ステンレス鋼ファスナーの冶金基礎
1。合金分類とキーグレード
ステンレス鋼ファスナー それらの結晶構造と合金組成によって分類されます:
-
Austenitic(300シリーズ):
-
AISI 304(1.4301): 18%cr、8%ni;中程度の塩化物耐性を備えた汎用使用。
-
AISI 316(1.4401): 16〜18%CR、10〜14%nI、2〜3%MO;海洋用途向けの優れたピッティング抵抗。
-
-
Martensitic(400シリーズ):
-
AISI 410(1.4006): 12%cr、1%C;高強度ボルト(最大1,500 MPa UTS)で熱処理できます。
-
-
二重(例:2205):
-
22%CR、5%NI、3%MO;オーステナイトの靭性とフェライトストレス腐食亀裂(SCC)抵抗性を組み合わせます。
-
2。耐食性メカニズム
-
受動層の形成: 酸化クロム(Crouso₃)フィルム(厚さ3〜5 nm)酸素化環境での自己繰り返し。
-
ピッティング抵抗相当数(pren):
より高いプレン(> 35)は、塩化物誘発腐食に対する耐性を示します。
3。機械的特性
学年 | 降伏強度(MPA) | 引張強度(MPA) | 伸長 (%) |
---|---|---|---|
304 | 215 | 505 | 40 |
316 | 240 | 515 | 40 |
410 | 950(QT) | 1,200(QT) | 12 |
2205 | 450 | 620 | 25 |
高度な製造プロセス
1。コールドフォーミングと糸ローリング
-
コールドヘッド: 高速フォーマー(200〜400ストローク/分)は、最小限の材料廃棄物でワイヤーをブランクに形作ります。
-
スレッドローリング: 圧縮された残留応力のために、20%高い疲労強度とカットスレッドのスレッドを生成します。
2。熱処理
-
ソリューションアニーリング(Austenitic): 1,010–1,120°C炭化物を溶解し、耐食性を回復するためにクエンチ。
-
Quench&Temper(Martensitic): 980°Cでのオイル消光と、硬度制御のために600°Cの焼き戻し(28〜32 HRC)。
3。表面処理
-
危険性: 硝酸浴(20〜50%v/v)は鉄の汚染物質を除去し、cr₂o₃層の完全性を高めます。
-
エレクトロポリッシング: マイクロスムージング(RA <0.1μm)は、食物/製薬物の用途における細菌の接着を減少させます。
-
PVDコーティング: スズまたはCRN層(3〜5μm)は、高サイクルアプリケーションの耐摩耗性を改善します。
産業用アプリケーションとパフォーマンス基準
1。海洋およびオフショアエンジニアリング
-
グレード316Lファスナー: Pren 26–33は、赤錆なしで1,000時間塩スプレー(ASTM B117)に耐えます。
-
スーパーデュプレックスボルト(例:UNS S32750): H₂S曝露のある海底油リグの場合は40を超えています。
2。化学処理
-
合金20(UNS N08020): 20%Cr、35%Ni、3.5%Cu;高温で硫酸に耐えます。
-
PTFEコーティングナッツ: 攻撃的なメディアでのガレーを防ぐ(pH <2)。
3。自動車および航空宇宙
-
A286(660 MPa): 排気マニホールドスタッドのための降水硬化オーステナイト合金(800°C環状耐性)。
-
ロックボルトシステム: 機体アセンブリに12.9グレードの強度を備えたMonobolt®ピン。
4。再生可能エネルギー
-
風力タービンフランジボルト(ASTM A320 L7): 北極の設置で-150°Cでテストされたシャルピー衝撃。
技術的な課題と緩和戦略
1。ガーリングとコールド溶接
-
原因: 締め付け中の摩擦熱(≥0.5μm表面粗さ)。
-
ソリューション:
-
ジスルフィドモリブデン(MOS₂)コーティング。
-
非対称スレッドフォーム(例:Spiralock®)。
-
2。ストレス腐食亀裂(SCC)
-
リスク要因: Cl⁻濃度> 10 ppm、引張応力> 50%の収率。
-
防止:
-
デュプレックスまたはスーパーオーステナイト(6%mo)グレードを使用します。
-
ショットピーニングを適用して、圧縮表面応力を誘導します。
-
-
3。水素包括的な
-
脆弱な成績: 高強度マルテンサイト(≥1,200MPa)。
-
対策:
-
190〜230°Cで沈着後24時間焼きます。
-
低水素電気めっきプロセス(例:亜鉛ニッケル)。
-
イノベーションと市場動向
1。添加剤の製造
-
3Dプリントされたカスタムファスナー: 複雑な形状の17-4 pHステンレスのレーザーパウダーベッド融合(LPBF)。
-
トポロジ - 最適化されたデザイン: 強度を損なうことなく、最大40%までの体重減少。
2。スマートファスナー
-
組み込みセンサー: リアルタイムの負荷監視(IoT対応予測メンテナンス)のためのボルトのひずみゲージ。
-
RFIDタグ付け: 重要なインフラストラクチャプロジェクトでファスナーライフサイクルを追跡します。
3。持続可能な生産
-
リサイクルステンレス鋼: スクラップベースのメルトを使用した80%低い二酸化炭素排出量(例:OutokumpuCircleGreen®)。
-
生分解性潤滑剤: NSF H1標準を満たす植物ベースの糸状化化合物。
4。グローバル市場のダイナミクス
-
成長予測: 4.8%CAGR(2023–2030)、沖合の風力およびEVセクターによって駆動。
-
地域の需要: アジア太平洋地域は45%の市場シェア(中国、インドのインフラ拡張)で支配的です。