ISO 898-22022 紧固件.碳钢和合金钢制紧固件的机械性能.第2部分规定性能等级的螺母标准立项发展报告

紧固件碳钢和合金钢制紧固件的机械性能第2部分：规定性能等级的螺母标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Fasteners—MechanicalPropertiesofFastenersMadeofCarbonSteelandAlloySteel—Part2:NutswithSpecifiedPropertyClasses摘要关键词：紧固件；螺母；机械性能；性能等级；国际标准；ISO898Keywords:Fasteners;Nuts;Mechanicalproperties;Propertyclasses;Internationalstandards;ISO898一、引言1.1标准立项背景随着全球工业化进程的不断推进，紧固件作为“工业之米”，其质量与性能在装备制造、基础设施建设等领域的战略地位日益凸显。螺母作为紧固件家族中最重要的连接零件之一，其机械性能是否可靠，直接关系到螺栓连接副的整体承载能力与安全裕度。长期以来，由于各国在螺母的材料选择、热处理工艺、性能检测方法等方面存在差异，导致同规格产品的机械性能水平参差不齐，影响了国际贸易中的互换性与互认性。为协调各国在螺母机械性能方面的技术要求，国际标准化组织（ISO）于20世纪70年代启动了紧固件机械性能标准体系的编制工作，先后发布了ISO898-1（螺栓、螺钉和螺柱）、ISO898-2（螺母）、ISO898-3（平垫圈）等系列标准。历经多次修订与技术升级，ISO898-2:2022作为该系列标准的最新版本，于2022年9月30日正式发布，替代了此前实施的ISO898-2:2012版本，成为当前国际公认的碳钢及合金钢螺母机械性能的权威技术文件。1.2标准修订的必要性ISO898-2:2022的修订主要基于以下几方面的迫切需求：-技术进步的推动：近年来，紧固件用钢的冶炼技术、材料强化工艺以及热处理装备水平均取得了长足进步，高强度、轻量化设计成为行业主流趋势，原有标准的技术指标已不能完全适应新材料、新工艺的发展要求。-应用需求的拓展：风电场建设、桥梁工程、大型石化装置等重大工程对高强度螺母（如10级、12级）的需求日益增大，对螺母在低温、高温、腐蚀等极端环境下的服役性能提出了更为严格的要求。-国际协调的需求：随着区域贸易协定的不断深化，国际社会对紧固件产品认证互认的呼声日益高涨，亟需在更高技术水平上统一各主要贸易伙伴国的技术要求，减少技术性贸易壁垒。-标准体系的完善：ISO898-2:2022需要与ISO898-1:2013（螺栓、螺钉和螺柱）等系列标准的修订保持协调一致，确保紧固件连接副的整体性能匹配与设计统一性。1.3标准编制原则ISO898-2:2022的编制遵循以下基本原则：-科学性原则：以材料科学、力学分析和大量试验数据为基础，确保各项技术指标的合理性与可验证性；-协调性原则：与ISO898-1、ISO965（ISO米制螺纹）、ISO4759-1（紧固件公差）等标准保持技术协调与术语统一；-实用性原则：充分考虑制造商、检测机构和使用单位的实际需求，确保标准条款的可操作性与可执行性；-国际化原则：兼顾各成员体的技术现状与发展需求，提高标准的全球适用性与广泛认可度。二、标准主要内容2.1标准适用范围ISO898-2:2022规定了由碳钢或合金钢制造的、规定性能等级为5级（原标记为5级，含5.8级螺栓配套螺母对应等级体系调整）、6级（原标记为6级，含8.8级螺栓配套螺母对应等级体系调整）、8级（原标记为8级，含9.8级螺栓配套螺母对应等级体系调整）、9级（原标记为9级，含10.9级螺栓配套螺母对应等级体系调整）、10级、12级等性能等级螺母的机械性能要求。其适用环境温度范围为-50℃至+150℃，超出此温度范围时，用户需与制造商协商确定相应的性能保证措施。本标准适用于符合ISO68-1、ISO724规定的米制三角螺纹的螺母，螺纹公称直径范围一般不超过M39。对于螺纹公称直径大于M39的螺母，可参考本标准的基本原则由供需双方协商确定其性能要求。2.2性能等级体系标准将螺母按公称高度与螺纹螺距的比值（m/H）分为两类：-1型螺母（正常高度螺母，m/H≥0.8）：适用于5级、6级、8级、9级、10级和12级各性能等级；-2型螺母（矮型螺母，0.5≤m/H<0.8）：适用于5级、6级、8级、9级和10级各性能等级，其承载能力略低于同等级1型螺母。