美標雙頭螺栓材質解析

在石油化工、電力能源、壓力容器及低溫設備、壓力管道等關鍵工業(yè)領域，緊固件的性能優(yōu)劣，是否適用，以及其使用壽命直接關系到整個系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。雙頭螺栓作為一種關鍵的基礎緊固件，正確選擇合適的材質非常重要。美標ASTM（美國材料與試驗協(xié)會）標準以其嚴格的等級劃分和全球公認的權威性，成為工業(yè)領域緊固件選型的重要準則。本文將深入剖析ASTM A193與A320兩大核心標準，為您解讀B7、B8、B8M、B16、L7等關鍵材質等級的性能特點，為高性能雙頭螺柱的選型提供專業(yè)指南。

一、ASTM A193雙頭螺栓材質標準

ASTM A193標準全稱為《高溫高壓設備用合金鋼和不銹鋼螺栓材料》。該標準規(guī)范了適用于高溫或高壓服務的合金鋼及不銹鋼螺栓、螺柱等螺紋緊固件的化學成分、機械性能和熱處理要求。該標準是電站鍋爐、加氫反應器、高溫閥門等設備連接系統(tǒng)的核心依據(jù)。

B7/B7M鉻鉬合金鋼螺栓柱

ASTM A193 B7：這是應用最廣泛的高強度合金鋼螺柱材質。它通常采用鉻鉬合金鋼，經(jīng)過淬火加回火的熱處理工藝，達到最小抗拉強度125 ksi（約860 MPa），最小屈服強度105 ksi（約725 MPa）。B7材質在高達450°C的溫度下仍能保持良好的抗松弛和抗蠕變性能，是高溫高壓碳鋼、合金鋼法蘭連接的必備緊固件。

化學成分

CHEMICAL	LIMITS	C	Mn	P	S	Si	Cr	Mo
ASTM A193 B7	MIN	0.38	0.75			0.15	0.80	0.15
	MAX	0.48	1.00	0.035	0.040	0.35	1.10	0.25

機械性能

MATERIAL	Diameter	T.S (MPA)	Y.S (MPA)	EL %	R/A %	HARDNESS
ASTM A193 B7	M64 and under	860 min	720 min	16 min	50 min	321 max
	over M64 to M100	795 min	655 min	16 min	50 min	321 max
	over M100 tu M180	690 min	515 min	16 min	50 min	321 max

ASTM A193 B7M：作為B7的“改良版”，B7M在保持相同強度水平的基礎上，特別限制了硬度范圍（235 max）并提高了沖擊韌性要求。這一特性使其對硫化物應力腐蝕開裂（SSC） 具有優(yōu)異的抵抗力，專為富含濕硫化氫（H?S）的酸性環(huán)境（如油氣開采、煉化裝置）設計，是應對嚴苛腐蝕工況的安全之選。

化學成分

CHEMICAL	LIMITS	C	Mn	P	S	Si	Cr	Mo
ASTM A193 B7M	MIN	0.38	0.75			0.15	0.80	0.15
	MAX	0.48	1.00	0.035	0.040	0.35	1.10	0.25

機械性能

MATERIAL	Diameter	T.S (MPA)	Y.S (MPA)	EL %	R/A %	HARDNESS
ASTM A193 B7M	M100 and under	690 min	550 min	18 min	50 min	235 max
	over M100 to M180	690 min	515 min	18 min	50 min	235 max

B8/B8M不銹鋼全螺紋螺柱

ASTM A193 B8：對應奧氏體不銹鋼304（UNS S30400）。其供貨狀態(tài)分為Class 1（固溶退火）和Class 2（經(jīng)冷加工以提升強度）。B8材質提供優(yōu)良的通用耐腐蝕性和低溫韌性，適用溫度范圍廣（-200°C 至 +700°C），適用于食品、化工及一般腐蝕環(huán)境。

化學成分

CHEMICAL	LIMITS	C	Mn	P	S	Si	Cr	Ni
ASTM A193 B8	MIN						18.00	8.00
	MAX	0.08	2.00	0.045	0.030	1.00	20.00	11.00

機械性能

MATERIAL	Class	T.S (MPA)	Y.S (MPA)	EL %	R/A %	HARDNESS
ASTM A193 B8	Class 1	515 min	205 min	30 min	50 min	223 max
	Class 2	860 min	690 min	12 min	35 min	321 max

ASTM A193 B8M：對應含鉬的奧氏體不銹鋼316（UNS S31600）。鉬元素的加入顯著增強了其抗點蝕和縫隙腐蝕的能力，尤其在含有氯離子的環(huán)境中（如沿海、海洋平臺、化工廠）表現(xiàn)遠超B8。B8M是解決中度至高度氯化物腐蝕問題的可靠方案。

化學成分

CHEMICAL	LIMITS	C	Mn	P	S	Si	Cr	Ni	Mo
ASTM A193 B8M	MIN						16.00	10.00	2.0
	MAX	0.08	2.00	0.045	0.030	1.00	18.00	14.00	3.0

