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図面に書かれる強度区分
ファスナーの材質、強度区分、規格
ファスナーの図面にある強度区分によって、鋼材、熱処理、安全に使えるめっき、ロットが合格すべき試験が決まります。以下の表は、規格が定める最小値です。見積りに出す前に、図面を確認する際にお使いください。
値は、記載したサイズ範囲に対する該当規格の最小値です。設計では、必ずお客様が求める規格と版に従ってください。
炭素鋼と合金鋼 ISO 898-1
最初の数字を100倍すると、MPaで表した呼び引張強さになります。2つ目の数字を10倍すると、引張強さに対する降伏点の比率 (%) です。したがって8.8は、呼び引張強さ800 MPaで、降伏点はその80パーセントです。表は最小値を示しており、多くの区分では呼びの値より上にあります。
表を横にスワイプすると、すべての列を確認できます。
| 区分 | 最小引張強さ Rm | 最小降伏点または0.2%耐力 | 保証荷重応力 Sp | 硬さ | 強度の得方 |
|---|---|---|---|---|---|
| 4.6 | 400 MPa | 240 MPa | 225 MPa | 120から220 HV | 低炭素鋼、熱処理なし |
| 4.8 | 420 MPa | 340 MPa | 310 MPa | 130から220 HV | 低炭素鋼、冷間圧造で強度を得る |
| 5.8 | 520 MPa | 420 MPa | 380 MPa | 160から220 HV | 低から中炭素鋼、冷間加工 |
| 8.8 (d 16 mm以下) | 800 MPa | 640 MPa | 580 MPa | 250から320 HV | 中炭素鋼またはボロン鋼、焼入れ焼戻し |
| 8.8 (d 16 mm超) | 830 MPa | 660 MPa | 600 MPa | 255から335 HV | 同上 |
| 10.9 | 1,040 MPa | 940 MPa | 830 MPa | 320から380 HV | ボロン鋼または合金鋼、焼入れ焼戻し |
| 12.9 | 1,220 MPa | 1,100 MPa | 970 MPa | 385から435 HV | 合金鋼、厳しい管理下での焼入れ焼戻し |
M5以上の六角頭と六角ローブ頭のボルトは、頭部に強度区分を刻印します。規格の概要: ISO 898。各区分が接合部の設計に意味すること: 8.8、10.9、12.9、A2、A4の解説。
どの線材がどの強度区分になるか
図面には強度区分を記載します。その区分をお客様の径で満たす線材は、工場が選びます。以下は一般的な例で、要件ではありません。実際に使われた材料は、材料証明書に記載されます。
冷間圧造用線材: 10B21、SCM435、SWCHで、それぞれの得失を解説しています。
- 強度区分4.8と5.81018やSWCH18Aなどの低炭素の冷間圧造用線材。熱処理はなく、線材の種類と圧造時の減面率で強度が決まります。
- 強度区分8.81035や10B21などの中炭素鋼またはボロン鋼を、焼入れ焼戻し。ボロンは、頭部成形性を保ちながら焼入れ性を与えます。
- 強度区分10.910B33やSCM435などのボロン鋼またはクロム合金鋼。径が大きいほど、断面全体を焼き入れるために合金量が必要です。
- 強度区分12.9SCM435や4140などのクロムモリブデン合金鋼。硬さと脱炭の許容範囲が狭いため、炉の厳密な管理が必要です。
ステンレス鋼 ISO 3506
文字と数字が鋼種グループを、ハイフンの後の数字が強度区分を表します。A2は304系、A4は耐塩化物性のためモリブデンを加えた316系です。強度は冷間加工で得られるため、区分70と80は通常、中程度の径までに限られ、大径品や切削品は区分50になります。
| 材質と区分 | 鋼種系統 | 最小引張強さ Rm | 最小0.2%耐力 | 適する用途 |
|---|---|---|---|---|
| A2-50 | 304系、軟質 | 500 MPa | 210 MPa | 切削品や熱間成形品、大径 |
| A2-70 | 304系、冷間加工 | 700 MPa | 450 MPa | 一般的な耐食ボルトとねじ |
| A4-70 | 316系、冷間加工 | 700 MPa | 450 MPa | 塩化物、海洋大気、食品・化学プラント |
| A4-80 | 316系、さらに冷間加工 | 800 MPa | 600 MPa | 同じ環境で、より高い締付け力 |
オーステナイト系ステンレスのねじ部は、荷重下でかじりを起こします。締付けトルクが高い場合は、潤滑剤、コーティング、またはボルトとナットの異なる材質の組合せを指定してください。マルテンサイト系と析出硬化系は、17-4 PH、410、416のファスナーで解説しています。
インチ系と圧力容器用ボルト
北米の図面や圧力機器は、独自の規格体系を使います。メートル系の区分と1対1で置き換えられるものではないため、図面にある規格に従って見積りを出してください。
表を横にスワイプすると、すべての列を確認できます。
| 規格と区分 | 材質 | 最小引張強さ | 最小保証荷重または降伏点 | 主な用途 |
|---|---|---|---|---|
| SAE J429 Grade 2 | 低から中炭素鋼 | 74 ksi (1/4から3/4 in) | 保証荷重 55 ksi | 軽荷重のインチボルト |
| SAE J429 Grade 5 | 中炭素鋼、焼入れ焼戻し | 120 ksi (1/4から1 in) | 保証荷重 85 ksi | 強度区分8.8に相当するインチ系 |
