ASTM A320 مشخصات بولتینگ برای سرویس دمای پایین است. اگر A193 استاندارد دمای بالاست، A320 قرینه‌ی آن در سرد است: همان شکل، همان رزوه، اما با الزامی که همه‌چیز را تعیین می‌کند — آزمون ضربه.
مشخصات ASTM A320 که در اصل در سال 1948 تأیید شد، مواد پیچ از فولاد آلیاژی و فولاد ضد زنگ را برای استفاده در دمای پایین پوشش می‌دهد. این استاندارد میله‌های فولادی رولینگ شده فورج شده کشیده شده در غالب پیچ و استادبولت که برای مخازن تحت فشار، شیرآلات، فلنج‌ها و اتصالات استفاده می‌شود، می پوشاند. مانند مشخصات ASTM A193، مگر اینکه خلاف آن مشخص شده باشد، رزوه 8UN بر روی اتصال دهنده‌های بزرگتر از 1 "قطر مشخص شده‌است.
در زیر خلاصه ای از چند قطر معمول در مشخصات ASTM A320 آورده شده‌است. تعداد دیگری از گریدهای کمتر رایج ASTM A320 وجود دارد، اما در توضیحات زیر آورده نشده‌است.
گریدهای استاندارد ASTM A320
| L7 Alloy steel | AISI 4140/4142 Quenched and tempered |
|---|---|
| L43 Alloy steel | AISI 4340 Quenched and tempered |
| B8 Class 1 Stainless steel | AISI 304, carbide solution treated |
| B8M Class 1 Stainless steel | AISI 316, carbide solution treated |
| B8 Class 2 Stainless steel | AISI 304, carbide solution treated, strain hardened |
| B8M Class 2 Stainless steel | AISI 316, carbide solution treated, strain hardened |
خواص مکانیکی استاندارد ASTM A320
| Grade | Diameter | Tensile, ksi, min | Yield, ksi, min | Charpy Impact 20-ft-lbf @ temp | Elong, %, min | RA, %, min |
|---|---|---|---|---|---|---|
| L7 | Up to 21⁄2 | 125 | 105 | -150° F | 16 | 50 |
| L43 | Up to 4 | 125 | 105 | -150° F | 16 | 50 |
| Class 1: BC, B8C, B8M, B8P, B8F, B8T, B8LN, B8MLN | All | 75 | 30 | N/A | 30 | 50 |
| Class 1A: B8A, B8CA, B8MA, B8PA, B8FA, B8TA, B8LNA, B8MLNA | All | 75 | 30 | N/A | 30 | 50 |
| Class 2: B8, B8C, B8P, B8F, B8T | Up to 3⁄4 | 125 | 100 | N/A | 12 | 35 |
| 7⁄8 - 1 | 115 | 80 | N/A | 15 | 35 | |
| 11⁄8 - 11⁄4 | 105 | 65 | N/A | 20 | 35 | |
| 13⁄8 - 11⁄2 | 100 | 50 | N/A | 28 | 45 | |
| Class 2: B8M | Up to 3⁄4 | 110 | 95 | N/A | 15 | 45 |
| 7⁄8 - 1 | 100 | 80 | N/A | 20 | 45 | |
| 11⁄8 - 11⁄4 | 95 | 65 | N/A | 25 | 45 | |
| 13⁄8 - 11⁄2 | 90 | 50 | N/A | 30 | 45 |
خواص شیمیایی ASTM A320
| Element | L7 (AISI 4140) | L43 (AISI 4340) | B8 (AISI 304) | B8M (AISI 316) |
|---|---|---|---|---|
| Carbon | 0.38 - 0.48% | 0.38 - 0.43% | 0.08% max | 0.08% max |
| Manganese | 0.75 - 1.00% | 0.75 - 1.00% | 2.00% max | 2.00% max |
| Phosphorus, max | 0.035% | 0.035% | 0.045% | 0.045% |
| Sulfur, max | 0.040% | 0.040% | 0.030% | 0.030% |
| Silicon | 0.15 - 0.35% | 0.15 - 0.35% | 1.00% max | 1.00% max |
| Chromium | 0.80 - 1.10% | 0.70 - 0.90% | 18.0 - 20.0% | 16.0 - 18.0% |
| Nickel | 1.65 - 2.00% | 8.0 - 11.0% | 10.0 - 14.0% | |
| Molybdenum | 0.15 - 0.25% | 0.20 - 0.30% | 2.00 - 3.00% |
استانداردهای هم مصرف ASTM A320
| Grade | Nuts | Washers |
|---|---|---|
| L7 | A194 Grade 4 or 7 | F436 |
| L43 | A194 Grade 4 or 7 | F436 |
| B8 Class 1 | A194 Grade 8 | SS304 |
| B8M Class 1 | A194 Grade 8M | SS316 |
| B8 Class 2 | A194 Grade 8 | SS304 |
| B8M Class 2 | A194 Grade 8M | SS316 |
| Strain hardened nuts available as a supplementary requirement | ||
تفاوت اصلی با A193: چقرمگی در سرما
فولاد در دمای پایین رفتار متفاوتی دارد. با کاهش دما، فولاد از حالت شکل‌پذیر به حالت ترد گذر می‌کند؛ یعنی به‌جای اینکه پیش از شکست تغییر شکل بدهد، ناگهان می‌شکند. در اتصال تحت فشار، شکست ناگهانی پیامد جدی دارد.
