ガイド / 強度区分と材質
ASTM A193 B7、B16、L7スタッド: 圧力機器にはどの強度区分か
2026年10月10日
圧力機器用のスタッドは、配管が熱、冷え、繰返しの負荷を受ける間、フランジ、バルブ本体、ポンプケーシングを締結しています。バイヤーがスタッドを設計することはまれですが、適切な強度区分を選び、注文に適切な規格を書く必要があります。A193 B7、B16、A320 L7は、棚の上では似て見えます。温度範囲と試験が異なり、誤ったものを選ぶと、ロットの返品や現場での破損を招きます。
このガイドでは、3つを比較し、B7Mを説明し、ナットとねじを扱い、見積依頼に含めるべき内容を挙げます。
規格の概要
ASTM A193は、高温または高圧用途の合金鋼とステンレス鋼のボルト材を対象とし、多くの強度区分の中にB7、B7M、B16を含みます。ASTM A320は、低温用途の合金鋼とステンレスのボルト材を対象とし、L7をその強度区分の1つとして含みます。ASTM A194は、その両方のナットを対象とします。
配管フランジ用のスタッドは、両端、または全長にねじを切った、頭のない棒です。寸法は、フランジのボルト締めについてはASME B16.5、ねじ形状はASME B1.1に従い、径1インチ以上の一般的なねじ系列は、2Aはめあいの1インチあたり8山です。
B7、B16、L7とは
B7。 通常4140または4142系のクロムモリブデン鋼を、焼入れ焼戻ししたものです。一般的な高圧用途の標準的なスタッドです。A193は、径2.5インチまでについて、最小引張強さ125 ksi (860 MPa)、最小降伏点105 ksi (720 MPa)を定め、径が大きくなると低い値になります。最大硬さは35 HRCです。
B7M。 同じ鋼を、より低い硬さ、約99 HRBまたは235 HBWまで焼戻ししたもので、NACE MR0175とISO 15156に基づくサワー環境で硫化物応力割れに耐えます。硬さが低いため、強度も低く、設計はそれを見込む必要があります。
B16。 クロムモリブデンバナジウム鋼です。バナジウムは、B7が緩み始める温度でのクリープ抵抗を与えます。蒸気や高温のプロセス配管など、B7の限界を超える温度での高温用途に選ばれます。
L7。 A320の強度区分で、B7と同様に焼入れ焼戻しした4140系の鋼に、低温、一般にマイナス101 °C (マイナス150 °F)で、規格に記載された最小エネルギー値のシャルピーVノッチ衝撃試験の要求が加わります。一般的なサイズでは、B7と同じ強度水準を持ちます。
比較
| B7 | B7M | B16 | L7 (A320) | |
|---|---|---|---|---|
| 鋼種 | Cr-Mo | Cr-Mo | Cr-Mo-V | Cr-Mo |
| 最小引張強さ、2.5 inまで | 125 ksi (860 MPa) | 100 ksi (690 MPa) 一般的な値 | 125 ksi (860 MPa) | 125 ksi (860 MPa) |
| 硬さの上限 | 35 HRC | 約99 HRB | 約35 HRC | 約35 HRC |
| 衝撃試験 | 不要 | 不要 | 不要 | 低温で必要 |
| 一般的な用途 | 一般的な高圧 | サワー環境 | 高温、クリープ | 低温 |
| 通常のナット (A194) | 2H | 2HM | 4または7 | 4または7 |
数値は一般的なもので、規格が優先します。スタッドが太くなると強度が下がるため、径の範囲については表を確認してください。
温度と、それぞれの強度区分の理由
スタッドは、高温では強度を失い、低温では靭性を失います。
- 高温用途。 B7は、一般的な炭素鋼フランジ用途に対応します。摂氏数百度を超えると、スタッドが緩むことがあります。荷重を受けてゆっくり伸び、ガスケットが圧縮を失うことです。B16はこれに耐え、非常に高温の用途では、オーステナイト系やニッケル合金が取って代わります。それらについては、InconelとMonelのファスナーをご覧ください。
- 低温用途。 炭素鋼は、冷えると靭性を失います。常温では粘り強いスタッドも、マイナス50 °Cでは脆性破壊を起こすことがあります。L7は衝撃試験でその靭性を証明し、低温配管や極低温の作業に適しており、さらに低温では別の強度区分を使います。
- サワー環境。 硫化水素は、硬い鋼に割れを起こします。B7Mはこのために存在し、硬さの上限がリスクを抑えます。技術的な承認なしに、1つの接合部でB7とB7Mを混ぜないでください。
ナット、ねじ、長さ
ナットは、接合部の半分を担います。A193とA320のスタッドは、A194のナットと組み合わせて使い、強度区分は強度で、低温用途では衝撃でも適合させます。同じ工場からナットが来る場合でも、注文にナットのgradeを書いてください。
ねじは、図面が指定する公差等級に、切削または転造で加工します。多くのフランジ用スタッドは2Aで、ナットは2Bのため、すき間のあるはめあいになります。フランジの厚さとガスケットによって変わるため、特注のスタッド長さとねじ部長さは一般的です。スタッドは端から端までで測り、各端のねじ部長さは図面の一部です。ねじのゲージ検査では、その検査を説明しています。
めっきと刻印
圧力用のスタッドは、無処理、亜鉛めっきや溶融亜鉛めっき、または摩擦を減らして腐食から保護するフッ素樹脂コーティングで供給されます。どれを選んでも、トルクと予圧の関係やナットのはめあいが変わるため、めっきとナットのタップ加工を明記してください。亜鉛めっきしたスタッドでは、ナットは亜鉛の層を許容するため、オーバーサイズでタップ加工します。
