I bulloni in acciaio inossidabile arrugginiscono quando lo scambiatore di calore lavora ad una temperatura normale di 1000°F (circa 283°C)! Perché questo? Si scopre che a temperature più alte, il ciclo termico trasformerà parte dell'acciaio inossidabile in acciaio non inossidabile. Quindi bisogna fare attenzione nella scelta dei materiali di fissaggio per evitare incidenti.
Background dell'acciaio inossidabile:
Per definizione, l'acciaio inossidabile dovrebbe contenere non meno del 10,5% di cromo, ma gli autori ritengono che il contenuto sia ancora basso. Per evitare che l'acciaio inossidabile arrugginisca a temperatura ambiente, il contenuto di cromo della matrice di acciaio inossidabile dovrebbe essere intorno al 12%.
Contrariamente all'opinione popolare, l'acciaio inossidabile non sarà sempre acciaio inossidabile. I cicli termici porteranno il contenuto di cromo di alcuni acciai inossidabili ad un livello tale da farli arrugginire. Tuttavia, ci sono molti tipi di acciaio inossidabile, quindi uno di questi può solitamente essere selezionato per soddisfare una particolare applicazione.
Acciaio inossidabile serie 300
L'acciaio inossidabile serie 300, noto anche come acciaio 18-8, è il materiale più comunemente usato per elementi di fissaggio, raccordi, tubi e tubi. L'acciaio inossidabile tipo 304 è il materiale più comune per gli elementi di fissaggio in acciaio inossidabile. L'acciaio 18-8 è il contenuto nominale di cromo e nichel nell'acciaio inossidabile della serie 300. Questi materiali hanno una buona resistenza alla corrosione sulla superficie, ma l'acciaio inossidabile 304 sarà riscaldato sopra 850 ° F (circa 199 ° C), a causa del ruolo di deposito di carbonio. Farà il contenuto di cromo diminuisce. L'alta temperatura di cromo e carbonio combinato per formare carburo di cromo, e carburo di cromo non è resistente alla ruggine. Il problema può essere alleviato utilizzando l'acciaio inossidabile 304L, che contiene 1/3 del carbonio del tipo 304 acciaio inossidabile. L'acciaio inossidabile 321 o l'acciaio inossidabile 347 possono eliminare la formazione di carburo di cromo. L'acciaio inossidabile 321 e l'acciaio inossidabile 347 contengono rispettivamente titanio e niobio, che sono molto stabili in natura. Poiché l'affinità del titanio e del niobio per il carbonio è maggiore del cromo, essi formano rispettivamente carburo di titanio e carburo di niobio con il carbonio ad alte temperature, mantenendo così il cromo. Gli acciai inossidabili della serie 300 per i bulloni in ASTMAl93 sono 304, 321 e 347.
Poiché la resistenza dell'acciaio inossidabile della serie 300 è rafforzata solo durante la formatura a freddo, i cicli termici riducono la resistenza dell'elemento di fissaggio a una condizione di ricottura quando le temperature raggiungono i 1000°F (circa 283°C). Se il calo di resistenza è inaccettabile, allora anche i materiali stabili 321 o 347 sono insoddisfacenti. Quindi devono essere considerati altri materiali.
Acciaio inossidabile della serie 400
L'acciaio inossidabile della serie 400 ha un contenuto di cromo inferiore a quello dell'acciaio inossidabile della serie 300, ma non ha problemi di deposito di carbonio come la serie 300, e può essere trattato termicamente e usato in ambienti di lavoro con temperature fino a 1200°F (circa 393°C). Ma perché il contenuto di cromo è solo il 12% un 14%, in un'atmosfera chimica grave sarà utilizzato nell'ambiente di corrosione, e 300 serie contiene 16% un 20% di cromo, non si corrode. 300 serie di acciaio inossidabile e 400 serie di acciaio inossidabile nella forza dello stesso. L'acciaio inossidabile di serie 300 non è magnetico, mentre l'acciaio inossidabile di serie 400 è magnetico. Secondo ASTMF593, 400 serie di acciaio inossidabile in 410, 416 e 430 serie per i dispositivi di fissaggio.
I materiali a base di nichel come la serie lnconel (fornita da lnconel International) o la serie Haynes (di Haynes International) sono eccellenti per applicazioni ad alta temperatura. La maggior parte di questi acciai legati contengono almeno il 16% di cromo e sono usati per la protezione dalla corrosione. Possono anche essere trattati termicamente. Altamente resistente alle alte temperature, l'acciaio legato 718 è probabilmente il materiale più usato per i dispositivi di fissaggio ed è il dispositivo di fissaggio standard a denti fini nei veicoli spaziali. C'è anche il Monel (circa il 65% di nichel e il 33% di rame) che è anche usato per i dispositivi di fissaggio ma ha una resistenza molto bassa. Haynes International ha chiamato il suo materiale Haslelloy o HaynesXX. Inconel e Haynes offrono entrambi alcuni degli stessi materiali di fissaggio come 718 e X-750.
Acciaio inossidabile A-286
Questo è uno degli acciai inossidabili più usati nell'industria aerospaziale. È un acciaio inossidabile a base di ferro che contiene il 15% di cromo ed è trattabile termicamente e temprabile a freddo. La resistenza alla trazione è di 140-180ksi senza incrudimento a freddo e può raggiungere i 220ksi con trattamento termico e incrudimento a freddo, ma l'allungamento è troppo basso per il carico di fatica. Quasi tutti i fornitori di elementi di fissaggio per l'industria aerospaziale sono in grado di fornire elementi di fissaggio A-286.
MP35N e MPl59
I materiali MP35N e MPl59 di SPS Technologies sono ottimi materiali per applicazioni in ambienti ad alta temperatura e corrosivi e contengono il 19% di cromo. Questi materiali sono considerati costosi anche nell'industria aerospaziale, e il Waspalloy è un altro materiale di questo gruppo per temperature molto alte. Questi materiali sono usati solo quando non ci sono alternative, e sono entrambi costosi e non facilmente disponibili.
Sommario
In 1000 °F (283 ° C) ambiente di lavoro utilizzando 304 acciaio inossidabile non è saggio, come il declino della forza del materiale vicino allo stato ricotto accettabile, può scegliere materiali stabili come 321 o 347 acciaio inossidabile: come requisiti di alta resistenza, e la corrosione ambientale non è molto grave, può utilizzare 400 serie di acciaio inossidabile dovrebbe essere in grado di soddisfare i requisiti. Se la serie 300 e l'acciaio inossidabile serie 400 non può risolvere il problema, l'uso di A-286. Inconel, Haynes, MP35N e MPl59 sono materiali molto buoni, ma il costo è alto. E non è facile da ottenere. La regola generale di progettazione è: utilizzare materiali costosi solo se necessario per ottenere prestazioni di progettazione soddisfacenti.