Stålet och EN ISO 898-1:2009 del 1

Stålet är det allra viktigaste av våra metalliska material och används i väldigt många sammanhang. Det produceras årligen cirka 1 527 000 000 000 kg stål i världen. Stål är världens mest återvunna material, en tredjedel av världens stålproduktion bygger på skrotåtervinning. De länder som producerar mest stål är Kina (46 %), Japan (7 %) och USA (6 %). EU producerar tillsammans 12 %. Stål utvecklas ständigt och är ett högteknologiskt material.

Råjärn
Stål är en legering där den största baskomponenten är järn. Tillverkning av stål sker på olika sätt, dels i masugnsprocesser där järnmalm och kol används, dels i stålverk som använder återvunnet skrot som grund. Mest järnmalm utvinns det i Australien och Brasilien.

I järnmalmen är järnet bundet till syre. För att omvandla järnmalm till råjärn i masugnen måste syret i malmen tas bort. Ett reduktionsmedel tillsättas i form av koks och injektionskol som förenar sig med syret under hög temperatur. I masugnens inre är temperaturen upp till 2 200°C.

Bränd kalk tillsätts för att samla upp kisel och andra oönskade ämnen. Kisel är rester från det gråberg som omgivit järnmalmen. När råjärnet tappas, tas i ett första steg svavlet bort genom att magnesiumoxid eller kalciumkarbid tillsätts smältan. Råjärnet innehåller cirka 4.5 procent kol, 0.1 procent svavel och 0.5 procent kisel. Normalt går det åt 1500 kg järnmalm och ca 450 kg koks för att producera 1000 kg råjärn.

Stålframställning
Råjärnet omvandlas till stål när man blåser syrgas mot det smälta råjärnet som då förenar en del av sitt kol med syrgasen. Råjärn med mindre än 1.7 procent kol är smidbart stål. Till råjärnet tillsätts även skrot. Skrotet tillsätts primärt för att kyla smältan vars temperatur stiger kraftigt när syrgasen reagerar med bland annat kol och kisel.

Stålet finjusteras sedan i sin kemiska sammansättning och temperatur. Olika kolhalter och legeringar används som t.ex. niob, mangan, titan, bor och aluminium för att uppnå önskad styrka och formbarhet. Stålet kan också genomgå vakuumrening för extremt hög renhet, t ex väterening och kväverening. Analysgränserna är mycket snäva och toleranserna små. Varje stålsort har ett unikt recept som måste följas exakt.

Det gäller att stålet har exakt rätt egenskaper för att kunna fungera i den slutliga produkten, noggrannheten räknas i hundradelar av procent. De höghållfasta stålen får sin styrka dels genom tillsats av legeringsämnen, dels genom tillverkningsmetoderna som t.ex. härdning i sekundsnabba kyl-processer. Vissa känsliga stålämnen kräver långsam kylning i en jämn takt och får då svalna under speciella huvar.

I allt stål ingår låga halter av kol. Den slutgiltiga kolhalten kan variera från 1 procent för mycket hårda kolstål till endast några hundradelar i stål med ultralåg kolhalt. Sådana stålsorter blir mjuka och formbara. Kolstål är magnetiskt.

Om stålet innehåller mycket krom och nickel blir det motståndskraftigt mot rost, s.k. rostfritt stål. Andra ämnen kan också tillsättas för att ge stålet särskilda egenskaper. Kisel i stål påverkar de magnetiska egenskaperna s.k. kiselstål, används t.ex. i transformatorer.

Allt råstål gjuts till ämnen genom stränggjutning. Stränggjutning är en process för att omvandla det 1 600 °C heta flytande stålet till hanterbara ämnen. Stål går att forma plastiskt i både kallt och varmt tillstånd.

Varje stålämne får ett ”personnummer” och är då en noggrant registrerad individ avsett för en viss slutprodukt. Prover på stålet tas genom hela produktionskedjan och till sist även på stålämnet.

Vad är ett klass 8.8 material?
En skruv eller pinnskruv i klass 8.8, 10.9 eller 12.9 kan tillverkas av vilket material som helst förutsatt att materialet möter min. kraven som anges i relevant ISO-standard. Var uppmärksam på att enligt EN ISO 898-1:2009 del 1, skall skruvar och pinnskruvar för att uppfylla kraven endast utvärderas i en omgivandetemperatur på mellan 10 0C till 35 0C. Det innebär att vid förhöjda eller låga temperaturer uppfylls inte de angivna egenskaperna.

För klass 12.9 uppmanar standarden till försiktighet vid val av tillverkare, se not (i)

För skruvar eller pinnskruvar som skall vara i varmförzinkat utförande, gäller de material krav som anges i ISO 10684. Slagseghets test utförs endast om produktstandarden föreskriver det eller om tillverkare och köpare så har överenskommit.

EN ISO 898-1:2009 omfattar skruvar och pinnskruvar med metrisk ISO-gänga med grov delning från M1,6 till M39 samt för metrisk ISO-gänga med fin delning från M8x1 till M39x3

Vissa typer av skruvar kan inte uppfylla kraven på drag- eller vridhållfasthet enligt denna del av ISO 898-1 beroende på huvudets form som minskar skjuvarean i huvudet jämfört med spänningsarean hos gängan som t.ex. skruvar med lågthuvud eller försänkt huvud.

