解读GB3098.1《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺》修订.doc

解读2010版GB3098.1紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱的修订内容和意义2009年11月在西安召开的全国紧固件标准化技术委员会四届四次年会（以下简称标委会）完成了对GB3098.1紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱标准的全面修订报批稿（以下简称新标准）。这意味着按照ISO898.1-2009版国际标准的新标准要在2010年年内批准发布实施了。笔者有幸参加了82版性能标准的调研，认证，贯彻，学习，宣讲一系列活动，也经历了2000年版，2010版的修订，审定工作，所以对该标准的演变，脉络比较清晰，就此机会结合本次修订中的一些重要内容和老标准的对比谈点心得和体会。1978年国际标准化组织CT2委员会首次发布ISO898.1-1978紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱，当时标委会在国家标准局的支持和指导下，组建了工作小组和数十家紧固件生产企业，展开了大量的调研，对比，吸收验证等准备工作，等效采用ISO898.1标准作为第一批采用国际标准项目正式发布了GB3098.1-82紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱的新国标，82版标准的诞生结束了从前以前苏联COT标准为主导的老国标体系，改变了紧固件只规定材料和工艺，不规定性能等级的做法，改变了从1958年就开始发布的如GB2，GB12，GB14，GB21，GB30，GB41等单独产品标准为主的紧固件标准。以GB3098.1为主的一系列基础标准真正做到了科学化，系统化的制造，评判使用紧固件的时代。为紧固件的科研，开发，生产和出口贸易确立了基础，这是我国紧固件工业与国际接轨跨出的重要第一步。以下就本次修订中和审定后的内容，与老国标2000版对照谈谈我个人的理解。本次修订的内容比较多，修订的宗旨是进步，实用和体高实物品质。l 在定义和术语部分1. 首先使用了“腰状杆紧固件”（杆部尺寸小于螺纹中径尺寸）产品名称，引入了实践中已经使用的形式和尺寸相对稳定的产品形式，并且归类为后面提出的“降低承载能力的紧固件”的品种里。2. 增加Rpf非比例延伸0.0048d的应力（其实就是在0.0048变形时的屈服极限）而不用0.2,增加Af断后伸长率。老标准用的A替代，断面收缩率用Z来替代。这些变动便于实验操作，避免测试反复加载，并与“GB228室温拉伸试验方法”保持一致。3. 增加了“降低承载能的紧固件”的规定，这是指使用相同材料性能的紧固件，由于设计的头型或杆型特殊（如扁圆低圆柱头腰状细杆等都是这一类别），对应的标记在前面加“0”，例08.8级。4. 新增12.9级，而且对这一级别的使用有特别提示“慎用”。它的意义在于指明使用这类高强度等级紧固件，处在高预紧力载荷时钢中的晶格缺陷和外部条件的“腐蚀”都会发生延时断裂的风险，对使用者和制造者风险有明确指导意义。l 在热处理和材料的章节中也有许多变更，总的来看是随冶金标准的更新进步做调整，而且对不同的性能等级中与品质相关的要素（成分）做出更具体的规定。1. 新标准提出“添加元素的碳素钢”，这主要有两点含义。首先提出“添加元素的碳素钢”要区别于原有矿石中或演练中添加了成分复杂的废钢，与按冶金化学成分要求设计的，在炼钢时加入的某些元素，目的是要获取预期某种性能，这样供需双方对紧固件成品的性能成分可以取得可靠的品质，一致的解释。2. 对4.6-6.8含硼的最大量不做规定，这与这个性能等级段不需要进行调质处理有关，也与GB/T13304钢分类中规定如果硼含量0.0005就视作添加元素，而0.0005要划为合金钢有关。对6.8级规定最低含碳为0.15%，意义在于在一定含碳量的条件保证冷拉后可以达到Rm=600Mpa的条件。