Применение и характеристики сталей 1.4122 и 1.4310 в производстве шайб, стопорных колец и штифтов.

Очень часто к нам поступают различные вопросы о марках стали, которые мы выбираем для наших метизов:

• про марку стали шайб, например, вопрос от Евгения, г. Санкт-Петербург: 

Почему шайбы-гровер (по DIN 127) не из стали А2, а из какой-то 1.4310?

• про марку стали стопорных колец, например, вопрос от Владимира, г. Екатеринбург: 

Кольца стопорные для валов (по DIN 471) у вас выполнены из стали 1.4122 или 1.4310, это нержавейка?

• про марку стали штифтов, например, вопрос от Валентина, г. Москва: 

Штифт (по ISO 8750) по маркировке из 1.4310 что это за сталь?

Давайте подробнее рассмотрим марки нержавеющей стали, упомянутые в этих вопросах, чтобы дать полное объяснение их выбора для использования в наших крепёжных изделиях.

Выбор сплава всегда обусловлен требованиями к эксплуатации изделия.

Коррозионно-стойкая сталь марки 1.4122 по EN 10088 наилучшим образом подходят для производства:

• стопорных колец по DIN 471 и DIN 472;

• шайб тарельчатых по DIN 2093;

• шайб упорных по DIN 6799.

Коррозионно-стойкую сталь марки 1.4310 по EN 10088, как правило, используют для производства следующего нержавеющего крепежа:

• пружинных шайб по DIN 7980, DIN 127, DIN 128;

• плоских шайб по DIN 137;

• тарельчатых шайб по DIN 2093;

• и цилиндрических штифтов по ISO 8750; ISO 8752.

Свойства и состав обеих марок стали, 1.4122 и 1.4310, задаёт европейский стандарт EN 10088-2:

• 1.4310 – это коррозионно-стойкая сталь аустенитного класса, как и стали марки А2 и А4 по ГОСТ ISO 3506. Этот сплав отличается повышенным содержанием кремния, что подтверждается EN 10151, который относит эту сталь к пружинным;

• 1.4122 – это марка сплава, который относится к мартенситным коррозионно-стойким сталям с повышенной твёрдостью.

Состав этих сталей задан в EN 10088:

Таблица 1 — Химический состав аустенитных коррозионно-стойких сталей

(Прямой перевод таблицы 1 EN 10088-2:2014)

a) Приведены максимальные значения, если не указано иное.

Таблица 2 — Химический состав мартенситных и дисперсионно-упрочнённых коррозионно-стойких сталей

(Прямой перевод таблицы 4 EN 10088-2:2014)

a) Приведены максимальные значения, если не указано иное;
b) Определённые диапазоны содержания серы могут способствовать улучшению отдельных свойств.
- Для обрабатываемости рекомендуется и допускается контролируемое содержание серы от 0,015 % до 0,030 %.
- Для свариваемости рекомендуется и допускается контролируемое содержание серы от 0,008 % до 0,015 %.
- Для полируемости рекомендуется контролируемое содержание серы не более 0,015 %.

с) Более узкие диапазоны содержания углерода могут быть согласованы на стадии запроса и заказа.

Принципиальное различие между аустенитной и мартенситной нержавеющими сталями заключается в их кристаллических структурах.

Аустенитные стали имеют структуру, которая состоит преимущественно из твёрдой фазы с гранецентрированной кубической решёткой. Такая структура формируется при нагревании железоуглеродистого сплава с определённым содержанием легирующих элементов-аустенизаторов (никель, марганец, азот), до высокой температуры, обычно 1050-1100°С, с последующим быстрым охлаждением. Сплавы с этой структурой отличаются высокой пластичностью и ковкостью, что делает их особенно подходящими для изделий, изготовление которых, требует значительной пластической деформации.

В контрасте с аустенитом, мартенситные стали в твёрдой фазе как правило обладают объемноцентрированной тетрагональной структурой. Которая возникает в результате нагрева сплава выше температуры критической точки (температуры изменения типа кристаллической решетки, то есть полиморфного превращения), с последующим быстрым охлаждением. Мартенсит отличается высокой твёрдостью и склонностью к хрупкости, но его уникальная кристаллическая структура придаёт ему высокую прочность на разрыв при одновременно низкой усталостной прочности. Эти характеристики делают мартенситные марки стали выбором для изделий и конструкций, где требуются высокая твёрдость и прочность.