各スタッドには、強度区分とメーカーのマークが刻印されます。位置と方法は、規格が定めています。スタッドにヒート番号が必要な場合は、刻印が1工程増えるため、そう伝えてください。
試験と証明書
圧力用ボルトは、通常、完全な証明書を求めます。
- 化学成分とヒート番号を記載した、棒材のミルシート。
- 機械試験の結果: 引張、降伏、伸び、絞り。
- 硬さの結果。
- L7については、試験温度とエネルギー値を記載した衝撃試験の結果。
- 熱処理の記録。
EN 10204 type 3.1形式の材料試験報告書が、通常の依頼です。各試験が示す内容は、ファスナーの試験をお読みください。第三者に試験を立ち会わせる必要がある場合は、注文の前に明記してください。
選び方
- 最低設計温度が約マイナス30 °Cを下回る場合は? L7、または最も低温の場合に技術者が指定する強度区分を選びます。
- サワー環境の場合は? B7Mと2HMナットを選び、強度を確認します。
- 高温で、クリープや緩みが心配な場合は? B16またはニッケル合金を検討します。
- 一般的な用途の場合は? B7と2Hナット。
迷う場合は、強度区分だけでなく、設計条件を技術者に送ってください。
注文の2つの例
製油所の定期修理向けの、フランジ用スタッド40セット、1-1/8 in 8UN、長さ7 in、B7と2Hナット。 工場は、棒材を所定の長さに切断し、各端を2Aにねじ加工して、スタッドを焼入れ焼戻しするか、熱処理済みの棒材を購入します。各セットは、ミルシート、硬さの結果、ナットの試験結果とともに出荷されます。注文には、停止期間に合わせた期日があるため、購入者は発注書の前にリードタイムを確認し、サイズごとの分納を依頼します。
マイナス40 °Cの冷蔵施設向けの、3/4 inのL7スタッド数百本。 工場は、L7の試験温度でシャルピー試験に合格できる棒材が必要なため、衝撃試験結果付きの認証棒材を使い、熱処理したロットから試験片を試験します。衝撃試験により、費用と数日が加わります。購入者は、証明書に衝撃エネルギー値を記載するよう求め、ナットが低温用の正しいgradeであることを確認します。
圧力用ボルトの注文でよくある間違い
- 規格や版を書かずに、「B7スタッド」のように強度区分名だけで注文する。 A193には複数の強度区分があり、ナットのgradeも合わせなければなりません。
- ナットのgradeを書き忘れ、 スタッドに合わないgradeのナットが届く。
- 承認なしに、 1つのフランジでB7とB7Mを混ぜる。
- 亜鉛めっきしたスタッド用ナットの、 めっき分の許容差を忘れる。
- 各端を寸法指定せず、 スタッドの全長からねじ部長さを指定する。
- スタッドが複数のヒートから来る場合に、 1枚の証明書が1回の注文のすべてのスタッドを網羅していると思い込む。
規格、強度区分、ナット、寸法、証明書を明記した短い購入仕様書があれば、これらの大半は解消します。
受入時の書類と刻印の確認
スタッドが届いたら、現場に送る前に4つのことを確認してください。各スタッドまたは束の刻印が、証明書に記載された強度区分とメーカーのマークに一致している。ナットの刻印が、注文した2Hや4などのgradeに一致している。証明書のロット番号またはヒート番号が、箱のものと一致している。サンプルの寸法、全長と各端のねじ部長さを含めて、図面に一致している。この種の短い受入検査は数分で済み、フランジを閉じる前に、誤った強度区分や誤った長さを発見できます。
圧力システムの監査や事故の検証で、何年も後に求められることがあるため、接合部の寿命の間、証明書をプロジェクトのファイルに保管してください。
見積依頼のチェックリスト
- 規格と強度区分: A193 B7、B7M、B16、またはA320 L7。重要なら版も。
- ナットのgradeと、スタッド1本あたりの数量。
- 径、ねじの系列と公差等級、全長、各端のねじ部長さ。
- めっきと、トルクや摩擦の要求があればその内容。
- 証明書と刻印。ヒート番号と衝撃試験データを含む。
- 数量と納期。
図面指定のスタッドは、通常、ナットを付けたセット単位で見積もられます。特注部品の見積りに関する一般的な指針は、特注ファスナー見積依頼のチェックリストをご覧ください。リストが整いましたら、見積依頼を送ると、スタッドを製造し証明書を発行できる最大3社のメーカーにお渡しします。
よくある質問
B7とB7Mのスタッドの違いは何ですか。
B7は、最小強度と最大硬さ35 HRCを規定した、焼入れ焼戻しのCr-Mo鋼です。B7Mは同じ鋼を、より低い硬さの上限、約99 HRBまで焼戻ししたもので、硬さが高いと硫化物応力割れのリスクが高まるサワー環境向けです。B7MはB7より強度が低いため、設計荷重を確認してください。
B7スタッドは低温で使えますか。
B7にはA193で衝撃試験の要求がないため、低温用途には指定されません。衝撃試験の限界温度までの温度では、設計者は低温でシャルピー試験が加わるA320 L7を選びます。最低設計温度は、担当技術者に確認してください。
各スタッドには、どのナットを組み合わせますか。
ナットの強度区分はASTM A194が定めています。grade 2HはB7に、2HMはB7Mに、grade 4または7はB16とL7に組み合わせ、正確な組合せは規格で決まります。圧力のかかる接合部は、スタッドだけでなくナットでも破損することがあるため、注文にナットのgradeを書いてください。