پیچ های فولادی ضد زنگ با استحکام بالا | کششی، خوردگی

حکم مهندسی: پیچ های فولادی ضد زنگ با استحکام بالا استحکام کششی از 700 مگاپاسکال (درجات آستنیتی 304، 316) تا 1100-1500 مگاپاسکال (درجات مارتنزیتی 410، 420، 431) را ارائه می دهد. کلاس املاک 70 (700 مگاپاسکال) و کلاس 80 (800 مگاپاسکال) برای ضد زنگ آستنیتی استاندارد هستند، در حالی که کلاس 100-120 (1000-1200 مگاپاسکال) برای گریدهای سرد کار یا سخت شده در اثر بارش در دسترس است. برای مقاومت در برابر خوردگی، گریدهای آستنیتی (304، 316) در اکثر محیط‌ها مقاومت عالی ارائه می‌دهند، با 316 که مقاومت حفره‌ای عالی ارائه می‌دهند (PREN 24-26 در مقابل 304's 18-20). گریدهای مارتنزیتی (410، 420) مقاومت به خوردگی کمتری دارند (مشابه ضد زنگ 430) و برای محیط‌های دریایی یا با کلرید بالا بدون پوشش توصیه نمی‌شوند. ضد زنگ دوبلکس (2205، 2507) هم به استحکام بالا (800-1000 مگاپاسکال) و هم مقاومت در برابر خوردگی عالی (PREN 32-38) دست می‌یابد، اما قیمت آن 2 تا 3 برابر بیشتر از 304 است. برای کاربردهای بیرونی، دریایی یا شیمیایی، ضد زنگ 316 با حداقل استحکام 850 مگاپاسکال، تعادل بهینه برای اکثر کاربردهای صنعتی 850 MPa است.

استحکام کششی - کلاس های دارایی، درجه ها و عملکرد واقعی

استحکام کششی پیچ‌های فولادی ضد زنگ با کلاس‌های ویژگی (مشابه با گریدهای فولاد کربنی 8.8، 10.9، 12.9) اما با شماره‌گذاری متفاوت مشخص می‌شود. در زیر مقایسه ای جامع از استحکام کششی در گریدهای فولاد ضد زنگ بر اساس ISO 3506-1 (خواص مکانیکی اتصال دهنده های فولادی ضد زنگ مقاوم در برابر خوردگی) ارائه شده است.

درجه / مواد	کلاس اموال	حداقل مقاومت کششی (MPa)	حداقل استرس اثبات (MPa)	سختی (HRC)	برنامه های کاربردی معمولی
304 / 304L (آستنیتی) -	50، 70 -	500-700 مگاپاسکال -	210-450 مگاپاسکال -	<22 -	هدف عمومی، داخلی، ساختاری سبک -
316 / 316L (آستنیتی) -	50، 70 -	500-700 مگاپاسکال -	210-450 مگاپاسکال -	<22 -	دریایی، شیمیایی، فضای باز، پردازش مواد غذایی -
410 (مارتنزیتی) -	70، 80 -	700-900 مگاپاسکال -	550-700 مگاپاسکال -	25-35 -	استحکام بالا، مقاومت در برابر سایش، خوردگی متوسط -
431 (مارتنزیتی) -	80، 100 -	800-1000 مگاپاسکال -	650-850 مگاپاسکال -	28-38 -	شفت پمپ، سوپاپ، بست های با استحکام بالا -
630 (17-4 PH) سخت شدن بارش -	100، 120 -	1000-1200 مگاپاسکال -	850-1050 مگاپاسکال -	33-42 -	هوافضا، هسته ای، ساختاری با بار بالا -
Duplex 2205 (آستنیتی-فریتی) -	70، 80، 100 -	700-1000 مگاپاسکال -	500-800 مگاپاسکال -	25-35 -	فراساحل، تانکرهای شیمیایی، مقاومت در برابر خوردگی بالا -

