 | — | 315 | 370 |
| М24 | 353 | 116 | 141 | 148 | 176 | 184 | 212 | 293 | — | 367 | 431 |
| М27 | 459 | 152 | 184 | 193 | 230 | 239 | 275 | 381 | — | 477 | 560 |
| М30 | 561 | 185 | 224 | 236 | 280 | 292 | 337 | 466 | — | 583 | 684 |
| М33 | 694 | 229 | 278 | 292 | 347 | 361 | 416 | 576 | — | 722 | 847 |
| М36 | 817 | 270 | 327 | 343 | 408 | 425 | 490 | 678 | — | 850 | 997 |
| М39 | 976 | 322 | 390 | 410 | 488 | 508 | 586 | 810 | — | 1020 | 1200 |
Высокопрочные болты и гайки, высокопрочный крепеж находят применение в различных отраслях народного хозяйства.
Механические характеристики болтов, винтов, шпилек из нержавеющих сталей регламентируются ГОСТ Р ИСО 3506-1-2009. Настоящий стандарт классифицирует нержавеющие крепежные изделия по классам прочности, которые принято обозначать двумя цифрами: 50, 70, 80 и писать через дефис с маркой стали: А1-50, А2-70, А4-80. Что означают эти цифры? – это 1/10 часть от минимального предела прочности на растяжение.
Для производства нержавеющего крепежа чаще всего применяются марки стали А2 (пищевая) или А4 (кислотостойкая), обозначенные так в системе EN ISO, или их приближенные аналоги AISI 304 (12X18h20) и AISI 316 (03Х17Н14М2). Крепежные изделия из коррозионно-стойких сплавов аустенитной группы не упрочняются закаливанием в отличие от изделий из черных металлов. Их главным легирующим компонентом являются хром и никель, а также молибден (для марки А4). Процентное содержание этих и других добавок определяет степень коррозионной стойкости крепежа, максимальные рабочие нагрузки и другие свойства.
Примеры обозначения прочности крепежа из нержавейки:
А2-50 – мягкая сталь с пределом прочности на разрыв минимум 500 Н/мм² (500МПа).
А2-70 – холоднодеформированная сталь с пределом прочности на разрыв минимум 700 Н/мм² (700МПа).
А4-80 – высокопрочный сплав с пределом прочности на разрыв минимум 800 Н/мм² (800МПа).
Маркировка наносится на головку болтов (винтов) рядом с клеймом изготовителя, а шпильки маркируются на гладкой части или на торце, если шпилька полнорезьбовая. Иногда на торец шпильки наносится цветовая кодировка марки сплава (для А2 – зеленая, для А4 – красная). Если маркировка класса прочности отсутствует, то в расчет принимается среднее значение – 70.
Для сравнения механических свойств болтов из нержавеющей и углеродистой стали обратимся к таблице:
| Аустенитные А2, А4 | |||||||
| Класс прочности | 5.6 | 6.8 | 8.8 | 10.9 | 50 | 70 | 80 |
| Предел прочности, Н/мм² | 500 | 600 | 800 | 1040 | 500 | 700 | 800 |
| Предел текучести, Н/мм² | 300 | 480 | 640 | 940 | 210 | 450 | 600 |
Из таблицы видно, что при близких значениях временного сопротивления, предел текучести у аустенитных сплавов меньше, поэтому они больше подвержены пластической деформации. Это свойство позволяет болтам или шпилькам не ломаться при превышении допустимого момента затяжки или при боковых изгибающих нагрузках. В худшем случае превышение усилия может привести к срыву резьбы. В то время как углеродистые стали более хрупкие и запредельные нагрузки могут привести к излому резьбового крепежа.
Расчет нагрузок для нержавеющих болтов
Зная прочностные характеристики аустенитных сплавов, не трудно рассчитать максимальную нагрузку на болты по формуле. Для примера взят болт М12, А2-70.
Np0.2 = As х Rp0.2 = 84.3 х 450 = 37935 Н, где:
As – расчетная площадь сечения М12 (см. ГОСТ Р ИСО 3506 табл. А.1.)
