強度区分は、それが低温に耐えるかどうかを教えてくれません

あの性能は何度で測られたのか

ISO 898-1 の機械的性質は 10 から 35 °C のあいだで測定されます。 そして規格自身が、合格したファスナがそれより高い温度や低い温度でその性質を保つとはかぎらない、と明記しています。 ですから「これは本物の 10.9 です」が語っているのは、室温での試験結果です。

その条には前提が三つあります

衝撃の要求は本当に存在します。けれども三つの門で塞がれていて、 その三つこそが、ふつうの購買でこの条がほとんど見えない理由です。

1. 条件付きです。関連する製品規格が要求するか、製造者と購入者が合意したときにだけ行われます。
2. 寸法の下限があります。試験片は完成品から削り出さねばならず、ファスナは d ≥ 16 mm、全長 55 mm 以上でなければなりません。 M16 より小さいと標準試験片がそもそも切り出せないことが多く、 ですから小さなねじの大半は、やりたくてもこの条に乗りません。
3. 12.9 には数値がありません。表 3 の 12.9 の欄は under investigation（調査中）と記されています。 いちばん高いあの常用区分こそが、規格が数字を出してくれない区分なのです。

鋼がなぜもろくなるのか、正確に

フェライト系の鋼には延性–脆性遷移があります。温度が下がると転位の運動が難しくなり、 へき開破壊がより低い応力で勝てるようになります。面心立方のオーステナイト系ステンレスには、ふつうその急な遷移がありません。

よくある単純化に二つ訂正を。第一に、 ⚠️ 熱処理されたボルトは単純な「BCC の鋼」ではありません。 8.8、10.9、12.9 の多くは焼戻しマルテンサイトで、厳密には体心正方（BCT）ですし、 パーライトは二相、ベイナイトは多相の組織です。第二に、 ⚠️ 遷移温度は材料定数ではありません。 どう定義するかで数字が変わり——エネルギーのしきい値、破面の 50% せん断、横膨脹量、どれで決めるかで違います—— さらに成分、結晶粒とパケットの大きさ、組織、切欠きの鋭さ、試験片の厚さ、負荷速度、 採取方向、前の冷間加工で動きます。

では 12.9 は低温で 8.8 より危ないのか

傾向としてはふつうそうですし、規格自身の伸びの数字に見えています—— 8.8 がおよそ 12%、10.9 が 9%、12.9 が 8%。 塑性の余裕が小さいほど、き裂、切欠き、水素の問題、熱処理の異常に対する許容は小さくなります。 それは区分の数字が実際に何と引き換えなのかの下にあるのと同じ取引です。

⚠️ けれどもそれは傾向であって、並べ替えの規則ではありません。 ファスナを強度区分の順に並べたら遷移温度の順に並んだ、ということにはなりません。 成分、鋼の清浄度、結晶粒の大きさ、焼戻しの状態が順序をひっくり返しえますし、 低温での使用のために設計された合金鋼は、商用品質の 8.8 より靭いことがあります。

オーステナイト系がたいてい答えです。けれども本物の例外があります

ISO 3506-1 は、オーステナイト系ステンレスのボルト、ねじ、植込みボルトが −196 °C まで使えると述べています。⚠️ それは材料のレベルの情報であって、 あるロットが低温で認定されたという証拠ではありません。この区別は守る値打ちがあります。 上の強度区分の区別とまったく同じものだからです。

そして「オーステナイトはもろくならない」は言い過ぎです。靭性は 冷間加工で下がりえますし、304 や一部の 316 のような準安定な区分は、 冷間加工や変形で α′ マルテンサイトを生じえます。 水素環境はオーステナイト鋼も脆化させますし、溶接継手では 酸化物の介在物と δ フェライトが極低温での破壊靭性を大きく下げることがあります。 σ 相、熱時効、鋭敏化も同じです。

強度はまた別の問題です——オーステナイト系の区分は 10.9 の同格の代替ではなく、 だからこそA2／A4 の表示にはもう一つ強度の数字が付くのです。

低温を本当に扱っているのは、別の種類の仕様書です

低温が本当に効くとき、答えは強度区分ではなくボルト材料の仕様書です。

この表には罠が二つあります。⚠️ L7M は硬さを制限した区分であって「L7 より低温用」ではありません—— 主に酸性環境のために存在していて、しかも試験温度はより高いのです。 もう一つ、⚠️ B8 とだけ書いたのでは指定になっていません。Class 1、1A、あるいは加工硬化の 2 まで書きます。 A320 が d ≤ 12.5 mm のボルトの衝撃試験を、 補足要求を別に指定しないかぎり免除していることにも注意してください。

では何度から心配し始めればよいのか

⚠️⚠️ すべてのファスナに当てはまるしきい温度はありませんし、 自分で一つこしらえることが、この頁でいちばん危険な行いです。 しきい値は特定の設備の特定の規格のなかにあります。いちばんはっきりした例が EN 1515-4 の圧力設備フランジ用ファスナです。 最低金属温度が −10 °C 以上なら室温で 40 J、 −10 °C を下回るなら 40 J かつ試験温度が金属温度以下、 −160 °C を下回るなら −196 °C で試験。 それは圧力設備フランジ用ファスナの規則であって、すべてのボルトの通則ではありません。