درک کلاس های دارایی برای پیچ های ضد زنگ. برخلاف پیچ‌های فولاد کربنی با علامت‌گذاری 8.8، 10.9 (که در آن عدد اول 1/100 استحکام کششی بر حسب مگاپاسکال است)، پیچ‌های ضد زنگ از یک کلاس خصوصیت تک یا دو رقمی استفاده می‌کنند: کلاس 50 (کشش 500 مگاپاسکال)، کلاس 70 (700 مگاپاسکال)، کلاس 80 (800 مگاپاسکال). کلاس 100 (1000 مگاپاسکال) برای گریدهای سخت شده در اثر بارش در دسترس است. کلاس دارایی روی سر پیچ مهر می شود (به عنوان مثال، A2-70 برای ضد زنگ 304، کلاس 70، A4-80 برای ضد زنگ 316، کلاس 80). برای کاربردهای با مقاومت بالا، A4-80 (316، 800 مگاپاسکال) یا بالاتر را مشخص کنید. هرگز فرض نکنید که همه پیچ های ضد زنگ دارای استحکام بالایی هستند - استاندارد A2-50 (304، 500 مگاپاسکال) تنها 60 تا 70 درصد استحکام پیچ فولاد کربنی درجه 8.8 (800 مگاپاسکال) را دارد.

کار سرد استحکام را بدون عملیات حرارتی افزایش می دهد. فولادهای زنگ نزن آستنیتی (304، 316) را نمی توان برای تقویت تحت عملیات حرارتی قرار داد. با این حال، کار سرد (نورد زدن نخ، شکل دهی سر و کشیدن سیم) استحکام کششی را افزایش می دهد. یک پیچ ساخته شده از سیم سرد کار شده می تواند به کلاس 80 (800 مگاپاسکال) در مقایسه با کلاس 50-70 برای کارهای غیرسرد دست یابد. برای کاربردهایی که به بیش از 800 مگاپاسکال نیاز دارند، نمرات مارتنزیتی یا سخت شدن بارندگی ضروری است. با این حال، این گریدها مقاومت به خوردگی کمتری دارند (به بخش 2 مراجعه کنید).

الزامات کششی دنیای واقعی بر اساس کاربرد:

کار سبک (مبلمان، الکترونیک، دیوار خشک): 400-500 مگاپاسکال - A2-50 (304، کلاس 50) کافی است.
ساخت و ساز عمومی (نرده ها، براکت های سازه ای، عرشه های فضای باز): 600-800 مگاپاسکال – A2-70 یا A4-70 توصیه می شود (700 مگاپاسکال).
سخت افزار دریایی، فلنج کارخانه شیمیایی، لرزش بالا: 800-1000 مگاپاسکال - A4-80 (316، 800 مگاپاسکال) یا مارتنزیتی 410/431 (900-1000 مگاپاسکال) با پوشش برای خوردگی.
هوافضا، ماشین آلات سنگین، هسته ای: 1000-1200 مگاپاسکال – 17-4 PH (630) یا دوبلکس 2205.

مثال موردی: یک پروژه ساخت اسکله ساحلی از پیچ های A2-70 (304، 700 مگاپاسکال) برای اتصالات نرده استفاده کرد. پس از 18 ماه، 30 درصد خوردگی شکاف در ریشه نخ را نشان دادند (به بخش 2 مراجعه کنید)، که نیاز به تعویض دارد. جایگزین از پیچ های A4-80 (316، 800 مگاپاسکال) با پوشش PTFE استفاده می شود. پس از 4 سال، خوردگی صفر و بدون تخریب استحکام - علیرغم همان کلاس کششی، مقاومت برتر آلیاژ 316 در حفره شدن در محیط دریایی حیاتی است.

روش تست مقاومت کششی (ISO 3506-1): پیچ ها در دستگاه تست کشش قرار می گیرند و تا شکستگی کشیده می شوند. حداکثر نیرو تقسیم بر سطح تنش (محاسبه شده از قطر گام نخ) استحکام کششی می دهد. برای پیچ های M6 (قطر 6 میلی متر)، کلاس 70 به حداقل نیروی 7000 نیوتن (تقریباً 700 کیلوگرم بار) نیاز دارد. برای M10، حداقل 20000 نیوتن (تقریباً 2000 کیلوگرم). همیشه بررسی کنید که استحکام کششی پیچ از حداکثر بار سرویس مورد انتظار با ضریب ایمنی 4-6 برای کاربردهای حیاتی بیشتر باشد.

