Аустенитная нержавеющая сталь

Нержавеющий крепеж получил свое название от нержавеющей стали, используемой для его производства. В соответствии с современным международным стандартом ISO 3506 и его российским аналогом ГОСТ Р ИСО 3506, при изготовлении крепежа используются три класса нержавеющей стали: аустенитная, мартенситная и ферритная. Марки нержавеющей стали, содержащиеся в каждом из этих классов, имеют различия в своем химическом составе, характеристиках и условиях использования в агрессивных средах. Для большей их части фиксируется существование аналогичных марок из широко применяемых национальных стандартов: российский ГОСТ, немецкий DIN, американский AISI. Все данные марки определяются в качестве взаимозаменяемых в процессе подбора крепежных изделий.

Аустенитная сталь является наиболее популярным и универсальным классом нержавеющей стали. Благодаря концентрации в материале таких химических элементов как хром и никель он может хорошо противостоять коррозионным процессам в морской воде, щелочах, кислотах и других агрессивных средах, а данный класс нержавейки теряет магнитную характеристику. Если в нержавеющей стали присутствует титан и ниобий, то она называется стабилизированной. Это определяет структуру стали в качестве стабилизированной и не подвергающейся межкристаллической коррозии, возникающей, например, в агрессивных средах при высоких температурах. Аустенитная сталь используется во многих отраслях, в зависимости от определенных марок, являющихся составляющими данного класса.

Марки аустенитной стали

Марка А1

Повышенное содержание серы определяет эту марку в качестве материала с меньшей стойкостью к коррозии по сравнению с остальными. Однако ее основные преимущества заключаются в высокой износостойкости и твердости. Она служит в качестве материала для изготовления элементов для машиностроительной отрасли или соединений подвижного типа (штифтов, шплинтов, шайб обычных и пружинных, некоторых саморезов). Предназначением крепежа из марки А1 является эксплуатация в средах, характеризующихся сухостью и слабой агрессивностью. Необходимо учитывать недостаточность устойчивости к коррозии в кислотах или средах, содержащих хлор (морской воде, бассейнах и др.).

Марка А2

Является наиболее распространенным и универсальным видом нержавеющей стали, которая имеет название «пищевая сталь». Такое название обусловлено ее популярностью в процессе производства приборов для столовой и посуды. Данный вид нержавейки может применяться во влажных помещениях, в воде, на улице, в определенных видах щелочей и кислот, имеющих низкую концентрацию. Марка стали не может использоваться в высоких концентрациях солей или кислот. Сферой применения являются пищевая, машиностроительная промышленности и приборостроение.

Марка А3

В качестве ее основания выступает марка стали А2. Химический состав может состоят также из титана, ниобия или тантала, что обусловливает повышение коррозионной стойкости при температурах, превышающих 350°C, в которых А2 может характеризоваться появлением признаков коррозии. Крепеж из марки А3 не имеет достаточной распространенности в связи с тем, что актуальность ее применения возникает исключительно при высоких температурных показателях, где в большем количестве используются крепежи из мартенситных жаропрочных сталей.

Марка А4

Отличается по структуре от марки А2 наличием в ней молибдена, существенно повышающего стойкость к коррозии в кислотах и средах, содержащих хлорный элемент (морской воде, бассейнах). По всем другим параметрам эти марки имеют аналогию между собой, поэтому крепеж, изготовленный из марки А4, может стать заменой крепежу из марки А2. Также он может применяться в отрасли с эксплуатационными условиями более агрессивного характера: судостроении, химической, бумажной, атомной промышленности, нефтегазовой отрасли. Стали марки А4 получили название кислотоупорных.

Марка А5

Показатели этой стали являются самыми лучшими среди всех марок аустенитного класса. Химический состав А5 может быть дополнен титаном, ниобием или танталом. Это способствует существенному повышению коррозионной стойкости при температурах, превышающих 350°C, где обычные марки А4 могут характеризоваться появлением признаков коррозии и снижением прочности. Выпуск крепежа осуществляется исключительно в закаленном виде и представляет собой наиболее дорогую и редкую замену марки А4.

Прочностные характеристики нержавеющей стали

Изделия, выполненные из нержавеющей стали, аналогично изделиям из углеродистой стали, характеризуются определением его посредством так называемых классов прочности и классов твердости. Регламентация прочности у нержавеющих крепежных изделий осуществляется в соответствии с международной стандартной нормой ISO 3506 (ГОСТ Р ИСО 3506 в РФ).

Прочностные характеристики нержавеющих болтов, винтов и шпилек

Маркировка, наносимая на изделия, позволяет быстро определить материал и класс прочности.

Прочностные характеристики нержавеющих гаек

Категория низких гаек включает модели гаек с высотой, варьирующейся в диапазоне от 0.5D до 0.8D (при этом первое значение включается в диапазон, а второе нет), где D является диаметром резьбы гайки. Обычные гайки определяются в качестве гаек с высотой от 0.8D (включительно).

В табличных данных пробная нагрузка определяется в качестве безопасной нагрузки, снятие которой не приводит к образованию остаточной деформации у гайки. Низкие гайки имеют меньший показатель данного параметра по сравнению с обычными гайками.

