Нержавіючі сталі для кріплення і стандарти на них

Сталі вуглецеві і нержавіючі

Сталлю називається сплав заліза з вуглецем.

В залежності від процентного вмісту вуглецю "З" в такому сплаві сталі мають різні властивості і характеристики. Додаючи до складу сплаву різні хімічні елементи при виплавці (називають "легуючі елементи") можна отримувати сталі з самими різними властивостями. Сталі зі схожими характеристиками зібрали в групи.

Далі в таблиці наведено класифікацію залізо-вуглецевих сплавів в залежності від кількості вуглецю й інших хімічних елементів, що містяться в складі:

Для того, щоб сталь можна було назвати нержавіючої, вміст хрому у складі такої сталі повинно бути більше 10.5 % і при цьому вміст вуглецю низька (не більше 1,2%). Наявність хрому додає сталі корозійну стійкість - звідси і назва "нержавіюча". Крім хрому, як "обов'язкового нержавіючого компонента", у складі нержавіючої сталі можуть бути присутніми також легуючі елементи: нікель (Ni), молібден (Mo), Титан (Ti), Ніобій (Nb), Сірка (S), Фосфор (P) і інші елементи комбінація яких визначає властивості сталі.

Основні марки нержавіючих сталей для кріплення

Історично склалося так, що розробка і виплавка нових нержавіючих сталей і сплавів тісно пов'язані з передовими технологічними галузями: літакобудування та ракетобудування. Провідними державами у світі в цих галузях машинобудування були СРСР та США, вони тривалий час перебували в стані "холодної війни" і кожен ішов своїм шляхом. В Європі технологічним лідером в ХХ столітті була і є Німеччина. Кожен з них розробляв свою класифікацію нержавіючих сталей: у США - система AISI, в Німеччині - DIN, в СРСР - ГОСТ.

Дуже довго ні про яку кооперації між цими трьома лідерами не було й мови - звідси і велика кількість сьогоднішніх стандартів на нержавіючі сталі, і дуже ускладнена, а іноді відсутня їх взаємозамінність.

США і Німеччини якось простіше: все-таки між цими країнами протягом десятиліть відбувалася взаємна торгівля технічними засобами і технологіями, що неминуче призвело до взаємного пристосування, і в області стандартів на нержавіючі сталі теж. Найважче країнам колишнього СРСР, де стандарти розвивалися в ізоляції від решти світу, і, сьогодні, на багато марки імпортних нержавіючих сталей просто відсутні аналоги - або навпаки: відсутні імпортні аналоги радянських нержавіючих сталей.

Вся ця ситуація вкрай гальмує і ускладнює розвиток вітчизняного машинобудування, яке і так "стоїть на колінах".

В результаті, маємо наступні світові стандарти на нержавіючі сталі:

• DIN - Deutsche Industrie Norm
• EN - Стандарт Євронорми EN 10027
• DIN EN - Німецьке видання Європейського Стандарту
• ASTM - American Society for Testing and Materials
• AISI - American Iron and Steel Institute
• AFNOR - Association Francaise de Normalisation
• ГОСТ - Державний Стандарт

Масові або серійні виробники нержавіючого кріплення відсутні в Україні, тому всі ми змушені вивчати і пристосовуватися до іноземної класифікації та маркування нержавіючих сталей і кріплення.

В останні роки затверджуються Російські стандарти на нержавіючий кріплення, перенимающие термінологію і маркування із європейських стандартів (наприклад, ГОСТ Р ІСО 3506-2-2009). В Україні, швидше за все, ніяких змін і нововведень в найближчому майбутньому не передбачається...

І все-таки найбільш застосовувані для виробництва кріплення нержавіючі сталі мають наближені аналоги в різних системах класифікацій - основні приведені в наступній таблиці відповідностей нержавіючих марок сталей для кріплення:

Стандарти нержавіючих сталей				Вміст легуючих елементів, %
*	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

У свою чергу, в залежності від складу і властивостей, нержавіючі сталі поділяються на кілька підгруп, визначених у першому стовпці:

* - позначення підгруп нержавіючих сталей:

• A1, A2, A3, A4, A5 - Аустенітні нержавіючі сталі - в загальному випадку, немагнітні або слабомагнітні сталі з основними складовими 15-20% хрому і 5-15% нікелю, який збільшує опір корозії. Вони добре піддаються холодної обробки тиском, теплової обробки і зварювання. Позначаються початковою літерою "A". Саме аустенітна група нержавіючих сталей найбільш широко використовується в промисловості і у виробництві кріплення;
• С1 - Мартенситні нержавіючі сталі - значно більш тверді ніж аустетнитные сталі і володіють магнітними властивостями. Вони зміцнюються загартуванням і відпусткою, подібно простим вуглецевої сталі, і знаходять застосування головним чином у виготовленні деталей насосів, турбін, для столових приладів, ріжучих інструментів і в загальному машинобудуванні. Більше схильні до корозії. Позначаються початковою буквою "З". Стали марки C3 мають обмежену корозійну стійкість, хоча і кращу, ніж сталі марки C1. Вони в основному застосовуються в клапанах насосів. Стали марки C4 схожі зі сталями марки C1, але мають обмежену корозійну стійкість. Застосовуються в загальному машинобудуванні;
• F1 - Феритні нержавіючі сталі - набагато м'якше, ніж мартенситні внаслідок малого вмісту вуглецю. Вони також володіють магнітними властивостями. Позначаються початковою літерою "F"

Аустенітні нержавіючі сталі підгруп А2, А4 та інші

Система маркування аустенітних нержавіючих сталей з літерою "А" розроблена в Німеччині для спрощеної маркування кріплення. Розберемо більш докладно аустенітні сталі по підгрупах:

Підгрупа А1

Стали марки A1 розроблені спеціально для застосування в машинобудуванні. Вони характеризуються високим вмістом сірки і тому більш схильні до корозії. Стали А1 мають високу твердість і зносостійкість.

Застосовуються при виготовленні пружинних шайб, штифтів, деяких видів шплінтів, а також для деталей рухомих з'єднань.

Підгрупа А2

Найбільш поширена при виробництві кріплення підгрупа нержавіючих сталей A2. Це нетоксичні, немагнітні, незакаливаемые, стійкі до корозії сталі. Легко піддаються зварюванні і не стають при цьому крихкими. Спочатку стали цієї підгрупи є немагнітними, але можуть проявляти магнітні властивості в результаті холодної механічної обробки - об'ємної штампування, висадки. Мають хорошу стійкість до корозії в атмосфері і в чистій воді.

Кріплення та вироби зі сталі A2 не рекомендуються для використання в кислотах і у хлорвмісних середовищах (наприклад, в басейнах і у солоній воді).

Кріплення із сталей А2 зберігає працездатність аж до температур - 200C.

У німецькій класифікації DIN, виходячи з таблиці, така сталь А2 може відповідати одній з трьох нержавіючих сталей:

• DIN 1.4301 (американський аналог AISI 304, радянський найближчий аналог 12Х18Н10),
• DIN 1.4948 (американський аналог AISI 304Н, радянський найближчий аналог 08Х18Н10),
• DIN 1.4306 (американський аналог AISI 304L, радянський найближчий аналог 03Х18Н11).

Тому, якщо Ви бачите на болте, гвинта або гайки маркування А2, то, найбільш імовірно, що це кріплення виготовлений з однією з цих трьох сталей. Точніше визначити, як правило, важко з причини того, що виробник вказує тільки маркування А2.

Всі три сталі, які входять у підгрупу А2 не містять у своєму складі Титан (Ti) - це пов'язано з тим, що з сталей А2, в основному, виготовляють вироби методом штампування, а додавання до складу нержавіючої сталі титану значно знижує пластичність такої сталі, і, отже, така сталь з титаном дуже погано піддається штампуванню.

Звертають на себе увагу цифри 18 і 10 в радянському позначенні 12Х18Н10 аналога сталі DIN 1.4301. На нержавіючої посуді імпортного виробництва часто зустрічається позначення 18/10 - це ні що інше, як скорочена позначення нержавійки з відсотковим вмістом хрому 18% і нікелю 10% - тобто DIN 1.4301.

Стали А2 часто застосовують для виготовлення посуду та елементів харчового обладнання - тому народна назва таких сталей тісно пов'язано з областю застосування сталей А2 - "харчова неіржавіюча сталь". Тут виникла деяка смислова плутанина. Назва "харчова неіржавіюча сталь" пов'язано з областю застосування, а не з властивостями стали А2, і це не зовсім правильна назва, так як антибактеріальними властивостями володіє саме титан сам по собі - і тільки нержавіюча сталь містить в своєму складі титан може по праву називатися "харчової".