مقاومت در برابر خوردگی - مقایسه درجه های آستنیتی، مارتنزیتی و دوبلکس

مقاومت در برابر خوردگی فولاد ضد زنگ از یک لایه اکسید کروم غیرفعال ناشی می شود. با این حال، عناصر آلیاژی مختلف (کروم، نیکل، مولیبدن، نیتروژن) به طور قابل توجهی بر مقاومت در برابر حفره، خوردگی شکاف، و ترک خوردگی ناشی از تنش تأثیر می‌گذارند. در زیر مقایسه دقیقی بر اساس تست استاندارد و عملکرد میدانی ارائه شده است.

درجه	PREN (مقاومت حفره‌ای)	مقاومت در برابر اسپری نمک (ASTM B117)	حد کلرید (ppm)	تناسب دریایی	مقاومت شیمیایی
304 (A2) -	18-20 -	200-400 ساعت تا زنگ قرمز -	<200 ppm -	ضعیف (خوردگی شکاف رایج) -	برای اسیدهای ملایم خوب است -
316 (A4) -	24-26 -	600-1000 ساعت -	1000-2000 پی پی ام -	خوب (ساحلی، غوطه وری متوسط) -	عالی برای اکثر مواد شیمیایی -
431 (مارتنزیتی) -	16-18 -	100-200 ساعت -	<150 ppm -	محدود (فقط در داخل ساختمان) -	متوسط با پوشش -
630 (17-4 PH) -	16-18 -	200-400 ساعت -	<150 ppm -	ضعیف تا متوسط -	خوب برای رسانه های خاص -
دوبلکس 2205 -	32-38 -	1500-2500 ساعت -	10000 پی پی ام -	عالی (غرق در آب، منطقه پاشش آب) -	عالی برای کلریدها، اسیدها -

PREN (عدد معادل مقاومت حفره‌ای) معیار کلیدی است. PREN = %Cr 3.3 x %Mo 16 x %N. PREN بالاتر به معنای مقاومت بهتر در برابر سوراخ شدن در محیط های کلرید است. 304 (PREN 18-20) برای استفاده در فضای باز و داخلی و روستایی مناسب است. 316 (PREN 24-26) 2-3 درصد مولیبدن اضافه می کند که مقاومت حفره ای را به طور قابل توجهی بهبود می بخشد. برای مناطق آب پاش دریایی یا استخرهای شنا (با کلر بالا)، PREN بالای 32 توصیه می شود - دوبلکس 2205 یا درجه های فوق آستنیتی (904L، 254SMO). برای کاربردهای دریایی غوطه ور، PREN بالاتر از 40 مورد نیاز است (درجات ویژه ای که در محصولات پیچ استاندارد رایج نیستند).

گریدهای مارتنزیتی (410، 420، 431) مقاومت به خوردگی کمتری دارند. از آنجایی که این گریدها کروم کمتری دارند (12-14 درصد در مقابل 18 درصد برای 304) و نیکل یا مولیبدن کمی دارند، PREN آنها 14-18 است - مشابه 430 ضد زنگ. آنها در محیط های بیرونی، به ویژه در نزدیکی سواحل یا در جو های صنعتی زنگ می زنند. اگر استحکام بالا (1000-1200 مگاپاسکال) برای کاربرد در فضای باز مورد نیاز است، پیچ مارتنزیتی باید پوشش داده شود (روی، داکرومت یا PTFE). پیچ‌های 410 بدون پوشش، زنگ قرمز را در مدت 50 تا 150 ساعت در آزمایش اسپری نمک نشان می‌دهند - معادل 2 تا 6 هفته قرار گرفتن در معرض ساحل. برای مصارف دریایی، هرگز مارتنزیتی را بدون پوشش انتخاب نکنید.

