A193 B7, B7M и A320 L7: указание стержня 4140, который действительно пройдет сертификацию болтового соединения.

A193 B7, B7M и A320 L7: указание стержня 4140, который действительно пройдет сертификацию болтового соединения.

Цех крепежа заказывает круглый стержень 4140, переделывает его в шпильки В7, отправляет на испытания, и партия возвращается по цене 36HRC. Химический состав был внутри А29, закалка была хорошая, отпуск на десять градусов не хватило. В стержне нет ничего «неправильного» с точки зрения заводского сертификата, и тем не менее на шпильках нельзя поставить штамп B7. Это повседневный вид отказа стальных болтов: стержень покупается по спецификации стержня, но он должен соответствовать спецификации болтового соединения, и эти два документа не требуют одних и тех же требований.

Три представленных ниже сорта охватывают большую часть хромомолибденовых болтов, продаваемых на нефтеперерабатывающие заводы, нефтехимические заводы и терминалы СПГ, и все три изготавливаются из одного и того же семейства прутков. В этой статье рассказывается о том, что каждый из них требует от исходного материала, где находятся размерные ленты, почему потолок твердости имеет большее значение, чем показатель растяжения, и что следует включать в заказ на поставку, если шпильки будут сертифицироваться в первый раз.

Краткая версия

B7 и L7 с металлургической точки зрения представляют собой один и тот же материал. Тот же химический состав, тот же предел прочности на растяжение 125 фунтов на квадратный дюйм и предел текучести 105 фунтов на квадратный дюйм до 2½ дюйма, тот же потолок HBW 321. Их отличает испытание, а не сплав: A320 L7 делает обязательным испытание на удар по Шарпи с V-образным надрезом при -101 °C, а A193 B7 вообще не требует испытаний на удар. B7M сохраняет химический состав B7 и отказывается от прочности, чтобы купить твердость — максимум 235 HBW (22 HRC) вместо 321 HBW — это единственная версия семейства, которая поступает в эксплуатацию в кислой среде в соответствии с NACE MR0175 / ISO 15156.

Прочитайте таблицу как покупатель слитков, и вы увидите одну строку: нет никакой разницы в сплавах, о которой можно было бы спорить. Каждое решение, которое отличает хорошую плавку B7 от бракованной, принимается в процессе производства стали, в зависимости от отпуска или способа испытания прутка, а не в названии марки на чертеже.

B7 — это бар, одетый в костюм Болта.

A193 не называет 4140. Он определяет химическую полосу хром-молибдена, достаточно широкую, чтобы поглотить как 4140, так и 4142, и позволяет мельнице свободно работать внутри нее. Поместите их рядом, и разница сразу будет видна:

Отсюда следуют два последствия. Во-первых, плавка с содержанием углерода 0,48 % является легальной плавкой B7 и нелегальной плавкой 4140. Это не формальность — углерод в верхней части ленты повышает твердость после закалки и затрудняет удар по потолку 321 HBW при любой заданной температуре отпуска, поэтому завод, который обычно работает с высоким содержанием углерода, производит пруток, который превращается в несоответствующие шпильки. Во-вторых, плавка с содержанием марганца 0,66 % является легальной плавкой B7 и нелегальной плавкой 4140. Марганец необходим для прокаливаемости, а более широкое окно A193 позволяет заводу покупать более дешевый лом; цена — это углеродный эквивалент, который перемещается от тепла к теплу.

На практике это означает, что заказ на поставку не должен останавливаться на отметке «от 4140 до А29». Если шпильки будут сертифицированы по стандарту A193, лучше всего покупать стержень 4140 с терморегулированием с целевым содержанием углерода в нижней половине диапазона — скажем, 0,38–0,42 % — и потолком марганца 1,00 %. Это единственное предложение удаляет большую часть недоотпущенного лома еще до того, как будет разрезан первый пруток. Полный диапазон составов базового сорта можно найти на нашей странице круглых прутков 4140/42CrMo4 .

Размерные группы: четырехдюймовый стержень не может претендовать на давление 125 тысяч фунтов на квадратный дюйм.

A193 снижает требования к прочности по мере увеличения диаметра, и эти шаги более крутые, чем предполагается в большинстве цитат. Причина скорее механическая, чем бюрократическая: большая секция не может быть закалена достаточно быстро в центре, чтобы получить такую ​​же закаленную структуру, как и маленькая, поэтому спецификация перемещает цель, а не делает вид, что металлургии не существует.

