گرید های پیچ و مهره استیل (Stainless Steel Bolt Grades)

استاندارد اصلی برای دسته بندی پیچ های استیل، ISO ۳۵۰۶ است. این استاندارد بر اساس ساختار متالورژیکی، سه خانواده اصلی آستنیتی، مارتنزیتی و فریتی را مشخص می کند. خانواده آستنیتی شامل گریدهای A۱، A۲ (مشابه ۳۰۴) و A۴ (مشابه ۳۱۶) است. این گریدها به دلیل شکل پذیری بالا و مقاومت عالی در برابر خوردگی، رایج ترین گزینه در صنایع شیمیایی و دریایی محسوب می شوند.

اعداد درج شده روی این پیچ استنلس استیل، مانند A۲-۷۰، نشان دهنده یک دهم استحکام کششی نهایی است. برای نمونه، گرید A۲-۷۰ دارای استحکام کششی حداقل ۷۰۰ مگاپاسکال می باشد. گریدهای مارتنزیتی مانند C۱ (مشابه ۴۱۰) با عملیات حرارتی، استحکام بسیار بالایی تا ۱۱۰۰ مگاپاسکال کسب می کنند. در مقابل، گریدهای فریتی (F۱) استحکام کمتری دارند و بیشتر در کاربردهای عمومی و غیرسازه ای استفاده می شوند.

در استانداردهای صنعتی سنگین مانند ASTM A۱۹۳، گرید B۸ (نوع ۳۰۴) و B۸M (نوع ۳۱۶) تعریف می شوند. کلاس ۱ این پیچ ها آنیل شده و نرم تر هستند (استحکام ۵۱۷ مگاپاسکال)، در حالی که کلاس ۲ آنها با کارسرد (Strain Hardened) تولید می شوند. کلاس ۲ از گرید B۸M می تواند به استحکام کششی ۱۱۰۰ مگاپاسکال در قطرهای کوچک دست یابد.

 گرید های پیچ و مهره فولادی ۸.۸، ۱۰.۹ و ۱۲.۹ (Steel Bolt Grades ۸.۸, ۱۰.۹, ۱۲.۹)

سیستم درجه بندی پیچ های فولادی کربنی و آلیاژی بر اساس استاندارد ISO ۸۹۸-۱ می باشد. عدد اول نشان دهنده یک دهم استحکام کششی اسمی بر حسب مگاپاسکال است. برای مثال، گرید ۸.۸ دارای استحکام کششی اسمی ۸۰۰ مگاپاسکال می باشد. عدد دوم نشان دهنده نسبت نقطه تسلیم به استحکام کششی ضربدر ده است؛ یعنی گرید ۸.۸ دارای نقطه تسلیم ۶۴۰ مگاپاسکال (۸۰ درصد استحکام کششی) است.

گرید ۸.۸ از فولاد کربنی متوسط ساخته می شود. گرید ۱۰.۹ از فولاد کربنی با عملیات کوئنچ و تمپر (Quenched and Tempered) ساخته می شود. این گرید دارای استحکام کششی حداقل ۱۰۴۰ مگاپاسکال است. در استاندارد ASTM، گریدهای مشابه مانند A۱۹۳ B۷ (مشابه ۸.۸) با استحکام ۸۶۲ مگاپاسکال و B۱۶ برای دماهای بالا کاربرد دارند.

گرید ۱۲.۹ بالاترین استحکام را در میان پیچ های تجاری فولادی دارد. این گرید با استحکام کششی حداقل ۱۲۲۰ مگاپاسکال و سختی بالا (حدود ۳۹ تا ۴۴ راکول C) تولید می شود. با این حال، این گرید در برابر هیدروژن و خوردگی تنشی (SCC) بسیار حساس است. بنابراین استفاده از آن در محیط های اسیدی یا مرطوب بدون آبکاری مناسب، بسیار پرخطر می باشد.

 مقایسه مقاومت کششی و تنسایل (Comparison of Tensile Strength)

در حالت آنیل شده، پیچ های استیل A۲ یا A۴ مقاومتی در حدود ۵۰۰ تا ۷۰۰ مگاپاسکال دارند. این مقدار به طور قابل توجهی از پیچ های گرید ۸.۸ فولادی (حدود ۸۰۰ مگاپاسکال) کمتر است. با این حال، فرآیند کارسرد (Cold Working) قابلیت افزایش استحکام استیل را فراهم می کند. گریدهای استیل A۲-۸۰ یا کلاس ۲ استاندارد ASTM می توانند به استحکام ۱۰۰۰ تا ۱۱۰۰ مگاپاسکال دست یابند.

