不锈钢紧固件机械性能

不锈钢紧固件机械性能主要内容一、不锈钢基础知识二、耐腐蚀不锈钢紧固件机械性能三、不锈钢组别与化学成分四、不锈钢螺栓、螺钉和螺柱的机械性能五、不锈钢紧固件试验方法六、标准中的附录一、不锈钢基础知识1、不锈钢的定义：含铬量为10.5%以上的铁基合金称为不锈钢。不锈钢是不锈钢和耐酸钢的简称。在冶金学和材料科学领域中，依据钢的主要性能特征，将含铬量大于10.5%，且以耐蚀性和不锈性为主要使用性能的一系列铁基合金称作不锈钢。通常对在大气、水蒸汽和淡水等腐蚀性较弱的介质中不锈和耐腐蚀的钢种称为不锈钢；对在酸、碱、盐等腐蚀性强烈的环境中具有耐蚀性的钢种称为耐酸钢。两个钢类因成分上的差异而导致了它们具有不同的耐蚀性，前者合金化程度低，一般不耐酸；后者合金化程度高，既具有耐酸性又具有不锈性。2、不锈钢最基本的特性：是它在大气条件下的耐锈性和在各种液体介质中有耐蚀性。这一特性与钢中的铬含量有直接关系，铬的存在使钢材表面生成一层看不见的膜，它能防止氧化，使材料“钝化”或者说抗腐蚀。添加其它如镍或钼等元素能提高抗腐蚀性、强度和耐温性。随着铬含量的提高而增强。当铬含量达到10.5%以上时钢的这一特征发生突变，从易生锈到不锈，从不耐蚀到耐腐蚀。而且含铬量从10.5%以后随着铬含量的不断提高，其耐锈性和耐蚀性也不断得到改善。一般不锈钢的最高铬含量为26%，更高的铬含量已没有必要。3、不锈钢的分类：不锈钢钢种很多，性能又各异，常见的分类方法有：①按钢的组织结构分类，如马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和双相不锈钢等。②按钢中的主要化学成分或钢中一些特征元素来分类，如铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬镍钼不锈钢以及超低碳不锈钢、高钼不锈钢、高纯不锈钢等。③按钢的性能特点和用途来分类，如耐硝酸（硝酸级）不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐点蚀不锈钢、耐应力腐蚀不锈钢、高强度不锈钢等。④按钢的功能特点分类，如低温不锈钢，无磁不锈钢，易切削不锈钢，超塑性不锈钢等。目前最常用的分类方法是按钢的组织结构特点和按钢的化学成份特点以及两者相结合的方法来分类。例如，把目前的不锈钢分为：马氏体钢（包括马氏体Cr不锈钢和马氏体Cr-Ni不锈钢）、铁素体钢、奥氏体钢（包括Cr-Ni和Cr-Mn-Ni（-N）奥氏体不锈钢）、双相钢（α+γ双相）和沉淀硬化型钢等五大类，或分为铬不锈钢和铬镍不锈钢两大类。4、各类不锈钢简介：⑴、奥氏体系不锈钢奥氏体系不锈钢是以面心立方晶体结构的奥氏体组织（γ相为主），无磁性，主要通过冷加工使其强化（并可能导致一定的磁性）的不锈钢。18-8不锈钢是典型的奥氏体不锈钢类型，含有约18%铬和8%镍。18-8不锈钢中包括302、303、304等级别。主要特点是：在正常热处理条件下，钢的基体组织为奥氏体，在不恰当热处理或不同受热状态下，在奥氏体基体中有可能存在少量的碳化物及铁素体组织。奥氏体不锈钢不能通过热处理方法改变它的力学性能，只能采用冷变形的方式进行强化。可以通过加入钼、铜、硅等合金化元素的方法得到适用于各种使用条件的不同钢种，如316L、304Cu等。一般无磁性、但在冷加工过程后部分零件可能产生轻微的磁性，这类钢种的重要特性还具有良好的低温性能、易成型性和可焊性。并且还具有较高的抗腐蚀性。仅适用于低浓度的弱酸。在缝隙和密闭的场合，可能没有足够的氧气来维持钝化膜，可能引起缝隙腐蚀。很高浓度的卤素离子，尤其是氯离子能破坏钝化膜。⑵、铁素体系不锈钢铁素体系不锈钢是以体心立方晶体结构的铁素体组织（α相）为主，有磁性，一般不能通过热处理硬化，但冷加工可使其轻微强化的不锈钢。铁素体不锈钢含铬量12%~18%，但含碳量低于0.2%，代表钢种是409、430，其耐蚀性不如奥氏体不锈钢。主要特点是：抵抗应力腐蚀开裂能力优越于奥氏体系不锈钢；常温下带强磁性；不适用于高腐蚀环境。