Нержавеющие стали для крепежа и стандарты на них

Стали углеродистые и нержавеющие

Сталью называется сплав железа с углеродом.

В зависимости от процентного содержания углерода "С" в таком сплаве стали имеют различные свойства и характеристики. Добавляя в состав сплава различные химические элементы при выплавке (называют "легирующие элементы") можно получать стали с самыми различными свойствами. Стали со сходными характеристиками собрали в группы.

Далее в таблице приведена классификация железо-углеродных сплавов в зависимости от количества углерода и других химических элементов содержащихся в составе сплава:

Для того, чтобы сталь можно было назвать нержавеющей, содержание хрома в составе такой стали должно быть более 10.5 % и при этом содержание углерода низкое (не более 1,2%). Наличие хрома придаёт стали коррозионную стойкость - отсюда и название "нержавеющая". Кроме хрома, как "обязательного нержавеющего компонента", в составе нержавеющей стали могут присутствовать также легирующие элементы: никель (Ni), молибден (Mo), Титан (Ti), Ниобий (Nb), Сера (S), Фосфор (P) и другие элементы комбинация которых определяет свойства стали.

Основные марки нержавеющих сталей для крепежа

Исторически сложилось так, что разработка и выплавка новых нержавеющих сталей и сплавов тесно связаны с передовыми технологическими отраслями: самолётостроение и ракетостроение. Ведущими государствами в мире в этих отраслях машиностроения были СССР и США, они длительное время находились в состоянии "холодной войны" и каждый шёл своим путём. В Европе технологическим лидером в ХХ веке была и есть Германия. Каждый из них разрабатывал свою классификацию нержавеющих сталей: в США - система AISI, в Германии - DIN, в СССР - ГОСТ.

Очень долго ни о какой кооперации между этими тремя лидерами не было и речи - отсюда и большое количество сегодняшних стандартов на нержавеющие стали, и очень затруднённая, а порой отсутствующая их взаимозаменяемость.

США и Германии как-то проще: всё-таки между этими странами на протяжении десятилетий происходила взаимная торговля техническими средствами и технологиями, что неизбежно привело к взаимному приспосабливанию, и в области стандартов на нержавеющие стали тоже. Труднее всего странам бывшего СССР, где стандарты развивались в изоляции от остального мира, и, сегодня, на многие марки импортных нержавеющих сталей просто отсутствуют аналоги - или наоборот: отсутствуют импортные аналоги советских нержавеющих сталей.

Вся эта ситуация крайне тормозит и затрудняет развитие отечественного машиностроения, которое и так "стоит на коленях".

В результате, имеем следующие мировые стандарты на нержавеющие стали:

• DIN - Deutsche Industrie Norm
• EN - Cтандарт Евронормы EN 10027
• DIN EN - Немецкое издание Европейского Cтандарта
• ASTM - American Society for Testing and Materials
• AISI - American Iron and Steel Institute
• AFNOR - Association Francaise de Normalisation
• ГОСТ - Государственный Стандарт

Массовые или серийные производители нержавеющего крепежа отсутствуют на Украине, поэтому все мы вынуждены изучать и приспосабливаться к иностранной классификации и маркировке нержавеющих сталей и крепежа.

В последние годы утверждаются Российские стандарты на нержавеющий крепёж, перенимающие терминологию и маркировку из европейских стандартов (например, ГОСТ Р ИСО 3506-2-2009). В Украине, скорее всего, никаких изменений и нововведений в ближайшем будущем не предвидится...

И всё-таки наиболее применяемые для производства крепежа нержавеющие стали имеют приближённые аналоги в различных системах классификаций - основные приведены в следующей таблице соответствий марок нержавеющих сталей для крепежа:

Стандарты нержавеющих сталей				Содержание легирующих элементов, %
*	DIN	AISI	ГОСТ	C	Mn	Si	Cr	Ni	Mo	Ti
С1	1.4021	420	20Х13	0,20	1,5	1,0	12-14
F1	1.4016	430	12Х17	0,08	1,0	1,0	16-18
А1	1.4305	303	12Х18Н10Е	0,12	6,5	1,0	16-19	5-10	0,7
A2	1.4301	304	12Х18Н10	0,07	2,0	0,75	18-19	8-10
	1.4948	304H	08Х18Н10	0,08	2,0	0,75	18-20	8-10,5
	1.4306	304L	03Х18Н11	0,03	2,0	1,0	18-20	10-12
A3	1.4541	321	08Х18Н10Т	0,08	2,0	1,0	17-19	9-12		5хС-0,7
A4	1.4401	316	03Х17Н14М2	0,08	2,0	1,0	16-18	10-14	2-2,5
	1.4435	316S	03Х17Н14М3	0,08	2,0	1,0	16-18	12-14	2,5-3
	1.4404	316L	03Х17Н14М3	0,03	2,0	1,0	17-19	10-14	2-3
A5	1.4571	316Ti	08Х17Н13М2Т	0,08	2,0	0,75	16-18	11-12,5	2-3	5хС-0,8

