DIN_17240_螺栓和螺母用耐热和高耐热材料质量规范

耐热和高耐热螺栓与螺母 质量规范 标注●的部分显示，协议应该或可以在订货时签订。 1 范围 1.1 本适用于棒状和线状材料，材料在表1中给出，尺寸在表4中给出。本标准根据标准DIN267第13部分（螺栓、螺杆、螺母和类似螺纹状型材），表1这些材料通常被用作螺栓和螺母材料；订货技术条件；本标准作为主要的钢螺栓和螺母在零度以下韧性和高温材料在高于300℃到最高服役温度（如表4中所报）下长期特性的一个指南。在材料性能满足工作应力的地方这些温度可能会过高。本标准义了材料在拟议的工作期间由温度、机械载荷、环境介质产生的材料总负载。 1.2 300℃以下使用的螺栓和螺母根据以下标准：   DIN 1651  易切削钢；订货技术条件   DIN 1654  拉制的钢材，冷压螺杆（螺栓）；质量规范（新版编制过程中）   DIN 17 100  一般结构用钢；质量规范   DIN 17 111  低碳无合金螺栓、螺母和铆钉；质量规范   DIN 17 200  调质钢；质量规范   DIN 17 210  表面硬化钢；质量规范   DIN 17 440  不锈钢；质量规范 Stahi-Eisen-Werkstoffblatt (钢铁数据表)550  大型锻件用钢 2 定义 2.1 本标准所指示的，如果材料在温度达540℃下长期负载，材料具有包括高蠕变极限和高蠕变断裂强度和满意的抗松弛（见2.2），这种材料被视为抗热材料，而高抗热材料是指在800℃下具有相似的特性。 2.2 松弛是指螺栓预紧力减少作为材料蠕变的结果。在本标准中，残余应力对于初应力δA相关一个初始应变εA在一个定义的载荷时间例如1000，10000或者30000小时，材料被视为是具有抗松弛特性（见表10）。 2.3有色金属材料的热处理相关的技术定义和表述，见DIN 17 014第一部分。 3 尺寸及应允尺寸偏差 3.1 尺寸标准在本标准的后面列出，适用于依据本标准制造的产品，但是，材料X22CrMoV121到NiCr20TiAl（见表1）在本尺寸标准中没有列出全部的尺寸并且没有保持所有的应允偏差。如果适用，当接受订单时，生产厂应该注意这个事实。 3.2 ● 如果产品不存在尺寸标准，若有必要，尺寸应允偏差应该在订货时协商。 4 重量的计算及应允重量偏差 4.1 产品的名义重量的计算基于表7中所引述的密度。 4.2 ● 如应允重量偏差尚未标准化，若有必要，应该在订货时协商。 5 等级分类 5.1 材料 本标准涵盖了表1中的钢铁和合金。 5.1.1 用户进行材料级别的选择。建议向生产厂进行咨询。 5.2 交货状态 5.2.1 ● 材料的所有情况下提供的处理条件应由用户指定。表3中列出了材料正常提供的处理条件。这些条件与成品螺栓和螺母（见表4）的正常热处理条件不完全相同。 5.2.2 来自不同炉次的材料需要单独交货，同样，同一批次材料进行了不同的热处理和不同的尺寸范围的材料也需要单独交货。 6 标识 材料牌号的形成依据标准册中（1970年发行）第2.1和2.2章节的说明，材料号是依据DIN 17 007标准中第二部分，NiCr20TiAl合金的材料号是根据DIN 17 007标准中第二部分。表3中的热处理条件的类别字母和后续号应该分别被适当的附加到材料牌号或材料号中。 如24CrMo5材料，材料号是1.7258，材料调质状态（V或.05）表示为：24CrMo5V或24CrMo5.05。 暂时还没有规定对于没有材料牌号或后续号的热处理条件，这种热处理条件应在订单中以面形式完全写出。 6.2 对于不同材料等级的材料牌号或材料号，及热处理条件类别字母或后续号将被附加作为产品符号，作为尺寸标准中命名的例子给出。 例如： 直径为65mm的热轧圆钢材料等级24CrMo5在调质条件下的命名（见6.1）： 圆钢65 DIN 1013-24CrMo5V 或圆钢65 DIN 1013-1.7258.05 7 要求 7.1 ●熔炼方法 除非在订货时另有协议，材料的熔炼方法由生产厂自行决定。但是，如果要求，必须向用户说明。 7.2 化学成分 7.2.1 钢的牌号和化学成分(熔炼)见表1。 7.2.2用户可以接受与规定的成分界限有轻微的偏差，但对材料的使用性能不能产生显著影响。 7.2.3 ●根据要求，熔炼的化学成分将通报用户 7.2.4 ●成品分析允许偏差见表2。