热处理不能硬化，具有优秀的冷加工性。焊接性能很差。⑶、马氏体系不锈钢马氏体系不锈钢的基体为马氏体组织，有磁性，可通过热处理可调整其力学性能的不锈钢。马氏体系不锈钢含有铬12~18%。代表钢种有410、420。主要特点是：马氏体系不锈钢常温下具有强磁性，一般来讲其耐蚀性不突出，但强度高，使用于高强度结构用钢。高温下具有稳定的奥氏体组织，空冷或油冷下转变成马氏体相，常温下具有完全的马氏体组织。因此，可以通过热处理方法提高和改变力学性能。焊接性能差。此类型不锈钢材料适用于低腐蚀环境。⑷、双相不锈钢基体兼有奥氏体和铁素体两相组织（其中较少相的含量一般大于15%），有磁性，可通过冷加工使其强化的不锈钢。成分中高Cr高N，，代表钢种是2304、2205、2507。主要特点是：在高温下基本为铁素体组织，在冷却至室温时具有30-50%铁素体+奥氏体双相组织。屈服强度高、超强的耐点蚀、耐应力腐蚀能力，易于成型和焊接。⑸、沉淀硬化系不锈钢沉淀硬化系不锈钢是基体为奥氏体或马氏体组织，并能通过沉淀硬化（又称失效硬化）处理使其硬（强）化的不锈钢。沉淀硬化不锈钢按其组织可分成马氏体沉淀硬化不锈钢（以0Crl7Ni4Cu4Nb为代表），半奥氏体沉淀硬化不锈钢（以0Crl7Ni7Al和0Crl5Ni25Ti2MoVB为代表）和奥氏体加铁素体沉淀硬化不锈钢（以PH55A、B、C为代表）。这类材料是利用热处理后时效析出Cu、Al、Ti、Nb等的金属化合物来提高材料的强度。主要特点是：这种类型的不锈钢可借助于热处理工艺调整其性能，使其在钢的成型、设备制造过程中处于易加工和易成型的组织状态。半奥氏体沉淀硬化不锈钢通过马氏体相变和沉淀硬化，奥氏体、马氏体沉淀硬化不锈钢通过沉淀硬化处理使其具有高的强度和良好的韧性。铬含量在17%左右，加之含有镍、钼等元素，因此，除具有足够的不锈性外，其耐蚀性接近于18-8型奥氏体不锈钢。沉淀硬化不锈钢经过低温时效处理和冷加工后能硬化。630型，市场上也叫17-4PH，是紧固件产品使用最多的沉淀硬化不锈钢。他们有相当高的抗拉强度和柔韧性。因此其使用性能不管在高温或低温下都表现相当好。5、不锈钢成分中合金元素的作用一般情况下纯金属具有比较高的塑性，当加入其他合金元素后，形成单相固溶体时也有较好的塑性，如铁镍合金可形成连续固溶体，因此铁与镍在任意比例的情况下，合金的塑性都是很高的。但在含有其它元素的条件下，形成不溶于固溶体或部分溶于固溶体的金属间化合物，使金属的塑性降低，因此合金的塑性比纯金属或单相固溶体的塑性差。铁（Fe）：是不锈钢的基本金属元素；铬（Cr）：是主要铁素体形成元素，铬与氧结合能生成耐腐蚀的Cr2O3钝化膜，是不锈钢保持耐蚀性的基本元素之一，铬含量增加可提高钢的钝化膜修复能力，一般不锈钢中的铬含量必须在12%以上；碳（C）：是强奥氏体形成元素，可显著提高钢的强度，另外碳对耐腐蚀性也有不利的影响；镍（Ni）：是主要奥氏体形成元素，能减缓钢的腐蚀现象及在加热时晶粒的长大；钼（Mo）：是碳化物形成元素，所形成的碳化物极为稳定，能阻止奥氏体加热时的晶粒长大，减小钢的过热敏感性，另外钼元素能使钝化膜更致密牢固，从而有效提高不锈钢的耐Cl-腐蚀性；铌、钛（Nb、Ti）：是强碳化物形成元素，能提高钢的耐晶间腐蚀能力。但碳化钛对不锈钢的表面质量有不利影响，因此在表面要求较高的不锈钢中一般通过添加铌来改善性能。氮（N）：是强奥氏体形成元素，可显著提高钢的强度。但是对不锈钢的时效开裂影响较大，因此在冲压用途的不锈钢中要严格控制氮含量。磷、硫（P、S）：是不锈钢中的有害元素，对不锈钢的耐腐蚀性和冲压性都会产生不利影响。二、耐腐蚀不锈钢紧固件机械性能国际标准ISO3506系列标准的总名称为“耐腐蚀不锈钢紧固件机械性能”，包括以下部分：——第1部分：螺栓、螺钉和螺柱——第2部分：螺母——第3部分：紧定螺钉及类似的不受拉应力的紧固件——第4部分：自攻螺钉ISO3506-2009系列标准是对ISO3506-1:1997、ISO3506-2:1997、ISO3506-3:1997和ISO3506-4:2003的第二版对第一版进行了删改与补充，是技术性修订。