Болты и шпильки хладостойкие для Арктики (для низких температур)

Завод металлоконструкций и метизов Спецмашметиз производит хладостойкие болты и шпильки следующих типоразмеров:

• Болты и шпильки М12-М30 класса прочности 10.9 из 40Х
• Болты и шпильки М24-М48 класса прочности 10.9 из 40ХН2МА
• Болты и шпильки М30-М48 класса прочности 8.8 из 40Х, 40ХН2МА, 40ХН
• Болты и шпильки М12-М90 класса прочности 6.6 из 40Х, 40ХН2МА
  
• Болты и шпильки М12-М90 класса прочности 5.6 из 40Х, 09Г2С
  
• Болты и шпильки М12-М90 класса прочности 4.6 из 09Г2С
  
• Болты и шпильки 1-4" ASME SA-320/SA-320M, ASTM A320/A320M

С началом арктических нефтегазовых проектов стал актуальным вопрос хладостойкости высокопрочного крепежа. Необходимость учета фактора хрупкого разрушения обусловлена российским климатом, и в частности развитием промышленного строительства на арктических территориях РФ и в Якутии. Спецмашметиз с 2013 года производит высокопрочные болты для Арктики. По требованиям Заказчика мы проводим механические испытания при температурах -60ºС и -70ºС, которые показывают запас вязкости до 60%.

Сортамент хладостойкого крепежа по ГОСТ от завода Спецмашметиз

Сортамент хладостойких болтов определен стандартами и чертежами:

Принимаем заказы на болты с длинами стержня или резьбы, не указанными в ГОСТах, или с размерами головок не по стандартам.

ASME SA-320/SA-320M, ASTM A320/A320M-11a - крепеж хладостойкий высокопрочный для низких температур

Завод Спецмашметиз развивает импортозамещение специального крепежа для низких температур. Спецификации ASME SA-320/SA-320M, ASTM A320/A320M определяют технические условия для крепежа из легированных и нержавеющих сталей, применяемого для фланцевых соединений аппаратов высокого давления при низких температурах.

Наиболее распространенные марки ASME SA-320 Grade L7 (SA-320 Gr.L7), SA-320 Grade L43 (SA-320 Gr.L43), ASTM A320 Grade L7 (A320 Gr.L7), A320 Grade L43 (A320 Gr.L43) относятся к ферритным сталям. Химический состав и механические свойства определены станадртами ASME, ASTM.

Для метрических шпилек используются резьбы с крупными шагами по ASME B1.13M-2005. Дюймовые шпильки диаметром до 1" изготавливаются с крупным шагом резьбы UNC по ASME B1.1-2003. Для шпилек 1 1/8" и более применяются резьбы серии 8-UN (восемь ниток на дюйм) по ASME B1.1-2003.

Особенности арктических строительных проектов

Значимая часть территории РФ относится к зоне холодного климата. Климатические районы определены ГОСТ 16350-80, определяющему районирование территории РФ и СНГ по критерию средних температур января, влажности воздуха и другим климатическим параметрам. 

Освоение месторождений в Арктике требует особых подходов к строительству. Как по причине особенностей грунтов вечной мерзлоты, так и в связи со свойствами конструкционных материалов при температурах ниже -30...-40 ^оС (см. ниже). Оборудование и материалы, применяемые на таких объектах должны быть климатического исполнения ХЛ.

Пренебрежение хладостойкостью материалов в условиях северного климата приводит к негативным последствиям. Использование рядовых сталей может вызвать обрушение конструкций по причине явления хладоломкости и охрупчивания при отрицательных температурах ниже -30...-40 ^оС. Стали, работающие при более низких температурах, принято относить к числу хладостойких материалов.

Применение специальных хладостойких болтов и шпилек в условиях северного строительства имеет важное значение для обеспечения надежности сооружений. Зачастую именно от крепежа может зависеть стойкость эстакад, мачт, молниеотводов и прочих металлоконструкций.

Требования к хладостойким сталям по ГОСТ и ASME

По данным научных исследований для исключения хрупкого разрушения стальных изделий северного исполнения особо важным является наличие запаса ударной вязкости и пластичности стали при отрицательных температурах (см. график ниже).

Критическим значением считается ударная вязкость KCU при -60 ^оС, равная 39 Дж/см². В некоторых СНИПах РФ минимальным значением является 30 Дж/см². В других странах требования по температуре испытаний крепежных хладостойких сталей могут отличаться.

В частности по американским стандартам ASME SA-320/SA-320M, ASTM A320/A320M для ферритных сталей определены температуры контроля ударной вязкости -73 ^оС (-100 ^оF для хромомолибденистой стали SA-320 Gr.L7) и -101 ^оС (-150 ^оF для хромникельмолибденистой стали SA-320 Gr.L43).

Для обеспечения хладостойкости крепежа важна мелкозернистая микроструктура стали, получаемая при специальной термообработке.

Хладостойкость и хладоломкость высокопрочных сталей после традиционной термообработки

Как известно из материаловедения, прочность и вязкость стали обратно пропорциональны. С понижением температуры отпуска прочность растет, а пластичность и ударная вязкость падают. При этом температура отпуска должна быть не менее +425 ^оС (для класса 10.9).

Поэтому при высоких прочностных характеристиках не всегда бывают выдержаны требования по пластичности и ударной вязкости высокопрочных болтов. По итогам распространенной термообработки достижение ударной вязкости 40 Дж/см² (требование ГОСТ 1759.4-87 для класса 10.9) даже при температуре испытаний +20 ^оС является сложной задачей. И наоборот, при соблюдении норм ударной вязкозсти, зачастую сталь не обеспечивает требуемую прочность.

Чем ниже температура эксплуатации, тем меньшее сопротивление хрупкому разрушению оказывает сталь. В зоне отрицательных температур -30^оС...-40^оС ударная вязкость многих сталей резко падает. Доля хрупкой составляющей в разломе растет с понижением температуры испытаний. Как известно порогом хладоломкости (также называют температурой полухрупкости) принято считать температуру, при которой доли хрупкой и вязкой фаз в разломе равны (соотношение 50:50).

Обеспечение ударной вязкости при -60 ^оС, превышающей критическое значение в 39 Дж/см², является практически недостижимым требованием для традиционной термообработки. Решением проблемы могут быть либо применение дорогих высоколегированных сталей (40ХН2МА, 38ХМ и более легированные марки), либо специальная термообработка распространенных легированных сталей (например, 40Х или 40ХН).

Технология УФНЗС термообработки хладостойкого крепежа

Завод Спецмашметиз развивает направление хладостойкого крепежа с 2013 года. Инновационная технология УФНЗС в термообработке, разработанная и внедренная в 2012г, в дополнение к стабильному запасу прочности обеспечила мелкозернистую микроструктуру стали и запас хладостойкости.

Ударная вязкость высокопрочных болтов класса 10.9 завода Спецмашметиз при -60 ^оС составляет 50-90 Дж/см². Для болтов классов 6.6, 5.6 этот показатель может достигать 110-130 Дж/см² в зависимости от марки стали и режима термообработки.

Многолетний практический опыт поставки материалов для арктических строек полуострова Ямал подтвердил надежность крепежа Спецмашметиз в условиях крайнего севера.