Что подтверждается их свойствами в EN 10088-2:

Таблица 3 — Механические свойства мартенситных сталей при комнатной температуре в состоянии после термической обработки (см. таблицу 2)
(Прямой перевод таблицы 10 EN 10088-2:2014)

а) C = хлоднокатаная полоса; H = горячекатаная полоса; P = горячекатаный лист;
b) +A = отожжённый, +QT = закалённый и отпущенный;
c) Твёрдость по Бринеллю, Виккерсу или Роквеллу обычно определяется для изделий форм C и H в состоянии после термообработки +A. Испытание на растяжение должно проводиться в качестве контрольного испытания;
d) Значения применяются для образцов с контрольной длиной 80 мм и шириной 20 мм; также могут использоваться образцы с контрольной длиной 50 мм и шириной 12,5 мм;
e) Значения применяются для образцов с контрольной длиной 5,65 √So;
*) 1 MPa = 1 N/mm2.

Таблица 4 — Механические свойства аустенитных сталей при комнатной температуре в отожжённом состоянии на твёрдый растворᵃ (см. таблицу 1) и стойкость к межкристаллитной коррозии
(Прямой перевод таблицы 7 EN 10088-2:2014)

a) Растворный отжиг может быть опущен, если условия горячей обработки и последующего охлаждения таковы, что обеспечиваются требования к механическим свойствам изделия и стойкости к межкристаллитной коррозии, как определено в EN ISO 3651-2;
b) C = холоднокатаная полоса; H = горячекатаная полоса; P = горячекатаный лист;
c) Только для справки;
d) Если для полосы шириной прокатки менее 300 мм отбираются продольные образцы, минимальные значения уменьшаются следующим образом:
- предел текучести — минус 15 Мпа;
- удлинение при постоянной контрольной длине — минус 5 %;
- удлинение при пропорциональной контрольной длине — минус 2 %.
e) Для непрерывно горячекатаных изделий минимальные значения Rp0,2 могут быть согласованы выше на 20 МПа, а минимальные значения Rp1,0 — выше на 10 МПа на стадии запроса и заказа;
f) Значения применяются для образцов с контрольной длиной 80 мм и шириной 20 мм; также могут использоваться образцы с контрольной длиной 50 мм и шириной 12,5 мм;
g) Значения применяются для образцов с контрольной длиной 5,65 S₀;
h) При испытаниях в соответствии с EN ISO 3651-2;
i) См. примечание 2 к пункту 6.4;
j) Для материала, выровненного методом растяжения, минимальное значение ниже на 5 %;
k) Обработка сенсибилизацией: 15 минут при 700 °C с последующим охлаждением на воздухе;
*) 1 МПа = 1 Н/мм².

Как видно из приведённых таблиц, аустенитные сплавы обладают более низким пределом текучести и высокими показателями вязкости. В отличие от них мартенситные стали обладают более высокой прочностью. Эти свойства объясняют причину выбора мартенситной стали 1.4122 для производства метизов, подвергаемых нагрузкам, требующим повышенную твёрдость и износостойкость изделия.

Дальше разберём, почему для производства остальных рассматриваемых метизов* выбрана марка стали 1.4310, а не стандартные для нас А2 и А4 по ГОСТ ISO 3506.

Этот сплав относится к сталям аустенитного класса и отличается от марок А2 и А4 бóльшим содержанием кремния (Si). Аустенитная сталь, легированная кремнием до 2%, обладает более высокими значениями предела текучести, упругости, сопротивления динамическим (ударным) нагрузкам, хорошей прокаливаемостью, жароупорностью и способностью в закалённом состоянии сохранять твёрдость при относительно высоких температурах.

«Кремний широко используется в металлургии. Ввиду высокого сродства к кислороду и доступности его вводят в расплавленную сталь как раскислитель [1]. Остаточное содержание кремния в стали не превышает 0,37 мас. %. При концентрации свыше 0,6 % его рассматривают как легирующий элемент. Кремнием легируют стали различного назначения: конструкционные (до 1,5 %), инструментальные (до 1,7 %), пружинно-рессорные (до 2 %), жаростойкие (до 3 %), электротехнические (до 4,5 %) и др. Легированная кремнием сталь обладает более высокими значениями предела упругости, текучести и сопротивления удару, повышенной жаростойкостью, но малым значением остаточной намагниченности»

Особенности и физические принципы влияния добавок кремния на свойства стали / А.Н. Маковецкий, Д.А. Мирзаев, А.А. Мирзоев, К.Ю. Окишев //

Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». – 2017. –

По этим причинам, сталь 1.4310 относится к пружинным коррозионно-стойким сталям согласно
EN 10151 и является более подходящим материалом для производства метизов, эксплуатируемых в условиях, где требуются повышенные прочность и пружинные свойства стали.

*Для позиции DIN 127 подробный ответ на этот вопрос Вы можете найти в статье на нашем сайте:

Почему нержавеющие шайбы-гровер DIN 127 сделаны не из стали А2, а марки 1.4310?
(best-krepeg.ru)