Vít thép không gỉ cường độ cao | Kéo, ăn mòn

Độ bền kéo - Lớp thuộc tính, cấp độ và hiệu suất trong thế giới thực

Độ bền kéo của vít thép không gỉ được xác định theo các loại đặc tính (tương tự như các loại thép cacbon 8,8, 10,9, 12,9) nhưng có cách đánh số khác nhau. Dưới đây là so sánh toàn diện về độ bền kéo giữa các loại thép không gỉ dựa trên ISO 3506-1 (tính chất cơ học của ốc vít bằng thép không gỉ chống ăn mòn).

Hiểu các lớp thuộc tính cho vít không gỉ. Không giống như vít thép cacbon được đánh dấu 8,8, 10,9 (trong đó số đầu tiên là 1/100 độ bền kéo tính bằng MPa), vít không gỉ sử dụng loại thuộc tính có một hoặc hai chữ số: Loại 50 (độ bền kéo tối thiểu 500 MPa), Loại 70 (700 MPa), Loại 80 (800 MPa). Loại 100 (1000 MPa) có sẵn cho các loại được làm cứng bằng mưa. Loại đặc tính được đóng dấu trên đầu vít (ví dụ: A2-70 cho thép không gỉ 304, Loại 70; A4-80 cho thép không gỉ 316, Loại 80). Đối với các ứng dụng có độ bền cao, hãy chỉ định A4-80 (316, 800 MPa) trở lên. Đừng bao giờ cho rằng tất cả các vít không gỉ đều có độ bền cao – tiêu chuẩn A2-50 (304, 500 MPa) chỉ có 60-70% độ bền của vít thép carbon loại 8,8 (800 MPa).

Gia công nguội làm tăng độ bền mà không cần xử lý nhiệt. Thép không gỉ Austenitic (304, 316) không thể xử lý nhiệt để tăng cường. Tuy nhiên, gia công nguội (cán ren, tạo hình đầu và kéo dây) làm tăng độ bền kéo. Vít làm từ dây gia công nguội có thể đạt Cấp 80 (800 MPa) so với Cấp 50-70 đối với loại không gia công nguội. Đối với các ứng dụng yêu cầu trên 800 MPa, cần có các lớp làm cứng bằng martensitic hoặc kết tủa. Tuy nhiên, các loại này có khả năng chống ăn mòn thấp hơn (xem Phần 2).

Yêu cầu về độ bền trong thế giới thực theo ứng dụng:

• Công việc nhẹ (nội thất, đồ điện tử, vách thạch cao): 400-500 MPa – A2-50 (304, Class 50) là đủ.
• Thi công chung (tay vịn, khung kết cấu, sàn ngoài trời): 600-800 MPa – Khuyến nghị A2-70 hoặc A4-70 (700 MPa).
• Phần cứng hàng hải, mặt bích nhà máy hóa chất, độ rung cao: 800-1000 MPa – A4-80 (316, 800 MPa) hoặc 410/431 martensitic (900-1.000 MPa) có lớp phủ chống ăn mòn.
• Hàng không vũ trụ, máy móc hạng nặng, hạt nhân: 1.000-1.200 MPa – 17-4 PH (630) hoặc song công 2205.

Ví dụ trường hợp: Một dự án xây dựng bến tàu ven biển sử dụng vít A2-70 (304, 700 MPa) để kết nối lan can. Sau 18 tháng, 30 phần trăm cho thấy sự ăn mòn ở kẽ hở ở chân ren (xem Phần 2) và cần phải thay thế. Việc thay thế sử dụng vít A4-80 (316, 800 MPa) có lớp phủ PTFE. Sau 4 năm, không bị ăn mòn và không bị suy giảm độ bền – mặc dù có cùng cấp độ kéo nhưng khả năng chống rỗ vượt trội của hợp kim 316 tỏ ra rất quan trọng trong môi trường biển.

Khả năng chống ăn mòn - So sánh các lớp Austenitic, Martensitic và Duplex

Khả năng chống ăn mòn của thép không gỉ đến từ lớp oxit crom thụ động. Tuy nhiên, các nguyên tố hợp kim khác nhau (crom, niken, molypden, nitơ) ảnh hưởng đáng kể đến khả năng chống rỗ, ăn mòn kẽ hở và nứt ăn mòn do ứng suất. Dưới đây là so sánh chi tiết dựa trên thử nghiệm tiêu chuẩn và hiệu suất hiện trường.

PREN (Số tương đương lực cản rỗ) là số liệu chính. PREN = %Cr 3,3 x %Mo 16 x %N. PREN cao hơn có nghĩa là khả năng chống rỗ tốt hơn trong môi trường clorua. 304 (PREN 18-20) thích hợp cho sử dụng ngoài trời trong nhà và nông thôn. 316 (PREN 24-26) bổ sung thêm 2-3% molypden, cải thiện đáng kể khả năng chống rỗ. Đối với các khu vực có nước bắn tung tóe trên biển hoặc bể bơi (có hàm lượng clo cao), nên sử dụng PREN trên 32 – loại song công 2205 hoặc loại siêu austenit (904L, 254SMO). Đối với các ứng dụng hàng hải ngập nước, yêu cầu PREN trên 40 (các loại đặc biệt không phổ biến trong các sản phẩm vít tiêu chuẩn).