Standarden anger ej krav på svetsbarhet, korrosionsbeständighet, motstånd mot skjuvspänning, utmattningsmotstånd, vridmoment/klämkraft prestanda samt förmågan att motstå låga och förhöjda temperaturer.

Klass 8.8 f
Carbon steel with additives (e.g. Boron or Mn or Cr) quenched and tempered.

Chemical composition limits (check analysis %) a

Tempering temp.

C min C max P max S max B b) max 0C min
0.15 e 0.40 0.025 0.025 0.003 425

Carbon steel quenched and tempered

Chemical composition limits (check analysis %) a

Tempering temp.

C min C max P max S max B b) max 0C min
0.25 0.55 0.025 0.025 0.003 425

Alloy steel quenched and tempered g

Chemical composition limits (check analysis %) a

Tempering temp.

C min C max P max S max B b) max 0C min
0.20 0.55 0.025 0.025 0.003 425

”a) In case of dispute, the product analysis applies.”
”b) Boron content can reach 0.005 %, provided that non-effective boron is controlled by addition of titanium and/or aluminum.”
”e) In case of plain carbon boron steel with a carbon content below 0.25 % (cast analysis), the minimum manganese content shall be 0.6 % for property class 8.8 and 0.7 % for 9.8 and 10.9.”
”f) For the materials of these property classes, there shall be a sufficient harden ability to ensure a structure consisting of approximately 90 % martensite in the core of the threaded sections for the fasteners in the ”as-hardened” condition before tempering.”
”g) This alloy steel shall contain at least one of the following elements in the minimum quantity given: chromium 0.30 %, nickel 0.30 %, molybdenum 0.20 %, vanadium 0.10 %. Where elements are specified in combinations of two, three or four and have alloy contents less than those given above, the limit value to be applied for steel class determination is 70 % of the sum of the individual limit values shown above for the two, three or four elements concerned.”

Klass 10.9 f
Carbon steel with additives (e.g. Boron or Mn or Cr) quenched and tempered.

Chemical composition limits (check analysis %) a

Tempering temp.

C min C max P max S max B b) max 0C min
0.20 e 0.55 0.025 0.025 0.003 425

Carbon steel quenched and tempered

Chemical composition limits (check analysis %) a

Tempering temp.

C min C max P max S max B b) max 0C min
0.25 0.55 0.025 0.025 0.003 425

Alloy steel quenched and tempered g

Chemical composition limits (check analysis %) a

Tempering temp.

C min C max P max S max B b) max 0C min
0.20 0.55 0.025 0.025 0.003 425

”a) In case of dispute, the product analysis applies.”
”b) Boron content can reach 0.005 %, provided that non-effective boron is controlled by addition of titanium and/or aluminum.”
”e) In case of plain carbon boron steel with a carbon content below 0.25 % (cast analysis), the minimum manganese content shall be 0.6 % for property class 8.8 and 0.7 % for 9.8 and 10.9.”
”f) For the materials of these property classes, there shall be a sufficient harden ability to ensure a structure consisting of approximately 90 % martensite in the core of the threaded sections for the fasteners in the ”as-hardened” condition before tempering.”
”g) This alloy steel shall contain at least one of the following elements in the minimum quantity given: chromium 0.30 %, nickel 0.30 %, molybdenum 0.20 %, vanadium 0.10 %. Where elements are specified in combinations of two, three or four and have alloy contents less than those given above, the limit value to be applied for steel class determination is 70 % of the sum of the individual limit values shown above for the two, three or four elements concerned.”

Klass 12.9 f,h,i
Alloy steel quenched and tempered g

Chemical composition limits (check analysis %) a

Tempering temp.

C min C max P max S max B b) max 0C min
0.30 0.50 0.025 0.025 0.003 425

”a) In case of dispute, the product analysis applies.”
”b) Boron content can reach 0.005 %, provided that non-effective boron is controlled by addition of titanium and/or aluminum.”
”f) For the materials of these property classes, there shall be a sufficient harden ability to ensure a structure consisting of approximately 90 % martensite in the core of the threaded sections for the fasteners in the ”as-hardened” condition before tempering.”
”g) This alloy steel shall contain at least one of the following elements in the minimum quantity given: chromium 0.30 %, nickel 0.30 %, molybdenum 0.20 %, vanadium 0.10 %. Where elements are specified in combinations of two, three or four and have alloy contents less than those given above, the limit value to be applied for steel class determination is 70 % of the sum of the individual limit values shown above for the two, three or four elements concerned.”
”h) A metallographically detectable white phosphorus enriched layer is not permitted for property class 12.9/12.9. It shall be detected by a suitable test method.
”i) ”Caution is advised when the use of property class 12.0/12.9 is considered. The capability of the fastener manufacturer, the service conditions and the wrenching methods should be considered. Environments may cause stress corrosion cracking of fasteners as processed as well as those coated.”