Ловушка находится между мельницей и механическим цехом. Если вы покупаете 5-дюймовый стержень и обтачиваете его до 2-дюймовых шпилек, какой ряд подойдет? Ответ зависит от того, откуда поступает испытательный образец и что сказано в заказе, и именно здесь партия останавливается на контрольном пункте. Безопасный путь — указать в заказе размер готовой шпильки и потребовать, чтобы механические испытания представляли готовую секцию — либо из готовой детали, либо из купона, вырезанного из того же прутка и прошедшего тот же цикл аустенизации, закалки и отпуска. Купон, не прошедший закалку, ничего не доказывает о шпильке.

Такого же внимания заслуживает коэффициент уменьшения на кованом или катаном прокате. Обработка прутка диаметром 200 мм до диаметра 120 мм не создает металлургии 120 мм; сегрегация по центральной линии и пористость исходного слитка или блюма все еще сохраняются, только ближе к поверхности. Для болтов, которые будут подвергаться испытаниям на удар, минимальный коэффициент обжатия литой секции — 4:1 — это обычный нижний предел, более высокий для критически важных условий эксплуатации — стоит явно указать в заказе, поскольку он невидим в любом сертификате, в котором указаны только результаты химического состава и растяжения.

Твердость, а не растяжение – вот настоящие ворота

Шпилька B7 при усилии растяжения 125 фунтов на квадратный дюйм обычно имеет твердость около 26–30 HRC. 321 HBW спецификации (35 HRC) — это потолок, а не цель, и он существует по причине, не имеющей ничего общего с прочностью: твердый, недостаточно отпущенный мартенсит — это то, что трескается под действием водорода и не проходит проверку на коррозионную стойкость. Отказы в эксплуатации болтов почти никогда не бывают «слишком слабыми». Они слишком жесткие в среде, которая наказывает за жесткость.

Это делает температуру отпуска контролирующей переменной, а запись в сертификате прокатного стана становится более информативной, чем ее предел прочности. Для стали типа 4140 повышение твердости с тридцатых до середины двадцатых означает отпуск значительно выше 600 °C, и кривая отклика в этой области крутая — сдвиг уставки печи на 20 °C приводит к изменению твердости на несколько пунктов. Три практических последствия для каждого, кто покупает стержень для крепления болтами:

• .
• Требуйте измерения твердости после окончательного отпуска на правильно подготовленной поверхности в заранее согласованном месте — обезуглероженная кожа кажется мягкой и скрывает твердую сердцевину.
• Если шпильки будут оцинкованы горячим способом или покрыты металлическим покрытием, помните, что циклы кислотного травления и обжига могут повысить твердость и содержание водорода; потолок должен держаться после отделки, а не только до нее.

Та же логика объясняет, почему фраза «просто повторно закалить неудачную партию» — плохой ответ. Повторный отпуск снижает прочность, поскольку он снижает твердость, а нагрев, который был достаточно недостаточным для достижения 36 HRC, не обязательно все еще будет составлять 125 фунтов на квадратный дюйм после второго отпуска при более высокой температуре. Сталь должна быть спроектирована так, чтобы соответствовать обоим пределам одновременно, начиная с углерода в нижней половине диапазона.

B7M и стена 22 HRC

Плохое обслуживание – это то, где семья распадается сильнее всего. NACE MR0175 / ISO 15156 ограничивает углеродистые и низколегированные стали твердостью 22 HRC, а стандартная шпилька B7 с твердостью до 35 HRC хорошо выходит за эти рамки. B7M — это ответ: тот же химический состав, твердость ограничена максимум 235 HBW (22 HRC), а требования к прочности снижены до соответствия — растяжение 100 фунтов на квадратный дюйм, предел текучести 80 фунтов на квадратный дюйм в сочетании с проверенной на удар гайкой 2HM.

Надежно достичь твердости 22 HRC в 1-дюймовой шпильке несложно. Надежное попадание в 3-дюймовую шпильку - это другая задача, потому что размер сечения, из-за которого центр медленно закаливается, также замедляет его равномерный отпуск, и разброс твердости по сечению становится реальным риском. Здесь окупаются два дополнения к заказу: измерение твердости поперек сечения, а не измерение одной поверхности, и углеродная мишень в нижней части полосы A193. Нагрев с содержанием углерода 0,47 % можно снизить до двадцати градусов, но это не оставляет места для печи с холодным пятном.

