Стали для крепежа: какие марки используются для болтов, шпилек и гаек

При выборе промышленного крепежа специалисты часто ориентируются на стандарт изделия — например болты DIN, ISO или ГОСТ. Однако не менее важным параметром является марка стали, из которой изготовлены болты, шпильки или гайки.

 

Если материал выбран неправильно, это может привести к:

 

➖  разрушению болтового соединения;

➖  срезу резьбы;

➖  потере усилия затяжки и ускоренному износу соединения.

 

Поэтому перед тем как заказывать болты, гайки или резьбовые шпильки, важно понимать свойства сталей, применяемых при производстве крепежных изделий.

 

 

Основные факторы выбора стали для крепежа

 

 

При проектировании резьбовых соединений учитываются несколько ключевых параметров:

 

Механическая прочность

 

Это базовый параметр, определяющий способность крепления выдерживать нагрузки на растяжение, разрыв и срез. Для стандартных соединений широко используются болты DIN 933 и болты DIN 931, изготовленные из углеродистых или легированных сталей.

Высоконагруженные соединения требуют крепежа повышенной прочности, например, болтов DIN 960 с мелкой резьбой.

 

Условия эксплуатации

 

Материал должен быть инертным по отношению к среде, в которой он эксплуатируется, чтобы избежать коррозионного разрушения. При работе в агрессивной среде применяют нержавеющие болты, устойчивые к коррозии.

Для высокотемпературных соединений используются жаропрочные шпильки DIN 939, которые способны работать при температурах до 500–600 °C.

 

Динамические нагрузки

 

В машиностроении и энергетике применяются крепежные изделия из легированных сталей — такие материалы обеспечивают высокую усталостную прочность.

 

 

Таблица быстрого подбора по факторам

 

 

 

Классификация сталей для крепежа

 

 

Стали, используемые для производства крепежных изделий, условно делятся на несколько групп.

 

 

1.  Углеродистые конструкционные стали

 

Их классификация основана на содержании углерода (C), которое непосредственно определяет способность металла к закаливанию и его пластичность. Углеродистые стали классифицируются по содержанию углерода:

 

   низкоуглеродистые (<0,25%);

   среднеуглеродистые (0,25–0,6%);

   высокоуглеродистые (>0,6%).

 

и по степени раскисления:

 

   кипящие (кп);

   полуспокойные (пс);

   спокойные (сп).

 

 

Это наиболее распространённая группа сталей, используемых для производства массового крепежа. Наиболее часто применяются марки: Ст3, 10, 20, 35, 45.

 

Такие стали применяются для производства:

 

• строительных болтов;
• фундаментного крепежа;
• шайб;
• стандартных гаек;
• резьбовых шпилек.

 

Например, из этих сталей часто изготавливаются шестигранные гайки DIN 934, которые используются практически во всех видах резьбовых соединений.

 

 

Преимущества углеродистых сталей

 

 

💰    низкая стоимость;

🛠️   хорошая технологичность;

⚡   высокая производительность холодной высадки;

🏗️   простота механической обработки.

 

Поэтому именно из этих сталей изготавливается большинство стандартных шестигранных болтов DIN 933, используемых в строительстве и машиностроении.

 

 

Недостатки:

 

💧   низкая коррозионная стойкость

📉   ограниченная прочность

🛡️   необходимость защитных покрытий (цинк, фосфатирование)

 

 

2. Легированные стали для высокопрочного крепежа

 

 

Главное отличие легированных высокопрочных сталей от углеродистых заключается в наличии легирующих элементов (Cr, Mn, Si, Mo, Ni, B), которые кардинально изменяют внутреннюю структуру металла, повышая его прокаливаемость (способность закаливаться на большую глубину) и устойчивость к динамическим разрушениям. Эти стали выбирают для изготовления крепежа, работающего в условиях вибраций, динамических нагрузок и высокого давления.

 

Наиболее распространённые марки: 40Х, 30ХМА, 35ХГСА, 42ХМ4.

 

Из таких сталей изготавливаются метизы для машиностроения, тяжелой промышленности и энергетического оборудования:

 

   высокопрочные болты DIN 931

   болты с мелкой резьбой DIN 960

   специальные болты DIN 609 и DIN 610

 

 

Преимущества легированных сталей

 

 

⚡  высокая прочность;

⚡  высокая усталостная стойкость;

⚡  возможность получения классов прочности 10.9 и 12.9.

 

Недостатки

 

 

   более высокая стоимость производства;

   чувствительность к режиму термообработки;

   риск водородной хрупкости после гальванического покрытия.

 

 

3. Нержавеющие стали

 

 

Нержавеющие стали применяются в условиях повышенной влажности или агрессивной среды. Наиболее распространённые марки: AISI 304, AISI 316, 08Х18Н10 и 10Х17Н13М2Т. Основные области применения это пищевая промышленность, химические производства, морской климат и наружные конструкции.

 

 

1.     Аустенитные стали (А2, А4) — немагнитные

 

 

Самая популярная группа (80 % рынка нержавеющих крепежных изделий). Содержание хрома (18 %) и никеля (8–10 %) обеспечивает исключительную коррозионную стойкость.

 

 

• A2 (08Х18Н10 / AISI 304): Пищевая нержавеющая сталь. Устойчива к пресной воде и органическим кислотам.

 

• A4 (10Х17Н13М2Т / AISI 316): Кислотостойкая, добавление молибдена (2-3%) делает ее устойчивой к хлоридам.

 

 

 

2. Мартенситные стали (20Х13, 40Х13) — магнитные

 

 

Это стали, которые, в отличие от А2/А4, поддаются термическому упрочнению (закалке). Они содержат много хрома, но мало или вовсе не содержат никеля. Используются там, где требуется высокая твердость поверхности и износостойкость (например, саморезы, предназначенные для сверления металла).

 

Такие метизы используются для производства:

 

• нержавеющих болтов DIN 931;

 

• нержавеющих гаек DIN 934;

 

• резьбовых стержней DIN 975.

Преимущества:

 

 

   высокая коррозионная стойкость;

 

   долговечность;

 

   отсутствие необходимости в защитных покрытиях.

 

 

Недостатки

 

   более высокая стоимость;

   меньшая прочность по сравнению с высокопрочными сталями.

 

 

4. Жаропрочные и теплостойкие стали

 

 

Для соединений, работающих при высоких температурах, применяются специальные теплостойкие стали. Наиболее распространённые марки: 25Х1МФ, 30ХМА, 40ХН2МА и 38ХМ. Крепеж из данных сталей используют в энергетике, турбинном оборудовании и котельных установках.

 

 

Основные механизмы упрочнения:

 

 

1. Легирование молибденом (Mo): Повышает температуру рекристаллизации, что позволяет стали не «разбегаться» под нагрузкой.

 

2. Легирование ванадием (V): Создает мелкодисперсные карбиды, которые блокируют движение дислокаций в кристаллической решетке.