Руководства / Классы прочности и материалы
Шпильки ASTM A193 B7, B16 и L7: какую марку выбрать для работы под давлением
10 октября 2026 г.
Шпильки в оборудовании под давлением удерживают вместе фланцы, корпуса задвижек и корпуса насосов, пока линия испытывает нагрев, холод и циклы. Покупателю редко нужно проектировать шпильку, но он должен выбрать правильную марку и указать в заказе правильный стандарт. A193 B7, B16 и A320 L7 на полке выглядят одинаково. Они различаются температурным диапазоном и испытаниями, а неверный выбор ведёт к забракованной партии или отказу в эксплуатации.
Это руководство сравнивает три марки, объясняет B7M, рассматривает гайки и резьбы и перечисляет, что включить в запрос.
Стандарты вкратце
ASTM A193 охватывает болтовые соединения из легированной и нержавеющей стали для работы при высокой температуре или высоком давлении. В него входят B7, B7M и B16 среди многих марок. ASTM A320 охватывает болтовые соединения из легированной и нержавеющей стали для работы при низкой температуре, с L7 среди его марок. ASTM A194 охватывает гайки для обоих.
Шпилька для трубного фланца это стержень с резьбой на обоих концах или по всей длине, без головки. Размеры следуют ASME B16.5 для фланцевого крепежа, профиль резьбы следует ASME B1.1, а обычная серия резьбы для 1 дюйма и больше это 8 ниток на дюйм с посадкой 2A.
Что такое B7, B16 и L7
B7. Хром-молибденовая сталь, обычно типа 4140 или 4142, закалка и отпуск. Это стандартная шпилька для общего применения при высоком давлении. A193 задаёт минимальный предел прочности 125 ksi (860 MPa) и минимальный предел текучести 105 ksi (720 MPa) для диаметров до 2.5 дюйма, при больших диаметрах значения ниже. Максимальная твёрдость 35 HRC.
B7M. Та же сталь, но отпущена до более низкой твёрдости, примерно до 99 HRB или 235 HBW, чтобы противостоять сульфидному растрескиванию под напряжением в сероводородной среде (sour service) по NACE MR0175 и ISO 15156. Из-за более низкой твёрдости прочность ниже, и конструкция должна это учитывать.
B16. Хром-молибден-ванадиевая сталь. Ванадий даёт стойкость к ползучести при температурах, при которых B7 начинает релаксировать. Это выбор для работы при высокой температуре, например пар и горячие технологические линии, до температур выше тех, где B7 ограничен.
L7. Из A320, сталь типа 4140, закалённая и отпущенная как B7, с дополнительным требованием испытания на удар по Шарпи с V-образным надрезом при низкой температуре, обычно минус 101 °C (минус 150 °F), при минимальном значении энергии, указанном в стандарте. Уровни прочности те же, что у B7 в распространённых размерах.
Сравнение
| B7 | B7M | B16 | L7 (A320) | |
|---|---|---|---|---|
| Тип стали | Cr-Mo | Cr-Mo | Cr-Mo-V | Cr-Mo |
| Мин. предел прочности, до 2.5 in | 125 ksi (860 MPa) | 100 ksi (690 MPa) типично | 125 ksi (860 MPa) | 125 ksi (860 MPa) |
| Предел твёрдости | 35 HRC | Около 99 HRB | Около 35 HRC | Около 35 HRC |
| Испытание на удар | Не требуется | Не требуется | Не требуется | Требуется при низкой температуре |
| Типичное применение | Общее высокое давление | Сероводородная среда (sour service) | Высокая температура, ползучесть | Низкая температура |
| Обычная гайка (A194) | 2H | 2HM | 4 или 7 | 4 или 7 |
Цифры типичные, и главным является стандарт. Проверьте таблицу для Вашего диапазона диаметров, потому что с ростом толщины шпильки прочность падает.
Температура и причина каждой марки
Шпильки теряют прочность при нагреве и вязкость при охлаждении.