各性能等级对应的保证载荷应力比例如下：|性能等级|保证载荷应力（MPa）|推荐配套螺栓性能等级||----------|---------------------|---------------------||5级|520|5.8级、6.8级||6级|600|8.8级||8级|800|9.8级||9级|900|10.9级||10级|1040|10.9级（高承载场合）||12级|1150|12.9级|2.3技术要求硬度要求：标准规定了各性能等级螺母的硬度范围，包括布氏硬度（HBW）、洛氏硬度（HRC）或维氏硬度（HV）的允许值，以保证螺母具有适当的强度与韧性配合。对于10级和12级螺母，还须进行淬硬层深度检测。保证载荷：螺母的保证载荷是标准中最为核心的力学性能指标。试验时，将螺母安装在淬硬性试验芯棒上，施加规定的轴向保证载荷并保持15秒，卸载后螺母不应出现螺纹脱扣、断裂或永久性拉伸变形等失效现象。螺纹脱扣强度：标准要求螺母在承受规定的轴向载荷时，应优先于被连接螺栓发生螺纹脱扣之前保持完整性，即螺母的螺纹脱扣强度应高于与之配套螺栓的断裂强度，以确保连接副在过载时表现为螺栓断裂的延性失效模式，而非螺母脱扣的脆性失效模式。表面缺陷允许限度：标准参照ISO6157-2对螺母的表面缺陷（如裂纹、折叠、锻造裂纹等）进行了分类与允许限度的规定，确保产品表面质量满足使用要求。2.4试验方法标准规定的试验方法主要包括：-保证载荷试验：使用专用的螺纹试验芯棒和轴向加载装置，按照规定的加载速率和保载时间进行试验，结果评定以螺母是否出现脱扣或明显变形为判定依据；-硬度试验：按照ISO6506-1（布氏）、ISO6508-1（洛氏）或ISO6507-1（维氏）标准方法，在螺母的承载端面或适当部位进行硬度测定；-淬硬层深度检测：对10级和12级高硬度螺母，通过金相法或硬度梯度法测量有效淬硬层深度；-表面缺陷检测：采用目视检查或磁粉探伤等方法，按照ISO6157-2的验收准则进行评定。2.5标志与标签标准规定，符合要求的螺母应在适当位置标有性能等级标记（如数字“10”等）以及制造商识别标志。对于螺纹公称直径过小无法打印完整标记的螺母，允许采用标签或包装标注等方式标示相关信息。此外，标准对标志的清晰度、耐久性和位置提出了明确要求，以防止在使用过程中标志磨损或脱落。2.6与上一版本的主要技术变化相较于ISO898-2:2012，ISO898-2:2022版本主要有以下技术变化：-引入了新的9级性能等级，填补了8级与10级之间的性能空档，为设计选型提供更精细的等级选择；-对10级和12级螺母的硬度上限进行了适当调整，以适应新型淬火回火工艺的材料性能特征，同时提高了韧性要求；-增加了对螺母低温冲击性能的参考性附录，为寒区工程应用提供技术指导；-更新了规范性引用文件，保持与ISO898-1:2013、ISO10683（非电解锌片涂层）等最新标准版本的一致性；-增加了带有非金属嵌件锁紧型螺母的适用性说明，明确了其与金属全螺纹螺母在性能验收方面的差异；-完善了螺纹脱扣试验的判定准则，增强了标准试验的可操作性和重复性。三、主要参与单位介绍ISO898-2:2022由国际标准化组织ISO/TC2“紧固件”技术委员会（Fasteners）下属的SC1“紧固件机械性能”分技术委员会（Mechanicalpropertiesoffasteners）负责制定与修订。ISO/TC2是ISO下设的最为活跃的技术委员会之一，其秘书处由德国标准化协会（DIN）承担，目前共有来自全球30余个成员国积极参与其各项工作。在ISO898-2:2022的编制过程中，德国工业标准协会（DIN）下属的紧固件标准化委员会（NAFasteners）发挥了关键的引领与协调作用。作为ISO/TC2秘书处的承担单位，德国在该标准的修订中承担了工作组召集人、文件起草、试验验证和意见协调等多项核心工作。德国凭借其拥有完善的标准协调机制（DIN）和代表德国工业界利益的行业协会（WirtschaftsverbandderdeutschenKautschukindustriee.V.等数百家企业会员）的优势，在国际合作中保持高度活跃。在本次标准修订中，德国专家团队依托本国在高端紧固件制造和材料工程领域的先进经验，主导完成了新引入的9级性能等级的技术论证和验证试验设计工作。此外，来自日本工业标准调查会（JISC）的专家也在标准修订中作出了重要贡献。