Еще одна вещь, которая теряется между заводом и цехом крепежа: B7M — это не термическая обработка, которую вы применяете к шпилькам B7 постфактум. Повторный отпуск уже готовой партии B7 для снижения твердости приводит к изменению размеров, ослаблению формы резьбы и может привести к снижению прочности на растяжение ниже уровня B7M. Оценка должна быть запланирована при покупке слитка.

L7 и испытание на удар при температуре −101 °C

A320 L7 делает то, чего не делает B7: он делает обязательным испытание на V-образный надрез по Шарпи при температуре -101 °C (-150 °F) на образцах, представляющих готовый продукт. Температура испытания, размер образца и минимальная поглощаемая энергия взяты из версии A320, указанной в заказе — широко используемая цифра составляет 27 Дж (20 фут-фунт-сила) в среднем для полноразмерных образцов, но определяющее значение имеет версия в заказе на поставку, и покупатель, который цитирует энергетическую ценность из сводки, а не из стандарта, просит привести аргументы в качестве свидетеля.

Прохождение этого испытания является скорее проблемой чистоты стали, чем проблемой прочности. При -101 °C на пути разрушения обнаруживаются включения, а энергия удара определяется задолго до закалочной печи — в практике раскисления, при контроле уровня серы и при контроле формы включений. Что на самом деле перемещает число:

• Сера. A320 допускает до 0,040 %, что достаточно для спецификации с испытанием при −101 °C. Заказы, которые должны быть сертифицированы в первый раз, обычно требуют максимум 0,010 %, а разница в стоимости невелика по сравнению с неудачным набором Шарпи.
• Форма включения. Обработка кальцием или добавление редкоземельных металлов превращает волокнистые сульфиды типа II в глобулярные включения, которые не действуют как инициаторы трещин. Это практика ковша, а не то, что показывает сертификат — это проявляется только в результате воздействия.
• Размер зерна. Мелкий размер аустенитного зерна, удерживаемого алюминием или ниобием, позволяет где-то остановиться грани скола. Грубое зерно, полученное в перегретой кузнице или длительное выдерживание при температуре, является наиболее распространенной причиной того, что нагрев с идеальным химическим составом не удовлетворяет потребности в энергии.
• Место и ориентация теста. Образцы, расположенные по центральной линии большой полосы, будут читаться ниже, чем образцы, расположенные по среднему радиусу. A320 посвящен готовому продукту; когда bar тестируется как прокси, местоположение должно быть записано.

Есть еще тонкость термообработки, специфичная для L7. Чтобы совместить прочность 125 фунтов на квадратный дюйм с низкотемпературной вязкостью, сталь перед отпуском должна иметь полностью мартенситную структуру — полоска верхнего бейнита или феррита, оставшаяся в результате медленной закалки, выдержит растяжение и не выдержит Шарпи. Вот почему A320 опирается на закалку и отпуск с контролируемым диапазоном отпуска, а не на нормализованную заготовку. Для стана это означает, что размер секции и жесткость закалки должны быть согласованы на этапе заказа; для покупателя это означает, что сертификат с указанием «Q&T» без указания температуры отпуска стоит очень мало.

Когда работа становится холоднее, чем L7

Ниже примерно -101 °C хромомолибденовый ответ иссякает. A320 L43 привносит в химический состав никель — Ni-Cr-Mo сталь типа 4340 с тем же уровнем давления 125 / 105 ksi — и никель делает реальную работу: снижает температуру перехода из пластичного состояния в хрупкое и сохраняет энергию полки Шарпи там, где простой нагрев Cr-Mo уже был бы хрупким. Цена — это стоимость и наличие слитка с документально подтвержденной историей воздействия низких температур. Чтобы посмотреть, как никель меняет поведение сечения этого семейства, наше сравнение 34CrNiMo6 с 4140 охватывает ту же сделку со стороны вала, а не угла крепления, а химический состав и свойства самой марки никеля приведены на странице круглых стержней 4340 / 1,6582 .

Правило замены стоит сформулировать прямо, поскольку оно асимметрично. L7 будет соответствовать всем механическим требованиям B7, с документированными данными об ударах сверху; B7 не может заменить L7 при любой температуре ниже предела, установленного нормами, независимо от того, насколько хороша индивидуальная плавка. Если определенная плавка B7 выдержит испытание Шарпи при температуре -101 °C, это приятная случайность — спецификация не требует проведения теста или отчета о нем, поэтому без бумаги шпилька не соответствует требованиям. Покупка по принципу «мы один раз проверили, все в порядке» — самый дорогой способ купить болты.

