1)不锈钢的涵义
普通所谓的不锈钢系指耐大气、蒸汽和水等弱介质腐蚀的钢种;主成分为Cr(铬),根据耐蚀理论,Cr含量要在12%以上。
一般所谓生锈,是因Fe(铁元素)受空气中的水分和氧气的影响而氧化,若在钢中加入12%以上的Cr时能够在金属表面形成极薄的一层铬氧化膜,此覆膜非常坚固且致密,能阻止铁元素的氧化,因此说不锈钢有耐蚀性。
根据使用环境及时间长短的不同,不锈钢也并非一点锈迹都没有。但好材质不锈钢的锈斑大都是浮锈,颜色较浅;差不锈钢因冶炼技术的落后及铬和镍含量及低,其锈迹明显,颗粒感很强,难以擦除。
2)不锈钢的分类
一般按照钢的组织结构分类,如马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和双相不锈钢等。
目前,市场上流行的不锈铁和不锈钢,前者是指Cr13型和Cr17型具有铁磁性的马氏体不锈钢和铁素体不锈钢,像平常家庭使用的普通不锈钢刀、叉等制品;后者是指18-8型的无磁(或弱磁)的Cr-Ni奥氏体不锈钢,一般正规不锈钢紧固件即采用18-8型的奥氏体不锈钢,如SUS304,1Cr18Ni9Ti等。
(18-8即指在18%的Cr中添加不低于8%的Ni而成为奥氏体组织,通常不锈钢螺丝所使用的材质都简称为18-8)
3)常用不锈钢的钢号
那么不锈钢紧固件的材质所常用钢号有那些呢?目前国际上因为日本的不锈钢发展较早也最为成熟,故使用最多的不锈钢钢号是以日本JIS标准为代表;其中不锈钢紧固件是以SUS300系列为主体,是当前全世界使用量的绝大部分。它和中国国家标准的参考对应部分简要列举如下:
日本牌号
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中国牌号
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不锈钢紧固件的使用
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SUS302HQ
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无对应牌号
也称XM7(304CU)
含铜量大于304,易成型
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一般用于内六角、马车螺丝(大扁头方径螺丝)和直径M5以下的小螺丝(机械、自攻螺丝)等的制造。
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SUS304
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0Cr18Ni9
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一般常用普通外六角螺丝、螺帽、牙条、垫圈等制造,使用最为普遍。
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SUS316
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0Cr17Ni12Mo2
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耐腐蚀更强,特别是适用于硫酸腐蚀的环境使用,替代SUS304,成本较高。
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SUS316L
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00Cr17Ni14Mo2
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目前耐腐蚀效果较以上牌号均要好,但成本相对更高的不锈钢,个别情况下选用。
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按照业界习惯,一般将302HQ和304都简称为A2;316和316L(碳C的含量低于0.03%的不锈钢,可增加“L”标识)都简称为A4。不锈钢螺丝一般用于大气和水介质等最常见的腐蚀环境,为了耐大气和水(含工业水)腐蚀,不锈钢的选材一般是按Cr13型à Cr17型à 18-8型次序。Cr13型和Cr17型(俗称不锈铁)的螺丝市场几乎没有需求。通常选用18-8型Cr-Ni奥氏体钢即可满足耐蚀的要求,个别情况下才选用18-14-2型不锈钢。