日本作为高强度紧固件制造强国，在汽车紧固件和工程紧固件领域拥有扎实的技术积累，其专家团队在10级和12级螺母的淬硬层深度检测方法、热处理工艺与性能一致性关系等方面提供了大量的实验数据和工程实践经验。与此同时，中国国家标准化管理委员会（SAC）派出的专家代表中国紧固件行业积极参与了本标准的各项讨论与审查工作。中国作为全球最大的紧固件生产国和出口国，在标准制定过程中充分反映了亚洲新兴经济体在高性价比紧固件制造方面的技术诉求，特别是就9级性能等级的实际应用需求、表面缺陷允许限度的合理性以及标志方法的经济性等方面提出了建设性意见，多方面的建议被标准文本采纳。这些国家和组织的专家共同组成了ISO/TC2/SC1/WG3工作组，在标准修订期间共计召开国际工作会议十余次，处理各类技术意见数百条，充分体现了国际标准制定过程中的多边协作和技术民主精神。四、标准应用与实施4.1国际应用现状ISO898-2作为全球紧固件机械性能领域引用最为广泛的标准文件之一，已被全球绝大多数国家和经济体直接采用或转化为本国标准。欧盟已将ISO898-2列为协调标准，与欧盟机械指令（2006/42/EC）和建筑产品法规（CPR，EU305/2011）相关联；美国虽主要采用ASTMA563等本国标准，但在国际工程实践中也普遍将ISO898-2作为等效技术依据加以认可；中国发布了GB/T3098.2《紧固件机械性能螺母》国家标准，其技术内容与ISO898-2保持高度一致。4.2标准在工程实践中的重要作用在重大工程建设中，ISO898-2:2022的应用意义尤为突出。例如：-风力发电塔筒连接：风电塔筒法兰连接通常采用10.9级高强度螺栓配10级或12级螺母，ISO898-2对螺母保证载荷的严格要求确保了数十年疲劳寿命周期内连接副不因螺母失效而产生安全事故；-桥梁钢结构连接：大跨度桥梁的节点连接大量使用高强度螺栓副，ISO898-2所规定的螺纹脱扣强度匹配原则是保障桥梁整体结构延性设计理念实现的关键技术依据；-压力容器与管道法兰连接：在石油化工领域，ISO898-2规定的性能等级体系为法兰连接设计中螺栓-螺母匹配选型提供了清晰的技术指引。4.3标准认证与合格评定基于ISO898-2开展的第三方产品认证已成为国际贸易中重要的质量凭证。目前，全球多家知名认证机构（如德国DINCERTCO、美国UL等）均依据ISO898-2开展紧固件产品的型式试验和工厂审核。中国也建立了与之对应的紧固件产品自愿性认证体系，有力促进了国产高强度紧固件产品走向国际市场。4.4下一阶段标准修订展望展望未来，ISO898-2的后续修订将朝以下方向发展：-扩展材料范围：研究将非调质钢、免热处理钢等新型环保材料纳入标准适用范围的可行性，以顺应绿色低碳制造的政策导向；-增加尺寸覆盖范围：研究将大直径（M39以上）螺母和细牙螺纹螺母的技术要求纳入标准正文，消除当前以协议约定为主的技术不确定性；-引入数字孪生与智能制造要求：在标准中增加数字化质量追溯与数据互操作相关的参考性附件，支撑紧固件行业智能制造与工业互联网的发展需求；-细化特殊环境适应性指标：进一步补充高低温交变、海洋大气腐蚀、氢脆敏感等特殊工况下螺母性能评价的技术方法。五、结论ISO898-2:2022《紧固件碳钢和合金钢制紧固件的机械性能第2部分：规定性能等级的螺母》是国际紧固件标准化体系中的一项基础性、通用性技术标准。该标准的发布实施凝聚了全球各主要紧固件制造强国专家的智慧，体现了国际标准化组织在协调各国技术差异、推动产业技术进步方面的积极作用。本报告系统梳理了该标准的立项背景、技术内容、应用价值和发展方向。标准通过建立科学完善的性能等级体系、严格的保证载荷要求和明确的试验方法规范，为碳钢及合金钢螺母的产品设计、制造工艺控制、质量验收和国际贸易提供了统一的技术准则，有效保障了螺栓连接副的整体安全性和可靠性。参考文献[1]ISO898-2:2022,Fasteners—Mechanicalpropertiesoffastenersmadeofcarbonsteelandalloysteel—Part2:Nutswithspecifiedpropertyclasses[S].Geneva:InternationalOrganizationforStandardization,2022.[2]ISO898-1:2013,Mechanicalpropertiesoffastenersmadeofcarbonsteela