保证成品分析满足表1规定的熔炼分析界限值要求，还是在表2规定的允许偏差范围内，可在订货时协商。 7.3 力学性能 7.3.1棒材和线材热处理状态的纵向室温和高温力学性能见表4和表5及图2。材料的交货状态（见表3）没有对应表4或表5中的热处理条件，这些表中的力学性能数值适用于表4或表5及表8中最新热处理后试料区的纵向试样。 ●注意： 例如，为了节约材料，通常情况下，横向试样可用作试验，表4或表5中的屈服点、拉伸强度数值可作为基本的验收标准。在这种情况下，延长率和断面收缩率的数值将被维持，而吸收功应特殊商定（同样注意章节8.3.2）。若怀疑，验收将基于纵向试样确定的屈服点和拉伸强度值。 7.3.2 材料的高温持久强度性能和应力松弛性能见表9和表10或图4～图7。规定的值是迄今观察到的散布带的平均值，对于高温下的持久强度，数值是光滑和缺口试样的平均值。可以假设光滑和缺口试样的蠕变强度的分布带的下限值比规定值低20%左右。数值将被一次又一次的检查直到进一步的试验结果变得可用，在必要的情况下，加以纠正。 7.3.3 材料的静弹性模量与温度的关系见表6和图2。 7.4 物理性能 7.4.1 材料的密度，热膨胀、热导率和比热容见表7。 7.5 ●化学性能 本标准涉及了化学活性物质（腐蚀）对材料的影响，以及温度对化学行为的影响，这是唯一可能为每个单独情况提供有用的信息。 7.6 表面条件 7.6.1 产品需具有光滑表面，符合所使用的成形方法的要求。 7.6.1.1 需要进行机械加工时，包括表面伤疤、开槽、开裂、表面脱碳等表面缺陷必须在加工余量之内；利用适当的方法去除这些缺陷，但是对后续的应用不产生损害。 7.6.1.2 ●需要进行成型工艺（落锻和棒材拉拔）不包括切削加工，关于表面条件有特殊要求，需要在订货时明文规定。在这种情况下，表面缺陷会在成型过程中裂开，因此需要适当方法将表面光滑化。但是，仍需预留按照尺寸标准要求的最小应允厚度。用户同意的情况下，厚度可允许稍微调整。 7.6.2不允许用焊接方法消除表面缺陷。 8 测试 8.1 ● 交货测试 对于本标准中的所有材料，用户可约定交货测试，此测试由厂家的专家执行或者由订货时特殊约定，也可以由用户指定的检查员执行。若线材是盘状交货，通常不用进行交货测试。 8.2 测试范围 8.2.1 ● 材料通过熔炼热处理后，根据尺寸范围进行分类用于测试，以便于获得所需的一个或多个测试单元。8.2.2到8.2.6部分没有表述详细细节，测试范围（也就是每个测试单元上的样品号）可在订货时约定。 8.2.1.1 在一个测试单元里，最厚产品的直径或对边的距离可为相应最薄产品尺寸的1.5倍。 8.2.2 ● 如果产品化学成分的检查已经在订货时约定，同时应约定测试范围。 8.2.3 对于交货测试，一个测试单元的强度均匀性必须通过硬度测试（与用户或用户代理约定后）或其他等同测试方法证明。 8.2.3.1 执行硬度测试 a）对于直径大于120mm的棒材，一个棒材取一个测试单元。 b）对于直径小于等于120mm的棒材，棒材的10%取一个测试单元， 最少10根棒材，在少于10根棒材的情况下每个棒材都取测试单元。 如果获得的硬度值符合拉伸强度规定范围的上限或下限，测试范围将增加20%。若获得10%或20%的硬度值符合拉伸强度范围极限，应测试100%的棒材。在评估测量的硬度值时，应采取DIN50 150中定义的测量的平均不确定性。 在非连续热处理的情况下，测试单元的硬度测量的棒材将被统一分配。在连续热处理的情况下，对于其余测试单元，在棒材的第一层将取大量的试验样品。 8.2.3.2 棒材进行硬度测试时，硬度将在棒材的一端进行测量，即一半的棒材测量一端，另一半的棒材测量另一端。 8.2.3.3 对于拉伸试验，在每一个测试单元（由8.2.3.1确定）里，一个试样分别取自最硬和最软的棒材。 8.2.4● 若0.2屈服在高温区需被重新检查，测试的范围须在订货时约定。通常，0.2屈服在每炉里只重新检查一个试样，温度为室温以上的某个温度。 8.2.5 缺口棒材冲击弯曲试验取样（包括取样位置）与拉伸试验取样一致（见8.2.3）。 8.2.6 合金材料采用一种合适的试验方法来发觉任何缺陷材料。 8.3 试样 8.3 .1用于分析的产品，在其完整的横截面上均匀地切割切片。 