Rp0.2 – предел текучести
Для определения расчетной рабочей нагрузки полученное значение необходимо разделить как минимум на 20: 37935 / 20 = 1896 кг, а для большей уверенности в безопасности болтокомплекта лучше разделить на 30.
Класс прочности – важнейшая характеристика нержавеющей стали, прописанная в национальном стандарте ГОСТ Р ИСО 3506-1-2009, которую следует учитывать при расчете нагрузки на болтовое или шпилечное соединение.
«>
mytooling.ru
| ТУ 14-3-1573-96 | 530 630 720 820 1 020 | 7,0 — 24,0 7,0 — 24,0 7,3 — 30,0 8,0 — 30,0 8,8 — 32,0 | Класс прочности К50-К60 | Для строительства газопроводов, нефтепроводов и нефтепродуктопроводов в северном и обычном исполнении на рабочее давление 5,4-9,8 МПа |
| ТУ 39-0147016-123-2000 | 530 630 720 820 1 020 | 7,0 — 16,0 7,0 — 16,0 7,0 — 16,0 8,0 — 16,0 10,0 — 16,0 | Класс прочности К52 Сталь 09ГСФ | Для сооружения газопроводов, нефтепроводов, технологических и промысловых трубопроводов, транспортирующих нефть и нефтепродукты, содержащих сероводород до 6 об.%, водоводов, а также предназначенные для нанесения наружного и внутреннего антикоррозионного покрытия. Трубы повышенной коррозионной стойкости и хладостойкости на рабочее давление до 7,4 МПа. |
| ТУ 39-0147016-103-2000 | 530 630 720 820 1 020 | 7,0 — 24,0 7,0 — 24,0 7,3 — 30,0 8,0 — 30,0 8,8 — 32,0 | Класс прочности К48-К52 Сталь Ч-09СФ | Для сооружения газопроводов, нефтепроводов, технологических и промысловых трубопроводов, транспортирующих нефть и нефтепродукты, содержащие сероводород до 6 об%, водоводов, а также предназначенные для нанесения наружного и внутреннего покрытия. Трубы повышенной коррозионной стойкости и хладостойкости на рабочее давление до 7,4 МПа для ОАО «Сургутнефтегаз». |
| ТУ 14-ЗР-21-96 | 530 630 720 820 1 020 | 11,0 — 24,0 11,0 — 24,0 11,0 — 30,0 11,0 — 30,0 11,0 — 32,0 | Класс прочности К45 Сталь 14ГБ-Ш | Для транспортировки природного газа с рабочим давлением 5,5 — 12,5 МПа с низким и средним содержанием сероводорода по газопроводам внутри газодобывающих предприятий до крупных потребителей, расположенных вне районов Крайнего Севера. |
| ТУ 14-ЗР-28-99 | 530 630 720 820 1 020 | 7,0 — 24,0 8,0 — 24,0 8,0 — 26,0 9,0 — 26,0 10,0 — 26,0 | Класс прочности К52-К60 Сталь 06ГФБАА | Для строительства магистральных нефтепроводов, газопроводов и нефтепродуктопроводов на рабочее давление до 9,8 МПа. Трубы повышенной хладостойкости. |
| ТУ 14-ЗР-45-2001 | 530 630 720 820 1 020 | 8,0 — 16,0 8,0 — 16,0 8,0 — 16,0 9,0 — 16,0 10,0 — 16,0 | Класс прочности К54 | Для строительства магистральных, в том числе надземных, газопроводов давлением 5,4 МПа с температурой эксплуатации до — 60°С. |
| ТУ 1380-219-0147016-02 | 530 630 720 820 1 020 | 7,0 — 24,0 7,0 — 24,0 7,3 — 24,0 8,0 — 24,0 8,8 — 24,0 | Класс прочности К52 | Трубы стальные электросварные прямошовные нефтегазопроводные повышенной надежности при эксплуатации для месторождений ТПП «КОГАЛЫМНЕФТЕГАЗ». |
