美标双头螺栓材质解析

在石油化工、电力能源、压力容器及低温设备、压力管道等关键工业领域，紧固件的性能优劣，是否适用，以及其使用寿命直接关系到整个系统的安全与稳定。双头螺栓作为一种关键的基础紧固件，正确选择合适的材质非常重要。美标ASTM（美国材料与试验协会）标准以其严格的等级划分和全球公认的权威性，成为工业领域紧固件选型的重要准则。本文将深入剖析ASTM A193与A320两大核心标准，为您解读B7、B8、B8M、B16、L7等关键材质等级的性能特点，为高性能双头螺柱的选型提供专业指南。

一、ASTM A193双头螺栓材质标准

ASTM A193标准全称为《高温高压设备用合金钢和不锈钢螺栓材料》。该标准规范了适用于高温或高压服务的合金钢及不锈钢螺栓、螺柱等螺纹紧固件的化学成分、机械性能和热处理要求。该标准是电站锅炉、加氢反应器、高温阀门等设备连接系统的核心依据。

B7/B7M铬钼合金钢螺栓柱

ASTM A193 B7：这是应用最广泛的高强度合金钢螺柱材质。它通常采用铬钼合金钢，经过淬火加回火的热处理工艺，达到最小抗拉强度125 ksi（约860 MPa），最小屈服强度105 ksi（约725 MPa）。B7材质在高达450°C的温度下仍能保持良好的抗松弛和抗蠕变性能，是高温高压碳钢、合金钢法兰连接的必备紧固件。

化学成分

CHEMICAL	LIMITS	C	Mn	P	S	Si	Cr	Mo
ASTM A193 B7	MIN	0.38	0.75			0.15	0.80	0.15
	MAX	0.48	1.00	0.035	0.040	0.35	1.10	0.25

机械性能

MATERIAL	Diameter	T.S (MPA)	Y.S (MPA)	EL %	R/A %	HARDNESS
ASTM A193 B7	M64 and under	860 min	720 min	16 min	50 min	321 max
	over M64 to M100	795 min	655 min	16 min	50 min	321 max
	over M100 tu M180	690 min	515 min	16 min	50 min	321 max

ASTM A193 B7M：作为B7的“改良版”，B7M在保持相同强度水平的基础上，特别限制了硬度范围（235 max）并提高了冲击韧性要求。这一特性使其对硫化物应力腐蚀开裂（SSC） 具有优异的抵抗力，专为富含湿硫化氢（H₂S）的酸性环境（如油气开采、炼化装置）设计，是应对严苛腐蚀工况的安全之选。

化学成分

CHEMICAL	LIMITS	C	Mn	P	S	Si	Cr	Mo
ASTM A193 B7M	MIN	0.38	0.75			0.15	0.80	0.15
	MAX	0.48	1.00	0.035	0.040	0.35	1.10	0.25

机械性能

MATERIAL	Diameter	T.S (MPA)	Y.S (MPA)	EL %	R/A %	HARDNESS
ASTM A193 B7M	M100 and under	690 min	550 min	18 min	50 min	235 max
	over M100 to M180	690 min	515 min	18 min	50 min	235 max

B8/B8M不锈钢全螺纹螺柱

ASTM A193 B8：对应奥氏体不锈钢304（UNS S30400）。其供货状态分为Class 1（固溶退火）和Class 2（经冷加工以提升强度）。B8材质提供优良的通用耐腐蚀性和低温韧性，适用温度范围广（-200°C 至 +700°C），适用于食品、化工及一般腐蚀环境。

化学成分

CHEMICAL	LIMITS	C	Mn	P	S	Si	Cr	Ni
ASTM A193 B8	MIN						18.00	8.00
	MAX	0.08	2.00	0.045	0.030	1.00	20.00	11.00

机械性能

MATERIAL	Class	T.S (MPA)	Y.S (MPA)	EL %	R/A %	HARDNESS
ASTM A193 B8	Class 1	515 min	205 min	30 min	50 min	223 max
	Class 2	860 min	690 min	12 min	35 min	321 max

ASTM A193 B8M：对应含钼的奥氏体不锈钢316（UNS S31600）。钼元素的加入显著增强了其抗点蚀和缝隙腐蚀的能力，尤其在含有氯离子的环境中（如沿海、海洋平台、化工厂）表现远超B8。B8M是解决中度至高度氯化物腐蚀问题的可靠方案。

化学成分

CHEMICAL	LIMITS	C	Mn	P	S	Si	Cr	Ni	Mo
ASTM A193 B8M	MIN						16.00	10.00	2.0
	MAX	0.08	2.00	0.045	0.030	1.00	18.00	14.00	3.0

