最新GB/T3098.23、24、25緊固件解讀

國家标準GB/T3098.23-2020《緊固件機械性能M42-M72螺栓、螺釘、螺柱》，2020年3月31日發布，2020年10月1日實施；

GB/T3098.24-2020《緊固件機械性能 高溫用不鏽鋼和鎳合金螺栓、螺釘、螺柱和螺母》和GB/T 3098.25-2020《緊固件機械性能 不鏽鋼和鎳合金緊固件選用指南》，2020年11月19日發布，2021年6月1日實施；

本文把标準中的緊固件設計要點、材料的選擇及檢測，為讀者做一些淺析和介紹，便于大家在工作中理解和應用。

1、引 言

緊固件是指将兩個或兩個以上零件(或構件)緊固連接成為一件整體時所采用的一類機械零件的總稱。緊固件的作用是緊固連接機械零件，其應用極為廣泛，它的特點是品種規格繁多，性能用途各異，而且産品标準化、系列化程度高。

為保持我國機械裝備、車輛交通等對機械零部件的需求和技術标準與國際同步，提升機械裝備、海洋裝備、風能發電、建築采礦等設備的可靠性及安全性，适應市場需求。

近年來，全國緊固件标準化技術委員會通過修訂或制定一批有關緊固件制造、性能檢測國家标準，宗旨是規範緊固件的設計，标準均把合理選材提高到重要的位置，除将“材料”列為專門一章之外，不少選材條文也被列為強制性條文，這意味着設計人員要以合理選材和優化選材作為基本功來作好緊固件設計工作。

國家标準GB/T3098.23-2020《緊固件機械性能M42-M72螺栓、螺釘、螺柱》，2020年3月31日發布，2020年10月1日實施；GB/T3098.24-2020《緊固件機械性能 高溫用不鏽鋼和鎳合金螺栓、螺釘、螺柱和螺母》，2020年11月19日發布，2021年6月1日實施；

GB/T3098.25-2020《緊固件機械性能 不鏽鋼和鎳合金緊固件選用指南》，2020年11月19日發布，2021年6月1日實施。本文的目的就是對這些标準為讀者做一些解析和介紹，便于大家在設計中理解和應用。文内有不當之處，請批評指正。

2、GB/T3098.23-2020《緊固件機械性能M42～M72螺栓、螺釘、螺柱》

GB/T3098.23-2020《緊固件機械性能M42～M72螺栓、螺釘、螺柱》，新标準規定了M42～M72螺栓類在環境溫度為10℃～35℃條件下進行測試時，螺栓、螺釘和螺柱的機械和物理性能。

在該環境溫度範圍内符合本标準要求的緊固件，在超出該環境溫度範圍時，或可能達不到規定的機械和物理性能。按GB/T3098.23生産的緊固件适用使用溫度為－50℃～＋150℃；

性能等級在8.8級、10.9級粗牙螺紋範圍M42～M64，細牙螺紋範圍M45X3～M72X6螺栓、螺釘、螺柱必須選用合金鋼制造；普通螺紋符合GB/T192規定，且符合GB/T192規定的直徑與螺距組合。

GB/T3098.1-2010《緊固件機械性能 螺栓、螺釘和螺柱》标準強調對10.9級及以上産品材料要求具有良好的淬透性，而對于8.8級螺紋直徑超過20mm的緊固件為保證良好的淬透性，需采用對10.9級規定的材料；

而GB/T3098.23-2020《緊固件機械性能M42～M72螺栓、螺釘、螺柱》新标準規定性能等級在8.8級、10.9級，必須選用合金鋼制造，見表1，以确保緊固件螺紋截面的芯部在淬硬狀态、回火前獲得約90%的馬氏體組織。