| ГОСТ Р 52079-2003 | 508 530 610 630 711 720 762 813 820 1 016 1 020 1 067 | 7,0 — 24,0 7,0 — 24,0 7,0 — 24,0 7,0 — 24,0 8,0 — 30,0 8,0 — 30,0 8,0 — 30,0 8,0 — 30,0 8,0 — 30,0 9,0 — 32,0 9,0 — 32,0 9,0 — 32,0 | Класс прочности К34-К60 | Для строительства и ремонта магистральных газопроводов, нефтепроводов и нефтепродуктопроводов, транспортирующих некоррозионноактивные продукты (природный газ, нефть и нефтепродукты при избыточном рабочем давлении до 9,8 МПа и температуре эксплуатации от +50°С до — 60°С. |
| ТУ 14-ЗР-70-2003 | 530 630 720 820 1 020 | 7,0 — 16,0 7,0 — 16,0 8,0 — 16,0 8,0 — 16,0 9,0 — 16,0 | Ст3сп5 (К38), 20 (К42), 17Г1С, 17Г1С — У (К52) | Для строительства и ремонта трубопроводов тепловых сетей. |
| ТУ 1383-011-48124013-2003 | 530 630 720 820 1 020 | 7,0 — 16,0 7,0 — 16,0 7,0 — 16,0 8,0 — 16,0 10,0 — 16,0 | Класс прочности К52 Сталь 09ГСФ | Для сооружения газопроводов, нефтепроводов технологических и промысловых трубопроводов на рабочее давление до 7,4 МПа транспортирующих нефть и нефтепродукты, содержащих сероводород до 6 об.% водоводов. А также предназначенные для нанесения наружного и внутреннего антикоррозионного покрытия. |
| ТУ 1303-09-593377520-2003 | 530 630 720 820 1 020 | 7,0 — 16,0 7,0 — 16,0 8,0 — 16,0 8,0 — 16,0 10,0 — 16,0 | Класс прочности К52 Сталь 09ГСФ Strength class К52 Steel 09ГСФ | Для сооружения газопроводов, нефтепроводов, технологических и промысловых трубопроводов, с температурой эксплуатации до -60°С на рабочее давление до 7,4 МПа, транспортирующих нефть и нефтепродукты. Содержащих сероводород до 6 об.% водоводов, а также предназначенные для нанесения наружного и внутреннего антикоррозионного покрытия. |
| ТУ 1381-007-05757848-2005 | 530 630 720 820 1020 1220 | 7,0 — 31,0 8,0 — 32,0 8,0 — 32,0 8,0 — 32,0 10,0 — 32,0 10,0 — 32,0 | Класс прочности К42-К60 | Для строительства, ремонта и реконструкции линейной части, переходов и наземных объектов магистральных нефтепроводов и нефтепродуктопроводов на рабочее давление до 9,8 Мпа. |
| ТУ 1303-006.2-593377520-2003 | 530 630 720 820 1020 1220 | 7,0 — 24,0 8,0 — 24,0 8,0 — 25,0 8,0 — 25,0 10,0 — 25,0 10,0 — 16,0 | Класс прочности К48-К56 Сталь 20Ф, 09ГСФ, 13ХФА, 08ХМФЧА, 15ХМФА | Для сооружения промысловых трубопроводов, транспортирующих нефть, нефтепродукты, пресную и подтоварную воду на рабочем давлении до 7,4 МПа, повышенной эксплуатационной надежности, коррозионностойкие и хладостойкие. |
| ТУ 14-1-5491-2004 | 530 630 720 820 1020 | 7,0 — 24,0 7,0 — 24,0 8,0 — 25,0 8,0 — 25,0 10,0 — 25,0 | 20 — КСХ | Для сооружения нефтесборных сетей (транспортирующих коррозионно-активные газ, нефть и пластовые воды), эксплуатируемых как в обычных климатических условиях, так и в регионах Сибири и Крайнего Севера. |
| ТУ 1381-012-05757848-2005 | 530 630 720 820 1020 1220 1420 | ,0 — 31,0 8,0 — 32,0 8,0 — 32,0 8,0 — 32,0 10,0 — 32,0 12,0 — 32,0 14,0 — 32,0 | Класс прочности К52-К60, Х56-Х70 | Для сооружения магистральных трубопроводов на рабочее давление до 9,8 МПа для транспортировки некоррозионноактивного газа |
| ТУ 1381-013-05757848-2005 | 530-1220 | 11,0 — 30,0 | Класс прочности К48-К52 | Для строительства и ремонта газопроводов, транспортирующих природный газ, содержащий сероводород. |
| ТУ 1381-014-05757848-2005 | 530 630 720 820 1020 1220 1420 | 7,0 — 31,0 8,0 — 32,0 8,0 — 32,0 8,0 — 32,0 10,0 — 32,0 12,0 — 32,0 14,0 — 32,0 | Углеродистая и низколегированная сталь | Для трубопроводов пара и горячей воды с давлением не более 2,5 МПа и температурой не более 300°С для стали марки Ст3сп, не более 350°С для стали марок 20, 09Г2С и не более 425°С для стали марок 17Г1С и 17Г1С-У. |