Что включить в заказ на поставку слитка

Согласно формулировке приказа, большинство споров по поводу болтовой стали решаются до того, как сталь будет плавлена. Приведенный ниже список — это то, что мы запрашиваем, когда стержень предназначен для шпилек B7, B7M или L7 — он короткий, и каждая строка в нем соответствует режиму отказа, описанному выше.

Две из этих строк стоят на предложение больше. Обезуглероживание - самый тихий процесс: горячекатаный пруток 4140 может содержать обезуглероженный слой достаточно глубоко, чтобы шпилька, изготовленная из него, имела мягкую оболочку над твердым сердечником, а проверка твердости поверхности затем показала комфортные 28 HRC для детали, которая не должна находиться в кислой эксплуатации. Очищенный или перевернутый стержень убирает аргумент. И тип сертификата не является бумажной волокитой: сертификат 3.1 выдается представителем инспекции производителя, сертификат 3.2 подписывается инспектором, независимым от производителя, а в спецификациях нефтеперерабатывающего завода и СПГ обычно упоминается то одно, то другое.

Часто задаваемые вопросы

Можем ли мы использовать 4142 вместо 4140 для B7?

Да. Углеродная полоса A193 охватывает 0,37–0,49 %, что охватывает как 4140, так и 4142, и оба являются стандартным исходным материалом для B7. Практическая разница состоит в том, что 4142 находится на верхнем конце, поэтому он достигает заданной твердости при более низкой температуре отпуска и оставляет меньше места под потолком 321 HBW. Хотя тот же магазин производит и B7M, 4140 является более дружелюбной базой.

Нужно ли шпильке B7 проводить испытания на удар, если на объекте холодно?

Не по базовой спецификации — A193 не предъявляет требований Шарпи. Если расчетная температура падает ниже предела, допускаемого нормами трубопроводов для B7, правильным ответом будет изменение класса на A320 L7, а не добавление испытания на удар к заказу B7. Добавление теста дает вам данные; это не дает вам соответствующего обозначения.

Почему температура, достигающая 125 тысяч фунтов на квадратный дюйм, не преодолела потолок в 35 HRC?

Почти всегда температура или время отпуска, иногда нагар в верхней части ленты. Твердость и прочность на растяжение — это не одно и то же измерение: при нагревании можно комфортно преодолевать давление в 125 фунтов на квадратный дюйм при температуре 34–36 HRC, поскольку нижний предел прочности и потолок твердости являются независимыми пределами. Исправление относится к циклу термообработки, начиная с правильного отпуска, а не с короткого прохождения через печь.

Можно ли поставлять пруток отожженным и закаленным после механической обработки?

Да и часто бывает, когда в крепежном цехе есть своя линия закалки и отпуска. В этом случае в заказе прутка должно быть указано состояние отожженного проката с максимальной твердостью и микроструктурой без чрезмерных полос, а завод берет на себя ответственность за цикл Q&T и соответствующие сертификаты. Чего не должно произойти, так это того, что отожженный пруток прибудет с сертификатом, который читается как готовая шпилька B7 — эти два документа описывают разные состояния одной и той же стали.

Покупать планку, а не название класса

B7, B7M и L7 — это три ответа на три разных сервисных вопроса, изготовленные из одного семейства хромомолибденовых слитков. Сталь, которая надежно сертифицируется, — это та сталь, углерод которой находится в нижней половине полосы, чья сера контролировалась по ударной вязкости, а не по стоимости, температура отпуска которой указана в сертификате, и чьи образцы для испытаний были получены из места, которое соответствует готовой шпильке. Ничто из этого не является экзотикой; обо всем этом нужно попросить.

Мы поставляем круглый пруток 4140/42CrMo4 и 4340/1.6582 в очищенном, точенном и Q&T состоянии от 20 мм до 500 мм, с отслеживанием уровня нагрева, сертификатами EN 10204 3.1 и независимой проверкой, проводимой на этапе заказа. Если вы подготавливаете стержень для линии крепления болтов, пришлите готовый размер шпильки, обозначение марки и расчетную температуру — спецификация стержня следует из этих трех цифр. Напишите enquiry@qilumetal.com.