8.3.2 对于拉伸试验，棒料纵向试样的取样的选择如8.2.3.3中所述。在此方法中，直径尺寸达40mm的棒料中试样的轴线须跟棒料的纵向轴线重合；尺寸大于40mm的棒料，取样位于距离棒料表面的1/6厚度处或者尽量接近此位置（见图1）。若约定了横向试样测试（见7.3.1注意部分），试样的取样位置将在订货时约定。 8.3.3 对于高温0.2屈服的测定，用于拉伸试验的试样的取样方法依据8.3.2。 8.3.4 缺口棒料冲击弯曲试验的试样取样位于产品纵向轴线位置，与8.3.2部分的拉伸试样取样方法近似（注意8.5.4.1部分）。 8.3.5 取出的试验试样和取下试料的棒料都要准确的标记，以便于试样和棒料混在一起也能清晰地辨认出来。 8.4 标号 每个直径或厚度超过25mm的棒料在一端标号，包括炉号，厂家符号和材料的牌号或材料号。对于直径或厚度小于25mm的，可以轻易的通过每捆上带有相同信息的标识来识别。同样适用于任何尺寸的盘状线材。 8.5 采用的试验方法 8.5.1 ●化学成分通过德国钢铁协会的化学协会指定的测定方法测定。化学协会没有指定的测试方法须特殊约定。 8.5.2 拉伸试验将依据DIN 50 145标准执行，试样使用短比例棒料，标距为L0=5d0（依据DIN 50 125）。 室温下的0.2屈服性能依据标准DIN 50 145进行测试。 8.5.3若需要测试高温下0.2屈服性能，依据标准DIN 50 145。 8.5.4 缺口棒料冲击弯曲试验将依据表4中的基础信息执行，使用标准DIN 50 115中 ISO V型缺口试样或DVM试样。 8.5.4.1● 通常，吸收功的确定是来自位于并排距表面相同距离的三个试样的平均值，或者，若棒料尺寸不能满足，同一个试验棒料上三个试样紧靠彼此取样。仅用一个或两个试样确定材料吸收功须在订货时约定。若须仲裁方案，采用三个试样平均值。 8.5.4.2 ●对于尺寸不符合取标准尺寸的缺口冲击试样的产品，须在订货时特殊约定取样进行缺口棒料冲击弯曲试验。 8.5.5 依据标准DIN 50 351进行布氏硬度的测定。 8.5.6●如果需要进行复查表面脱碳，其试验方法须在订货时约定。 8.5.7 正在准备一个试验标准用于松弛性能的确定。 8.6 重复试验 8.6.1 由于试验中的不充分或局部过失导致不理想的试验结果，当决定结果是否满足要求和是否需要重复相关试验时，这些不理想的试验结果应该被忽略。 8.6.2 如果不理想的试验结果可以追溯到相关不理想的热处理，相关试验单元的棒料可以重新热处理，并且重复全部试验内容。 8.6.3 若适当热处理下化的拉伸试验结果不满足预期的要求，继续按下以下方案进行试验。 若在相同测试单元里有相同硬度的其他棒料，这些棒料中的两根中取更多拉伸试验和缺口棒料冲击试验的试样。若相同测试单元里没有更多相同硬度的棒料，硬度的测试范围应加倍。根据第一次（不理想）拉伸试验结果，在所有检测过的棒料中的两个最软或最硬棒料中取样，重新进行试验。 8.6.3.1 具有不理想实验结果的棒料(经适当热处理化的)应在所有情况下被拒绝。两种重复试验必须满足规定的要求，否则整个试验单元将被拒绝。若有需要，棒料随后将被单独测试并且作为鉴定满足试验结果是否理想的条件。 8.7 试验证书 根据标准DIN 50 049中的证书之一鉴定交货测试。证书的类型必须在订货时约定。 9 热成型和热处理 表8给出了用于热成型和热处理的温度（包括保温时间）信息。 10 投诉 10.1仅在内部或外部的缺陷对正常工作或者钢铁的等级和产品的形状的利用有很大程度的损害出现时将提出异议。 10.2 用户必须给供应商检查自己异议的有效性的机会，如有可能，提交投诉的材料，一并提供供应材料的样品。 本标准中材料应用以下尺寸标准 热轧线材 DIN 50 110 钢铁线棒：尺寸，允许偏差，重量 DIN 50 115 螺栓螺母铆钉钢铁线棒：尺寸，允许偏差，重量 热轧热锻棒材 DIN 1030 钢棒，热轧圆钢；尺寸，重量，允许偏差 DIN 59 130 螺栓铆钉用热轧圆钢棒材；尺寸，重量，允许偏差 DIN 1015 钢棒，热轧六角钢；尺寸，重量，允许偏差 DIN 7527 第六部分 锻件钢；锻制棒材材机械加工余量和允许偏差 表1  牌号和化学成分(熔炼分析) 牌号 材料号 C Si Mn P ≤ S ≤ Al B Cr Mo Ni Ti V 其他 C35 1.0501 