В свою очередь, в зависимости от состава и свойств, нержавеющие стали делятся на несколько подгрупп, обозначенных в первом столбце:

* - обозначения подгрупп нержавеющих сталей:

• A1, A2, A3, A4, A5 - Аустенитные нержавеющие стали - в общем случае, немагнитные или слабомагнитные стали с основными составляющими 15-20% хрома и 5-15% никеля, который увеличивает сопротивление коррозии. Они хорошо подвергаются холодной обработке давлением, тепловой обработке и сварке. Обозначаются начальной буквой "A". Именно аустенитная группа нержавеющих сталей наиболее широко используется в промышленности и в производстве крепежа;
• С1 - Мартенситные нержавеющие стали - значительно более твердые чем аустетнитные стали и обладают магнитными свойствами. Они упрочняются закалкой и отпуском, подобно простым углеродистым сталям, и находят применение главным образом в изготовлении деталей насосов, турбин, для столовых приборов, режущих инструментов и в общем машиностроении. Больше подвержены коррозии. Обозначаются начальной буквой "С". Стали марки C3 имеют ограниченную коррозионную стойкость, хотя и лучшую, чем стали марки C1. Они в основном применяются в клапанах насосов. Стали марки C4 схожи со сталями марки C1, но имеют ограниченную коррозионную стойкость. Применяются в общем машиностроении;
• F1 - Ферритные нержавеющие стали - намного мягче, чем мартенситные по причине малого содержания углерода. Они также обладают магнитными свойствами. Обозначаются начальной буквой "F"

Аустенитные нержавеющие стали подгрупп А2, А4 и другие

Система маркировки аустенитных нержавеющих сталей с буквой "А" разработана в Германии для упрощённой маркировки крепежа. Разберём более подробно аустенитные стали по подгруппам:

Подгруппа А1

Стали марки A1 разработаны специально для применения в машиностроении. Они характеризуются высоким содержанием серы и, поэтому, более всего подвержены коррозии. Стали А1 имеют высокую твёрдость и износостойкость.

Применяются при изготовлении пружинных шайб, штифтов, некоторых видов шплинтов, а также для деталей подвижных соединений.

Подгруппа А2

Наиболее распространена при производстве крепежа подгруппа нержавеющих сталей A2. Это нетоксичные, немагнитные, незакаливаемые, устойчивые к коррозии стали. Легко поддаются сварке и не становятся при этом хрупкими. Изначально стали этой подгруппы являются немагнитными, но могут проявлять магнитные свойства в результате холодной механической обработки - объёмной штамповки, высадки. Имеют хорошую стойкость к коррозии в атмосфере и в чистой воде.

Крепеж и изделия из сталей A2 не рекомендуются для использования в кислотах и в хлорсодержащих средах (например, в бассейнах и в солёной воде).

Крепёж из сталей А2 сохраняет работоспособность вплоть до температур - 200˚C.

В немецкой классификации DIN, исходя из таблицы, такая сталь А2 может соответствовать одной из трёх нержавеющих сталей:

• DIN 1.4301 (американский аналог AISI 304, советский ближайший аналог 12Х18Н10),
• DIN 1.4948 (американский аналог AISI 304Н, советский ближайший аналог 08Х18Н10),
• DIN 1.4306 (американский аналог AISI 304L, советский ближайший аналог 03Х18Н11).

Поэтому, если Вы видите на болте, винте или гайке маркировку А2, то, наиболее вероятно, что этот крепёж изготовлен из одной из этих трёх сталей. Точнее определить, как правило, затруднительно по причине того, что производитель указывает только маркировку А2.

Все три стали, входящие в подгруппу А2 не содержат в своём составе Титан (Ti) - это связано с тем, что из сталей А2, в основном, производят изделия методом штамповки, а добавление в состав нержавеющей стали титана значительно снижает пластичность такой стали, и, следовательно, такая сталь с титаном очень плохо поддаётся штамповке.

Обращают на себя внимание цифры 18 и 10 в советском обозначении 12Х18Н10 аналога стали DIN 1.4301. На нержавеющей посуде импортного производства часто встречается обозначение 18/10 - это, ни что иное, как сокращенное обозначение нержавейки с процентным содержанием хрома 18% и никеля 10% - т.е. DIN 1.4301.