Кріплення з нержавіючих сталей підгрупи А2 може володіти деякими магнітними властивостями у сильних магнітних полях. Самі по собі стали підгрупи А2 немагнитны, деяка магнитность з'являється в болтах, гвинтах, шайбах і гайках як результат напруг, що виникають при холодному деформуванні - штампування.

Завод-виробник, посуду, так і кріплення, може використовувати вищевказані нержавіючі сталі додатково леговані в дуже малих кількостях ще якимись елементами, наприклад Молібденом, для додання своїй продукції особливих споживчих властивостей. Про це можна дізнатися тільки з допомогою спектрального аналізу в лабораторії - сам виробник може вважати склад сталі "комерційною таємницею" і вказує, наприклад, тільки А2.

Підгрупа А3

Стали підгрупи А3 мають схожі властивості з сталями A2, але при цьому додатково легированы титаном, ніобієм або танталу. Їх називають стабілізованими. Це підвищує корозійну стійкість сталей при високих температурах і надає пружинні властивості.

Використовуються при виготовленні деталей з високою жорсткістю і пружними властивостями (шайби, кільця і ін)

Підгрупа А4

Друга за поширеністю підгрупа нержавіючих сталей для кріплення - підгрупа A4. Стали А4 за своїми властивостями теж схожі зі сталями A2, але додатково легированы додаванням 2-3% Молібдену. Молібден надає сталі А4 в значній мірі більш високу корозійну стійкість в агресивних середовищах і в кислотах.

Такелажні кріплення і вироби з сталей A4 добре чинять опір дії хлорвмісних середовищ і солоної води, і тому рекомендуються для використання в суднобудуванні. Стали марки A4 широко застосовуються в хімічній паперової промисловості, так як ця марка розроблена для роботи з сірчаною кислотою (звідси і її назва "кислотоустойчивая"). Стали марки A4 також часто застосовують у харчовій і кораблебудівної промисловості.

Кріплення із сталей А4 зберігає працездатність аж до температур - 60C.

У німецькій класифікації DIN, виходячи з таблиці, така сталь А4 може відповідати одній з трьох нержавіючих сталей:

• DIN 1.4401 (американський аналог AISI 316, радянський найближчий аналог 03Х17Н14М2)
• DIN 1.4404 (американський аналог AISI 316L, радянський найближчий аналог 03Х17Н14М3)
• DIN 1.4435 (американський аналог AISI 316S, радянський найближчий аналог 03Х17Н14М3)

Так як підгрупа А4 володіє підвищеною корозійною стійкістю не тільки в атмосфері або у воді, але і в агресивних середовищах - тому народна назва стали А4 "кислотостійка" або ще називають "молибденка" із-за вмісту Молібдену в складі сталі.

Нержавіючі сталі підгрупи А4 практично не володіють магнітними властивостями.

Стійкість до впливу зовнішніх умов різних середовищ на нержавіючий кріплення наведена у статті "Хімічна стійкість кріплення з нержавіючих сталей А2 і А4 "

Підгрупа А5

Сталь підгрупи А5 має властивості подібні одночасно зі сталями A4 і зі сталями А3, так як теж додатково легована титаном, ніобієм або танталом, але з іншим відсотковим вмістом легуючих добавок. Ці особливості надають стали А5 підвищену опірність високих температур.

Сталь А5 також, як А3, має пружинні властивості і застосовується для виготовлення різного кріплення з високою жорсткістю і пружними властивостями. При цьому працездатність кріплення із сталі А5 зберігається при високих температурах і в агресивному середовищі.

Застосування нержавіючих сталей для виготовлення кріплення

Наведемо коротку таблицю найбільш поширених видів кріплення та відповідних цим видам нержавіючих сталей:

Також наведені види кріплення можуть бути виготовлені виробниками з інших, відмінних від наведених у таблиці, нержавіючих марок сталей з незначними додатковими "секретними" легуючими добавками для надання специфічних властивостей сталі. Для підвищення зносостійкості сталі марок від A1 до A5 виробником може бути додана мідь. Наприклад, кільця стопорні можуть бути виготовлені з такої "спеціальної нержавіючої сталі підгрупи А2, яка є комерційною таємницею виробника.

Найбільш поширені нержавіючі сталі

Нижче вказана більш повна таблиця найбільш поширених видів нержавіючих сталей та їх відповідність різним класифікаціям стандартів.