0.32～0.39 0.15～0.35 0.50～0.80 0.045 0.045                 Ck35 1.1181 0.32～0.39 0.15～0.35 0.50～0.80 0.035 0.035                 Cq35 1.1172 0.32～0.39 0.15～0.40 0.50～0.80 0.035 0.035                 24CrMo5 1.7258 0.20～0.28 0.15～0.35 0.50～0.80 0.030 0.035     0.90～1.20 0.20～0.35         21CrMoV5 7 1.7709 0.17～0.25 0.15～0.35 0.35～0.85 0.030 0.035     1.20～1.50 0.65～0.80     0.25～0.35   40CrMoV4 7 1.7711 0.36～0.44 0.15～0.35 0.35～0.85 0.030 0.035     0.90～1.20 0.60～0.75     0.25～0.35   X22CrMoV12 1 1.4923 0.18～0.24 0.10～0.50 0.30～0.80 0.035 0.035     11.0～12.5 0.80～1.20 0.30～0.80   0.25～0.35   X19CrMoVNb11 1 1.4913 0.16～0.22 0.10～0.50 0.30～0.80 0.035 0.035   ≤0.010 10.0～11.5 0.50～1.00 0.30～0.80   0.10～0.30 Nb0.05～0.05 N0.05～0.10 X8CrNiMoBNbl6 16 1.4986 0.04～0.10 0.30～0.60 ≤1.5 0.045 0.030   0.05～0.10 15.5～17.5 1.60～2.00 15.5～17.5     Nb+Ta: 10×C～1.20 N1Cr20TiAl 2.4952 ≤0.10 ≤1.00 ≤1.00 0.030 0.O15 1.00～1.80 ≤0.008 18.0～21.0   ≥65 1.8～2.7   Co≤2.00 Fe≤3.00 表2  钢棒的分析与熔炼分析界限值的允许偏差 元素 熔炼分析允许的最大含量% 铜棒的分析与熔炼分析界限值的允许偏差，% C <0.20 0.20～0.44 ±0.01 ±0.02 Si ≤1.0 ±0.05 Mn ≤1.5 ±0.04 P ≤0.045 ±0.005 s ≤0.045 ±0.005 N ≤0.10 ±0.01 Cr ≤2.00 ﹥10～15.0 ﹥15～20.0 ±0.05 ±0.15 ±0.20 Mo ≤0.35 ﹥0.35～2.00 ±0.04 ±0.05 Ni ～1.00 15.5～17.5 ±0.03 ±0.15 Nb(+Ta) ≤1.20 ±0.05 V ≤0.35 ±0.03 1)对合金NiCr20TiAl和对钢的硼含量，其成分允许偏差必须在订货时协商。 2)适用于直径不大于160mm或面积相等的横截面，对断面，其允许偏差必须在订货时协商。 3)对棒材分析的任一个元素的允许偏差，可以完全低于熔炼分析规定范围最低值，或完全高于其最高值，但不能同时既低于最低值又高于最高值。 表3  通常的交货状态和有关的类别字母和材料号中的后续数字 牌号 材料号 通常的交货状态(X) 不处理 (即热成型) 正火的 软化退火 球化 淬火和回火 固熔退火 沉淀硬化 热硬变硬化+时效硬化 C35 1.0501 X X     X       Ck35 1.1181 X X     X       Cq35 1.1172 X     X         24CrMo5 1.7258 X   X   X       21CrMoV57 1.7709 X   X   X       40CrMoV47 1.7711     X   X       X22CrMoV121 1.4923     X   X       X19CrMoVNbN111 1.4913     X   X       X8CrNiMoBNb1616 1.4986               X NiCr20TiAl 2.4952 X         X X   类别字母 U N G (GKZ) V (L) (AH) (WK+AL) 材料中的后续数字 00 01 02 4) 05 4) 4) 4) 1)这个交货状态，通常只是加工本身的简易退火的交货状态。 