機械性能

MATERIAL	Class	T.S (MPA)	Y.S (MPA)	EL %	R/A %	HARDNESS
ASTM A193 B8M	Class 1	515 min	205 min	30 min	50 min	223 max
	Class 2	760 min	655 min	15 min	45 min	321 max

B16高強度雙頭螺柱

ASTM A193 B16是一種鉻-鉬-釩合金鋼。它在540°C以上的超高溫度區(qū)間內，其抗蠕變斷裂強度遠超B7材質。雖然室溫強度與B7相近，但其特殊合金成分與熱處理使其成為超超臨界電站、高溫裂解爐等極限溫度壓力設備中雙頭螺柱的優(yōu)先選擇。

化學成分

CHEMICAL	LIMITS	C	Mn	P	S	Si	Cr	Mo	V	Al
ASTM A193 B16	MIN	0.36	0.45			0.15	0.80	0.50	0.25
	MAX	0.47	0.70	0.035	0.040	0.35	1.15	0.65	0.35	0.015

機械性能

MATERIAL	Diameter	T.S (MPA)	Y.S (MPA)	EL %	R/A %	HARDNESS
ASTM A193 B16	M64 and under	860 min	720 min	18 min	50 min	321 max
	over M64 to M100	760 min	655 min	17 min	45 min	321 max
	over M100 tu M180	690 min	585 min	16 min	45 min	321 max

二、ASTM A320低溫用螺栓材質標準

當設備運行溫度降至冰點以下，材料的脆性轉變成為主要威脅。ASTM A320《低溫設備用合金鋼和不銹鋼螺栓材料》標準應運而生，它強制要求所有材質必須通過規(guī)定低溫下的夏比V型缺口沖擊試驗，確保其在低溫下的韌性。

GradeL7/L7M雙頭螺栓

ASTM A320 L7：其化學成分與A193 B7類似，但必須滿足嚴格的低溫沖擊韌性指標（通常測試溫度為-101°C）。它是液化天然氣（LNG）儲罐、低溫分離裝置、低溫閥門等設備的標準緊固件材料，確保在深冷環(huán)境下不發(fā)生脆性斷裂。

化學成分

CHEMICAL	LIMITS	C	Mn	P	S	Si	Cr	Mo
ASTM A320 L7	MIN	0.38	0.75			0.15	0.80	0.15
	MAX	0.48	1.00	0.035	0.040	0.35	1.10	0.25

機械性能

MATERIAL	T.S (MPA)	Y.S (MPA)	EL %	R/A %	HARDNESS
ASTM A320 L7	860 min	725 min	16 min	50 min	321 max

ASTM A320 L7M：與L7的關系類似于B7M與B7。它在保證低溫韌性的同時（通常測試溫度為-73°C），控制了硬度和化學成分以抵抗硫化物應力腐蝕開裂。適用于低溫且同時存在H?S酸性介質的工況，如某些油氣處理廠的低溫單元。

化學成分

CHEMICAL	LIMITS	C	Mn	P	S	Si	Cr	Mo
ASTM A320 L7M	MIN	0.38	0.75			0.15	0.80	0.15
	MAX	0.48	1.00	0.035	0.040	0.35	1.10	0.25

機械性能

MATERIAL	T.S (MPA)	Y.S (MPA)	EL %	R/A %	HARDNESS
ASTM A320 L7M	690 min	550 min	18 min	50 min	235 max

低溫不銹鋼等級：ASTM A320標準同樣包含B8、B8M等等級，它們是在A193基礎上附加了低溫沖擊韌性要求的版本，廣泛應用于液氧、液氮儲罐及不銹鋼制低溫設備。

三、正確選型的關鍵因素

選擇正確的美標雙頭螺柱材質，需要進行系統(tǒng)化的工況評估：

溫度是首要因素：明確工作溫度的上下限。高溫選A193（B7/B16），低溫必選A320（L7/B8）。

介質腐蝕性決定材質類型：堿性或酸性腐蝕性環(huán)境需選擇抗腐蝕性強的不銹鋼材質，如B8，B8M等。

壓力與載荷決定強度等級：根據(jù)設計壓力計算所需的預緊力，選擇相應的強度等級（如B7、B8 Class 2）。

遵循項目規(guī)范：最終選型必須嚴格遵從項目設計文件（如ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范）中指定的材料標準和等級。

四、品質保障與認證

除了原材料本身，高品質的雙頭螺柱還需關注：

螺紋加工精度：通常要求達到3A級（美制）或6g級（公制）精度，保證嚙合順暢與載荷均勻。

熱處理與檢測：完備的熱處理記錄和硬度、金相報告是性能的保證。

材料追溯性：每批產品必須附帶由供貨商出具的材質報告（MTC），這是材料符合ASTM標準的書面證明。

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