| ТУ 1381-018-05757848-2005 | 1067-1220 | 11,0 — 32,0 | Класс прочности К56, К60 | Для строительства, ремонта и реконструкции линейной части, переходов и наземных объектов магистрального нефтепровода «Восточная Сибирь – Тихий Океан» на участках с рабочим давление 9,8 – 14,0 Мпа с сейсмичностью до 8 баллов включительно и на участках с рабочим давлением до 14,0 МПа включительно и сейсмичностью более 8 балов. |
| ТУ 1381-020-05757848-2005 | 1420 | 15,0 — 48,0 | Класс прочности К52-К60 | Для изготовления защитных футляров (кожухов) магистральных нефтепроводов. |
| ГОСТ 20295-85 | 530-820 | 7,0-12,0 | Класс прочности К38-К52 | Для сооружения магистральных газонефтепроводов, нефтепродуктопроводов, технологических и промысловых трубопроводов. |
| ГОСТ 10704-91 ГОСТ 10706-76 | 530-1020 | 7,0-32,0 | Углеродистая и низколегированная сталь | Для трубопроводов и конструкций разного назначения. |
| ТУ 14-ЗР-01-93 | 530 | 7,1-16,0 | Класс прочности К54, К60 | Для сооружения магистральных газопроводов нефтепроводов и нефтепродуктопроводов с рабочим давлением 7,4 МПа. |
| API Spec 5L(PSL 1, PSL 2) | 508 (20″) — 1422 (56″) | 7,1 — 31,8 по согласованию с заказчиком до 50,0 мм | Сталь классов прочности Х42-Х80 | Для строительства трубопроводов для транспортировки газа, воды и нефти как в нефтяной, так и в газовой промышленности. |
| ISO 3183(ч.1, 2 и 3) | 508 (20″) — 1422 (56″) | 7,1 — 31,8 по согласованию с заказчиком до 50,0 мм | Сталь классов прочности Х42-Х80 | Для трубопроводов, транспортирующих нефть и газ. |
kngc.ru
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
www.metiza.ru
Сравнение качества высокопрочных болтов класса прочности 12.9, изготовленных различными производителями
Горицкий В.М., зав. отделом экспертизы металлов, д.т.н.
Гусева И.А., научный сотрудник отдела экспертизы металлов, к.т.н.
Сотсков Н.И., зав. лабораторией исследования коррозии стали и защиты крепежа, к.т.н.
ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова»
Гук В.О., технический директор, к.т.н.
ООО «Болт.Ру»
Сравнение качества высокопрочных болтов класса прочности 12.9, изготовленных различными производителями
Возведение вместительных развлекательно-спортивных комплексов, стадионов, выставочных залов, высотных зданий с большими пролётами и толщиной элементов металлоконструкций 60–120 мм обусловливает интерес строителей к высокопрочным (в/п) болтам с более высоким классом прочности. Замена сварных соединений на болтовые сокращает сроки строительства и снижает требования к квалификации строителей. Кроме того, увеличение класса прочности болтов сокращает количество отверстий под болты и время их установки. По данным [1] при замене болтов из стали 40Х по ГОСТ Р 52643-2006 [2] с временным сопротивлением 1078 МПа на болты класса прочности 12.9 с временным сопротивлением 1274 МПа или на сверхпрочные болты с временным сопротивлением 1400 МПа и выше теоретическое снижение количества болтов в соединениях составит соответственно 15% и 23% и более.