| SAE J429 Grade 8 | 中炭素合金鋼、焼入れ焼戻し | 150 ksi | 保証荷重 120 ksi | 強度区分10.9に相当するインチ系 |
| ASTM A193 B7 | Cr-Mo合金鋼、焼入れ焼戻し | 125 ksi (2.5 inまで) | 降伏点 105 ksi | フランジと圧力機器のスタッド |
| ASTM A193 B8 / B8M class 1 | 304 / 316ステンレス、固溶化処理 | 75 ksi | 降伏点 30 ksi | 低荷重の腐食環境や極低温のボルト締結 |
| ASTM A320 L7 | Cr-Mo合金鋼、衝撃試験済み | 125 ksi (2.5 inまで) | 降伏点 105 ksi | 低温用フランジボルト |
| ASTM F1554 Gr 36 / 55 / 105 | 炭素鋼または合金鋼 | 58 / 75 / 125 ksi | 降伏点 36 / 55 / 105 ksi | コンクリートに埋め込むアンカーボルト |
詳しくは、A193 B7、B16、A320 L7のスタッドとSAE Grade 5とGrade 8の比較をご覧ください。
非鉄材料と特殊合金
真ちゅう、青銅、アルミ、チタン、ニッケル合金は、コストあたりの強度ではなく、導電性、重量、耐食性、耐熱性のために選ばれます。ISO 8839は、非鉄のボルトとナットの機械的性質を規定しています。これらの部品の多くは、数量が少なく、冷間圧造に向かない合金もあるため、切削で作られます。
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| 材料 | 代表的な呼称 | ルート | 用途 | 注意点 |
|---|---|---|---|---|
| 快削真ちゅう | CuZn39Pb3, CW614N, C36000 | 切削、または低鉛材なら圧造 | 電気端子、装飾用、低荷重のねじ | 強度が低い。市場によっては鉛含有量に制限 |
| シリコンブロンズ | C65100, C65500 | 圧造または切削 | 船舶や木材の締結、電気金具 | kg単価が高く、素材のサイズが限られる |
| アルミ | 2024-T4, 6061-T6, 7075-T73 | 圧造 (リベット、ねじ) または切削 | 軽量が必要な組立品、アルミ構造物 | かじりと低い締付け力。アルマイトでねじのはめあいが変わる |
| チタン | Grade 2 (UNS R50400), Grade 5 Ti-6Al-4V (UNS R56400) | 切削、場合により温間圧造 | 航空宇宙、モータースポーツ、医療、海水用の部品 | かじり。ねじ部に焼付き防止剤かコーティングが必要 |
| ニッケル合金 | Inconel 718と625、Monel 400とK-500 | 切削または熱間圧造 | 高温、海水、化学薬品にさらされる環境 | 素材が高価、切削に時間がかかり、棒材の納期が長い |
個別のガイド: チタン Grade 5のボルト、InconelとMonelのファスナー、シリコンブロンズと真ちゅうのボルト。
ボルトに合うナットを選ぶ
ボルトより弱いナットは、ボルトが降伏する前にねじ山がなめます。ボルトと合わせてナットの強度区分を指定し、可能なら同じメーカーに発注して、めっきとねじの許容差を揃えてください。
- 強度区分8.8のボルトISO 898-2 強度区分8のナット
- 強度区分10.9のボルトISO 898-2 強度区分10のナット
- 強度区分12.9のボルトISO 898-2 強度区分12のナット
- A2-70またはA4-70同じ鋼種グループと区分のISO 3506-2ナット
- ASTM A193 B7スタッドASTM A194 grade 2H 六角重ナット
見積依頼への強度区分の書き方
規格、区分または強度区分、適用するサイズ範囲を記載してください。「高張力」ではなく、「ISO 898-1 強度区分10.9」や「ASTM A193 B7」のようにします。必要な試験と書類、めっき部品の場合は水素脆化に関する要求も追加してください。
強度区分は製造ルートにも影響します。強度区分12.9やチタンは対応できる工場が絞られ、中程度の径を超えるステンレス区分80の部品は、切削が必要になる場合があります。各工程の作り方は製造工程のページにあります。試験については、保証荷重、くさび引張、硬さで解説しています。
材質のご質問
SAE Grade 8は強度区分10.9と同じですか。
近いですが、同じではありません。Grade 8の最小引張強さは150 ksi (約1,034 MPa)、強度区分10.9は最小1,040 MPaで、保証荷重、硬さの範囲、ねじの規格系列も異なります。接合部を計算した際の規格を指定してください。
A4-80のステンレスは、なぜ12.9の鋼のように焼入れしないのですか。
オーステナイト系ステンレスは、焼入れ焼戻しでは硬化しません。区分70と80は、線材の冷間加工で強度を得ます。そのため、高い区分は中程度の径までしか供給されません。
接合部に必要な区分より高い区分を指定できますか。
指定はできますが、無料ではありません。強度区分12.9は価格が高く、熱処理の管理も厳しくなり、電気めっきによる水素脆化の影響も受けやすくなります。強度区分を過剰に指定すると、接合部の信頼性が高まるどころか、下がることがあります。
強度区分はどの書類で証明されますか。
線材または棒材の材料証明書 (多くはEN 10204 type 3.1) と、完成品の機械試験結果です。ISO 898-1またはインチ規格に従った、引張またはくさび引張、保証荷重、硬さの結果になります。見積依頼で請求してください。