对8.8-12.9规定了磷，硫含量由原来的0.035降为0.025，这是冶金和紧固件行业的进步，现在国内钢厂生产8.8级以上紧固件用冷镦钢都经过铁水预处理（脱硫净化）和炉外精炼，提高钢的纯净度，减少夹杂物，对提高热处理后的实物质量及稳定性有重要意义。对8.8级9.8级增加合金钢材料，在M16以下的规格可以使用中碳钢制造配合一定的热处理工艺可以达到8.8级但M16使用中碳钢，可能不保证达到8.8级和9.8级。这主要是芯淬不透造成，而老标准中规定用中碳钢制造8.8级要双方协议，现在的改变标准中规定是对品质保证的进步。3. 12.9级和12.9级的材料要求中规定不同的含碳量最小值。0.30对应12.9级和425摄氏（min）的回火温度。对含碳量最小值0.28对应的是12.9级和380摄氏度(min)的回火温度。对这两种相似等级的工艺特性作了细分，有利供方和需方区别选用。l 在试验方法上，有较大变动的条目如下1. 硬度的测试方法有变动，如截取试样老标准为螺纹末端的1/2d处，现改为1d处。测试的位置由“在1/2半径处”改为“在1/2半径区域内”。这是对淬透性要求提高了。上述M16以上的8.8级螺栓在材料重要添加合金元素的即为此缘故。2. 对楔负载拉力试验也有改动，不能使用自动定心的夹具装置，老标准无此规定，新标准规定减小了实验结果的差异，结论更可靠。3. 对热浸锌螺栓的拉力试验的夹具要求制作6AZ和6AX加大尺寸的内螺纹夹具，避免由成品螺母做夹具，由于硬度不一致而使实测数据有波动。4. 对冲击强度的试验也有改动，试验温度由“室温”改为零下20摄氏度，摆锤刀刃半径为2mm，所以现在各工厂试验条件都要作相应的变动，尽管吸收能量KV同样是min27J，但试验条件的改变，实际上是对试件品质的提高。5. 关于0.0048d非比例伸长的测试是新引入的条目，前面有提及，这里不再做说明。其他方面，新标准对试验系列方案，规范性附录都有调整和变动，这里不再一一列举。后面附上标委会学习资料中的一份对照表，就可以一目了然。总之，本次2010版标准的修订意义重大，对实践的指导作用会随着时间的推移更加显示出来。当然在实践中还有许多问题有待解决，要验证。我以上仅仅选择一些要点简述，与大家共同学习讨论。标准的主要修改内容紧固件机械性能-螺栓、螺钉、螺柱GB/T3098.1-200*（报批稿，以下简称新标准）与GB/T3098.1-2000（以下简称现行标准）主要差异。新标准与现行标准的主要差异序号GB/T3098.1-200*GB/T3098.1-20001综合1） 增加“术语与定义章”并对“紧固件成品”、“机械加工试件”、“紧固件皮带物”及“腰状杆紧固件”等术语给出定义；2） 2）更新了机械与物理性能用代号与术语，采用国际单位制物理量符号，如：Rel机械加工试件的下屈服强度，Mpa：Rm抗拉强度，Mpa；及RPO,2机械加工试件的规定非比例延伸0.2% 应力。3） 3）新增降低承载能力的紧固件性能等级的标记与标志（如08.8）、基本类型及适用的试验方法。4） 4）新增“当考虑使用12.9/12.9级，应谨慎从事。紧固件制造者的能力、服役条件和扳拧方法都应仔细考虑。使用环境、加工过程，经及电镀层都可能造成紧固件的应力腐蚀开裂。”5） 5）新增制造者、供方及需方可以选择自己的方法控制 产品质量的规定。1） 1）使用其中的一些术语，如“机械加工试件”、“紧固件实物”等；2） 2）使用xrN/mm2、ar N/mm2等；3）仅在“1范围”中提到：“某些紧固件，因某头部几何尺寸造成头部剪切面积小于螺纹应力截面积，可能达不到本标准关于抗拉或粗矩的要求”4）无；5）无。2材料与热处理1）对4.66.8级规定“碳钢或添加元素的碳钢”：对8.812.9级增加“添加元素的碳钢”，并代替现行标准规定的“低碳合金钢”；1） 2）第6章注：“某些化学元素受一些因家的法规限制或禁止使用，当涉及有关国家或地区时应当注意。”3）第6章“GB/T5267.3对紧固件材料的地要求，适用于热浸锌紧固件”。