Блог

Корозионна устойчивост и избор на клас за болтове от неръждаема стомана

304 срещу 316 срещу специални сплави: съпоставяне на класовете на болтове от неръждаема стомана със средата, в която ще се използват

Изборът на подходящи болтове от неръждаема стомана започва с разбирането на типа среда, на която ще бъдат изложени. AISI 304 работи достатъчно добре в повечето обикновени вътрешни или сухи условия, но при наличие на морска вода или хлор той не е достатъчно устойчив, тъй като не съдържа молибден. Това прави цялата разлика. Клас 316 съдържа около 2–3 % молибден, което значително подобрява способността му да устоява на дразнещите точкови корозии и пукнатини, които се образуват в корозивни условия. Поради тази причина много хора избират клас 316 за части на лодки, плувни басейни и всичко, което се намира близо до океана. Според NACE International миналата година клас 316 може да издържи концентрации на хлориди, които са пет пъти по-високи от тези, при които клас 304 започва да се разрушава. При работа с агресивни химикали като сярна киселина, солна киселина или разтвори на белина обаче се налага използването на специални сплави. Класове като 254 SMO или AL-6XN осигуряват значително по-добра защита благодарение на по-високото си съдържание на молибден (около 6 %), както и на добавения азот, който им помага да устояват на тези агресивни вещества.

Морски, химически и хранителни приложения: как експозицията определя избора на болтове от неръждаема стомана

Материалите, които избираме, зависят в значителна степен от типа среда, на която ще бъдат изложени. Вземете за пример морската среда. Соленият въздух и постоянната влага оказват сериозно негативно влияние върху металните компоненти. Затова болтовете от неръждаема стомана марка 316 понасят много по-добре корозията под напрежение в сравнение с обикновената неръждаема стомана марка 304, която има тенденция бързо да се разрушава при тези условия. При работа с агресивни химикали, като резервоари за азотна киселина или реактори за оцетна киселина, инженерите обикновено използват сплави с високо съдържание на никел, например Хастелои C276, или предпочитат свръхдуплексни класове материали. Тези материали понасят агресивните химични въздействия значително по-добре с течение на времето. Хранителнопреработвателните предприятия имат напълно различни изисквания. Регулациите имат голямо значение тук, тъй като всичко трябва да е лесно за почистване и да не замърсява продуктите. Гладката повърхност на неръждаемата стомана марка 316 отговаря на изискванията на FDA, но някои млечни производствени операции всъщност предпочитат болтове от титан, тъй като те не представляват риск от измиване на желязо в чувствителни продукти. За части, изложени на екстремни температурни цикли – като например изпускателни системи или корпуси на турбини – неръждаемата стомана марка A286 запазва висока якост дори при температури, приближаващи 700 °C. Всеки, който работи с метални компоненти, трябва винаги да проверява надеждна таблица за устойчивост срещу корозия при планиране на инсталациите, особено ако съществуват потенциални проблеми с корозия в процепи или усложнения, предизвикани от смесването на различни видове метали.

Изисквания за механична здравина на болтове от неръждаема стомана

Опънна и пределна здравина за ключови класове: 304, 316, 17-4 PH и A286

Опънната здравина отразява максималната товароносимост преди разрушение; пределната здравина показва прага, над който възниква постоянната деформация. Тези свойства се различават значително между класовете болтове от неръждаема стомана и трябва да съответстват на функционалните изисквания:

• 304: Умерена опънна здравина (~70 000–90 000 PSI) с добра формоваемост и обща корозионна устойчивост
• 316: Подобен механичен профил на 304, но със значително подобрена устойчивост към хлориди — идеален, когато околната среда, а не здравината, е ограничаващият фактор
• 17-4 PH : Преципитационно затвърден сплав, осигуряващ опънна здравина 130 000–160 000 PSI и изключителна устойчивост на пределната здравина (100 000–120 000 PSI), подходящ за аерокосмически, нефтени и строителни приложения
• A286 поддържа пределна якост при опън от около 130 000 PSI при температури до 1300 °F — което го прави незаменим за високотемпературно закрепване в реактивни двигатели и електроенергийни системи

Според стандарти на ASM International (2023 г.) марка 17-4 PH осигурява приблизително с 80 % по-голяма носима способност в сравнение с обичайните аустенитни класове — което подчертава нейната стойност при проектиране за високи механични напрежения

Когато пределната якост при опън е критичен фактор за работата на неръждаеми стоманени болтове

