स्टेनलेस स्टील बोल्ट के लिए संक्षारण प्रतिरोध और ग्रेड चयन
304 बनाम 316 बनाम विशेष मिश्र धातुएँ: पर्यावरणीय खतरों के अनुरूप स्टेनलेस स्टील बोल्ट ग्रेड का मिलान
सही स्टेनलेस स्टील बोल्ट का चयन करना इस बात को समझने से शुरू होता है कि वे किस प्रकार के वातावरण का सामना करेंगे। आमतौर पर आंतरिक स्थानों या शुष्क क्षेत्रों में उपयोग के लिए एआईएसआई 304 पर्याप्त रूप से कार्य करता है, लेकिन जब लवणीय जल या क्लोरीन की उपस्थिति होती है, तो यह अपने मॉलिब्डेनम की अनुपस्थिति के कारण अपर्याप्त सिद्ध होता है। यही अंतर सबसे महत्वपूर्ण है। ग्रेड 316 में लगभग 2 से 3 प्रतिशत मॉलिब्डेनम होता है, जो कि संक्षारक परिस्थितियों में उत्पन्न होने वाले उन छोटे-छोटे गड्ढों और दरारों के प्रति प्रतिरोध क्षमता को वास्तव में बढ़ा देता है। इसी कारण, कई लोग नाव के पुर्जों, स्विमिंग पूल्स और समुद्र के निकट स्थित किसी भी वस्तु के लिए 316 ग्रेड का उपयोग करते हैं। नेशनल एसोसिएशन ऑफ कॉरोशन इंजीनियर्स (NACE) इंटरनेशनल के अनुसार पिछले वर्ष, 316 ग्रेड क्लोराइड की वह सांद्रता सहन कर सकता है जो 304 ग्रेड को क्षतिग्रस्त करने के लिए पाँच गुना अधिक होती है, जिसके बाद 304 विघटित हो जाता है। हालाँकि, सल्फ्यूरिक अम्ल, हाइड्रोक्लोरिक अम्ल या ब्लीच समाधान जैसे कठोर रसायनों के साथ काम करते समय विशेष धातु मिश्रणों की आवश्यकता होती है। 254 SMO या AL-6XN जैसे ग्रेड अपने लगभग 6 प्रतिशत मॉलिब्डेनम की उच्च सामग्री और अतिरिक्त नाइट्रोजन के कारण इन आक्रामक पदार्थों के प्रति कहीं अधिक सुरक्षा प्रदान करते हैं, जो इन्हें इन कठोर पदार्थों के प्रति प्रतिरोधी बनाता है।
| ग्रेड | मुख्य मिश्र धातु में मिलाए गए तत्व | अधिकतम क्लोराइड सहनशीलता | विशिष्ट अनुप्रयोग |
|---|---|---|---|
| 304 | 18% Cr, 8% Ni | 200 ppm | आंतरिक फिटिंग्स, शुष्क जलवायु |
| 316 | 16% Cr, 10% Ni, 2% Mo | 1000 ppm | समुद्री उपकरण, पूल प्रणालियाँ |
| 254 SMO | 20% Cr, 18% Ni, 6% Mo, N | 5000+ ppm | रासायनिक संयंत्र, नमकीन जल का शुद्धिकरण |
समुद्री, रासायनिक और खाद्य-ग्रेड अनुप्रयोग: कैसे उजागर होने की स्थिति स्टेनलेस स्टील के बोल्ट के चयन को निर्धारित करती है
हम जिन सामग्रियों का चयन करते हैं, वे अधिकांशतः उस वातावरण पर निर्भर करती हैं जिसका वे सामना करेंगी। उदाहरण के लिए समुद्री वातावरण लें। नमकीन हवा और लगातार नमी धातु के घटकों पर गहरा प्रभाव डालती है। इसीलिए 316 स्टेनलेस स्टील के बोल्ट, सामान्य 304 स्टेनलेस स्टील की तुलना में तनाव संक्षारण दरार (स्ट्रेस कॉरोज़न क्रैकिंग) के प्रति कहीं अधिक प्रतिरोधी होते हैं, क्योंकि 304 स्टेनलेस स्टील ऐसी परिस्थितियों में तेज़ी से क्षरित हो जाता है। अब जब नाइट्रिक एसिड के टैंक या एसिटिक एसिड के रिएक्टर जैसे कठोर रसायनों के साथ काम किया जा रहा हो, तो इंजीनियर