В связи с введением с 01.01.2006 г. ГОСТ Р 52643-2006, открывшим для практического применения класс прочности болтов 12.9, возникает вопрос об их качестве и надёжности, под последним чаще всего понимают обеспечение длительной долговечности болтов в болтовых соединениях металлоконструкций. Согласно ГОСТ Р 52643-2006, для болтов класса прочности 12.9 рекомендуется сталь 20Х2НМТРБ (авторское свидетельство СССР на изобретение 954493). Опытные партии болтов М24 с временным сопротивлением 1590 МПа, т. е. с классом прочности значительно выше 12.9, из этой стали успешно выдержали испытания в промышленной атмосфере крупных предприятий горного и металлургического комплекса и при ускоренных испытаниях в условиях воздействия слабоагрессивной промышленной атмосферы с SO2. Снижение содержания углерода в высокопрочной хромистой стали и дополнительного ее легирования элементами Ni, Mo, Nb, Ti, B позволяют повышать сопротивление коррозионному растрескиванию (КР) и водородному охрупчиванию (ВО) в слабоагрессивной промышленной атмосфере болтов из стали 20Х2НМТРБ (по сравнению с болтами из стальи 40Х) [3]. Устойчивыми против КР после закалки с низким отпуском при температуре 240 °С оказались стали 30Х2НМАФ, 20Х2СНМФТАР, 20Х2НМФТАР и 20СМТАР [4]. На сталь 25Х2НМФАТ получено авторское свидетельство СССР № 1347493, кл. С22 С38/50 1987 г.
Последующие события перестройки прервали переход к промышленному производству в/п болтов класса прочности 12.9 из стали 20Х2НМТРБ и из других марок стали . В настоящее время болты класса прочности 12.9 поставляются зарубежными фирмами.
С целью гарантии качества крепежа для ответственных объектов применяется входной контроль. Так, при возведении металлоконструкций покрытия аэровокзального комплекса «Внуково-1» был использован входной контроль высокопрочных болтов М24 производства фирмы PEINER. Площадь покрытия здания составила 100 тыс. м2. В болтовых соединениях использовали 13000 болтов М24 с длиной стержней от 50 до 110 мм.
Благодаря контролю качества болтов за весь период строительства не было ни одного случая разрушения болтов М24 класса прочности 10.9 [5]. Переход к высокопрочным болтам более высокого класса прочности 12.9 требует увеличения внимания к качеству этих болтов.
Проведена работа по сравнению качества высокопрочных болтов, производимых фирмами PEINER (ФРГ) и GEM-YEAR INDUSTRIAL CO. LTD (Китай). Химический состав исследованных сталей приведён в табл. 1.