為此，金相檢驗在緊固件行業得到較高重視。金相檢驗不僅是借助于金相顯微鏡來研究金屬材料的内部組織，而且還通過肉眼或低倍放大鏡下進行宏觀檢驗。

在實際的生産現場，拉伸試驗時進行标準規範的操作，主要注意事項。對M42-M72大規格螺栓的機械性能檢測是質量管控的重中之重，目前國内測量強度比較普遍的方法是采用萬能材料試驗機，可以進行材料抗拉強度、屈服強度，以及螺栓的楔負載試驗和塑性指标斷後伸長率A和斷面收縮率Z的測定。

試件的制備均符合GB/T3098.1中的标準規定，≤M39規格螺栓的拉伸試件采用直接車削的加工方法；GB/T3098.23中的标準規定，≥M42 螺栓規格的拉伸試樣采用先偏心取樣再車削的加工方法。

硬度試樣在距螺紋末端 1d 處取一橫截面，在保證平行度的情況下對截面依次用細砂紙打磨，以保證粗糙度滿足試驗标準要求。

拉伸試樣加工完成後對尺寸進行确認，滿足尺寸要求的試樣在試驗機上才可以開始拉伸實驗。試驗機有自動定心裝置，避免了試驗時被夾持試樣隻受受軸向拉力的作用，避免斜拉，斜拉有可能使被測試樣受力不均勻，從而影響試驗結果的準确性。

a、試樣制樣的影響，不同截面形狀、不同試樣直徑等對試驗數據有影響，根據新标準對于M42～M72直徑，特别是制成機械加工拉伸試樣的情況下，在螺栓和螺柱直徑1/4d處制出試樣（偏心試樣），其試棒直徑為3/8d。同一個螺栓制成不同直徑的試樣，得到的結果會有一定的差别；

b、試樣裝夾的影響，拉伸試驗中不允許存在偏心力，特别是做大規格螺栓的實物拉伸試驗時，如果裝夾不正，存在偏心力将使得到的結果值偏低；做緊固件拉伸試驗時，要确保夾具中間留有大于1d的螺紋部分不旋入夾具中，如果旋入太多将造成塑性指标偏低、拉力值不準等問題；

c、拉伸速度的影響，拉伸速度在國家标準中有規定（一般為不超過10mm/min），常溫下，緊固件産品在不同速度下拉伸試驗對抗拉強度影響不大，但對塑性規定非比例延伸強度（屈服強度）影響極大，通常要求慢一點進行拉伸試驗，且拉伸過程中要保持均勻速度進行，不要先快後慢；

d、環境因素影響，拉伸試驗時的溫度要求在10℃～35℃，盡量避免振動和電磁幹擾。

3、GB/T3098.24-2020《緊固件機械性能高溫用不鏽鋼和鎳合金螺栓、螺釘、螺柱和螺母》

GB/T3098.24-2020《緊固件機械性能高溫用不鏽鋼和鎳合金螺栓、螺釘、螺柱和螺母》新發布的标準規定了由耐腐蝕不鏽鋼和鎳合金制造的、在高溫至 800℃條件下使用的螺栓、螺釘、螺柱和螺母的化學成分、機械和物理性能要求，并規定的此類緊固件也适用于在-50℃低溫下使用。

緊固件類型包括螺栓、螺釘、螺柱和螺母，規格粗牙螺紋 M3～M39；細牙螺紋 M8X1～M39X3；任何形狀的全承載能力緊固件。

本标準規定了緊固件性能：馬氏體鋼、沉澱硬化奧氏體鋼和鎳合金。三類材料的類别代号，馬氏體不鏽鋼：CH0（20Cr13）, CH1（30Cr13）, CH2（17CrNi16、14Cr17Ni2）, V/VH（22CrMoV12、ML21CrMoV）, VW（19CrMoNbVN11）；

沉澱硬化奧氏體鋼：SD（ML06Cr15Ni25Ti2MoAlBV）；鎳合金：SB（ GH4080A、NiCr20TiAl）和718（NiCr19NbMo））。有關材料牌号詳細信息參見GB/T3098.25-2020 ，選擇合适的不鏽鋼和鎳合金及性能的技術要求。