आमतौर पर हैस्टेलॉय C276 जैसे उच्च निकल युक्त मिश्र धातुओं का उपयोग करते हैं या फिर सुपर डुप्लेक्स ग्रेड का चयन करते हैं। ये सामग्रियाँ समय के साथ आक्रामक रासायनिक आक्रमण के प्रति कहीं अधिक प्रतिरोधी होती हैं। खाद्य प्रसंस्करण संयंत्रों में पूरी तरह अलग प्रकार की चिंताएँ होती हैं। यहाँ नियमों का पालन बहुत महत्वपूर्ण होता है, क्योंकि सभी उपकरणों को साफ करना आसान होना चाहिए और वे उत्पादों को दूषित नहीं करने चाहिए। 316 स्टेनलेस स्टील की चिकनी सतह FDA की आवश्यकताओं को पूरा करती है, लेकिन कुछ डेयरी संचालन वास्तव में टाइटेनियम बोल्ट को प्राथमिकता देते हैं, क्योंकि वे संवेदनशील उत्पादों में लोहे के लीचिंग का जोखिम नहीं लेते हैं। एक्जॉस्ट सिस्टम या टर्बाइन के केसिंग जैसे चरम तापमान चक्रों के लिए उजागर भागों के लिए A286 स्टेनलेस स्टील 700 डिग्री सेल्सियस के लगभग तापमान पर भी अपनी शक्ति बनाए रखता है। धातु के घटकों के साथ काम करने वाले किसी भी व्यक्ति को स्थापना की योजना बनाते समय हमेशा एक अच्छा संक्षारण प्रतिरोध चार्ट देखना चाहिए, विशेष रूप से यदि क्रेविस संक्षारण (क्रेविस कॉरोज़न) या विभिन्न प्रकार की धातुओं को एक साथ मिलाने से उत्पन्न समस्याओं की संभावना हो।
स्टेनलेस स्टील बोल्ट्स के लिए यांत्रिक शक्ति आवश्यकताएँ
प्रमुख ग्रेड्स: 304, 316, 17-4 PH और A286 में इंसान और यील्ड शक्ति
इंसान शक्ति भंग होने से पहले अधिकतम भार क्षमता को दर्शाती है; यील्ड शक्ति वह सीमा निर्दिष्ट करती है जिसके बाद स्थायी विरूपण होता है। ये गुण स्टेनलेस स्टील बोल्ट ग्रेड्स के बीच काफी भिन्न होते हैं—और इन्हें कार्यात्मक आवश्यकताओं के अनुरूप चुना जाना चाहिए:
- 304: मध्यम इंसान शक्ति (~70,000–90,000 PSI) के साथ अच्छी आकृति निर्माण क्षमता और सामान्य संक्षार प्रतिरोध
- 316: 304 के समान यांत्रिक प्रोफाइल, लेकिन क्लोराइड प्रतिरोध में काफी सुधार के साथ—जब वातावरण, न कि शक्ति, सीमित कारक हो, तो यह आदर्श है
- 17-4 PH : अवक्षेप-कठोरित मिश्र धातु जो 130,000–160,000 PSI इंसान शक्ति और अत्युत्तम यील्ड प्रतिरोध (100,000–120,000 PSI) प्रदान करती है, जो एयरोस्पेस, ऑयलफील्ड और संरचनात्मक अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है
- A286 यह जेट इंजन और विद्युत उत्पादन में उच्च तापमान वाले फास्टनिंग के लिए अपरिहार्य है—1300 डिग्री फ़ारेनहाइट तक के तापमान पर लगभग 130,000 PSI की यील्ड स्ट्रेंथ बनाए रखता है
| ग्रेड | तन्य शक्ति (PSI) | नमन सामर्थ्य (psi) | इष्टतम उपयोग मामला |
|---|---|---|---|
| 304 | 70,000–90,000 | 25,000–40,000 | सामान्य उद्देश्य के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरण |
| 316 | 70,000–90,000 | 25,000–40,000 | समुद्री/रासायनिक संपर्क |
| 17-4 PH | 130,000–160,000 | 100,000–120,000 | संरचनात्मक/विमानन भार |