Các loại Martensitic (410, 420, 431) có khả năng chống ăn mòn thấp hơn. Bởi vì các loại này có hàm lượng crom thấp hơn (12-14% so với 18% đối với 304) và ít hoặc không có niken hoặc molypden nên PREN của chúng là 14-18 - tương tự như 430 không gỉ. Chúng sẽ rỉ sét ở môi trường ngoài trời, đặc biệt là gần bờ biển hoặc trong môi trường công nghiệp. Nếu cần cường độ cao (1.000-1.200 MPa) cho ứng dụng ngoài trời thì vít martensitic phải được phủ (mạ kẽm, Dacromet hoặc PTFE). Vít 410 không tráng phủ có hiện tượng gỉ đỏ trong vòng 50-150 giờ trong thử nghiệm phun muối - tương đương với 2-6 tuần phơi nhiễm ở ven biển. Đối với việc sử dụng hàng hải, không bao giờ chọn martensitic mà không có lớp phủ.

Rủi ro ăn mòn đặc biệt đối với ốc vít: Vít đặc biệt dễ bị ăn mòn kẽ hở và ăn mòn điện. Sự ăn mòn kẽ hở xảy ra ở các rãnh ren nơi nồng độ oxy thấp. 316 có khả năng chống chịu cao hơn nhiều so với 304, nhưng ngay cả 316 cũng sẽ bị ăn mòn ở kẽ hở nếu được lắp ráp trong nước biển ứ đọng trong nhiều tháng. Ăn mòn điện hóa xảy ra khi thép không gỉ tiếp xúc với kim loại kém quý hơn (nhôm, thép cacbon) trong chất điện phân (nước muối). Thép không gỉ hoạt động như một cực âm, làm tăng tốc độ ăn mòn của kim loại khác. Giải pháp: cách ly bằng vòng đệm nylon, sử dụng vật liệu tương thích hoặc bôi keo để ngăn chất điện phân xâm nhập.

Chống ăn mòn bởi môi trường:

• Trong nhà, khô ráo (văn phòng, nhà ở, HVAC): Bất kỳ loại không gỉ nào cũng hoạt động (tối thiểu 304). Ăn mòn không phải là một mối quan tâm.
• Ngoài trời, trong đất liền (không ven biển, ít ô nhiễm): 304 chấp nhận được trong 10-20 năm. 316 được khuyến nghị để có tuổi thọ cao hơn hoặc các cấu trúc quan trọng.
• Ngoài trời, ven biển (trong phạm vi 5km tính từ biển): tối thiểu 316. 304 sẽ xuất hiện rỉ sét trong vòng 2-5 năm. Duplex được khuyên dùng để phun muối trực tiếp.
• Hàng hải (thuyền, bến cảng, ngập nước): Duplex 2205 hoặc 316 với lớp phủ dày. Riêng 316 sẽ bị ăn mòn ở các ren sau 3-7 năm ngâm liên tục.
• Nhà máy hóa chất, bể bơi, nước thải: 316 hoặc cao hơn. 304 bị hỏng nhanh chóng trong môi trường clo (rỗ trong vòng vài tháng).
• Chế biến thực phẩm, y tế: 316 (để chống ăn mòn đối với chất tẩy rửa và axit) hoặc 304 (đối với môi trường ít xâm thực hơn).

Đối với Vít thép không gỉ cường độ cao được sử dụng trong các môi trường đòi hỏi khắt khe, sự lựa chọn tối ưu cân bằng độ bền kéo và khả năng chống ăn mòn. Để có độ bền cao (800 MPa) VÀ khả năng chống ăn mòn tốt, các tùy chọn bị hạn chế: A4-80 (316, gia công nguội đến 800 MPa) là phổ biến nhất. Đối với 1.000 MPa có khả năng chống ăn mòn tương đương với 316, cần có song công 2205 hoặc 17-4 PH (630), nhưng cả hai đều có giá cao hơn đáng kể và tính khả dụng thấp hơn. Đối với hầu hết các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi cả độ bền cao và khả năng chống ăn mòn, A4-80 (316, Class 80) mang lại giá trị tốt nhất, mang lại độ bền kéo 800 MPa và khả năng chống rỗ tuyệt vời (PREN 24-26).

Ma trận lựa chọn thực tế – Vít phù hợp với yêu cầu ứng dụng

Dựa trên dữ liệu trên, hãy sử dụng khuôn khổ này để chọn lựa thích hợp Vít thép không gỉ cường độ cao cho nhu cầu cụ thể của bạn.

các Vít thép không gỉ cường độ cao thị trường yêu cầu lựa chọn hợp kim cẩn thận – độ bền kéo và khả năng chống ăn mòn thường có giá trị tương đương nhau. Các loại Austenitic (304, 316) có khả năng chống ăn mòn tốt nhất nhưng độ bền thấp hơn (tối đa 800 MPa). Các loại Martensitic và PH có độ bền cao hơn (1.000-1.200 MPa) nhưng khả năng chống ăn mòn thấp hơn, cần có lớp phủ để sử dụng ngoài trời. Đối với hầu hết các ứng dụng đòi hỏi khắt khe (xây dựng ven biển, nhà máy hóa chất, chế biến thực phẩm), A4-80 (316, Class 80) mang lại sự cân bằng tối ưu: độ bền kéo 800 MPa và khả năng chống ăn mòn PREN 24-26. Đối với những môi trường khắc nghiệt (ngâm trong nước biển liên tục, hóa chất có hàm lượng clorua cao), hãy nâng cấp lên loại không gỉ song công (PREN 32-38) mặc dù chi phí cao gấp 2-3 lần. Luôn yêu cầu báo cáo kiểm tra vật liệu (MTR) cho các ứng dụng quan trọng – xác minh cả kết quả kiểm tra độ bền kéo (ISO 3506-1) và khả năng chống rỗ (ASTM G48 để kiểm tra clorua sắt). Với việc lựa chọn cấp độ phù hợp và thông số kỹ thuật về lớp phủ, vít không gỉ có độ bền cao mang lại thời gian sử dụng từ 20-50 năm mà không cần bảo trì.