- Горячая среда. B7 справляется с типичной работой на фланцах из углеродистой стали. Выше нескольких сотен градусов Цельсия шпилька может релаксировать, то есть медленно вытягиваться под нагрузкой, и прокладка теряет сжатие. B16 этому противостоит, а для очень горячей среды берут аустенитные или никелевые сплавы. См. крепёж из Inconel и Monel по этому вопросу.
- Холодная среда. Углеродистая сталь теряет вязкость при охлаждении. Шпилька, вязкая при комнатной температуре, может хрупко разрушиться при минус 50 °C. L7 подтверждает вязкость испытанием на удар и является правильным выбором для холодных линий и криогенных работ, а для самых низких температур используют другие марки.
- Сероводородная среда (sour service). Сероводород заставляет твёрдую сталь растрескиваться. Для этого существует B7M с пределом твёрдости, который удерживает риск низким. Не смешивайте B7 и B7M в одном соединении без одобрения инженерного отдела.
Гайки, резьба и длины
Гайка это половина соединения. Шпильки A193 и A320 работают с гайками A194, и марки подбирают по прочности, а для холодной среды по ударной вязкости. Указывайте марку гайки в заказе, даже если гайки с того же завода.
Резьбу нарезают или накатывают по классу, указанному в чертеже. Многие фланцевые шпильки имеют 2A, а гайка 2B, что оставляет посадку с зазором. Нестандартные длины шпилек и длины резьбы обычны, поскольку толщина фланца и прокладки различаются. Шпильку измеряют от конца до конца, а длина резьбы на каждом конце входит в чертёж. Контроль резьбы калибрами объясняет проверки.
Покрытия и маркировка
Шпильки для давления поставляют без покрытия, с цинком или горячим цинкованием либо с фторполимерными покрытиями, которые снижают трение и защищают от коррозии. Каждый выбор меняет соотношение момента затяжки и предварительного натяжения и посадку гайки, поэтому указывайте покрытие и нарезание резьбы в гайке. Для оцинкованных шпилек гайку нарезают с увеличенным размером под слой цинка.
Каждая шпилька маркируется маркой и знаком производителя. Стандарты задают, где и как. Если Вам нужны номера плавок на шпильках, скажите об этом, поскольку маркировка добавляет операцию.
Испытания и сертификаты
Болтовое крепление под давлением обычно требует полной сертификации:
- Сертификат металлургического завода на пруток с химическим составом и номером плавки.
- Результаты механических испытаний: предел прочности, предел текучести, удлинение, сужение.
- Результаты твёрдости.
- Для L7 результаты испытания на удар с температурой испытания и значениями энергии.
- Записи о термообработке.
Протокол испытаний материала в форме EN 10204 тип 3.1 это обычный запрос. Прочтите испытания крепежа, чтобы узнать, что показывает каждое испытание. Если третья сторона должна присутствовать на испытаниях, укажите это до заказа.
Как выбрать
- Минимальная расчётная температура ниже примерно минус 30 °C? Выбирайте L7 или марку, которую Ваш инженер указывает для самого холодного случая.
- Сероводородная среда (sour service)? Выбирайте B7M с гайками 2HM и проверьте прочность.
- Высокая температура, опасения по ползучести или релаксации? Рассмотрите B16 или никелевый сплав.
- Общее применение? B7 с гайками 2H.
При сомнениях отправьте инженеру расчётные условия, а не только марку.
Два примера заказов
Сорок комплектов фланцевых шпилек, 1-1/8 in 8UN, длина 7 in, B7 с гайками 2H, для остановочного ремонта на НПЗ. Завод режет пруток по длине, нарезает каждый конец по 2A и закаливает и отпускает шпильки либо закупает термообработанный пруток. Каждый комплект поставляется с протоколом испытаний завода, результатами твёрдости и результатами испытаний гаек. У заказа дата привязана к остановке, поэтому покупатель подтверждает срок до заказа на поставку и просит частичные отгрузки по размерам.