| A286 | 120,000–150,000 | 85,000–110,000 | अत्यधिक ऊष्मा वाले वातावरण |
ASM इंटरनेशनल के मानकों (2023) के अनुसार, 17-4 PH की भार वहन क्षमता मानक ऑस्टेनिटिक ग्रेड की तुलना में लगभग 80% अधिक होती है—जो इसके उच्च-तनाव वाले डिज़ाइन में मूल्य को रेखांकित करता है
जब स्टेनलेस स्टील बोल्ट के प्रदर्शन में यील्ड स्ट्रेंथ निर्णायक कारक हो
जॉइंट्स के डिज़ाइन के समय, इंजीनियरों को फ्रैक्चर को रोकने के बारे में सिर्फ चिंता करने के बजाय यील्ड स्ट्रेंथ (तन्यता सीमा) पर ध्यान केंद्रित करने की आवश्यकता होती है। वास्तविक चिंता यह है कि क्या जॉइंट समय के साथ स्थायी विरूपण का प्रतिरोध कर सकता है। यह लगातार कंपन करने वाले उपकरणों, फ्लैंज़ वाले संबंधों वाले दबाव पात्रों, भूकंप प्रतिरोधी डिज़ाइन की गई संरचनाओं और बार-बार तापमान परिवर्तन के संपर्क में आने वाली प्रणालियों में बहुत महत्वपूर्ण है। तन्य विफलता अचानक और नाटकीय रूप से होती है, जबकि यील्ड स्ट्रेंथ से संबंधित समस्याएँ धीरे-धीरे विकसित होती हैं। प्रत्येक लोड साइकिल के साथ, सूक्ष्म विरूपण जमा होते रहते हैं, जो अंततः जुड़ाव की कसाव को प्रभावित करने लगते हैं और सील्स को पूरी तरह से कमजोर कर देते हैं। ASME B16.5 मानकों के अनुसार, जब संचालन बल उस सामग्री की यील्ड सीमा के 90% से अधिक हो जाते हैं, तो बोल्ट्स के विफल होने की संभावना काफी बढ़ जाती है। विशेष रूप से पाइपलाइन फ्लैंज़ के लिए, डिज़ाइनर आमतौर पर न्यूनतम यील्ड स्ट्रेंथ के लिए ऐसा लक्ष्य निर्धारित करते हैं जो सामग्री की तन्य सामर्थ्य का कम से कम 60% हो, ताकि कई दबाव साइकिल्स के बाद भी गैस्केट्स संपीड़ित बनी रहें। इसी कारण अवक्षेप-कठोरित स्टेनलेस स्टील 17-4 PH जैसी सामग्रियाँ यहाँ इतनी मूल्यवान हैं। ये मिश्र धातुएँ सामान्य 304 स्टेनलेस स्टील की तुलना में लगभग तीन गुना अधिक यील्ड प्रतिरोध प्रदान करती हैं, जो उन संबंधों में जहाँ थकान और सुरक्षा प्रमुख चिंताएँ हैं, सब कुछ बदल देती है।
गैलिंग का जोखिम और स्टेनलेस स्टील बोल्ट्स के साथ सामग्री संगतता
स्टेनलेस स्टील पर स्टेनलेस स्टील फास्टनिंग के कारण गैलिंग के जोखिम में वृद्धि क्यों होती है—और इसे कैसे कम किया जा सकता है
गैलिंग, जो आवेदन के दौरान स्टेनलेस स्टील के धागों के ठंडे वेल्डिंग के कारण होती है, इंस्टॉलेशन विफलता के मुख्य कारणों में से एक है। मूल रूप से यह क्या होता है कि घर्षण के कारण ऊष्मा और दबाव उत्पन्न होता है, जो सुरक्षात्मक क्रोमियम ऑक्साइड कोटिंग को क्षीण कर देता है। एक बार यह परत हट जाने के बाद, उसके नीचे की प्रतिक्रियाशील आधार धातु उजागर हो जाती है और अन्य सतहों से चिपकने लगती है। समान सामग्रियों, जैसे 304 बोल्ट के साथ 304 नट का उपयोग करने पर यह समस्या और भी गंभीर हो जाती है, क्योंकि उनकी कठोरता स्तर और रासायनिक संरचना समान होती है। इससे वे एक-दूसरे से और अधिक आसानी से चिपक जाते हैं। गैलिंग को रोकने के लिए, निर्माताओं द्वारा कई व्यावहारिक कदम उठाए जा सकते हैं।
