Крепёж из нержавеющей стали: особенности, свойства

Метизная продукция – одна из самых массовых: без высококачественного крепежа невозможна эксплуатация различного производственного оборудования, бытовой техники, а также сборных металлоконструкций. Применение крепежа часто происходит в тяжёлых условиях, при постоянном воздействии температурных перепадов и влаги. Для метизов, изготовленных из обычных марок стали, это сопровождается постепенной коррозией изделий. Положение можно исправить, используя крепёж из нержавеющей стали. 

Классификация видов нержавеющих сталей и их применение в метизном производстве

К классу нержавейки принято относить металлопрокат, в составе которого находится не менее 8% никеля и 12% хрома (часто содержатся также титан, молибден, цирконий и ряд других элементов, присутствующих в исходном металлургическом сырье).

По своей микроструктуре все марки нержавеющих сталей, как отечественных, так и зарубежных, подразделяют на четыре класса:

• Аустенитные, которые сочетают в себе свойства высокой пластичности и стойкости против коррозии.
• Ферритные, хорошо противодействующие коррозии под влиянием внешних усилий.
• Мартенситные, отличающиеся высокой твёрдостью.
• Дуплексные или аустенитно-ферритные, которые, помимо своей высокой антикоррозионной стойкости, характеризуются также устойчивостью от растрескивания.

Не все из особенностей целесообразно учитывать для производства крепежа. Дело в том, что годовой выпуск метизов исчисляется миллиардами штук, поэтому их изготавливают только высокопроизводительными и безотходными технологиями пластического деформирования. Преимущественно применяется холодной объёмная штамповка, хотя крупный крепёж (от М30 и выше) производится горячей высадкой. В качестве основного оборудования используют многопозиционные штамповочные автоматы, обрабатывающие непрерывный металлопрокат – проволоку или пруток. В подобных условиях важно как можно более равномерно распределить прочность по всей длине конечного продукта, не допуская его разрушения из-за превышения показателей деформируемости, которые, из-за непрерывности процесса, нельзя исправить промежуточным отжигом. В этом смысле использовать стали мартенситного класса нельзя. С другой стороны, применять для производства крепежа дуплекс-стали экономически невыгодно. Поэтому нержавеющие метизы штампуют исключительно из нержавейки аустенитного или – реже – ферритного классов – от А1 до А4 и F1.

Технические требования к эксплуатационным параметрам определяет ГОСТ 5632—2014.

Состав и свойства наиболее распространённых марок нержавеющих сталей, применяемых при производстве метизов

К группе А1 относятся мягкие аустенитные хромоникелевые стали 12Х18Н9 или 12Х18Н10Е (ближайший зарубежный аналог – сталь AISI 303). Группа А2 представлена нержавейкой марок 08Х18Н10 (по ГОСТ 5632—2014) и AISI 321. Типичные представители сталей, относящихся к группе А3 – 12X18H10T и AISI 304. В группу А4 входят стали марок 08Х17Н13М2, 03Х17Н14М3 и 04Х17Н13М2 (им соответствуют AISI316 или AISI316L).

 Сравнительная таблица химического состава некоторых из вышеперечисленных марок сталей:

Сравнение физико-механических свойств:

Сопоставительный анализ представленных данных по сплавам свидетельствует о том, что для умеренных температур эксплуатации и небольших нагрузок стоит заказывать крепёж из сталей классов А1 и А2, в то время как при необходимости обеспечить высокую коррозионную стойкость с воздействием повышенных (до 350…400 °C) температур прибегают к заказу метизов из нержавейки А3 и А4.

Отметим, что, начиная с 2002 года Американский институт стали и сплавов (AISI) больше не занимается разработкой и/или поддержанием стандартов для нержавеющих металлов.