Таблица 1. Химический состав исследованных болтов
|
Типоразмер болта |
Условный номер болта |
Фирма производитель |
Содержание элементов, % по массе |
||||||||||
|
С |
Si |
Mn |
S |
P |
Cr |
Ni |
Cu |
Al |
Ti |
Другие элементы |
|||
|
М24х155 |
1 |
Peiner |
0,31 |
0,20 |
0,87 |
0,007 |
0,010 |
1,15 |
0,09 |
0,12 |
0,039 |
0,030 |
V 0,010 |
|
М30х220 М30х155 |
2 3 |
GEM-YEAR |
0,40 0,40 |
0,26 0,27 |
0,70 0,71 |
0,006 0,008 |
0,011 0,014 |
0,96 0,97 |
0,03 0,03 |
0,07 0,08 |
– – |
– – |
Mo 0,16 Mo 0,16 |
|
30ХГТ ГОСТ 4543-71 |
– |
– |
0,24-0,32 ±0,01 |
0,17-0,37 ±0,05 |
0,80-1,10 ±0,05 |
≤0,035 |
≤0,035 |
1,00-1,30 ±0,05 |
– |
– |
– |
0,03-0,09 ±0,02 |
– |
|
38ХМ ГОСТ 4543-71 |
– |
– |
0,35-0,42 ±0,01 |
0,17-0,37 ±0,02 |
0,35-0,65 ±0,02 |
≤0,035 |
≤0,035 |
0,9-1,3 ±0,02 |
0,3-0,05 |
0,3 |
– |
– |
Mo 0,2-0,3 ±0,02 |
Методика проведения исследования
Измерения твёрдости по методу Бринелля проводили согласно ГОСТ Р 52627-2006 на гранях шестигранных болтов на твердомере 2109ТБ. Определение механических характеристик целых болтов при испытании на разрыв на косой шайбе осуществляли на гидравлическом прессе П-250. Испытания на динамический изгиб производили на маятниковом копре КМ-30 на образцах тип 1 по ГОСТ 9454-78, изготовленных из болтов М24х155, М30х220 и М30х155. Испытания на замедленное хрупкое разрушение (ЗХР) проводили на образцах, выточенных из болтов в соответствии с ГОСТ Р 52643-06 (Приложение Б). Образцы закрепляли в динамометре совместно с захватными приспособлениями в электрохимической ячейке, заполненной наводораживающим раствором (0,05 н. раствор Н2SO4 + 20 мг/л SeO2). Катодную поляризацию осуществляли источником постоянного тока плотностью 45-50 мА/см2. В качестве анода использовали платину.
Необходимое растягивающее усилие создавали в образце с резьбой М10 путём закручивания гайки обычным ключом. Уровень растягивающего напряжения устанавливали по автоматическому электронному измерителю деформаций АИД-4. Уровень напряжений в образцах варьировали в диапазоне (0,6–0,8)·σ/σВ, где σВ – фактическое временное сопротивление образца, изготовленного из болта.
Металл болтов М24х155 производства фирмы PEINER по содержанию Mn, Cr, Ti близок к химическому составу стали 30ХГТ по ГОСТ4543-71. Сталь 30ХГТ для изготовления высокопрочных болтов по ГОСТ Р 52643-2006 не предусмотрена. Металл болтов М24х155 по сравнению с марочным составом стали 30ХГТ содержит 0,003 % бора и 0,010 % ванадия. Бор существенно повышает прокаливаемость стали, а ванадий измельчает зерно стали 30ХГТ. Оба типоразмера болтов М30 изготовлены из стали марки 38ХМ по ГОСТ 4543-71 с пониженным (на 0,02 %) содержанием молибдена и повышенным (на 0,03–0,06 %) содержанием марганца. Близость по химическому составу болтов М30х155 и М30х95 указывают на то, что их изготовили из одной плавки.
 |
| Рис. 1. Общий вид узла 9-5В фермы 61TR-9 в месте присоединения фасонки и раскоса к узлу 9Н |
Общим свойством сравниваемых болтов М24 и М30 является высокая степень чистоты металла по вредным примесям: S 0,005–0,008 % и P 0,010–0,014 %. Высокий уровень чистоты сравниваемых сталей 30ХГТ и 38ХМ выявляется и по содержанию цветных примесей: никелю и меди (см. табл. 1).
Болты класса прочности 12.9 производства фирмы GEM-YEAR INDUSTRIAL CO. LTD (Китай), были отобраны от необетонированных конструкций 61-63 ауттригерных этажей башни «Восток» комплекса «Федерация». Кроме того, с необетонированных участков конструкций были отобраны 3 разрушенных болта для установления их фактических механических свойств. Количество разрушенных болтов не превышала 0,1 % от общего количества установленных болтов. В металлоконструкции фермы 61ТR-9, узел 9-5В выявлено 3 разрушенных болта М30х155, что составляет 1,8 % от общего количества болтов в этом узле (168 штук) и существенно превышает процентное соотношение разрушенных болтов в пределах обследованной необеотонированной конструкции (рис. 1).