پیچ های فولادی آلیاژی مانند گرید ۱۰.۹ و ۱۲.۹ از نظر مقاومت کششی نهایی از استیل های آستنیتی پیشی می گیرند. گرید ۱۲.۹ با استحکام ۱۲۲۰ تا ۱۴۰۰ مگاپاسکال، یکی از قوی ترین گزینه های مکانیکی موجود است. در مقابل، استیل های مارتنزیتی مانند گرید C۱-۱۱۰ که با عملیات حرارتی به ۱۱۰۰ مگاپاسکال می رسند، عملکرد قابل قبولی دارند، اما شکننده تر هستند.

تفاوت کلیدی دیگر در مدول الاستیسیته (سفتی) است. فولاد کربنی و آلیاژی دارای مدول حدود ۲۰۰ گیگاپاسکال هستند. استیل نیز مدول مشابهی دارد، اما نقطه تسلیم آن در بسیاری از گریدهای آستنیتی پایین تر است (حدود ۲۱۰ مگاپاسکال). این بدان معناست که در بارهای یکسان، پیچ استیلی تغییر شکل پلاستیک (خیز دائم) زودتری نسبت به فولاد ۸.۸ تجربه می کند.

 مقایسه مقاومت زنگ زدگی (Corrosion Resistance Comparison)

تفاوت بنیادین در لایه غیرفعال (Passive Layer) است. فولادهای کربنی برای حفاظت به لایه اکسید یا رنگ متکی هستند. در محیط های مرطوب یا شور، این لایه شکسته شده و خوردگی سریع (زنگ زدگی) رخ می دهد. در آزمایش استاندارد سالت اسپری، قطعات فولادی کربنی معمولا در کمتر از ۹۶ ساعت دچار خوردگی شدید قرمز می شوند.

پیچ های استیل حاوی حداقل ۱۰.۵ درصد کروم هستند. این عنصر یک لایه اکسید کروم فوق العاده نازک و چسبنده روی سطح ایجاد می کند. این لایه در صورت خراشیدگی، در مجاورت اکسیژن خودترمیم می شود. به همین دلیل، گرید A۴ (۳۱۶) که حاوی مولیبدن (Mo) است، مقاومت فوق العاده ای در برابر حفره شدگی در محیط های کلریدی دارد. استیل ها می توانند صدها ساعت در سالت اسپری بدون زنگ زدگی قرمز دوام آورند.

با این حال، استیل در شرایط خاصی آسیب پذیر است. خوردگی حفره ای در حضور یون های کلرید و خوردگی تنشی در دماهای بالا (بالای ۶۰ درجه سانتی گراد) و حضور کلریدها از نقاط ضعف گریدهای آستنیتی (۳۰۴/۳۱۶) است. در چنین شرایطی، فولادهای کربنی با پوشش های خاص یا گریدهای دوبلکس استیل جایگزین می شوند.

 مقایسه مقاومت سایشی پیچ و مهره استیل و فولادی (Wear Resistance Comparison)

پیچ و مهره های فولادی (مانند گرید ۸.۸ و ۱۰.۹) معمولا عملیات حرارتی می شوند. این فرآیند سختی سطح را افزایش می دهد. سختی بالای گرید ۱۰.۹ (۳۲-۳۹ HRC) مقاومت بسیار خوبی در برابر سایش چسبان ایجاد می کند. در حرکت های لغزشی، این قطعات عملکرد بهتری نسبت به استیل های نرم (آنیل شده) دارند.

نقطه ضعف اصلی استیل، پدیده "گالینگ" یا قفل شدگی سایشی است. استیل های آستنیتی مانند ۳۰۴ و ۳۱۶ مستعد تشکیل اکسید سطحی هستند. در حین سفت شدن، این لایه برداشته می شود و تماس فلز با فلز، باعث ایجاد اصطکاک شدید و جوش خوردن موضعی رزوه ها می شود. این موضوع در استیل بسیار خطرناک تر از فولاد است.

برای بهبود مقاومت سایشی در استیل، تکنیک های خاصی ضروری است. استفاده از روغن های ضد سایش الزامی می باشد. همچنین استفاده از جنس های متفاوت برای پیچ و مهره (مثلا پیچ استیل با مهره برنزی یا فولادی با روکش نقره) راهکار اصلی است. فولادها با روغن کاری معمولی عملکرد سایشی خوبی دارند، در حالی که استیل ها بدون روانکار مخصوص، تقریبا غیرقابل استفاده خواهند بود.

منبع: جنرال استیل