Нержавеющий крепеж менее прочный? Разбираем миф

Нержавеющий крепёж менее прочный, чем углеродистый: правда или заблуждение?

Нержавеющий крепёж из аустенитных сталей А2 и А4 по ГОСТ ISO 3506-1-2014 имеет предел прочности на растяжение 500–800 МПа — сопоставимо с углеродистыми классами 4.8–8.8 по ГОСТ ISO 898-1-2014. Однако предел текучести нержавеющего крепежа существенно ниже (210–600 МПа против 340–1100 МПа), что означает более раннее наступление необратимых деформаций при нагрузке.

Почему нержавеющие стали отличаются по прочности от углеродистых

Различие связано с химическим составом. Нержавеющие стали относятся к группе высоколегированных сплавов на основе железа, где суммарная массовая доля легирующих элементов по ГОСТ 5632-2014 должна быть не менее 10%. В аустенитных сплавах марки А2 или А4 по ГОСТ ISO 3506-2014 содержание легирующих элементов ещё больше — около 30%. Это необходимо для обеспечения повышенной коррозионной стойкости.

Значительная разница между составом сплавов обуславливает заметные различия в механических свойствах между углеродистыми сталями и коррозионно-стойкими сталями аустенитного класса.

Нормативная база: какие стандарты задают прочность

На нормативном уровне механические свойства заданы в соответствующих стандартах:

— серия стандартов ГОСТ ISO 898-2014 «Механические свойства крепёжных изделий из углеродистых и легированных сталей»;

— серия стандартов ГОСТ ISO 3506-2014 «Механические свойства крепёжных изделий из коррозионно-стойкой нержавеющей стали».

Классы прочности и ключевые характеристики

Для структурирования крепежа по механическим свойствам стандартами вводятся понятия класса прочности или класса твёрдости в зависимости от типа изделия.

Классы прочности присваивают крепёжным изделиям, эксплуатация которых предусматривает работу на растяжение (болты, винты и шпильки) или на сжатие (гайки).

Классы прочности определяют двумя нормативными свойствами:

1) Предел прочности на растяжение Rm (временное сопротивление) — максимальная величина механических напряжений, выше которых происходит разрушение материала.

2) Условный предел текучести Rp0,2 — величина механических напряжений, при которых после снятия нагрузки остаточная пластическая деформация материала составляет 0,2%. Эта величина условно отображает границу между зонами упругой и пластической работы крепёжного изделия. Напряжения выше этого значения вызывают необратимые деформации материала, у резьбовой шпильки в первую очередь — смятие резьбы.

Механические свойства нержавеющего крепежа по ГОСТ ISO 3506-1-2014

Значения предела прочности на растяжение Rm и условного предела текучести Rp0,2 болтов, винтов и шпилек из аустенитных, мартенситных и ферритных марок сталей:

Механические свойства углеродистого крепежа по ГОСТ ISO 898-1-2014

Значения предела прочности на растяжение Rm и пределов текучести ReL, Rp0,2 и Rpf болтов, винтов и шпилек из углеродистых и легированных сталей:

Сравнение: в чём нержавеющий крепёж действительно уступает

Сравнивая приведённые таблицы, можно сделать вывод, что классы прочности коррозионно-стойких и углеродистых сталей заметно разнятся. Отличие не только в обозначении классов прочности: А2-70, А4-70, А4-80 — для нержавеющих и 8.8, 10.9, 12.9 — для углеродистых сталей.

Крепёжные изделия из коррозионно-стойких аустенитных сплавов обладают большей пластичностью по сравнению с аналогичными изделиями из углеродистых сталей. Поэтому при близких значениях временного сопротивления нержавеющий крепёж отличается меньшим пределом текучести. Это значит, что такие метизы подвержены пластическим (необратимым) деформациям при более низких нагрузках.

Именно этим объясняется сложившееся мнение, что нержавеющий крепёж менее прочный, чем крепёж из углеродистых сталей.

Поэтому при расчёте резьбового соединения из коррозионно-стойких сталей важно учитывать их прочностные характеристики, заданные российскими стандартами.

Частые вопросы

Какой предел прочности у болтов из нержавеющей стали А2-70 и А4-70?

Болты класса прочности 70 из аустенитных нержавеющих сталей А2 и А4 имеют предел прочности на растяжение (Rm) не менее 700 МПа и условный предел текучести (Rp0,2) не менее 450 МПа. Характеристики регламентированы ГОСТ ISO 3506-1-2014.

Можно ли заменить болт 8.8 на нержавеющий А2-70?

Прямая замена без пересчёта нагрузок некорректна. Болт класса 8.8 имеет Rm не менее 800 МПа и Rp0,2 не менее 640 МПа, тогда как А2-70 — Rm 700 МПа и Rp0,2 всего 450 МПа. Необратимые деформации нержавеющего болта начнутся при значительно меньшей нагрузке. Необходим расчёт соединения с учётом фактических характеристик.

Почему нержавеющий крепёж более пластичный, чем углеродистый?

Повышенная пластичность обусловлена химическим составом: аустенитные нержавеющие стали содержат около 30% легирующих элементов (хром, никель, молибден), что формирует аустенитную структуру с высокой деформируемостью. Углеродистые стали имеют значительно меньшую долю легирования и подвергаются термообработке для повышения прочности.

Чем отличаются классы прочности А2-50, А2-70 и А2-80?

Число после буквенной марки стали обозначает минимальный предел прочности на растяжение в десятках МПа: А2-50 — Rm от 500 МПа (Rp0,2 от 210 МПа), А2-70 — Rm от 700 МПа (Rp0,2 от 450 МПа), А2-80 — Rm от 800 МПа (Rp0,2 от 600 МПа). Повышение класса прочности достигается нагартовкой (холодной деформацией).

Какие стандарты регламентируют прочность нержавеющего крепежа в России?

Механические свойства крепежа из нержавеющих сталей определяет серия стандартов ГОСТ ISO 3506-2014. Для углеродистых и легированных сталей действует серия ГОСТ ISO 898-2014. Требования к самим маркам коррозионно-стойких сталей установлены ГОСТ 5632-2014.

Подробнее о классах прочности и твёрдости крепёжных изделий из коррозионно-стойких сталей — в Справочнике на сайте BEST-Крепёж.