به همین دلیل A320 چیزی را الزام می‌کند که A193 نمی‌کند: آزمون ضربه شارپی برای اثبات اینکه ماده در دمای سرویس هنوز چقرمگی کافی دارد.
گریدهای A320
| گرید | خانواده جنس | توضیح |
|---|---|---|
| L7 | فولاد آلیاژی کروم-مولیبدن | پرکاربردترین گرید سرویس سرد |
| L7M | همان L7 با سختی کنترل‌شده | جایی که سقف سختی هم الزام شده |
| L43 | فولاد آلیاژی نیکل‌دار | برای قطرهای بزرگتر و دماهای پایین‌تر |
| B8 کلاس ۱ و ۲ | استنلس آستنیتی ۳۰۴ | استنلس آستنیتی در سرما ترد نمی‌شود |
| B8M کلاس ۱ و ۲ | استنلس آستنیتی ۳۱۶ | مقاومت بیشتر به کلراید |
نکته‌ای که ارزش دانستن دارد: استنلس آستنیتی ساختار بلوری‌ای دارد که در سرما ترد نمی‌شود. به همین دلیل گریدهای B8 و B8M هم در A193 (دما بالا) و هم در A320 (دما پایین) دیده می‌شوند — همان جنس، در دو سر طیف دما قابل استفاده است.
| قطر | دور در اینچ | سری رزوه |
|---|---|---|
| 1/2 | 13 | UNC |
| 5/8 | 11 | UNC |
| 3/4 | 10 | UNC |
| 7/8 | 9 | UNC |
| 1 | 8 | UNC |
| 1-1/8 | 8 | 8UN |
| 1-1/4 | 8 | 8UN |
| 1-3/8 | 8 | 8UN |
| 1-1/2 | 8 | 8UN |
قاعده‌ی رزوه: UNC تا یک اینچ، 8UN بالاتر از آن
این یکی از آن قاعده‌هایی است که در سفارش اشتباه می‌شود. در اتصالات این خانواده:
- قطرهای ۱/۲ تا ۱ اینچ با رزوه UNC (درشت یکنواخت) تولید می‌شوند.
- قطرهای بالاتر از ۱ اینچ با سری 8UN یعنی ثابت هشت دور در اینچ.
یعنی از ۱⅛ اینچ به بالا، گام رزوه دیگر با قطر تغییر نمی‌کند و روی هشت دور در اینچ ثابت می‌ماند. اگر برای یک استاد ۱¼ اینچی رزوه‌ی UNC بخواهید، آنچه در استاندارد تعریف شده نیست و مهره‌ی استاندارد روی آن نمی‌رود.
کجا A320 لازم می‌شود؟
- واحدهای مایع‌سازی گاز طبیعی و خطوط LNG
- سیستم‌های برودتی و مخازن کرایوژنیک
- واحدهای فرآیندی با سیالات سرد
- تجهیزات در اقلیم بسیار سرد که دمای طراحی پایین است
مهره‌ی متناظر هم باید برای سرویس سرد مناسب باشد؛ انتخاب گرید مهره را مدارک پروژه تعیین می‌کند.
استانداردهای همراه
یک استاد بولت یا مهره فقط با یک شماره‌ی استاندارد تعریف نمی‌شود؛ چند سند با هم مشخصات کامل را می‌سازند:
| سند | چه چیزی را تعیین می‌کند |
|---|---|
| ASTM A193 / A194 / A320 | جنس، عملیات حرارتی، خواص مکانیکی و الزامات آزمون |
| ASTM A962 | الزامات مشترک همه‌ی اقلام بولتینگ: بازرسی، نمونه‌برداری، گواهی و علامت‌گذاری |
| ASME B18.31.2 | هندسه استاد بولت: طول، انتهاها، رواداری |
| ASME B18.2.2 | هندسه مهره سنگین شش‌گوش |
| ASME B1.1 | رزوه یکنواخت اینچی: UNC و سری 8UN |
تردی در سرما: پدیده‌ای که این مشخصه برای آن نوشته شده
فولاد کربنی و بسیاری از فولادهای آلیاژی یک رفتار دارند که در دمای اتاق دیده نمی‌شود: با پایین رفتن دما، از حالت شکل‌پذیر به حالت ترد منتقل می‌شوند.
