Введение в крепеж из сплава на основе никеля

Крепеж из никелевых сплавов — шпильки, гайки и болтовые соединения для ответственных фланцевых стыков — выбирают там, где запаса коррозионной стойкости и температуры у нержавеющей стали уже не хватает. Крепеж воспринимает нагрузку в стыке, а фланцевые прокладки уплотняют рабочую среду, поэтому марка сплава должна подходить и к условиям эксплуатации, и к уплотнительному элементу.

Химический состав и тип упрочнения определяют категорию сплава

Никелевые материалы сначала разделяют по химическому составу. Материалы с суммарным содержанием никеля и кобальта 99% и более при содержании кобальта не более 1,5% принято относить к промышленному чистому никелю, а материалы с содержанием никеля 50% и более — к сплавам на основе никеля. Сплавы на железо-никелевой основе содержат от 30% до 50% никеля при суммарном содержании никеля и железа 60% и более. Нержавеющие стали находятся по другую сторону границы: железо 50% и более, никель менее 30%.

ASME объединяет чистый никель, сплавы на основе никеля и сплавы на железо-никелевой основе под общим названием высоконикелевые сплавы, и эта граница не совпадает с классификацией GB/T. Характерный пример — сталь 904L: UNS N08904 (03Cr20Ni25Mo5Cu) в американской системе отнесена к сплавам на основе никеля, а в GB/T — к нержавеющим сталям.

• Промышленный чистый никель (N5, N6, N7) и никель-медные сплавы, например NCu30 и NCu28-2.5-1.5.
• Никель-хромовые, никель-молибденовые, никель-хром-молибденовые и никель-хром-молибден-медные системы; в сильно восстановительных кислотах основной выбор — никель-молибденовые марки.
• Сплавы с твердорастворным и дисперсионным (стареющим) упрочнением. Стандарты на крепеж практически всегда используют твердорастворные марки, дисперсионно-упрочненные назначают редко.
• На прокат распространяется та же логика: прутки и трубы для шпилек и гаек изготавливают из твердорастворных материалов на основе никеля.

Как записывают марки никелевых сплавов в крепеже

Никель и никелевые сплавы — глобально торгуемый товар, поэтому на одном болте может стоять сразу несколько систем обозначений. В системе UNS никелевый сплав записывается как N и пять цифр — N×××××: первые две цифры группируют химический состав, последние три повторяют нумерацию распространенных коммерческих марок. Международные обозначения строятся как NW и четыре цифры — например, NW6600 — и эти четыре цифры совпадают с номером UNS.

В китайской системе продукцию из чистого никеля и никель-медных сплавов обозначают по GB/T340 (N5, N6, NCu30), продукцию из других коррозионно-стойких сплавов — по GB/T15007 с шаблоном NS×××, а жаропрочные сплавы — по GB/T14992 с шаблоном GH×××. Коррозионно-стойкие сплавы могут также иметь единый цифровой код по GB/T17616.

Таблица 1. Схема обозначений NS по GB/T15007: первая цифра задает базовый тип и тип упрочнения, вторая — систему сплава, третья — порядковый номер конкретной марки.

Выбор сплава крепежа для фланцевого соединения

Коррозионная стойкость стыка определяется самым слабым элементом: трубные фланцы, прокладка, крепеж и рабочая среда подбираются как единая система.

• Систему сплава подбирают по среде: никель-молибденовые марки — для восстановительных кислот, никель-хром-молибденовые — для окислительных и смешанных сред, никель-медные — для плавиковой кислоты и соленой воды.
• Для шпилек и гаек предпочтительны твердорастворные марки: дисперсионно-упрочненные сплавы стандартами на крепеж охватываются редко.
• Проверяют гальваническую совместимость с материалом фланца и прокладки, чтобы крепеж не стал анодом соединения.
• Сертификат читают целиком: номер UNS или NW, марка по GB/T с шаблоном NS (если применяется) и стандарт ASTM на профиль крепежа.

Если в проекте указана только торговая марка, запрашивайте также номер UNS. Торговые наименования различаются у разных производителей, а обозначение UNS фиксирует химический состав и позволяет сопоставить крепеж с остальными элементами соединения.

Частые вопросы

Какие никелевые сплавы обычно идут на шпильки и гайки?

Стандарты на крепеж выбирают твердорастворные никелевые сплавы в виде прутка и трубы; дисперсионно-упрочненные марки для болтовых соединений назначают редко.

Что означает код NS111 или NS322?

Первая цифра показывает базовый тип: NS1 — сплав на железо-никелевой основе, NS3 — никелевый сплав. Вторая цифра задает систему сплава (1 — никель-хром, 2 — никель-молибден, 3 — никель-хром-молибден), третья — порядковый номер марки.

904L — это нержавеющая сталь или сплав на основе никеля?

Оба ответа верны в зависимости от системы: UNS N08904 в Соединенных Штатах относят к сплавам на основе никеля, а GB/T классифицирует 03Cr20Ni25Mo5Cu как нержавеющую сталь.

Почему в сертификате указаны и номер UNS, и национальная марка?

Никелевые сплавы торгуются на мировом рынке, поэтому производители ставят на крепеж обозначение UNS или NW рядом с национальной маркой; коды вида NW6600 повторяют нумерацию UNS.

Нужны ли крепежу из никелевого сплава специальные прокладки?

Коррозионная стойкость стыка определяется самым слабым элементом, поэтому материал прокладки и поверхности фланца подбирают под ту же среду и температуру, что и крепеж.