Крепеж нержавеющий

Своё говорящее название нержавеющий крепеж получил от нержавеющей стали, которая применяется для его изготовления. Этот материал действительно имеет высокую коррозионную стойкость во многих агрессивных средах и, при соблюдении правильной эксплуатации, не будет образовывать коррозию. В обиходе нержавеющую сталь или изделия из нее часто называют “нержа” или “нержавейка”.

История открытия нержавеющей стали начинается с конца 18 века, когда были обнаружены первые крупные залежи хрома. Исследования показали, что он имеет свойство сопротивляться воздействию кислот. Используя это открытие, американские и европейские ученые начали экспериментировать с добавлением хрома в структуру стали. Уже в начале 20 века было запатентовано несколько хромосодержащих сталей. Споры о том, кто первый открыл стабильный и рабочий состав нержавеющей стали ведутся до сих пор.

Массовое применение нержавеющей стали началось с производства посуды и ножей, которые быстро обрели популярность. Успешно себя зарекомендовав, нержавейка начала применяться в военной промышленности, авиастроении и кораблестроении. Детали из нержавеющей стали применяли в первых самолетах с металлическими фюзеляжами, а также в конструкциях военной техники Первой Мировой войны. К середине XX века над производством изделий из нержавеющих сталей трудились уже десятки заводов по всему миру.

Согласно современному международному стандарту ISO 3506 и его российскому аналогу ГОСТ Р ИСО 3506, крепеж изготавливается из трёх классов нержавеющей стали: аустенитной, мартенситной и ферритной. Каждый из этих классов содержит марки нержавеющей стали, которые различаются по химическому составу, свойствам и условиям применения в агрессивных средах. Для большинства марок нержавеющей стали из ISO 3506 существуют марки-аналоги из популярных национальных стандартов: ГОСТ (Россия), DIN (Германия), AISI (США). При подборе крепежных изделий все эти марки считают взаимозаменяемыми.

Аустенитная нержавеющая сталь.

Аустенитная сталь - самый популярный и универсальный класс нержавеющей стали. По сравнению с другими классами, аустенитная нержавейка имеет самую высокую коррозионную стойкость, но немного уступает по прочности. Высокое содержание хрома и никеля позволяет противостоять коррозии во многих агрессивных средах (морская вода, щелочи, кислоты и др.), а также делает этот класс нержавейки практически немагнитным. Кроме хрома и никеля в структуру аустенитной нержавейки может добавляться титан и ниобий. Такая нержавеющая сталь называется стабилизированной. Это означает, что структура стали стабилизирована и не подвергнется межкристаллической коррозии, которая может возникнуть, к примеру, в агрессивной среде при повышенной температуре. Сферы применения аустенитной стали очень обширны и зависят уже от конкретных марок, которые включает в себя данный класс.

Марка А1:

Из-за повышенного содержания серы эта марка обладает меньшей коррозионной стойкостью, чем остальные марки аустенитной стали. Однако, основными преимуществами являются высокая твёрдость и износостойкость марки А1. Из нее изготавливаются в основном детали для машиностроения или подвижных соединений (штифты, шплинты, шайбы обычные и пружинные, а также некоторые саморезы). Крепеж из марки А1 предназначен для эксплуатации в слабоагрессивных влажных и сухих средах. Стоит учесть, что коррозионной стойкости А1 в кислотах или хлорсодержащих средах (морская вода, бассейны и пр.) будет недостаточно.

Марка А2:

Сталь марки А2 является самой популярной и универсальной нержавеющей сталью. В обиходе А2 часто называют “пищевая сталь”, т.к. популярность она обрела в изготовлении посуды и столовых приборов. На текущий момент подавляющее количество нержавеющего крепежа изготовлено именно из марки А2. Такая нержавейка универсальна в применении, т.к. она может эксплуатироваться на улице, в воде, во влажных помещениях, некоторых щелочах и кислотах низкой концентрации. Стали этой марки неприменимы для использования в высоких концентрациях кислот или солей (морская вода, бассейны и т.д.). Стали марки А2 нашли свое применение в пищевой отрасли, машиностроении и приборостроении.

Марка А3:

Сталь марки А3 основана на марке А2. В химический состав дополнительно добавляют титан, а также ниобий или тантал. Это значительно повышает коррозионную стойкость при температурах свыше 350°C, где у обычной А2 могут появиться признаки коррозии. Крепеж из марки А3 не является популярным, т.к. использование такой марки стали актуально только при повышенных температурах, где большее предпочтение отдают крепежу из мартенситных жаропрочных сталей.

Марка А4:

Структура марки А4 схожа с маркой А2. Основным отличием является добавление в А4 молибдена, который значительно повышает коррозионную стойкость в кислотах и хлорсодержащих средах (морская вода, бассейны). Стали марки А4 называют кислотоупорными. Крепеж, изготовленный из марки А4, может не только заменить крепеж из марки А2, но и использоваться в сферах с более агрессивными условиями эксплуатации: судостроение, химическая, бумажная, атомная промышленность, а также нефтегазовая отрасль.