2)作为交货状态，见以上所例。 3)括号中的类别字母不是标准化的，把它们用在这里仅作为表中交货状态的缩简代号。 4)在DIN 17007第2部分中还没有规定。 表4  材料的室温力学性能保证值 牌号 材料号 状态 适用直径mm 在下列温度的屈服点或0.2%屈服应力，MPa不小于 20℃ 200℃ 250℃ 300℃ 350℃ 400℃ 450℃ 500℃ 550℃ 600℃ 650℃ Ck35 1.1181 V ≤160 280 220 203 186 167 147 - - - - - Cq35 1.1172 V ≤40 280 220 203 186 167 147 - - - - - 24CrMo5 1.7258 V ≤100 >100～160 440 420 412 382 392 372 363 344 333 324 304 294 275 265 235 226 - - - 21CrMoV5 7 1.7709 V ≤250 550 500 480 460 441 412 372 334 275 - - 40CrMoV4 7 1.7711 V ≤100 700 635 617 598 578 HO 500 460 403 -   X22CrMoV12 1 1.4923 V ≤250 500 700 530 603 505 578 480 550 452 515 423 485 382 442 344 392 284 329 200 250 - X19CrMoVNbN11 1 1.4913 V <250 780 700 680 655 620 580 530 470 400 315 - X8CrNiMoBNb16 16 1.4986 (WK + AL) <100 500 432 412 393 372 353 334 314 284 255 206 NiCr20TiAl 2.4952 (AH) <160 600 5S8 564 560 550 540 530 520 510 500 480 表5  材料的高温屈服强度保证值 牌号 材料号 状态 适用直径mm 在下列温度的屈服点或0.2%屈服应力，MPa不小于 20℃ 200℃ 250℃ 300℃ 350℃ 400℃ 450℃ 500℃ 550℃ 600℃ 650℃ Ck35 1.1181 V ≤160 280 220 203 186 167 147 - - - - - Cq35 1.1172 V ≤40 280 220 203 186 167 147 - - - - - 24CrMo5 1.7258 V ≤100 >100～160 440 420 412 382 392 372 363 344 333 324 304 294 275 265 235 226 - - - 21CrMoV5 7 1.7709 V ≤250 550 500 480 460 441 412 372 334 275 - - 40CrMoV4 7 1.7711 V ≤100 700 635 617 598 578 HO 500 460 403 -   X22CrMoV12 1 1.4923 V ≤250 500 700 530 603 505 578 480 550 452 515 423 485 382 442 344 392 284 329 200 250 - X19CrMoVNbN11 1 1.4913 V <250 780 700 680 655 620 580 530 470 400 315 - X8CrNiMoBNb16 16 1.4986 (WK + AL) <100 500 432 412 393 372 353 334 314 284 255 206 NiCr20TiAl 2.4952 (AH) <160 600 5S8 564 560 550 540 530 520 510 500 480 1)见表3和表8。 2)对非合金和低合金铁素体-珠光体钢，屈服点或0.2%屈服应力(当屈服点不能明确测定时)可作为标准，但对其他材料只为0.2%屈服应力。 