Метизная продукция, изготавливаемая из нержавеющих сталей: за и против

Поскольку принципиальной разницы в типах метизов по марке материала нет, то главным становится вопрос, когда целесообразно приобретать именно нержавеющий крепёж. Такие случаи перечислены далее:

1. Производство, ремонт и восстановление сложных медицинских инструментов.
2. Бытовая техника.
3. Кухонные металлические принадлежности.
4. Труднодоступные соединения автомобилей, которые располагаются под капотом.
5. Сборные металлоконструкции и детали, работающие в химически агрессивных средах.
6. Монтаж узлов тяжёлого, энергетического и транспортного оборудования.
7. Гидравлические системы повышенного давления.

Встречаются рекомендации, допускающие применение (вместо нержавейки) крепежа, получаемого из металлопроката после гальванической обработки. В первую очередь, когда ссылаются на более демократичную цену продукции, речь ведут об оцинкованной стали. Но цена не может быть главным критерием выбора.

В чём разница? Оцинкованные метизы изготовлены из обычной углеродистой стали, имеющей цинковое покрытие. Хотя цинк – достаточно прочный металл, но в процессе износа толщина покрытия уменьшается, создавая где-то слабое место, через которое исходная сталь будет подвергаться коррозионному воздействию. Если проблемная зона труднодоступна для периодического осмотра и контроля, то появление участков со ржавчиной своевременно можно не обнаружить. 

Нержавейка же представляет собой сплав, в состав которого входит значительное количество хрома и никеля: металлов, повышающих стойкость к ржавчине. Положительным фактором является и механическая прочность крепёжного элемента – показатель, увеличивающий долговечность разъёмного соединения. 

Нельзя забывать и об эстетике конструкции. Оцинкованные винты, болты, гайки всегда выглядят матовыми и тусклыми, в то время как крепёж из нержавеющей стали – блестящим. Таким образом, если внешний вид сборки имеет большое значение, то выбор однозначно должен быть сделан в пользу метизов из нержавейки. 

Типовые неудачи применения крепежа из нержавеющей стали

Неправильное применение нержавеющего крепежа может обернуться существенными финансовыми потерями. Как же так, спросит читатель: я потратил значительную сумму на покупку метизов из нержавейки, а они в итоге работают хуже, например, оцинкованных?

Разберём основные ошибки

Неверное сочетание двух марок нержавейки, которые работают в составе одного узла. Например, при постоянно присутствующей коррозионной среде (детали речных/морских судов, гидротурбины и т.п.) крепёж стоит выбирать из металла, имеющего более высокую коррозионную стойкость.

Перед сборкой все резьбы крепёжной системы рекомендуется смазывать: это снизит риск фрикционного износа. Он возрастает для крупных резьб (от М16 и более), а также при использовании гаек из полимеров.

Перед покупкой изучайте качество поверхности предлагаемого метизного продукта: чем меньше его шероховатость, тем лучше противокоррозионные свойства. Ряд производителей изготавливают крепёж на изношенной инструментальной оснастке, пользуясь тем, что в технических требованиях на болты, винты и пр. (ГОСТ 1759.0-87) качество свободной поверхности не регламентируется. Между тем именно из-за повышенной шероховатости на поверхности могут конденсироваться водорастворимые соли, которые, при высыхании, провоцируют начало коррозионных процессов.

Не используйте слесарно-монтажный инструмент (молотки, гаечные ключи, отвёртки), которые сделаны из обычной стали: в этом случае вероятен риск повреждения защитной поверхности из оксида хрома острыми кромками таких инструментов. То же предостережение касается отрезных кругов, которые должны быть из оксида алюминия или иметь маркировку «Для нержавеющей стали».

Специальная маркировка рассматриваемого крепежа не предусматривается, а учитывается показателем класса прочности: для нержавеющих метизов он указывается условным обозначением минимального значения временного сопротивления (почему-то в кг/мм2). Так, обозначение на головке болта А3-70 указывает на то, что изделие имеет гарантированный предел прочности 700 МПа. В некоторых случаях производители используют цветовую маркировку, которая размещается на торце стержня: зелёным цветом обозначается крепёж из сталей класса А1 и А2, красным – А3 или А4.