耐腐蚀不锈钢紧固件机械性能国家标准共有四个标准：GB/T3098.6-2000《紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉和螺柱》(idtISO3506-1：1997)GB/T3098.15-2000《紧固件机械性能不锈钢螺母》(idtISO3506-2:1997)GB/T3098.16-2000《紧固件机械性能不锈钢紧定螺钉》(idtISO3506-31997)GB/T3098.21-2008《紧固件机械性能不锈钢自攻螺钉》(idtISO3506-4：2003)1范围ISO3506-2009系列标准本部分规定了由奥氏体、马氏体和铁素体耐腐蚀不锈钢制造的、在环境温度为10～35℃（1997和2003版标准规定为15^25℃）条件下进行试验时，螺栓、螺钉和螺柱、螺母、紧定螺钉及类似的不受拉应力的紧固件及自攻螺钉（其中紧定螺钉及类似的不受拉应力的紧固件仅规定了由奥氏体耐腐蚀不锈钢制造的）的机械性能，在较高或较低温度下，其性能可能不同。1.1螺栓、螺钉和螺柱：—螺纹公称直径d39mm；—螺纹直径与螺距符合ISO68-1（GB/T192-2003）、ISO261(GB/T193-2003)、ISO262(JB/T7912-1999)规定的ISO米制螺纹；—任何形状的。未规定以下特殊性能要求：如可焊接性；也未规定在特殊环境下的耐腐蚀性、氧化性。1.2螺母：—螺纹公称直径D≤39mm—螺纹直径和螺距符合ISO68-1，ISO261和ISO262规定的ISO米制螺纹；—任何形状的；—对边宽度符合ISO272（GB/T3104）；—公称高度≥0.5D；未规定以下特殊性能要求：锁紧性能和可焊性能；也未规定在特殊环境下的耐腐蚀性、氧化性。1.3紧定螺钉及类似的不受拉力的紧固件：—螺纹公称直径1.6mm≤d≤24mm；—螺纹直径和螺距符合ISO68-1，ISO261和ISO262规定的ISO米制螺纹；—任何形状。未规定以下特殊性能要求：如可焊接性；也未规定在特殊环境下的耐腐蚀性、氧化性。1.4自攻螺钉—适用于ISO1478（GB/T5280-2002）规定的规格为ST2.2~ST8。未规定以下特殊性能要求：比如焊接性；也未规定在特殊环境下的耐腐蚀性、氧化性。2标记、标志和表面精饰2.1标记2.1.1螺栓、螺钉和螺柱螺栓、螺钉和螺柱的不锈钢组别和性能等级的标记制度，见图1。材料标记由短划隔开的两部分组成。第一部分标记钢的组别，第二部分标记性能等级。钢的组别（第一部分）标记由一个字母构成A—奥氏体钢；C—马氏体钢F—铁素体钢。D—铁素体和奥氏体双相钢上述字母表示钢的组别，字母后的数字表示在该组钢中的化学成分范围（见表1）。性能等级标记（第二部分）由两个或三个数字组成，数字表示该紧固件抗拉强度的1/10。示例1：A2-70表示：奥氏体钢，冷加工，最小抗拉强度为700MPa。示例2：C4-70表示：马氏体钢，淬火并回火，最小抗拉强度为700MPa。a附录B描述了图1中钢的组别和级别划分，表1明确给出了化学成分。b含碳量不超过0.03%的低碳奥氏体不锈钢可以外加“L”标记。例如：A4L-80c按照ISO16048钝化的不锈钢紧固件可以外加“P”标记。例如：A4-80P图1螺栓、螺钉和螺柱不锈钢组别和性能等级标记制度2.1.2螺母螺母不锈钢组别和性能等级的标记制度，见图2。材料标记由短划隔开的两部分组成。第一部分标记钢的组别，第二部分标记性能等级。钢的组别（第一部分）标记由字母和一个数字组成，字母表示钢的类别，数字表示该类钢的化学成分范围。其中：A—奥氏体钢；C—马氏体钢；F—铁素体钢；D—铁素体和奥氏体双相钢有关螺母组别代码及化学成分范围的说明见表1。性能等级（第二部分）标记；对m≥0.8D的（1型）螺母，由两个数字组成，并表示保证载荷应力的1/10；对高度0.5D≤m0.8D的（薄型）螺母，由三个数字组成，第一位数字表示降低承载能力的螺母，后两位数