4）对4.66.8级未规定硼的最大含量；5）对6.8级最低含碳量规定为0.15%；6）对8.8和9.8级增加合金钢、淬火并回火；7）对8.812.9级的磷P和硫S的最大含量规定为0.025%；8）新增12.9级，并规定最低含碳量为：0.28%的“添加元素的碳钢”、最低回火温度为：380；9）修改12.9级用材料：规定最低含碳量为：0.28%的“添加元素的碳钢”、最低回火温度为425；10）新增“对4.6和5.6级冷镦紧固件，为保证达到要求的塑性和韧性，可能需要对其冷镦用线材或冷镦紧固件产品进行热处理。”11）对10.9与12.9级用合金钢新增“这些合金钢至少应含有下列的一种元素，其最小含量分别为：铬0.50%；镍0.30%；钼0.20%；钡0.10%.当含有二、三或四种复合的合金成分时，含 金元素的含量不能少于单个合金元素含量总和的70%.12）对8.810.9级新增“对含碳量低于0.25%的添加硼的碳钢，其锰的最低含量分别为：8.8级为0.6%；9.8和10.9为0.7% ”；13）对12.9/12.9级新增“去除磷化物聚集层应在垫处理前进行。”1）对4.66.8级仅规定“碳钢”；对8.810.9级规定有“低碳合金钢”；2）无；3）无；4）对4.66.8级硼的最大含量规定为0.003%；5）对6.8级未规定最低含碳量；6）无；7）对8.812.9级的磷P和硫S的最大含量规定为0.035%；8）无；9）对12.9级规定的含碳量、最低回火温度与新标准对“12.9级”规定一致；10）无；11）无；12）元；13）元。3性能等级1）取消3.6级；2) 取消10.9级；3） 新增12.9级规定3.6级；2）规定10.9级；3）无4性能指标1） 新增4.8、5.8和6.8级的“紧固件实物的规定非比例延伸0.0048d的应力Rpf ”及 “紧固件实物的断后伸长率Af”(而未规定新的“下屈强度（PeL）”)两项实物拉力试验指标；2） 新增12.9/12.9级表面硬度为“表面硬度超出435HV0.3。”1）规定4.8、5.8和6.8级的屈服点（s）；2）无5试验方法1)规定6.8级楔负载试验用楔垫角为：ls2d； 00（3d20）或60 （20d39）；ls 2d 60 （3d20）或 40 （20d39）；2） 硬度试验方法：a 4.6、4.8、5.6和5.8级紧固件，应按9.9、4.3的规定在紧固件的末端测定硬度 b 新增：对热处理紧固件，如果在1/2半径区域（见图8）测定的硬度之差，若不大于30HV,则证实材料中马氏体已达到90%的要求。 c 4.8、5.8、和6.8级冷作硬化紧固件，应按9.9、4.2“在螺纹横截面测定硬度：在距螺纹末端1d处取一横截面，并应经适当处理，在1/2半径与轴心线间的区域内测定硬度，间图8”的规定测定硬度。 d 如有争议，按9.9、4.2规定的维氏硬度试验是仲裁试验方法3）规定脱碳试验金相法取样部位，“在距螺纹末端约一个公称直径（1d）”；4)规定“吸取能量 KV”，使用试件（2mmV形）”；在“20C”下用“摆锥刀刃半径为2mm”进行试验；5）规定了两个“试验系列”可对表3规定的各项性能进行试验，如FF组用于紧固件成品试验，而MP组用于紧固件材料性能试验；6）对试验机与夹具新增要求： a “拉力试验机应符合GB/T 16825.1的规定。” b “9.1.3”：楔负载拉力试验：不能使用自动定心装置。自动定心装置对图1和表16所规定的楔垫角度有较大的影响； c 对其余拉力试验：装夹紧固件时，应避免斜拉，可使用自动定心装置； d 新增拉力试验装置示例； e 新增楔负载试验及拉力试验用内螺纹夹具的螺纹规定；7）新增对实物拉力试验测定断后伸长率，Af及0.0048d非比例延伸应力，Rpf等项的拉力试验方法。1）规定6.8级楔负载试验用楔垫角为：ls2d； 60 （3d20）或40 （20d39）；ls 2d； 40 （3d20）或（20d39）2)硬度试验方法： a 对所有性能等级规定的“常规检查方法”与新标准9.9、4.3相同; b 对“热处理紧固件”无特别规定； c 规定：对所有性能等级，如超出最高硬度时，再次试验的方法与新标准9.9、 4.2规定的不同（仅限1/2半径处测试硬度）； d 仲裁试验方法中也与新标准不同（仅限1/2半径处测试硬度）3）规