Марка А5:

Сталь марки А5 сочетает в себе лучшие показатели всех марок аустенитного класса. В химический состав А5 дополнительно добавляют титан, а также ниобий или тантал. Это значительно повышает коррозионную стойкость при температурах свыше 350°C, где у обычной А4 могут появиться признаки коррозии и снижение прочностных характеристик. Крепеж из марки А5 выпускается только в закаленном варианте и является самой дорогой и редкой заменой марки А4.

Мартенситная нержавеющая сталь.

Этот класс нержавеющей стали обладает меньшей стойкостью к агрессивным средам из-за высокого содержания железа и углерода. Однако, мартенситный класс является самым прочным и твердым среди нержавеющих классов. Все марки мартенситного класса являются магнитными. Некоторые марки мартенситной стали являются жаропрочными и способны сохранять свои механические свойства при высоких температурах (до 550°C).

Марка С1:

Самая популярная марка мартенситной стали. Обладает высокой прочностью и твердостью. Из нее делается жаропрочный крепеж для фланцевых соединений, а также саморезы для металлических конструкций. Эта марка способна сохранять свои свойства до 550°C градусов.

Марка С3:

Стали марки C3 имеют ограниченную коррозионную стойкость, хотя и лучшую, чем стали марки C1. Крепеж из этой марки имеет очень узконаправленное применение, в основном для высоконагруженных деталей, поэтому изготавливается под заказ.

Марка С4:

Крепеж из марки C4 довольно редкий, иногда применяется в машиностроении для конструкция подвергающихся сварке. Свойства этой марки схожи с маркой C1.

Ферритная нержавеющая сталь.

Этот класс нержавеющей стали используют в последнее время крайне редко. По прочности ферритная сталь чуть выше аустенитной, но заметно уступает по стойкости к коррозии. Этот класс нержавейки магнитится.

Марка F1:

Ферритный нержавеющий крепеж изготавливается из марки F1, которая используется как редкий заменитель марок А2 и А3 при использовании в среде с высоким содержанием хлора.

Класс стали	Марка стали по ГОСТ Р ИСО 3506	Аналоги по DIN	Аналоги по ГОСТ	Аналог по AISI
Аустенитная	А1	1.4305	12Х18Н9	302
	A2	1.4301 1.4306 1.4303	08Х18Н10 04Х18Н10 03Х18Н11 06Х18Н11 03Х18Н12	304 304L 305
	А3	1.4541	08Х18Н10Т 12Х18Н9Т 12Х18Н10Т	321
	А4	1.4401 1.4404 1.4436	03Х17Н14М3	316 316L 319
	А5	1.4571	08Х17Н13М2Т 10Х17Н13М2Т 10Х17Н13М3Т	316Ti
Мартенситная	С1	1.4006 1.4021	12Х13 20Х13	410 420
	С3	1.4057	20Х17Н2	431
	С4	1.4104	08Х17МН	430F
Ферритная	F1	1.4016	12Х17	430

Прочность нержавеющей стали.

Изделия из нержавеющей стали, по аналогии с изделиями из углеродистой стали, имеют так называемые классы прочности и классы твёрдости. У нержавеющих крепежных изделий прочность регламентируется международным стандартом ISO 3506 (ГОСТ Р ИСО 3506 в РФ).

Параметры прочности нержавеющих болтов, винтов и шпилек

Класс стали	Марка стали	Класс прочности	Условный предел текучести, МПа	Предел прочности на разрыв, МПа
Аустенитная	с А1 по А5	50	210	500
		70	450	700
		80	600	800
Мартенситная	С1	50	250	500
		70	410	700
		110	820	1100
	С3	80	640	800
	С4	50	250	500
		70	410	700
Ферритная	F1	45	250	450
		60	410	600

Быстро узнать материал и класс прочности можно по маркировке, которая нанесена на изделия.

Параметры прочности нержавеющих гаек

Класс стали	Марка стали	Класс прочности		Пробная нагрузка, МПа
		Гайки	Низкие гайки	Гайки	Низкие гайки
Аустенитная	с А1 по А5	50	025	500	250
		70	035	700	350
		80	040	800	400
Мартенситная	С1	50	025	500	250
		70	-	700	-
		110*	055*	1100	550
	С3	80	040	800	400
	С4	50	-	500	-
		70	035	700	350
Ферритная	F1**	45	020	450	200
		60	030	600	300

* гайки проходят закалку и отпуск

**диаметр гаек от М24

Как видно из таблицы, существуют так называемые низкие гайки, имеющие свое обозначение классов прочности. К низким гайкам относятся гайки, высота которых лежит в пределах от 0.5D (включительно) до 0.8D (не включительно), где D - диаметр резьбы гайки. Обычными гайками являются гайки с высотой от 0.8D (включительно).

Пробная нагрузка в таблице представляет собой безопасную нагрузку, при снятии которой у гайки не образуется остаточная деформация. У низких гаек этот параметр ниже, чем у обычных.

Маркировка класса прочности и марки нержавейки производится аналогично нержавеющим болтам. Существует также альтернативная маркировка материала гаек, при которой на боковых кромках делают срез (бороздки). А2 – один ряд бороздок, А4 – два ряда.