Производство маркировки класса прочности и марки нержавейки осуществляется по аналогии с болтами из нержавеющих материалов. Также можно говорить о маркировке материалов гаек в альтернативном варианте, предусматривающей совершение среза (бороздок) на кромках, размещенных по сторонам. А2 – является одним рядом бороздок, А4 – двумя рядами.

Прочностные характеристики нержавеющих установочных винтов

В указаниях прочностных характеристик монтажных винтов, изготовленных из нержавеющей стали, не подлежит применению такое понятие как класс прочности. В качестве основного механического параметра выступает класс твердости. Маркировать установочные винты не обязательно, в связи с отсутствием необходимого поверхностного участка для нанесения обозначения в наиболее частых случаях. Распознавание марки и класса твердости без требуемой документации станет чрезвычайно сложной задачей.

Стойкость к коррозии нержавеющей стали

Способность к сохранению антикоррозионных характеристик у нержавеющей стали имеется только в случае наличия кислорода, который способствует образованию на поверхности нержавейки защитного оксидного слоя хрома (оксидной пленки хрома). Данный слой характеризуется способностью изолирования металлической поверхности и препятствует воздействию стали с агрессивными веществами. Наличие кислорода всегда приводит к самовосстановлению слоя, однако в результате повреждения или разрушения оксидного хромового слоя происходит коррозионный процесс. Коррозия нержавеющей стали может быть нескольких видов.

Щелевая коррозия

Данная коррозия производится в зазорах, имеющихся между нержавейкой и каким-нибудь материалом, таким как уплотнитель, прокладки и др. Неплотный контакт или сильная шероховатость поверхности может приводить к проникновению агрессивного вещества в зазоры. Можно говорить об ограниченности доступа кислорода в подобные места и уничтожению защитного оксидного слоя нержавейки без возможности восстановления в самостоятельной форме. Окисление поверхности металла произойдет под влиянием агрессивного вещества, что приведет к наступлению коррозии, в результате чего, в свою очередь, появится ржавчина на поверхности, при этом нержавейка будет разрушаться в дальнейшем. Рисков появления щелевой коррозии будет тем меньше, чем ровнее будет поверхность изделий и чем меньших размеров будет имеющийся между ними зазор. Нередко может наблюдаться у крепежных изделий, которые эксплуатируются в морской воде, скорость течения и отсутствие кислорода в которой может стать причиной ускорения процессов щелевой коррозии.

Питтинговая (точечная) коррозия

Возникновение данного вида коррозии фиксируется в наиболее частых случаях в связи с повреждением поверхности нержавеющей стали, что приводит к повреждению защитного оксидного слоя. Результатом взаимодействия между незащищенной поверхности нержавейки и средой станет образование точек или пятен темного цвета. При отсутствии удаления первых коррозионных признаков произойдет образование пятнами ржавых язв с дальнейшим поверхностным разрушением. Кроме того, возникновение питтинговой коррозии может иметь причиной неоднородную характеристику структуры материала или наличие в последнем определенных вкраплений иных веществ, что нередко можно встретить при нарушении производственной технологии. Данный вид коррозии также может быть спровоцирован повышенной пористостью структуры, сильной шероховатостью и наличием окалин. Процессы протекания такой коррозии будут заметно ускорены повышением температурных показателей.

Важной характеристикой любого металла является определенный уровень его электрического потенциала. Появление токопроводящей среды между металлами приводит к возникновению тока между ними, что определяется появлением заряженных частиц от одного металла к другому. При этом будет фиксироваться медленное или быстрое разрушение металла, отдающего электроны, и отсутствие подверженности изменениям у другого металла. Это все образует гальванические пары, которые могут быть допустимыми и недопустимыми.

В допустимых гальванических парах фиксируется реакция чрезвычайно малой силы и низкой скорости, в недопустимых - реакция быстро ведет высокоскоростному разрушению одного из металлов. Что касается нержавеющих крепежных изделий, то их использование не допускается в конструкциях, характеризующихся возможностью появления гальванической пары с медью и медными сплавами. При этом будет фиксироваться высокоскоростное образование ржавчины поверхностными слоями нержавейки в такой паре.

Еще одна рекомендация заключается в применении нержавеющей стали вместе с алюминием, однако относится она только к использованию двух материалов в воде или влажной среде. В связи с повышением температуры может быть увеличена скорость процессов, которые происходят в гальванических парах, результатом чего может стать усугубление течения коррозионного процесса.

Проверка нержавеющего крепежа с помощью магнита

Характеристикой изделий, выполненных из аустенитной стали, может стать их магнитное свойство. Притягивание магнита к изделиям А1-А5 говорит о невысоком качестве материала. Это самое определяется также международным стандартом ISO 3506 (ГОСТ Р ИСО 3506 в РФ). В соответствии с данным стандартом, все крепежные изделия, для выполнения которых используются аустенитные нержавеющие стали, при нормальных условиях имеют статус немагнитных, однако холодное деформирование или другая механическая обработка может привести к возникновению определенных магнитных характеристик. В качестве свойства каждого материала выступает способность намагничивания, что может использоваться и к нержавеющим сталям. Как известно, полностью немагнитным считается только вакуум.