按規定的方法進行機械性能試驗時，指定緊固件代号的螺栓、螺釘和螺柱在室溫環境條件下，所有機械性能要求應符合規定且與GB/T3098.1、GB/T3098.23類似，無論試驗在制造過程中進行或對最終成品進行都适用。按本标準制造的緊固件應進行熱處理，物理和機械性能和熱處理工藝應符合本标準的規定及最高使用溫度和緊固件的實際使用溫度。

熱處理工藝流程如下：馬氏體不鏽鋼CH0, CH1, CH2, V, VH, VW， 應淬火并回火（QT）。沉澱硬化奧氏體鋼和鎳合金SD,SB和718，應進行固溶退火(AT) 時效硬化（P）；強烈建議在緊固件成型後進行，當外螺紋緊固件抗拉強度(Rm)大于或等于 1100 MPa 時，經供需協議，固溶退火(AT)可以針對原材料進行(在緊固件成型前)。對于冷镦和熱鍛緊固件，熱處理應在緊固件成型後進行。

對于由棒材機械加工成型緊固件，熱處理可以針對原材料進行或在緊固件加工成型後進行。對外螺紋緊固件，可以在熱處理前或後或在固溶退火（AT）和時效硬化（P）之間輾制螺紋。

在使用中，螺母應與相同代号的螺栓、螺釘和螺柱(和墊圈)配合(如 CH0 螺栓與 CH0 螺母)。不同材料的緊固件配套組合是可以或可能的，但應滿足考慮連接副的最低耐蝕性；磨損風險。

4、GB/T3098.25-2020《緊固件機械性能 不鏽鋼和鎳合金緊固件選用指南》

國際上不鏽鋼及鎳合金材料緊固件技術創新一直高度活躍，創新産品不斷湧現，産業規模不斷擴大。近年來逐漸呈現出材料品種多樣化、性能穩定化等新的技術發展趨勢。

美國及部分歐洲國家長期在不鏽鋼和鎳合金緊固件等技術和産業方面占據領先地位，我國近幾年對不鏽鋼和鎳合金緊固件産品從品種、規格各方面都形成了一定量的需求，但是某些材料依賴進口，大規格成形工藝尚不穩定，緊固件産品的功能特性還不能有效滿足裝備需要，産品的穩定性及可靠性仍有差距。

清潔能源、航空航天、軌道交通、海洋工程、燃氣輪機等領域和重大裝備對不鏽鋼和鎳合金緊固件的需求日益增長。

目前尚無ISO 标準，該項目與ISO/NP 3506-5、ISO/NP 3506-6 同期開展工作，根據國内生産實際和國内外貿易需求制定我國不鏽鋼和鎳合金緊固件機械性能國家标準，為上述問題的解決提供有力的技術支撐，為完善和優化緊固件标準體系、引領緊固件專業化生産、提高産品檔次和市場滿足水平起到積極的作用。

GB/T3098.25－2020《緊固件機械性能 不鏽鋼和鎳合金緊固件選用指南》新标準，結合我國具體情況，參考 ISO/DIS 3506-6，本着科學、合理、适用和促進我國不鏽鋼和鎳合金緊固件産品滿足應用的原則，對相關标準進行深入研究、對比分析，根據不鏽鋼組别和等級、不鏽鋼和鎳合金成分、耐應力腐蝕裂痕、耐點蝕和縫隙腐蝕、晶間腐蝕、對形成金屬間化合物的敏感性和不鏽鋼的磁導率性能，提出适合我國粗牙螺紋和細牙螺紋不鏽鋼和鎳合金緊固件選用指南。

本标準列出了不鏽鋼選用指南和不鏽鋼性能技術信息。包括适用于緊固件制造的耐腐蝕不鏽鋼和鎳合金技術參數，适用于奧氏體不鏽鋼、馬氏體不鏽鋼、鐵素體不鏽鋼和雙相組織(奧氏體-鐵素體) 不鏽鋼以及鎳合金緊固件。

