Нержавеющий крепеж

Нержавеющий крепеж изготовлен из стали, которая обладает особым свойством — противостоять коррозии, причем не только при эксплуатации в помещении, но и в жестких условиях постоянной влажности и при воздействии агрессивных сред.

Отличные антикоррозионные свойства нержавеющая сталь приобретает благодаря специальной добавке в ее составе — хрому. Обычная углеродистая сталь под воздействием кислорода и влаги образует оксид железа (в простонародье — ржавчину). Однако сплав железа с хромом активно сопротивляется окислению и появлению кислотной коррозии.

Это свойство сплава с добавкой хрома было замечено учеными еще в первой половине 19 века, но патент на его изготовление и само название «нержавеющая сталь» было зарегистрировано лишь в 1912 году. После чего английский производитель ножей и вилок Р.Мосли рискнул опробовать новинку для изготовления столовых приборов. И не прогадал: на долгие годы «нержавейка» стала самой востребованной пищевой сталью.

Постепенно нержавеющая сталь покорила и другие сферы применения: конструкторы автомобилей, самолетов, кораблей оценили ее свойства и стали активно внедрять в промышленность. В современном мире вы не найдете производственной области, так или иначе не связанной с нержавейкой. И в первую очередь в различных областях используется крепеж из нержавеющей стали.

Крепежные метизы из нержавеющих марок стали стандартизированы. Российским стандартом является ГОСТ 5632-2014, который согласуется с международным ISO 3506.

В зависимости от способа обработки металла и химических добавок, которые определяют качества марок нержавеющей стали, крепеж можно разделить на 3 класса, а именно аустенитный, мaртeнcитный и ферритный.

Подробнее расскажем о том, что характерно для каждого класса стали и в каких случаях применяется нержавеющий крепеж, изготовленный из него.

Стабилизированная (аустенитная) сталь

Самая востребованная и широко применяемая - аустенитная сталь. Название образовано от слова «аустенит», что означает модификацию железа, которая идет с добавлением Cr (хрома) и Ni (никеля), а также элементов, улучшающих качество сплавов (например, титан, ниобий, сера, тантал и др).

Важным свойством, определяющим назначение аустенитной нержавейки, является высокая устойчивость к коррозии, несмотря на температурные или химические раздражители. Аустенитная сталь плохо магнитится, обладает высокой пластичностью (поддается гибке, вытяжке, сверлению), однако может уступать в прочности перед другими классами стали.

Самые популярные марки стали из аустенитного класса — А2 и А4.

Мартенситная сталь

Сталь названа в честь ученого Мартина Мартенса, который впервые описал игольчатую структуру сплава, возникающую в процессе закалки.

Нержавеющая сталь мартенситного класса не так стойко противостоит коррозии в жестких условиях, как аустенитная группа сталей. Но превосходит предыдущий класс по своей прочности и твердости. Мартенситную сталь трудно резать, гнуть и как-либо механически воздействовать на нее.

Для данных марок стали характерны высокие магнитные свойства. Среди них есть особо жаропрочные сплавы, которые не теряют свойства даже при температуре 550°C.

Ферритная сталь

Если сравнивать ферритную нержавеющую сталь с аустенитной, то она превосходит данный класс своей прочностью и проявляет магнитные свойства. Несомненным минусом является невысокая антикоррозионная стойкость.

В качестве примера возьмем марку F1: она используется в качестве аналога сплава А2 в том случае, если крепеж эксплуатируется в хлорной среде.

Как подобрать нержавеющий крепеж?

Рассказывая о классах стали, мы использовали названия марок из реестра международной классификации ISO 3506. Но чтобы купить крепеж, требуется ориентироваться в аналоговых марках, предписанных в национальных стандартах. Для России таким стандартом является ГОСТ, для Германии - DIN, для США - AISI.

Аналоги для аустенитного класса

А1 — 12Х18Н9 (по ГОCТ), 1.4305 (по DIN), 302 (по АISI)

A2 — 08Х18Н10; 04Х18Н10; 03Х18Н11; 06Х18Н11; 03Х18Н12 (по ГОCТ), 1.4301; 1.4306; 1.4303 (по DIN), 304; 304L; 305 (по АISI)

А3 — 08Х18Н10Т; 12Х18Н9Т; 12Х18Н10Т (по ГOCТ), 1.4541 (по DIN), 321 (по АISI)

A4 — 03Х17Н14М3 (по ГОCТ), 1.4401; 1.4404; 1.4436 (по DIN), 316; 316L; 319 (по АISI)

А5 — 08Х17Н13М2Т; 10Х17Н13М2Т; 10Х17Н13М3Т (по ГOCТ), 1.4571 (по DIN), 316Ti (по АISI)

Аналоги для мaртeнситнoгo клаccа

C1 — 12Х13; 20Х13 (по ГOCТ), 1.4006; 1.4021 (по DIN), 410; 420 (по AISI)

C3 — 20Х17Н2 (по ГOCТ), 1.4057 (по DIN), 410; 431 (по AISI)

C4 — 08Х17МН (по ГOCТ), 1.4104 (по DIN), 430F (по AISI)

Аналоги для ферритного класса

F1 — 12Х17 (по ГОCТ), 1.4016 (по DIN), 430 (по AISI)

Класс стали обозначается на самом крепежном изделии — на шляпке болта, винта или шпильки. Также на крепеже указывается класс прочности. Например, маркировка А2-70 говорит о том, что крепеж относится к аустенитному классу А2 и имеет класс прочности 70 с пределом прочности на разрыв минимум 700 Н/мм² (500МПа).