Стали А2 часто применяют для изготовления посуды и элементов пищевого оборудования - поэтому народное название таких сталей тесно связано с областью применения сталей А2 - "пищевая нержавейка". Тут возникла некоторая смысловая путаница. Название "пищевая нержавейка" связано с областью применения, а не со свойствами стали А2, и это не совсем правильное название, так как антибактериальными свойствами обладает именно титан сам по себе - и только нержавеющая сталь содержащая в своём составе титан может по праву называться "пищевой".

Крепёж из нержавеющих сталей подгруппы А2 может обладать некоторыми магнитными свойствами в сильных магнитных полях. Сами по себе стали подгруппы А2 немагнитны, некоторая магнитность появляется в болтах, винтах, шайбах и гайках как результат напряжений, возникающих при холодном деформировании - штамповке.

Завод-производитель, как посуды, так и крепежа, может использовать вышеуказанные нержавеющие стали дополнительно легированные в очень малых количествах ещё какими-то элементами, например Молибденом, для придания своей продукции особых потребительских свойств. Об этом можно узнать только с помощью спектрального анализа в лаборатории - сам производитель может считать состав стали "коммерческой тайной" и указывает, например, только А2.

Подгруппа А3

Стали подгруппы А3 имеют схожие свойства со сталями A2, но при этом дополнительно легированы титаном, ниобием или танталом. Их называют стабилизированными. Это повышает коррозионную стойкость сталей при высоких температурах и придаёт пружинные свойства.

Используются при изготовлении деталей с высокой жёсткостью и пружинными свойствами (шайбы, кольца и др.)

Подгруппа А4

Вторая по распространенности подгруппа нержавеющих сталей для крепежа - подгруппа  A4. Стали А4 по своим свойствам тоже схожи со сталями A2, но дополнительно легированы добавлением 2-3% Молибдена. Молибден придаёт сталям А4 в значительной степени более высокую коррозионную стойкость в агрессивных средах и в кислотах.

Крепеж и такелажные изделия из сталей A4 хорошо сопротивляются воздействию хлорсодержащих сред и солёной воды, и поэтому рекомендуются для использования в судостроении. Стали марки A4 широко применимы в химической бумажной промышленности, так как эта марка разработана для работы с серной кислотой (отсюда и её название "кислотоустойчивая"). Стали марки A4 также часто применяют в пищевой и кораблестроительной промышленности.

Крепёж из сталей А4 сохраняет работоспособность вплоть до температур - 60˚C.

В немецкой классификации DIN, исходя из таблицы, такая сталь А4 может соответствовать одной из трёх нержавеющих сталей:

• DIN 1.4401 (американский аналог AISI 316, советский ближайший аналог 03Х17Н14М2)
• DIN 1.4404 (американский аналог AISI 316L, советский ближайший аналог 03Х17Н14М3)
• DIN 1.4435 (американский аналог AISI 316S, советский ближайший аналог 03Х17Н14М3)

Так как подгруппа А4 обладает повышенной коррозионной стойкостью не только в атмосфере или воде, но и в агрессивных средах - поэтому народное название стали А4 "кислотостойкая" или ещё называют "молибденка" из-за содержания Молибдена в составе стали.

Нержавеющие стали подгруппы А4 практически не обладают магнитными свойствами.

Устойчивость к воздействию внешних условий различных сред на нержавеющий крепёж приведена в статье "Химическая стойкость крепежа из нержавеющих сталей А2 и А4 "

Подгруппа А5

Сталь подгруппы А5 имеет свойства сходные одновременно со сталями A4 и со сталями А3, так как тоже дополнительно легирована титаном, ниобием или танталом, но с другим процентным содержанием легирующих добавок. Эти особенности придают стали А5 повышенную сопротивляемость высоким температурам.

Сталь А5 также, как А3, имеет пружинные свойства и применяется для изготовления различного крепежа с высокой жёсткостью и пружинными свойствами. При этом работоспособность крепежа из стали А5 сохраняется при высоких температурах и в агрессивной среде.

Применяемость нержавеющих сталей для изготовления крепежа

Приведём краткую таблицу наиболее распространённых видов крепежа и соответствующих этим видам нержавеющих сталей:

Также приведенные виды крепежа могут быть изготовлены производителями из других, отличных от приведенных в таблице, марок нержавеющих сталей с незначительными дополнительными "секретными" легирующими добавками для придания специфических свойств стали. Для повышения износостойкости в стали марок от A1 до A5 производителем может быть добавлена медь. Например, кольца стопорные могут быть изготовлены из такой "специальной" нержавеющей стали подгруппы А2, которая является коммерческой тайной производителя.

Наиболее распространённые нержавеющие стали

Ниже указана более полная таблица наиболее распространенных видов нержавеющих сталей и их соответствие различным классификациям стандартов.