Состав и характеристики марок крепежных материалов на основе никелевых сплавов

Крепёж из никелевых сплавов — шпильки, гайки, болты и шайбы — выбирают там, где углеродистая и обычная нержавеющая сталь корродируют, ползут или заедают: кислые среды, морская вода, мокрая очистка дымовых газов и высокотемпературные печи. При выборе марки смотрят на три обозначения: номер UNS, номер по DIN/EN и типичный состав. Таблица ниже сопоставляет распространённые марки никелевых сплавов с их составом и свойствами, чтобы соединение подбирали целиком: фланцевые прокладки, крепёж и сам фланец.

Как различают марки никелевых сплавов

Торговое название, номер UNS и номер по DIN/EN — три параллельные системы обозначения одного сплава, и в заказе часто указывают все три. Никель 200, N02000 и 2.406 описывают один и тот же коммерческий продукт; тот же сплав может встречаться и под обозначением поставщика.

• Торговое название (INCONEL, INCOLOY, MONEL, HASTELLOY) — имя семейства. Удобно для поиска, но само по себе не является спецификацией.
• Номер UNS (N06625, S66286) — пятизначный код, указывающий на конкретный состав сплава.
• Номер по DIN/EN (2.4856, 1.4876) — европейское числовое обозначение, до сих пор встречающееся в сертификатах на металл.
• Типичный состав в весовых процентах — практическая проверка, когда два обозначения похожи, например 625 и 625LCF.

Если на чертеже указано одно обозначение, а в сертификате — другое, неоднозначность снимает колонка состава. Не подменяйте сплав только по торговому названию: две марки одного семейства различаются содержанием углерода, ниобия или титана, а значит и прочностью при нагреве.

Состав и свойства основных марок

Четыре семейства покрывают большинство задач крепежа. Чистый никель — щелочные и высокочистые среды; никель-медные марки MONEL — морская вода и хлориды; никель-хромовые и никель-хром-молибденовые марки INCONEL и HASTELLOY — окислительные, восстановительные и смешанные кислоты; марки INCOLOY — высокие температуры.

Таблица 1. Марки никелевых сплавов для крепежа: название, обозначения UNS и DIN/EN, типичный состав (мас.%) и свойства. Значения состава номинальные — перед заказом сверяйте их с сертификатом на металл.

Колонку состава читают как инструмент выбора, а не как спецификацию. Молибден повышает стойкость к точечной и щелевой коррозии в средах с хлоридами, хром отвечает за стойкость к окислению, алюминий и титан позволяют упрочнять сплав старением или повышать стойкость к ползучести. Содержание углерода даже на уровне 0.01–0.08 % меняет поведение сплава после длительной выдержки при температуре.

Как подобрать марку под условия работы

Коррозионная стойкость — лишь половина выбора. Крепёж работает под натяжением, поэтому прочность, релаксация и ползучесть при температуре не менее важны, чем среда. Три вопроса быстро сужают выбор.

• Какая среда? Щелочные растворы и высокочистые химикаты — чистый никель; морская вода и среды с хлоридами — MONEL 400 или 500; смешанные окислительные и восстановительные кислоты — INCONEL 625 или HASTELLOY C-276.
• Какая температура? INCOLOY 800H и 800HT сохраняют стойкость к ползучести в печах и реакторах, а INCONEL 718 выбирают там, где нужна высокая прочность на растяжение ниже 600 °C.
• Какая нагрузка на болт требуется? Дисперсионно-твердеющие марки, такие как INCONEL 718 и MONEL 500, держат большую нагрузку, чем твердорастворноупрочнённые марки того же диаметра, поэтому момент затяжки считают под конкретную марку.

Согласуйте крепёж и с остальными элементами. Никелевые сплавы склонны к заеданию резьбы: применяйте противозадирную пасту для рабочей температуры, держите резьбу в чистоте и затягивайте шпильки крест-накрест в несколько проходов. Если соединение изолировано для катодной защиты, комплект подбирают целиком: трубные фланцы, крепёж и изолирующие втулки.

Хранение, сборка и контроль

Никелевые сплавы прочнее углеродистой стали, но быстро наклёпываются и заедают под нагрузкой. Несколько правил цеховой практики сохраняют и крепёж, и соединение.

• Храните шпильки сухо и не на полу: солевые отложения и хлориды оставляют очаги, из которых развивается точечная коррозия.
• Очищайте резьбу перед сборкой и не ставьте повторно шпильку, которую перетянули: замените её и проверьте длину по номиналу.
• Применяйте момент затяжки только при тех условиях смазки, для которых он получен: сухая и смазанная резьба дают разное усилие натяжения.
• Затягивайте крест-накрест минимум в два прохода, последний — на полный момент.

Частые вопросы

Какую марку выбирают для крепежа в морской воде?

Обычно MONEL 400. Если нужна большая прочность упрочняемого старением никель-медного сплава, применяют MONEL 500. Обе марки хорошо сопротивляются коррозии под действием хлоридов.

Когда вместо Inconel 625 выбирают Inconel 718?

INCONEL 718 выбирают, когда крепёж должен держать высокое напряжение и ползучесть ниже 600 °C. INCONEL 625 берут там, где решающей становится коррозионная стойкость в агрессивных средах.

Можно ли пользоваться таблицами момента затяжки для углеродистых болтов?

Нет. Предел текучести, трение в резьбе и релаксация у сталей другие, поэтому применяют значение момента, полученное для конкретного сплава и рабочей температуры.

Меняется ли выбор прокладки при смене материала болтов?

Прокладку выбирают по среде, давлению и температуре, а не по материалу болтов, но всё соединение должно быть совместимо: проверьте, что прокладка, крепёж и фланец не образуют гальваническую пару.

Можно ли считать сплавы Incoloy 800 и 800H взаимозаменяемыми?

Нет. У марки 800H выше содержание углерода и лучше стойкость к ползучести, поэтому её используют там, где соединение долго остаётся горячим; 800 подходит для более низких температур.