Аустенитные марки стали могут иметь прочность 50, 70, 80;

мартенситные марки — от 50 до 110;

ферритные марки - лишь 45, 60

Нержавеющие гайки маркируются аналогичным способом: на поверхности метиза обозначается марка стали и класс прочности.

Самые ходовые гайки А2 и А4 могут отмечаться бороздками на боковых частях: ряд насечек — гайка марки А2, два ряда насечек — гайка марки А4.

Сложнее всего определить на глаз характеристики прочности (а точнее для данного вида крепежа — твердости) у винтов, так как на этом крепеже негде поставить маркировку — вся наружная поверхность занята резьбой.

Несмотря на это установочные винты отличаются друг от друга классом твердости, которые должны быть обозначены в документации по шкале твердости Виккерса HV, Бринелю НВ или Роквелла.

Может ли ржаветь нержавейка?

Как бы это парадоксально ни звучало, но в редких случаях нержавейка может ржаветь. Дело в том, что хром в составе нержавеющей стали вступает в реакцию с кислородом, в результате чего появляется оксидная пленка. Она-то и защищает нержавейку от коррозии, не допуская контакта металла с агрессивными средами.

Защитный слой способен восстанавливаться снова и снова, пока есть контакт с кислородом. Но если доступа к кислороду нет, если есть значительные повреждения оксидной пленки — металл начинает ржаветь.

Рассмотрим несколько ситуаций, когда процесс коррозии может проявиться на нержавейке.

Щелевая коррозия.Представьте себе соединение: нержавеющая гайка и резиновая прокладка. Соединение постоянно находится в водной среде (если еще усложнить ситуацию — в морской воде).

В щель между прокладкой и нержавейкой попадает жидкость. А если поверхность метиза шероховатая, то агрессивная среда заполняет все неровности и остается там. Кислород в эти зазоры и так называемые щели практически не поступает. Оксидная пленка хрома теряет способность к восстановлению. В таких условиях запускается процесс коррозии и дальнейшее разрушение металла.

Чтобы максимально уберечь подобное соединение от коррозии, нужно выбрать нержавеющий крепеж с идеально гладкой поверхностью и обеспечить плотное прилегание прокладки или уплотнителя, чтобы не допустить щелевого проникновения агрессивной среды между нержавеющей сталью и другим материалом.

Точечная коррозия. 

Некачественный материал нержавейки, который выполнен с нарушением технологического процесса, может имеет неоднородные вкрапления, окалину, пористую поверхность. Все перечисленные дефекты способствуют разрушению защитного оксидного слоя. Причем происходит это не одновременно по всей поверхности стали, а проявляется сначала в виде темных точек. Если в момент появления точек не принять мер по защите от коррозии, точки вскоре разрастутся в ржавые пятна.

Процесс точечной коррозии протекает быстрее в условиях повышения температуры.

Гальваническая пара

Нержавеющая сталь не терпит соседства с некоторыми металлами: с медью (в том числе с медными сплавами) и алюминием (в том случае, когда соединение будет эксплуатироваться в водной или влажной среде).

Если крепежом из нержавейки зафиксировать медную деталь — вскоре винт, гайка или болт пойдут ржавчиной. Почему?

При соприкосновении двух металлов возникает ток, так как любой металл имеет тот или иной электрический потенциал. В контакте друг с другом один металл отдает электроны, другой принимает. При этом отдающий металл разрушается, а его «напарник» - нет. Такая «коммуникация» металлов называется гальванической парой.

Если процесс отдачи электронов проходит медленно, можно пренебречь им и не брать в расчет. Но между медью и нержавеющей сталью реакция происходит слишком активно, так что такую гальваническую пару считают недопустимой.

Стоит учесть и тот фактор, что повышение температуры ускоряет отдачу электронов и соответственно повышает вероятность коррозии.

Магнитный тест на качество нержавеющего крепежа

Выше уже говорилось о том, что ферритный и мартенситный классы нержавеющей стали обладают магнитными свойствами. Однако если к магниту притянется крепеж с маркировкой А1, А2, А3, А4, А5 — стоит призадуматься.

Аустенитные марки стали изначально не магнитятся. Если такое происходит, то, скорее всего, изделия были подвергнуты механической обработке или деформации, что должно отрицательно сказаться на их свойствах.