خطرات خوردگی ویژه برای اتصال دهنده ها: پیچ ها به ویژه در برابر خوردگی شکاف و خوردگی گالوانیکی آسیب پذیر هستند. خوردگی شکاف در دره های نخی که سطح اکسیژن پایین است رخ می دهد. 316 بسیار مقاوم تر از 304 است، اما حتی اگر 316 ماه ها در آب راکد دریا مونتاژ شود، دچار خوردگی شکافی می شود. خوردگی گالوانیکی زمانی اتفاق می افتد که فولاد ضد زنگ با یک فلز نجیب کمتر (آلومینیوم، فولاد کربنی) در الکترولیت (آب نمک) تماس می گیرد. فولاد ضد زنگ به عنوان یک کاتد عمل می کند و خوردگی فلز دیگر را تسریع می کند. راه حل ها: با واشرهای نایلونی ایزوله کنید، از مواد سازگار استفاده کنید یا برای جلوگیری از ورود الکترولیت از درزگیر استفاده کنید.

نتایج آزمایش اسپری نمک (ASTM B117) برای گریدهای رایج (پیچ M6، قرار گرفتن در معرض 500 ساعت):

304 (A2-70): زنگ قرمز در 280-350 ساعت روی ریشه نخ. برای استفاده در ساحل بیش از 1 کیلومتر از اقیانوس توصیه نمی شود.
316 (A4-80): بدون زنگ قرمز در 500 ساعت. کدر شدن جزئی سطح برای منطقه آبپاش ساحلی و دریایی توصیه می شود.
410 (بدون روکش): زنگ قرمز در 60-100 ساعت. خوردگی قابل مشاهده در عرض 2 هفته در محیط ساحلی. برای استفاده در فضای باز بدون پوشش توصیه نمی شود.
Duplex 2205: بدون خوردگی در 1000 ساعت. مناسب برای تماس مستقیم با آب دریا (غوطه وری مداوم).
316 با پوشش PTFE: بدون خوردگی در 1000 ساعت، پوشش دست نخورده. بهترین برای محیط های شیمیایی تهاجمی.

مقاومت در برابر خوردگی توسط محیط:

سرپوشیده، خشک (دفاتر، منازل، HVAC): هر درجه ضد زنگ کار می کند (حداقل 304). خوردگی نگران کننده نیست
فضای باز، داخلی (غیر ساحلی، آلودگی کم): 304 برای 10-20 سال قابل قبول است. 316 برای عمر طولانی تر یا سازه های بحرانی توصیه می شود.
فضای باز، ساحلی (در 5 کیلومتری اقیانوس): حداقل 316 304 در عرض 2-5 سال زنگ زدگی را نشان می دهد. دوبلکس برای نمک پاشی مستقیم توصیه می شود.
دریایی (قایق، اسکله، غوطه ور): دوبلکس 2205 یا 316 با روکش سنگین. 316 به تنهایی در 3 تا 7 سال غوطه وری مداوم باعث خوردگی در نخ ها می شود.
کارخانه های شیمیایی، استخرهای شنا، فاضلاب: 316 یا بالاتر 304 در محیط های حاوی کلر به سرعت از بین می رود (در عرض چند ماه حفره می شود).
فرآوری مواد غذایی، پزشکی: 316 (برای مقاومت در برابر خوردگی در برابر مواد پاک کننده و اسیدها) یا 304 (برای محیط های کمتر تهاجمی).

برای پیچ های فولادی ضد زنگ با استحکام بالا مورد استفاده در محیط های سخت، انتخاب بهینه استحکام کششی و مقاومت در برابر خوردگی را متعادل می کند. برای استحکام بالا (800 مگاپاسکال) و مقاومت در برابر خوردگی خوب، گزینه ها محدود هستند: A4-80 (316، کار سرد تا 800 مگاپاسکال) رایج ترین است. برای 1000 مگاپاسکال با مقاومت در برابر خوردگی قابل مقایسه با 316، دوبلکس 2205 یا 17-4 PH (630) مورد نیاز است، اما هر دو به طور قابل توجهی هزینه بیشتری دارند و در دسترس بودن کمتری دارند. برای اکثر کاربردهای صنعتی که هم به استحکام بالا و هم مقاومت در برابر خوردگی نیاز دارند، A4-80 (316، کلاس 80) بهترین ارزش را ارائه می‌کند و استحکام کششی 800 مگاپاسکال و مقاومت حفره‌ای عالی را ارائه می‌کند (PREN 24-26).