4)关于中国的1Cr18Ni9Ti材质
长期以来,中国使用含Ti(钛)的Cr-Ni奥氏体不锈钢来车削生产紧固件,如1Cr18Ni9Ti,这是因为现阶段中国不锈钢冶炼工艺还比较落后,而且车削加工的生产工艺效率低;含Ti 的Cr-Ni不锈钢占Cr-Ni奥氏体不锈钢总产量的90%以上,而日、美等国已下降到1%——2%左右。
那么含Ti不锈钢有那些缺点呢?Ti虽然也是一种很好的耐腐蚀抗氧化元素,但一般不锈钢材料含Ti量很低,Ti的加入使钢的粘度增加,流动性降低,而且显著降低钢的成材率,从而提高了不锈钢的冶炼成本,除非用废料回炉难以保证成分的方式加工;其次,Ti的加入,不仅使钢的抛光性能变差,而且由于TiN等夹杂常常成为点蚀源而使钢的耐蚀性下降;另外,像1Cr18Ni9Ti很难用于冷墩加工,而切削工艺加工的紧固件又无法保证精度和抗拉强度,从而达不到国家或国际标准。这也是为什么越来越多的生产厂家和使用者要求采用SUS304(A2)来生产不锈钢紧固件的原因。
5)关于不锈钢紧固件的磁性问题
我们知道,不锈钢18-8型的Cr-Ni奥氏体不锈钢线材本身是无磁的,但有些客户仍然会对用SUS304材料生产的冷打不锈钢螺丝的磁性问题提出疑问。这是因为经过高速冷打的瞬间成型所自然产生的应力变化是造成成品略带磁性的主要原因。
众所周知,不锈钢紧固件的主要目的是耐腐蚀、防锈化、美观卫生、抗拉强度达标等,因此,世界上所有的国家标准都没有对磁性问题作过要求。磁性是不可避免的,传统用磁铁去检验螺丝,以磁性来作为判定产品是不是不锈钢的观念是极端错误的。当然,如果像电子仪表等某些部件不能有磁性干扰的,则另当别论,使用SUS316材质是常规有效的解决方案。
其实,只要材料中的Si(硅)含量足够高,磁性就会极大的降低,即便没有Cr和Ni这两种最主要的防腐合金;另一种方法是对有磁性的紧固件加温去磁,即便是磁性再强的磁钢,经过高温后也会一点磁性都没有。但为了不带磁性我们不惜成本的选择这些方法来去磁,我认为是本末倒置。
6)不锈钢紧固件的印记
按照国家标准GB及世界上大部分国家的习惯,不锈钢六角螺丝、螺帽一般都打有印记(MARK)。最常见的有:“A2-70”,A2表示SUS304材质或SUS302材质(内六角用),70表示抗拉强度(或称安全负荷)为700牛顿每平方毫米以上;同理,A4表示SUS316或SUS316L材质;除此之外的印记,一般为厂家的代号或注册商标,以保证产品的识别和对品质的追溯。不打印记(日标产品或非标品除外)或表识不规范都是不负责任的做法。一般螺丝采用凸形印记,螺帽采用凹形印记。(非六角螺丝、螺帽或直径在M5以下的可不用标记)
7)不锈钢紧固件强度
因为不锈钢材料无法经过热处理淬火工艺增加强度(不锈铁除外),常规产品只能在原材料上经过冷拔工艺提高其抗拉强度,304材质一般为70级,即抗拉强度为700牛顿每平方毫米,316材质最多可到800牛顿每平方毫米(与碳钢8.8级相仿)。理论上讲,变形量(由粗拉拔变细)越大,强度越高,但所需拉拔次数也越多(跟工艺及材料性能也有关),后期成型也越困难,因此,加工成本也较高。
对于有较高强度要求的使用场合,在不影响整体性能的前提下,可考虑增加使用数量,提高螺栓排列密度或增加螺栓直径,使所要求的抗拉总强度与螺栓总体抗拉强度相付合。
另外,因材料经过拉拔,其塑性相应降低,对头部变形量大的一些产品(指最粗部位直径超过最细部位直径的两倍以上,例:外六角螺栓头部和杆部),一般冷加工的工艺就无能为力了。这种产品只能通过热加工或车削等工艺加工成型,因此,强度仅为原材料的初始强度。
8)不锈钢紧固件的适用范围
紧固件是通用零配件中最常用的一种,大部分是有螺纹、起紧固作用的五金配件。而不锈钢紧固件是从材质上采用不锈钢生产的紧固件,起防锈、耐腐、美观的作用,从行业上讲主要应用于石化、水利、建筑、船舶、电力通信、机械装配等行业,从具体使用上主要用于不锈钢泵阀、耐腐蚀管道、玻璃幕墙、食品及医疗机械、电器及通讯类产品和露天、沿海、潮湿等场合。
9)如何判断和采购到优质产品
如今,市场上紧固件品种繁多,制造者和销售商呈现出良莠不齐的现象,怎样才能避免鱼目混珠,采购到优质的不锈钢紧固件呢:1、外观成型精美,匀称;2、产品来自正规工厂,产地清晰,因为大厂原料采购直接来自知名钢厂,材质从源头上得到保证;3、六角螺丝、螺母最好都有工厂印记,这表明该品牌对品质敢于承诺;4、产品包装规范,标签上标有标准、规格、数量,甚至还有炉号、批号、条形码等,这表明产品有生产记录。当然,如果制造厂通过ISO9002国际品质认证等权威检测就表明其品质的稳定性是有一套优良的系统去保证的。