按GB/T3098不鏽鋼系列标準涉及以下組别和等級：奧氏體鋼 A1～A5 和 A8；馬氏體鋼 C1、C3 和 C4；鐵素體鋼 F1；

雙相鋼（奧氏體-鐵素體）D2、D4、D6 和 D8。不鏽鋼涵蓋多種材料，提供了不同的耐腐蝕性能和功能特性。應根據螺栓連接預期環境中的所有條件，仔細選擇由不鏽鋼制成的特定緊固件。緊固件表面狀态(鈍化、表面粗糙度等)可能影響緊固件耐腐蝕能力。

在特殊情況下，建議咨詢緊固件制造和/或不鏽鋼材料專家，以便針對給定應用條件做出正确選擇。腐蝕與緊固件的幾個方面有關：螺栓連接設計、應用環境、材料和表面處理、應力狀态、溫度和不同金屬接觸引起的腐蝕（電化學腐蝕或接觸腐蝕）等。

不同類别不鏽鋼緊固件規定使用溫度範圍：奧氏體不鏽鋼緊固件：–196℃～ 300℃；馬氏體不鏽鋼緊固件：−40℃～ 230℃；鐵素體不鏽鋼緊固件：−20℃～ 250℃；

雙相鋼(奧氏體-鐵素體)緊固件：−40℃～ 280℃。标準涵蓋GB/T3098.6、GB/T3098.15、GB/T3098.16、GB/T3098.2和GB/T3098.24，最為廣泛使用的定型材料，涉及ISO15510、EN10269 和/或 DIN 267-13。

附錄A列出了适用于緊固件（但未包含在GB/T3098系列标準中）的不鏽鋼材料，使用這些不鏽鋼需要供需雙方事先達成協議。标準的指定旨在為不鏽鋼和鎳合金緊固件的選用起到規範和指導作用。

5、結束語

緊固件的主要制造工藝流程包括：原材料采購→複驗→下料→冷镦或熱鍛（螺栓和螺母）→熱處理→性能試驗→機加工→滾絲成形→表面處理→表面檢查→無損檢測→尺寸檢查→包裝運輸等工序。

為适應緊固件的發展需求，全國緊固件标準化技術委員會通過修訂或制定一批新的緊固件制造、性能檢測國家标準，因此，建立中國緊固件行業GB/T3098.23、24、25《緊固件機械性能》系列标準，豐富了中國緊固件産品及标準系列，為國内緊固件産品和材料工藝研究發展提供數據支持，打破國外技術和标準壟斷。

更為重要的是，建立《緊固件機械性能M42～M72螺栓、螺釘、螺柱；緊固件機械性能高溫用不鏽鋼和鎳合金螺栓、螺釘、螺柱和螺母；緊固件機械性能 不鏽鋼和鎳合金緊固件選用指南》标準，彌補了國内缺乏關于縱深産業鍊的不足，為後續建立、修改相關标準提供方法及數據參考，推動行業發展。

大量的高強度螺栓疲勞失效分析結果表明，70%以上的疲勞失效源自表面損傷、頭杆交接處脫碳、螺紋加工有明顯的細小裂縫或切削加工刀痕不連續處和表面腐蝕物、淬火組織不均勻，因為那兒應力集中度高。

為此，對新标準GB/T3098.23、24、25的宣傳、貫徹，需要用大力氣，建議緊固件質量管理從設計、采購、制造、安裝、不符合項管理、檢查和試驗等環節進行增強和優化。

簡言之，緊固件設計應強化通用性、标準化和識别碼，采購應限制最低競價，制造檢驗可考慮第三方檢驗單位對多方履責、安裝強化記錄和按标準作業，不符合項管理強化原因分析和經驗反饋，檢驗和複驗兩條線并行。

總之，欲實現我國由緊固件制造大國向制造強國的轉變夢想，緊固件镦鍛理論和工藝裝備方面尚需進行系統、深入的研究，技術也必将融入轉型創新變革的潮流而得到發展與提升，很多領域等待我們去開發、去深化、去拓展。

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