При проектирането на съединения инженерите трябва да се фокусират върху предела на текучестта, а не само върху предотвратяването на пукнатини. Реалната загриженост е дали съединението може да устои на постоянна деформация с течение на времето. Това има голямо значение за оборудване, което постоянно вибрира, за съдове под налягане с фланцови съединения, за конструкции, проектирани за земетръсна устойчивост, и за системи, изложени на многократни температурни промени. Осевото разрушение настъпва изведнъж и драматично, докато проблемите, свързани с предела на текучестта, се развиват постепенно. При всеки цикъл на натоварване се натрупват микроскопични деформации, докато те започнат да влияят върху степента на стегнатост на съединението и напълно да компрометират уплътненията. Според стандарта ASME B16.5, когато експлоатационните сили надхвърлят 90 % от стойността, която материала може да поеме преди достигане на предела на текучестта, вероятността за разрушаване на болтовете значително нараства. По-специално за фланцовите съединения на тръбопроводи проектирането обикновено предвижда минимален предел на текучестта, който да съставлява поне 60 % от предела на якостта на материала при опън, за да останат уплътнителните пръстени компресирани дори след многократни цикли на налягане. Затова материали като твърдени чрез утайка неръждаема стомана 17-4 PH са толкова ценни в този контекст. Тези сплави осигуряват приблизително три пъти по-добра устойчивост на текучест в сравнение с обикновената неръждаема стомана 304, което прави цялата разлика в съединенията, при които умората и безопасността са основни проблеми.

Риск от галваноза и съвместимост на материали при използване на болтове от неръждаема стомана

Защо фиксирането „неръждаемо върху неръждаемо“ увеличава риска от галваноза — и как да се предотврати това

Галванозата, която възниква, когато резбите от неръждаема стомана се „студено заваряват“ помежду си по време на монтаж, е една от основните причини за неуспех на монтажите. Основно казано, триенето поражда топлина и налягане, които разрушават защитния слой от хромов оксид. Веднъж щом този слой изчезне, под него се оголва реактивният основен метал, който започва да се залепва за други повърхности. Проблемът се усилва при използване на идентични материали, например болт от марка 304 заедно с гайка от същата марка 304, тъй като те имат подобни твърдости и химически състави. Това прави още по-вероятно те да се залепят помежду си. За предотвратяване на галванозата производителите могат да предприемат няколко практически мерки.

• Прилагане на антизалепващи смазки на никелова основа по време на сглобяването за намаляване на триенето и потискане на адхезията
• Съчетавайте болтове и гайки от различни марки стомана, когато е възможно — например болтове от стомана 304 с гайки от стомана 316 — за да се наруши металическата съвместимост
• Използвайте контролирано прилагане на въртящ момент и по-бавни скорости при затягане, за да се ограничи натрупването на топлина
• Предпочитайте болтове с повърхностно утвърдени или покрити със специални покрития (напр. Xylan или керамични покрития) за приложения с висок въртящ момент
• Предпочитайте болтове с дванадесетстенна глава пред хексагонални конструкции, за да се разпредели въртящият момент по-равномерно и да се намали локалното напрежение

Чистите и неповредени резбове, както и правилната дълбочина на резбово съединение, също играят съществена роля за предотвратяване на заклиняне — особено в системи, които изискват често поддръжка или работят в условия на висока надеждност.

Външни и експлоатационни условия, оказващи влияние върху продължителността на експлоатацията на болтовете от неръждаема стомана

Хлориди, температурни колебания, влага и циклично натоварване: реални фактори, причиняващи деградация

Четири взаимосвързани външни и експлоатационни фактора преобладават при деградацията на болтовете от неръждаема стомана по време на експлоатация:

• Хlorиди ускорява локализираната корозия — особено точковата и корозията в процепи — при марки, които нямат достатъчно молибден. Прибрежните инсталации се кородират до три пъти по-бързо от съответните вътрешни.
• Термичен цикъл причинява диференциално разширение между болта и основния материал, което поражда срязващи напрежения, постепенно охлабващите съединения и предизвикващо заклиняне при повторно затегане.
• Задържане на влага особено при лошо дренирани сглобки или екранирани процепи, влагата предизвиква корозионно напрегната пукнатина (SCC) — крехък, често невидим начин на разрушение, характерен за районите около химически предприятия.
• Циклично натоварване вибрацията, пулсирането на налягането или повтарящото се термично разширение/свиване инициират и разпространяват микропукнатини, които водят до уморно разрушение дори при напрежения под границата на текучест.

Ефективното намаляване на риска включва избор на материали, повърхностна обработка и стратегия за поддръжка: подобрете до марки 316 или супер-аустенитни стомани за зони с високо съдържание на хлориди; използвайте смазки против залепване, за да се компенсират термичните промени; планирайте редовни инспекции в зони с висока влажност; и посочете сплави, устойчиви на умора, като 17-4 PH, за динамично натоварени връзки.