3)处于与蠕变极限曲线相交点以上的温度值为参考值，不进行检验。 表6  材料的静弹性模量参考值 材料组 下列温度的静弹性模量 20℃ 100℃ 200℃ 300℃ 400℃ 450℃ 500℃ 55O℃ 600℃ 700℃ 800℃ 103MPa 铁素体组(1.0501，1.1181，1.1172，1.7258， 1.7709，1.7711) 211 204 196 186 177 172 164 152 127 - - 含12%Cr以上的钢 (1.4923，1.4913) 216 209 200 190 170 175 167 157 127 - - 奥氏体铜(1.4086) 196 192 186 181 174 170 165 161 157 147 - NiCr2OTiAl 216 212 208 202 196 193 189 184 179 161 130 表7  材料的物理性能参考值 牌号 材料号 20℃密度 kg/dm3 20℃和下列温度间的热膨胀系数 (平均)热导率 (平均)比热容 100℃ 200℃ 300℃ 400℃ 500℃ 600℃ 700℃ 800℃ ℃ W/k·m ℃ J/kg·k 10-6K-1 C35 Ck35 Cq35 1.0501 1.1181 1.1172 7.85 11.1 12.1 12.9 13.5 13.9 14.1     20 42 20 460 24CrMo5 21CrMoV5 7 40CrMoV4 7 1.7258 1.7709 1.7711 20 33 20 460 X22CrMoV12 1 X19CrMoVNbN11 1 1.4923 1.4913 7.7 10.5 11 11.5 12 12.3 12.5     20 20 to 65 24 29 20 0 to 800 460 540 X8CiNiMoBNb16 16 1.4986 7.9 16.6 17.7 17.9 17.9 17.9 18.1 18.3 18.5 20 15 25 20 0 to 800 460 650 590 NiCr20TiAl 2.4952 8.2 11.9 12.6 13.1 13.5 13.7 14.0 14.5 15.1 20 100 900 13 12 28 20 0 to 800 460 590 在大多数情况下，这些值是单个炉号的测量结果，当进一步试验得到时，预定作为标准值，需要校正原有值。 表8  材料的热成形和热处理资料 牌号 材料号℃ 热成型℃ 硬化，淬火或固溶处理℃ 冷却介质 回火或时效硬化或沉淀硬化℃ 消除应力退火℃ C35 Ck35 Cq35 1.O501 1.1181 1.1172 1100～850 870～900 油 650～710,最少2h 550～620 24CrMoS 21CrMoV5 7 40CrMoV4 7 X22CrMoV12 1 XlSCrMoVNbN11 1 X8CrNiMoBNb16 16 1.7258 1.7709 1.7711 1.4923 1.4913 1.4986 1100～850 1100～850 1100～850 1100～850 1100～850 1150～850 900～950 890～940 880～930 1020～1070 1100～1150 - 油或空气 油或空气 油(或空气) 油或空气 油或空气 - 650～710,最少2h 680～720,最少2h 670～730最少2h 640～720,最少2h 670～750,最少2h 750～800,5～1h空气 550～620 580～550 570～640 600～680 630～710 750～800 NiCr2OTiAl 2.4952 1150～1050 1050～1080,8h 空气 840～860，24h/空气 和690～710，16h/空气 - 1)热成形温度是参考值，其他资料应尽可能作为依据。 2)由于其为与脆性有关的重要资料，不允许达到所列淬火温度以上或低于回火温度。 3)热应变硬化在750～850℃。 4)在最后的塑性成形工序(如螺丝扎侧)之后应进行完全的三段热处理。 图1  实验温度下的屈服点或0.2%极限应力最小值 图2  静弹性模量参考值 图3  在试验温度下0.2%蠕变极限参考值 图4  在试验温度下0.1%蠕变极限参考值