机械性能

MATERIAL	Class	T.S (MPA)	Y.S (MPA)	EL %	R/A %	HARDNESS
ASTM A193 B8M	Class 1	515 min	205 min	30 min	50 min	223 max
	Class 2	760 min	655 min	15 min	45 min	321 max

B16高强度双头螺柱

ASTM A193 B16是一种铬-钼-钒合金钢。它在540°C以上的超高温度区间内，其抗蠕变断裂强度远超B7材质。虽然室温强度与B7相近，但其特殊合金成分与热处理使其成为超超临界电站、高温裂解炉等极限温度压力设备中双头螺柱的优先选择。

化学成分

CHEMICAL	LIMITS	C	Mn	P	S	Si	Cr	Mo	V	Al
ASTM A193 B16	MIN	0.36	0.45			0.15	0.80	0.50	0.25
	MAX	0.47	0.70	0.035	0.040	0.35	1.15	0.65	0.35	0.015

机械性能

MATERIAL	Diameter	T.S (MPA)	Y.S (MPA)	EL %	R/A %	HARDNESS
ASTM A193 B16	M64 and under	860 min	720 min	18 min	50 min	321 max
	over M64 to M100	760 min	655 min	17 min	45 min	321 max
	over M100 tu M180	690 min	585 min	16 min	45 min	321 max

二、ASTM A320低温用螺栓材质标准

当设备运行温度降至冰点以下，材料的脆性转变成为主要威胁。ASTM A320《低温设备用合金钢和不锈钢螺栓材料》标准应运而生，它强制要求所有材质必须通过规定低温下的夏比V型缺口冲击试验，确保其在低温下的韧性。

GradeL7/L7M双头螺栓

ASTM A320 L7：其化学成分与A193 B7类似，但必须满足严格的低温冲击韧性指标（通常测试温度为-101°C）。它是液化天然气（LNG）储罐、低温分离装置、低温阀门等设备的标准紧固件材料，确保在深冷环境下不发生脆性断裂。

化学成分

CHEMICAL	LIMITS	C	Mn	P	S	Si	Cr	Mo
ASTM A320 L7	MIN	0.38	0.75			0.15	0.80	0.15
	MAX	0.48	1.00	0.035	0.040	0.35	1.10	0.25

机械性能

MATERIAL	T.S (MPA)	Y.S (MPA)	EL %	R/A %	HARDNESS
ASTM A320 L7	860 min	725 min	16 min	50 min	321 max

ASTM A320 L7M：与L7的关系类似于B7M与B7。它在保证低温韧性的同时（通常测试温度为-73°C），控制了硬度和化学成分以抵抗硫化物应力腐蚀开裂。适用于低温且同时存在H₂S酸性介质的工况，如某些油气处理厂的低温单元。

化学成分

CHEMICAL	LIMITS	C	Mn	P	S	Si	Cr	Mo
ASTM A320 L7M	MIN	0.38	0.75			0.15	0.80	0.15
	MAX	0.48	1.00	0.035	0.040	0.35	1.10	0.25

机械性能

MATERIAL	T.S (MPA)	Y.S (MPA)	EL %	R/A %	HARDNESS
ASTM A320 L7M	690 min	550 min	18 min	50 min	235 max

低温不锈钢等级：ASTM A320标准同样包含B8、B8M等等级，它们是在A193基础上附加了低温冲击韧性要求的版本，广泛应用于液氧、液氮储罐及不锈钢制低温设备。

三、正确选型的关键因素

选择正确的美标双头螺柱材质，需要进行系统化的工况评估：

温度是首要因素：明确工作温度的上下限。高温选A193（B7/B16），低温必选A320（L7/B8）。

介质腐蚀性决定材质类型：碱性或酸性腐蚀性环境需选择抗腐蚀性强的不锈钢材质，如B8，B8M等。

压力与载荷决定强度等级：根据设计压力计算所需的预紧力，选择相应的强度等级（如B7、B8 Class 2）。

遵循项目规范：最终选型必须严格遵从项目设计文件（如ASME锅炉及压力容器规范）中指定的材料标准和等级。

四、品质保障与认证

除了原材料本身，高品质的双头螺柱还需关注：

螺纹加工精度：通常要求达到3A级（美制）或6g级（公制）精度，保证啮合顺畅与载荷均匀。

热处理与检测：完备的热处理记录和硬度、金相报告是性能的保证。

材料追溯性：每批产品必须附带由供货商出具的材质报告（MTC），这是材料符合ASTM标准的书面证明。

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