台湾の低温物流が実際に出会う温度も添えておきます。冷蔵食品は 7 °C 以下、 冷凍は −18 °C 以下、急速凍結の設備は −40 °C 以下まで下がりえます。 ⚠️ それらは食品の温度であって、あなたのファスナの最低設計金属温度ではありません—— 蒸発器のそばの金属、除霜のサイクル、外に露出した部材は、どれも別のところにいます。

もう一方の端は附属書 B にあり、そしてその附属書は参考です

この頁は寒さの話です。熱いほうの端は、同じ規格の附属書 B にあります。 そして目次でそれは (informative) と記されています——参考であって、規定ではありません。 当サイトは今回 ISO 898-1:2013 の全文を読んだので、その数行をここに直接置けます。

• 150 °C までの典型的な使用温度では、機械的性質の既知の劣化はありません。150 °C を超え最高 300 °C までは、附属書の言い方では機能上の性能は「注意深い検査によって確保されるべき」
• 温度が上がると下がるのは降伏強さ（または 0,2% 耐力）と引張強さで、しかも漸進的
• 高温での継続使用は応力緩和を生み、温度が高いほど顕著で、応力緩和は締付け力の流出を伴う
• 鉛を含む鋼では、使用温度が鉛の融点に近づくとき液体金属脆化（LME）に注意

この一族の文書が温度に引く線は、それぞれ違い、しかも違う場所に引かれています。

同じ −50 という起点から、四本の線が四つの場所へ引かれ、しかも身分が違います。 除外は規定で、参考の附属書はそうではありません。 図面に「耐熱 150 度」とだけ書いてどの文書に依るかを書かなければ、 届くものは供給者がどれを読むかで変わります。

この記事は手順 1、相手材を扱います。全体の順序は相手材、ねじ、頭部、駆動部、表面処理、書類で、これを崩すと微調整ではなく手直しになる理由はねじの決め方にあります。

よくある質問

ISO 898-1 は低温の靭性を規定しているのですか、いないのですか。

しています。ただし条件付きで、しかもこれは両方向に間違えられます。表 3 は 5.6、8.8、9.8、10.9 にシャルピー V ノッチ −20 °C で最低 27 J を定めています。けれどもその試験は製品規格が要求するか製造者と購入者が合意したときにだけ行われ、試験片は直径 16 mm 以上・長さ 55 mm 以上の完成品から削り出さねばならず、12.9 の欄は「調査中」です。ですから強度区分はそのロットが低温試験を受けたことを証明できませんが、規格が何も言っていないわけでもありません。

12.9 は低温で 8.8 より折れやすいですか。

傾向としてはふつうそうで、規格の伸びに見えています——8.8 がおよそ 12%、10.9 が 9%、12.9 が 8%。高い区分ほど塑性の余裕が小さく、き裂・切欠き・水素・熱処理の異常への許容も小さくなります。ただしそれは傾向であって並べ替えの規則ではありません。遷移温度は成分、鋼の清浄度、結晶粒とパケットの大きさ、焼戻しの状態によるので、低温使用のために設計された合金鋼が商用品質の 8.8 より良く振る舞うことがあります。

低温には A2 や A4 のステンレスをそのまま使えますか。

たいていは使えますし、ISO 3506-1 もオーステナイト系ステンレスのファスナが −196 °C まで使えると述べています。ただし但し書きが二つ。それは材料のレベルの情報で、あるロットが低温で認定された証拠ではありません。そしてオーステナイトは免疫ではありません——冷間加工は靭性を下げ、304 や一部の 316 のような準安定な区分は変形で α′ マルテンサイトを生じ、水素環境は脆化させ、溶接部の酸化物介在物や δ フェライトは極低温の破壊靭性を大きく下げることがあります。強度はまた別で、オーステナイト系は 10.9 の同格の代替ではありません。

何度から本気で扱う必要がありますか。

すべてのファスナを覆う単一のしきい値はなく、通用する値として出された数字はこしらえたものと見るべきです。しきい値は特定の設備の特定の規格のなかにあります。EN 1515-4 の圧力設備フランジ用ファスナでは、最低金属温度が −10 °C 以上なら室温で 40 J、−10 °C を下回るなら 40 J かつ試験温度が金属温度以下、−160 °C を下回るなら −196 °C で試験です。役に立つ問いは、この継手の最低設計金属温度はいくつか、そしてあなたが購買の根拠にしているその仕様書がその温度を扱っているか、です。

参考資料

• ISO 898-1:2013 —— 性能は 10–35 °C で測定；第 9.14 条の衝撃試験の条件；表 3 の KV 値
• ISO 3506-1:2020 —— 附属書 A.3、オーステナイト系ステンレスファスナの低温使用
• ASTM A320/A320M —— 低温用の合金鋼およびステンレス鋼ボルト材料
• EN 10269 —— 指定された高温および／または低温性能をもつファスナ用の鋼およびニッケル合金

ASTM A320 の条文の細部は 2022 年版と照合しました。現行の購買版は A320/A320M-26 ですので、正式な契約ではその版の原文で確認してください。EN 1515-4 のしきい値は圧力設備フランジ用ファスナにだけ当てはまり、ファスナ一般の通則ではありません。台湾の低温物流の温度は食品衛生と食肉処理場の関連法規から取ったもので、食品の温度であって最低設計金属温度ではありません。