Параметры прочности нержавеющих установочных винтов

Для указания прочности установочных винтов из нержавеющей стали не используют понятие класса прочности. Основной механической характеристикой является класс твёрдости. Маркировка установочных винтов необязательна, т.к. чаще всего нет нужного участка поверхности для ее нанесения. Распознать марку и класс твердости без документов будет весьма трудной задачей.

Шкала твёрдости	Класс твердости
	12Н	21Н
	Единицы твердости
По Виккерсу HV	От 125 до 209	Не менее 210
По Бринелю НВ	От 123 до 213	Не менее 214
По Роквеллу HRB	От 70 до 95	Не менее 96

Коррозионная стойкость нержавеющей стали

Нержавеющая сталь способна сохранять свои антикоррозионные свойства только при наличии кислорода, под воздействием которого на поверхности нержавейки образуется защитный оксидный слой хрома (оксидная плёнка хрома). Такой слой способен изолировать поверхность металла и не давать ему воздействовать с агрессивными веществами. Слой всегда самовосстанавливается при наличии кислорода, но при повреждении или разрушении оксидного слоя хрома, неизбежно наступает коррозия. Выделяют несколько видов коррозии нержавеющей стали.

Щелевая коррозия

Эта коррозия происходит в зазорах между нержавейкой и другим материалом, к примеру, уплотнителем, прокладками и пр. Из-за неплотного контакта или сильной шероховатости поверхности в зазоры может проникнуть агрессивное вещество. Доступ кислорода в такие места ограничен, и защитный оксидный слой нержавейки будет уничтожаться агрессивной средой, не имея возможности к самовосстановлению. Поверхность металла начнёт окисляться под воздействием агрессивного вещества, и наступит коррозия, результатом которой будет ржавчина на поверхности и дальнейшее разрушение нержавейки. Чем ровнее будет поверхность изделий и чем меньше будет зазор между ними, тем меньше шансов для возникновения щелевой коррозии. Часто встречается у крепежных изделий, эксплуатирующихся в морской воде, где скорость течения и отсутствие кислорода могут ускорить процессы щелевой коррозии.

Питтинговая (точечная) коррозия

Этот вид коррозии возникает чаще всего из-за повреждения поверхности нержавеющей стали, в результате чего защитный оксидный слой повреждается. Незащищенная поверхность нержавейки начинает взаимодействовать со средой, что приведет к образованию темных пятен или точек. Если не удалить первые признаки коррозии, то пятна образуют ржавые язвы с последующим разрушением поверхности. Также питтинговая коррозия может возникнуть и от неоднородности структуры материала или наличия в материале вкраплений других веществ, что часто встречается при нарушении технологии изготовления. Повышенная пористость структуры, сильная шероховатость и наличие окалин также могу спровоцировать этот вид коррозии. Повышение температуры заметно ускорит процессы протекания питтинговой коррозии.

Гальваническая коррозия

Любой металл от природы обладает определенным электрическим потенциалом. Если между металлами появится токопроводящая среда, то возникает движение заряженных частиц от одного металла к другому, т.е. возникает ток между ними. Металл, отдающий электроны, будет медленно или быстро разрушаться, а другой металл не подвергнется изменениям. Таким образом, образуется гальваническая пара. Существуют допустимые гальванические пары, реакция между которыми очень слабая и медленная, и недопустимые, реакция между которыми быстро приведет к разрушению одного из металлов. Если речь идет о нержавеющих крепежных изделиях, то их недопустимо использовать в конструкциях, где возможно возникновение гальванической пары с медью и ее сплавами. Поверхностные слои нержавейки в такой паре начнут быстро образовывать ржавчину. Не рекомендуется применять нержавеющую сталь также и с алюминием, но эта рекомендация касается только эксплуатации двух материалов во влажной среде или в воде. Повышение температуры ускоряет процессы, происходящие в гальванических парах, что может усугубить течение коррозии.

Проверка магнитом нержавеющего крепежа

Магнитными являются изделия из мартенситного и ферритного класса нержавеющей стали. Изделия из аустенитной стали также могут быть магнитными. Если магнит притягивается к изделиям марок А1-А5, то это не является показателем качества материала. Об этом свидетельствует также международный стандарт ISO 3506 (ГОСТ Р ИСО 3506 в РФ). Согласно стандарту, все крепежные изделия из аустенитных нержавеющих сталей при нормальных условиях - немагнитные, но после холодного деформирования или другой механической обработки возможно появление некоторых магнитных свойств. Каждый материал характеризуется способностью намагничиваться, это применимо и к нержавеющим сталям. Только вакуум может быть полностью немагнитным.

Заключение

На текущий момент среди нержавеющих крепежных изделий самыми популярными являются изделия из аустенитной стали марок А2 и А4, т.к. они чаще всего удовлетворяют потребности клиентов. Для решения более сложных задач, где требуется высокая прочность, применяют изделия из мартенситной стали марки С1, но найти такие изделия у поставщиков будет гораздо сложнее. Крепежные изделия из ферритной стали марки F1 используются крайне редко под конкретную задачу клиента.

Каталог нержавеющего крепежа