В табл. 2 представлены результаты испытаний на разрыв на косой шайбе целых болтов производства фирм GEM-YEAR INDUSTRIAL CO .LTD и PEINER. Как видно из табл. 2, один из исследованных болтов М30х220 китайского производства имеет повышенное временное сопротивление (на 53 МПа) по сравнению с нормируемым значением по ГОСТ Р 52643-2006 для болтов класса прочности 12.9. На этом болте установлены повышенные значения твёрдости (432…435 НВ). Остальные болты производства GEM-YEAR INDUSTRIAL CO. LTD и PEINER удовлетворяют требованиям, предъявляемых ISO 898/1:1999 к высокопрочным болтам (σВ ≥ 1220 МПа).
Таблица 2. Результаты испытаний на разрыв на косой шайбе
|
Фирма |
Типоразмер |
Максимальная нагрузка |
Временное сопротивление |
|
PEINER |
24×155 |
490000 |
1388 |
|
GEM-YEAR INDUSTRIAL CO.LTD |
M30x220 |
852600 |
1519 |
|
ГОСТ Р 52643-2006 |
М16-М30 класса прочности 12.9 |
– |
Не менее 1274 |
Согласно результатам измерения твёрдости, выполненных на гранях головок болтов, выявлено заметное различие между болтами производства фирмы PEINER и GEM-YEAR INDUSTRIAL CO. LTD (табл. 3). Если все значения твёрдости болтов М24х155 удовлетворяют требованиям, предъявляемым ГОСТ Р 52643-2006 к высокопрочным болтам класса прочности 12.9, то для некоторых болтов М30х220 и М30х155 наблюдается отклонение от этих требований.
Таблица 3. Результаты измерения твёрдости болтов
|
Фирма производитель |
Типоразмер |
Условный |
Твёрдость |
|
PEINER |
M24x155 |
1 |
388;390;388 |
|
GEM-YEAR |
M30x220 |
1 |
388;388;383 |
|
M30x155 |
11 |
395;388;388 |
|
|
ГОСТ Р 52643-2006 |
М16-М30 класса прочности 12.9 |
– |
360 ≥ НВ ≤ 415 |
На двух болтах М30х155 (усл. № 12 и № 13) из трёх исследованных установлены повышенные значения твёрдости (417…429 НВ) по сравнению с нормированными значениями по ISO 898/1:1999 (< 414 HB) и ГОСТ Р 52643-2006 (≤ 415 НВ).
Определение твёрдости на торцах стержней трёх разрушенных болтов М30х220 (табл. 4) показывает заметное различие в значениях твёрдости по сечению стержня. Максимальная разница между значениями твёрдости у края резьбы и в центральной части стержня достигает 61 НВ.
Таблица 4. Результаты измерения твёрдости по сечению стержня болтов
|
Условный номер болта |
Твёрдость НВ |
|
1 р |
401; 373; 401 |
Результаты испытаний высокопрочных болтов на ударный изгиб представлены в табл. 5. Видно, что болты М24х155 и М30х220 удовлетворяют требованиям, предъявляемым ГОСТ Р 52643-2006 к высокопрочным болтам класса прочности 12.9 исполнения ХЛ. Полученные значения ударной вязкости на образцах № 11 и № 14 не являются показательными, так как эти образцы имели дефект в виде продольной трещины (рис. 2).
| Рис. 2. Внешний вид «половинки» ударного образца изготовленного из болта М30х220 после испытаний |
Таблица 5. Результаты испытаний на ударный изгиб
|
Фирма |
Типоразмер болта |
Номер образца |
Температура |
Ударная |
Доля вязкой составляющей |
|
|
PEINER |
M24x155 |
1 |
+20 |
84,5 |
50 |
|
|
GEM-YEAR |
M30x220 (образцы |
1 |
+20 |
62,0 |
62 |
|
|
11 |
-60 |
17,0* |
5* |
|||
|
М30х155 |
1 |
-60 |
42,1 |
20 |
||
|
ГОСТ Р 52643-2006 |
М16-М30 |
– |
+20 |
≥ 49 |
– |
|
* В образцах на боковой поверхности выявлена продольная трещина.