ماتریس انتخاب عملی - مطابقت دادن پیچ ها با الزامات برنامه

بر اساس داده های بالا، از این چارچوب برای انتخاب مناسب استفاده کنید پیچ های فولادی ضد زنگ با استحکام بالا برای نیازهای خاص شما

عمومی داخلی / وظیفه سبک

درجه: 304 (A2-50 یا A2-70). کشش: 500-700 مگاپاسکال خوردگی: در داخل ساختمان قابل قبول است. هزینه: دلار (پایه). موارد استفاده: مونتاژ مبلمان، الکترونیک، دیوار خشک، لوازم خانگی.

فضای باز / داخلی / ساخت و ساز

درجه: 304 (A2-70) یا 316 (A4-70) برای طول عمر. کشش: 700 مگاپاسکال خوردگی: 304 برای 10-20 سال در داخل کشور کافی است. هزینه: $-$$. موارد استفاده: نرده عرشه، نصب تابلو، براکت های ساختاری.

منطقه پاشش ساحلی / دریایی

حداقل نمره: 316 (A4-80). کشش: 800 مگاپاسکال خوردگی: 600 ساعت نمک پاشی. هزینه: $$. کاربردها: سخت افزار اسکله، ساختمان های ساحلی، لوازم جانبی قایق، نرده های فضای باز در 5 کیلومتری اقیانوس.

دریایی غوطه ور / فراساحلی

درجه: دوبلکس 2205 یا سوپر دوبلکس. کشش: 800-1000 مگاپاسکال خوردگی: 2000 ساعت نمک پاش، PREN 32-38. هزینه: $$$$. کاربردها: اتصالات بدنه قایق، اتصال دهنده های سکوی دریایی، پمپ های آب دریا.

مواد شیمیایی / کلرید بالا / استخرهای شنا

درجه: 316 (A4-80) یا 316 با پوشش PTFE. کشش: 700-800 مگاپاسکال خوردگی: در برابر کلر تا 2000 ppm مقاومت می کند. هزینه: $$-$$$. موارد استفاده: نردبان استخر، فلنج کارخانه شیمیایی، تجهیزات تصفیه فاضلاب.

استحکام بالا خوردگی متوسط

درجه: مارتنزیتی 410 یا 431 با روکش روی یا PTFE. کشش: 900-1000 مگاپاسکال خوردگی: وابسته به پوشش. هزینه: $$-$$$. موارد استفاده: ماشین آلات پر بار، خودرو (غیر خارجی)، تجهیزات صنعتی (داخلی).

را پیچ های فولادی ضد زنگ با استحکام بالا بازار نیاز به انتخاب دقیق آلیاژ دارد - استحکام کششی و مقاومت در برابر خوردگی اغلب با هم عوض می شود. گریدهای آستنیتی (304، 316) بهترین مقاومت در برابر خوردگی اما مقاومت کمتر (حداکثر 800 مگاپاسکال) را دارند. گریدهای مارتنزیتی و PH استحکام بالاتری دارند (1000-1200 مگاپاسکال) اما مقاومت در برابر خوردگی کمتری دارند و برای استفاده در فضای باز نیاز به پوشش دارند. برای بیشتر کاربردهای سخت (ساخت و ساز ساحلی، کارخانه های شیمیایی، فرآوری مواد غذایی)، A4-80 (316، کلاس 80) تعادل بهینه را فراهم می کند: مقاومت کششی 800 مگاپاسکال و مقاومت در برابر خوردگی PREN 24-26. برای محیط‌های شدید (غوطه‌وری مداوم در آب دریا، مواد شیمیایی با کلرید بالا)، علی‌رغم هزینه‌ی ۲ تا ۳ برابری، آن را به ضد زنگ دوبلکس (PREN 32-38) ارتقا دهید. همیشه گزارش های آزمایش مواد (MTR) را برای کاربردهای حیاتی درخواست کنید - هم نتایج تست کششی (ISO 3506-1) و هم مقاومت حفره ای (ASTM G48 برای آزمایش کلرید آهن) را تأیید کنید. با انتخاب درجه و مشخصات پوشش مناسب، پیچ‌های ضد زنگ با استحکام بالا 20 تا 50 سال خدمات بدون تعمیر و نگهداری ارائه می‌دهند.