Śruby wykonane ze stali nierdzewnej rdzewieją, gdy wymiennik ciepła pracuje w normalnej temperaturze 1000°F (ok. 283°C)! Dlaczego tak się dzieje? Okazuje się, że w wyższych temperaturach cykl termiczny powoduje, że część stali nierdzewnej staje się stalą nie-nierdzewną. Dlatego, aby uniknąć wypadków, należy ostrożnie dobierać materiały na elementy złączne.
Stal nierdzewna - informacje ogólne :

Z definicji stal nierdzewna powinna zawierać nie mniej niż 10,5% chromu, ale autorzy uważają, że zawartość ta jest wciąż niska. Aby zapobiec rdzewieniu stali nierdzewnej w temperaturze pokojowej, zawartość chromu w osnowie stali nierdzewnej powinna wynosić około 12%.
Wbrew powszechnej opinii, stal nierdzewna nie zawsze będzie stalą nierdzewną. Cykle termiczne powodują obniżenie zawartości chromu w niektórych stalach nierdzewnych do poziomu, który powoduje ich rdzewienie. Istnieje jednak wiele rodzajów stali nierdzewnej, więc zazwyczaj można wybrać jeden z nich, aby spełnić wymagania konkretnego zastosowania.

Stal nierdzewnaserii 300
Stal nierdzewna serii 300, znana również jako stal 18-8, jest najczęściej stosowanym materiałem na elementy złączne, armaturę, rury i przewody. Stal nierdzewna typu 304 jest najbardziej rozpowszechnionym materiałem na elementy złączne ze stali nierdzewnej. Stal 18-8 to nominalna zawartość chromu i niklu w stali nierdzewnej serii 300. Materiały te mają dobrą odporność na korozję na powierzchni, ale 304 stal nierdzewna będzie ogrzewana powyżej 850 ° F (około 199 ° C), ze względu na rolę osadzania węgla. Sprawi, że zawartość chromu zmniejsza się. Wysoka temperatura chromu i węgla połączone w celu utworzenia węglika chromu, a węglik chromu nie jest odporny na rdzę. Problem ten może być złagodzony przez użycie stali nierdzewnej 304L, która zawiera 1/3 węgla typu 304 stali nierdzewnej. Stal nierdzewna 321 lub 347 może wyeliminować powstawanie węglika chromu. Stal nierdzewna 321 i stal nierdzewna 347 zawierają odpowiednio tytan i niob, które są bardzo stabilne w przyrodzie. Ponieważ powinowactwo tytanu i niobu do węgla jest większe niż chromu, w wysokich temperaturach tworzą one odpowiednio węglik tytanu i węglik niobu z węglem, zachowując w ten sposób chrom. Stal nierdzewna serii 300 na śruby w ASTMAl93 to stal nierdzewna 304, 321 i 347.

Ponieważ wytrzymałość stali nierdzewnej serii 300 jest wzmacniana tylko podczas formowania na zimno, cykle termiczne obniżają wytrzymałość śruby do stanu wyżarzonego, gdy temperatura osiągnie 1000°F (ok. 283°C). Jeśli spadek wytrzymałości jest nieakceptowalny, to stabilne materiały 321 lub 347 również są niezadowalające. Dlatego należy rozważyć zastosowanie innych materiałów.

Stal nierdzewnaserii 400
Stal nierdzewna serii 400 ma niższą zawartość chromu niż stal nierdzewna serii 300, ale nie ma problemów z osadzaniem się węgla, jak stal serii 300, i może być poddawana obróbce cieplnej i stosowana w środowiskach pracy o temperaturze do 1200°F (ok. 393°C). Ale ponieważ zawartość chromu jest tylko 12% a 14%, w poważnej atmosferze chemicznej będzie używany w środowisku korozji, a seria 300 zawiera 16% a 20% chromu, nie będzie korodować. 300 serii stali nierdzewnej i 400 serii stali nierdzewnej w wytrzymałości tego samego. 300 seria stali nierdzewnej jest niemagnetyczna, podczas gdy seria 400 stali nierdzewnej jest magnetyczna. Zgodnie z ASTMF593, seria 400 stali nierdzewnej w 410, 416 i 430 serii dla elementów złącznych.

Materiały na bazie niklu, takie jak seria lnconel (dostarczana przez firmę lnconel International) lub seria Haynes (dostarczana przez firmę Haynes International) są doskonałe do zastosowań wysokotemperaturowych. Większość z tych stali stopowych zawiera co najmniej 16% chromu i jest stosowana do ochrony przed korozją. Można je również poddawać obróbce cieplnej. Stal stopowa 718, charakteryzująca się wysoką wytrzymałością w wysokich temperaturach, jest prawdopodobnie najczęściej stosowanym materiałem na elementy złączne i stanowi standardowy element złączny o drobnych zębach w statkach kosmicznych. Istnieje również Monel (ok. 65% niklu i 33% miedzi), który jest również stosowany do produkcji elementów złącznych, ale jego wytrzymałość jest bardzo niska. firma Haynes International nazwała swój materiał Haslelloy lub HaynesXX. Zarówno Inconel, jak i Haynes oferują niektóre z tych samych materiałów na elementy złączne, takie jak 718 i X-750.

Stal nierdzewna A-286
Jest to jedna z najszerzej stosowanych stali nierdzewnych w przemyśle lotniczym i kosmicznym. Jest to stal nierdzewna na bazie żelaza, zawierająca 15% chromu, nadająca się do obróbki cieplnej i hartowania na zimno. Wytrzymałość na rozciąganie wynosi 140-180 tys. ton bez hartowania na zimno i może osiągnąć 220 tys. ton po obróbce cieplnej i hartowaniu na zimno, ale wydłużenie jest zbyt małe, aby wytrzymać obciążenie zmęczeniowe. Prawie wszyscy dostawcy elementów złącznych dla przemysłu lotniczego są w stanie dostarczyć elementy złączne A-286.

MP35N i MPl59
Materiały MP35N i MPl59 firmy SPS Technologies to bardzo dobre materiały do zastosowań w wysokich temperaturach i środowiskach korozyjnych, zawierające 19% chromu. Materiały te są uważane za drogie nawet w przemyśle lotniczym, a Waspalloy jest innym materiałem w tej grupie do zastosowań w bardzo wysokich temperaturach. Materiały te są stosowane tylko wtedy, gdy nie ma alternatywy, a są one zarówno drogie, jak i trudno dostępne.

Podsumowanie
W 1000 °F (283 ° C) środowiska pracy przy użyciu 304 stali nierdzewnej nie jest mądry, takie jak spadek wytrzymałości materiału blisko wyżarzonym stanie akceptowalne, można wybrać stabilne materiały, takie jak 321 lub 347 stali nierdzewnej: takie jak wysokie wymagania wytrzymałościowe, a korozja środowiskowa nie jest bardzo poważna, można użyć 400 serii stali nierdzewnej powinny być w stanie spełnić wymagania. Jeśli seria 300 i seria 400 stali nierdzewnej nie może rozwiązać problemu, zastosowanie A-286. Inconel, Haynes, MP35N i MPl59 są bardzo dobre materiały, ale koszt jest wysoki. I nie są łatwe do zdobycia. Ogólna zasada projektowania brzmi: drogich materiałów należy używać tylko wtedy, gdy jest to konieczne do uzyskania zadowalających parametrów konstrukcyjnych.