Один из двух образцов, изготовленных из болта М30х155, показывает КСU всего лишь на ~ 4 Дж/см2 ниже нормативного значения. Учитывая достаточно заметный уровень вязкой составляющей в изломе двух испытанных образцов при температуре –60 °С, следует признать удовлетворительными результаты испытаний на ударный изгиб болтов М30х155.
С целью более надёжной оценки качества болтов М30х155 провели испытания на замедленное хрупкое разрушение (табл. 6).
Таблица 6. Результаты испытаний на ЗХР
|
Условный |
Нагрузка в рабочей |
Критерии стойкости к ЗХР |
|
|
Исследованный образец |
ГОСТ Р 52643-2006 |
||
|
1.2 |
0,6 |
270 |
≥ 220 |
|
1.2 |
0,7 |
140 |
≥ 150 |
|
2.1 |
0,7 |
157 |
|
|
2.1 |
0,8 |
92 |
≥ 90 |
Видно, что время до разрушения образцов при нагрузке 0,6 σВ выше нормативного значения по ГОСТ Р 52643-2006. При нагрузках 0,7 σВ и 0,8 σВ получены неоднозначные результаты: на одном образце (из двух исследованных) время до разрушения ниже нормативного значения. Однако следует иметь в виду, что коэффициент концентрации напряжений Кi для болта М30 составляет 2,40, а для используемого образца с резьбой М10 Кi = 2,75. Таким образом, при уровне напряжений 0,7 σВ…0,8 σВ есть вероятность обнаружения склонности некоторых болтов к ЗХР. Последнее действительно выявлено при обследовании болтовых соединений металлоконструкций 59-65 аутригерных этажей башни «Восток» комплекса «Федерация». При этом контроль натяжения болтов по моменту закручивания с помощью динамометрического ключа с мультипликатором не выявил ослабленных болтов. Средняя величина момента затяжки составила 2400 Нм. Фактическая средняя величина усилия натяжения высокопрочных болтов после 2,5 лет эксплуатации составила 473 кН (48,3 тс).
Выводы
1. По результатам испытаний на разрыв болтов на косой шайбе, твёрдость и ударную вязкость в/п болты класса прочности 12.9 производства фирмы PEINER обладают большей стабильностью механических характеристик относительно требований ГОСТ Р 52643-2006 по сравнению с болтами фирмы GEM-YEAR INDUSTRIAL CO. LTD.
2. Высокопрочные болты М30х220 производства фирмы GEM-YEAR INDUSTRIAL CO. LTD обладают удовлетворительным сопротивлением замедленному хрупкому разрушению, однако при уровне напряжений 0,7 σВ и 0,8 σВ отдельные болты могут обнаружить склонность к замедленному хрупкому разрушению.
Литература
1. Гладштейн Л.И., Бабушкин В.М. Высокопрочные болты класса прочности 12.9 в монтажных соединениях строительных металлоконструкций // Промышленное и гражданское строительство. 2011, № 6, с. 37–39.
2. ГОСТ Р 52643-2006. Болты и гайки высокопрочные и шайбы для металлических конструкций. Общие технические условия.
3. Сотсков Н.И., Горицкий В.М., Морозова Л.Н. Сравнение склонности к коррозионному растрескиванию болтов из сталей 40Х и 20Х2НМФТРБ в слабоагрессивной среде // Физ.-хим. механика материалов. 1990, № 3, с. 115–117.
4. Склонность стали для высокопрочных болтов к коррозионному растрескиванию и водородному охрупчиванию. Шляфирнер А.М., Сотсков Н.И., Панфилова Л.М., Подольская Э.П. // Физ.-хим. механика материалов. 1987, № 3, с. 105–110.
5. Горицкий В.М., Гусева И.А., Сотсков Н.И., Гук В.В., Захаров В.В. Статистическая оценка качества высокопрочных болтов для аэровокзального комплекса «Внуково-1» // Крепёж, клеи, инструмент и… 2010, № 3, с. 21–23.
fastinfo.ru