Несколько сотен шпилек L7, 3/4 in, для холодильного склада при минус 40 °C. Заводу нужен пруток, способный пройти испытание по Шарпи при температуре испытания L7, поэтому он использует сертифицированный пруток с результатами ударных испытаний, а затем испытывает образец из термообработанной партии. Испытание на удар добавляет стоимость и несколько дней. Покупатель просит значения ударной энергии в сертификате и проверяет, что гайки нужной марки для низкой температуры.
Частые ошибки в заказах болтового крепления под давлением
- Заказ только по названию марки, например «шпильки B7», без стандарта и редакции. У A193 несколько марок, и марка гайки должна совпадать.
- Пропуск марки гайки, из-за чего гайки приходят в марке, не подходящей к шпильке.
- Смешивание B7 и B7M в одном фланце без одобрения.
- Забытый припуск на покрытие в гайках для оцинкованных шпилек.
- Указание длины резьбы от общей длины шпильки вместо простановки размеров для каждого конца.
- Предположение, что один сертификат охватывает все шпильки в заказе, когда шпильки из нескольких плавок.
Короткая закупочная спецификация, где названы стандарт, марка, гайка, размеры и сертификаты, устраняет большинство таких ошибок.
Проверка документов и маркировки при приёмке
Когда шпильки прибывают, проверьте четыре вещи до отправки в эксплуатацию. Маркировка на каждой шпильке или пачке соответствует марке и знаку производителя в сертификате. Маркировка гайки соответствует заказанной марке, например 2H или 4. Номера партий или плавок в сертификате совпадают с номерами на коробках. Размеры образца, включая общую длину и длину резьбы на каждом конце, соответствуют чертежу. Короткий входной контроль такого рода занимает минуты и выявляет неверную марку или неверную длину до закрытия фланца.
Храните сертификаты в проектном архиве в течение всего срока службы соединения, поскольку аудит системы под давлением или разбор инцидента могут запросить их спустя годы.
Контрольный список для запроса
- Стандарт и марка: A193 B7, B7M, B16 или A320 L7, и редакция, если это важно.
- Марка гайки и количество на шпильку.
- Диаметр, серия и класс резьбы, общая длина и длина резьбы на каждом конце.
- Покрытие и любые требования к моменту затяжки или трению.
- Сертификаты и маркировка, включая номера плавок и данные об ударной вязкости.
- Количество и дата поставки.
Шпильки по чертежу обычно предлагают комплектами с гайками. Общие рекомендации по запросу на нестандартные детали см. в контрольном списке запроса на нестандартный крепёж. Когда Ваш список готов, отправьте запрос, и мы передадим его не более чем трём производителям, которые могут изготовить и сертифицировать шпильки.
Часто задаваемые вопросы
В чём разница между шпильками B7 и B7M?
B7 это закалённая и отпущенная Cr-Mo сталь с минимальной прочностью и максимальной твёрдостью 35 HRC. B7M это та же сталь, отпущенная до более низкого предела твёрдости, около 99 HRB, для сероводородной среды (sour service), где высокая твёрдость повышает риск сульфидного растрескивания под напряжением. У B7M прочность ниже, чем у B7, поэтому проверьте расчётную нагрузку.
Можно ли использовать шпильки B7 при низкой температуре?
В A193 для B7 нет требования к испытанию на удар, поэтому для работы при низкой температуре его не указывают. Для температур вплоть до предела испытания на удар конструкторы выбирают A320 L7, где добавлено испытание по Шарпи при низкой температуре. Подтвердите минимальную расчётную температуру у ответственного инженера.
Какая гайка подходит к какой шпильке?
ASTM A194 задаёт марки гаек. Марка 2H идёт с B7, 2HM с B7M, а марка 4 или 7 с B16 и L7, точное соответствие задано в стандарте. Соединение под давлением может разрушиться как по гайке, так и по шпильке, поэтому указывайте марку гайки в заказе.
Нужно изготовить этот крепёж?
Отправьте чертёж с классом прочности и годовым объёмом. Мы подберём до 3 производителей с подходящей технологией и ответим в течение 24 рабочих часов.
Отправить запрос