- असेंबली के दौरान घर्षण को कम करने और आसंजन को रोकने के लिए निकल-आधारित एंटी-सीज़ लुब्रिकेंट्स का उपयोग करें
- जहाँ संभव हो, असमान ग्रेड के जोड़े का उपयोग करें—उदाहरण के लिए, 304 बोल्ट्स के साथ 316 नट्स—ताकि धातुकर्मीय संगतता बाधित हो सके
- ऊष्मा निर्माण को सीमित करने के लिए नियंत्रित टॉर्क आवेदन और धीमी कसने की गति का उपयोग करें
- उच्च-टॉर्क अनुप्रयोगों के लिए सतह-कठोरित या लेपित बोल्ट्स (उदाहरण के लिए, ज़ाइलैन या सिरेमिक लेपन) को निर्दिष्ट करें
- टॉर्क को अधिक समान रूप से वितरित करने और स्थानीय तनाव को कम करने के लिए षट्कोणीय डिज़ाइन की तुलना में बारह-बिंदु बोल्ट सिर को प्राथमिकता दें
साफ़, क्षतिग्रस्त नहीं धागे और उचित धागा संलग्नता गहराई भी गैलिंग को रोकने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है—विशेष रूप से रखरखाव-गहन या उच्च-विश्वसनीयता वाले प्रणालियों में।
स्टेनलेस स्टील बोल्ट की दीर्घायु को प्रभावित करने वाली पर्यावरणीय और संचालनात्मक परिस्थितियाँ
क्लोराइड्स, तापमान में उतार-चढ़ाव, आर्द्रता और चक्रीय भार: वास्तविक दुनिया के क्षरण के कारक
चार परस्पर संबंधित पर्यावरणीय और संचालनात्मक कारक सेवा में स्टेनलेस स्टील बोल्ट के क्षरण को प्रमुखता से प्रभावित करते हैं:
- क्लोराइड्स स्थानीयकृत संक्षारण—विशेष रूप से पिटिंग और क्रेविस अटैक—को तेज करता है, जो मोलिब्डेनम की पर्याप्त मात्रा नहीं रखने वाले ग्रेड्स में होता है। तटीय स्थापनाएँ आंतरिक क्षेत्रों की तुलना में तीन गुना तक तेजी से संक्षारित होती हैं।
- थर्मल साइकिलिंग बोल्ट और सब्सट्रेट के बीच अंतराल विस्तार का कारण बनता है, जिससे अपघटन तनाव उत्पन्न होते हैं जो क्रमशः जोड़ों को ढीला करते हैं और पुनः टॉर्किंग के दौरान गैलिंग को बढ़ावा देते हैं।
- नमी का फँसना विशेष रूप से खराब ड्रेनेज वाले असेंबलीज़ या आवरित क्रेविस में, नमी तनाव संक्षारण विदलन (SCC) को सक्षम बनाती है—एक भंगुर, अक्सर अदृश्य विफलता मोड जो रासायनिक सुविधाओं के निकट प्रचलित है।
- चक्रीय भार कंपन, दाब पल्सेशन, या बार-बार होने वाला तापीय प्रसार/संकुचन सूक्ष्म-दरारों की शुरुआत और प्रसार को प्रारंभ करता है, जिसके परिणामस्वरूप यील्ड दहलीज़ के नीचे भी थकान विदलन हो सकता है।
प्रभावी शमन में सामग्री का चयन, सतह उपचार और रखरखाव की रणनीति का एकीकरण शामिल है: क्लोराइड-समृद्ध क्षेत्रों के लिए 316 या सुपर-ऑस्टेनिटिक ग्रेड में अपग्रेड करें; तापीय परिवर्तनों को समायोजित करने के लिए एंटी-सीज़ यौगिकों का उपयोग करें; उच्च आर्द्रता वाले क्षेत्रों में नियमित निरीक्षण का कार्यक्रम बनाएं; और गतिशील भारित संबंधों के लिए 17-4 PH जैसे थकान-प्रतिरोधी मिश्र धातुओं को निर्दिष्ट करें।