تفاوت این دو حالت در شکل شکست است:
- شکست شکل‌پذیر با تغییر شکل محسوس همراه است — قطعه کشیده می‌شود، باریک می‌شود و بعد پاره می‌شود. یعنی هشدار می‌دهد.
- شکست ترد ناگهانی است و بدون تغییر شکل قابل توجه اتفاق می‌افتد. ترک با سرعت بالا منتشر می‌شود و هیچ فرصتی برای مشاهده یا واکنش نمی‌دهد.
در تجهیزات کرایوژنیک — گاز مایع، اکسیژن و نیتروژن مایع، صنایع سرمایشی — این تفاوت مستقیماً یک مسئله‌ی ایمنی است. و به همین دلیل معیار پذیرش در این مشخصه، چقرمگی ضربه‌ای در دمای کار است، نه استحکام کششی در دمای اتاق.
چرا استنلس آستنیتی در سرما مستثناست
یک استثنای مهم وجود دارد: فولادهای آستنیتی این گذار تردی را نشان نمی‌دهند و چقرمگی‌شان را تا دماهای بسیار پایین حفظ می‌کنند.
دلیلش ساختار بلوری است؛ ساختار آستنیتی سازوکار تغییر شکلی دارد که با پایین آمدن دما قفل نمی‌شود. به همین دلیل بخشی از گریدهای این مشخصه بر پایه‌ی استنلس آستنیتی تعریف شده‌اند.
مهره و واشر در اتصال سرد
یک خطای رایج: انتخاب دقیق پیچ برای دمای پایین و سپس استفاده از مهره‌ی معمولی. مهره هم در همان دما کار می‌کند و همان تردی را تجربه می‌کند.
- مهره باید از مشخصه‌ی متناظر دمای پایین انتخاب شود — در نظام ASTM، گریدهای متناظر در ASTM A194 برای این کاربرد تعریف شده‌اند.
- واشر هم همین‌طور، اگر بخشی از مسیر بار است.
- و ضریب انبساط حرارتی اجزا باید سازگار باشد؛ در چرخه‌ی سرد و گرم شدن، اختلاف انبساط پیش‌بار را جابه‌جا می‌کند.
سوالات متداول
ASTM A320 برای چه کاربردی است؟
بولتینگ سرویس دمای پایین، مثل خطوط LNG و تجهیزات برودتی.
تفاوت L7 و B7 چیست؟
L7 آزمون ضربه شارپی را گذرانده تا چقرمگی‌اش در سرما اثبات شود. در سرویس سرد B7 جایگزین L7 نمی‌شود.
چرا استنلس در هر دو استاندارد دیده می‌شود؟
چون استنلس آستنیتی در سرما ترد نمی‌شود و در دمای بالا هم قابل استفاده است.
L7M چه تفاوتی با L7 دارد؟
سختی کنترل‌شده دارد، برای جایی که علاوه بر سرویس سرد، سقف سختی هم الزام شده است.
رزوه A320 چه سری‌ای است؟
مثل A193: تا یک اینچ UNC و بالاتر از آن سری 8UN.
معیار پذیرش برای پیچ دمای پایین چیست؟
چقرمگی ضربه‌ای در دمای کار، نه استحکام کششی در دمای اتاق. گواهی باید نتیجه‌ی آزمون ضربه در همان دما را داشته باشد.
چرا شکست ترد خطرناک‌تر است؟
چون بدون تغییر شکل محسوس و ناگهانی اتفاق می‌افتد؛ برخلاف شکست شکل‌پذیر، هیچ هشداری نمی‌دهد.
چرا استنلس آستنیتی در سرما ترد نمی‌شود؟
به دلیل ساختار بلوری‌اش، که سازوکار تغییر شکلش با پایین آمدن دما قفل نمی‌شود. در عوض استحکامش از گریدهای آلیاژی کمتر است.
مهره را هم باید از همین رده انتخاب کرد؟
بله. مهره در همان دما کار می‌کند و همان تردی را تجربه می‌کند؛ گریدهای متناظر در ASTM A194 تعریف شده‌اند.