Rostfria fästelement - lång
Kort
version
1 Korrosion
Ett vanligt stål rostar i fuktig luft. Med lämplig ytbehandling kan
rostangreppet fördröjas. När stål med ytbeläggning inte klarar korrosionen måste
andra material väljas för fästelementen. Det naturliga valet är då så kallade
rostfria eller syrafasta stål. Om stål legeras med minst 12 % krom bildas genom
syrets påverkan en tunn men mycket korrosionsbeständig oxidhinna på ytan. Denna
passiva oxidhinna nybildas om den genom slitage slits bort. Det innebär att
fästelement i rostfritt stål mycket sällan rostar. Rostfritt stål omfattar en
stor grupp stålsorter som innehåller minst 12 % krom och ofta nickel och/eller
molybden.
Med höghållfasta rostfria fästelement motsvarande hållfasthetsklass 8.8 och
10.9 kan kompakta lättviktsförband med optimal prestanda byggas även för
korrosiva miljöer. Rostfria/syrafasta fästelement fungerar normalt bra för
montering även mot aluminium och magnesium. Den passiva ytan gör att det inte
uppstår någon galvanisk cell.
Figur 1. Rostfria fästelement.
Begreppen rostfritt och syrafast
I vid benämning betecknas alla stål som håller över 12 % krom som rostfria
men i dagligt tal betecknar rostfritt i första hand gruppen austenitiska stål av
18-8 typ (18 % Cr, 8 % Ni). Benämningen syrafast stål betecknar
molybden-legerade stål av 18-10-3 typ (18 % Cr, 10 % Ni, 3 % Mo) samt
ferrit-austenitiska stål. I mycket milda miljöer får även de lägst legerade
kromstålen rostfria egenskaper. Skyddet förbättras emellertid med tillsats av
mer krom och i viss mån även av nickel. Genom inlegering av molybden, som i de
syrafasta stålen, erhålls passivskikt som inom vissa gränser motstår icke
oxiderande kemikalier som t ex. svavelsyra och fosforsyra. Det syrafasta stålets
upplösningsförmåga blir också lägre.
Passivering
På kall- och varmformade skruvar och muttrar kan det passiva oxidskiktet
framställas genom behandling i passiverande syror. Anledningen till detta är att
spänningar vid ytan från bearbetningen kan medföra att oxidskiktet inte bildas
automatiskt. För att skruvarna och muttrarna från början ska vara så
korrosionshärdiga som möjligt kan de passiveras efter tillverkningen. Då
elimineras eventuella föroreningar på ytan som kan orsaka korrosion och ett
extra kraftigt oxidskikt byggs upp.
Punktkorrosion
Ett ståls härdighet mot punktkorrosion avgörs framförallt av dess krom- och
molybdenhalter, men även kvävehalten har stor inverkan. Den kritiska
punktfrätningstemperaturen varierar med kloridhalten vid konstant potential.
Punktkorrosionshärdigheten för olika stål kan jämföras genom det så kallade
PRE-talet (Pitting Resistance Equivalent). PRE-talet anges vanligen som:
PRE = %Cr + 3,3 x %Mo + 16 x %N eller PRE = %Cr + 3,3 x %Mo + 30 x %N
Spaltkorrosion
Spaltkorrosion är närbesläktad med punktkorrosion men initieras vanligen vid
betydligt lägre temperaturer. Om en miljö kan framkalla punktkorrosion över 60
°C, brukar spaltkorrosion kunna uppträda redan vid 30-40 °C. Betydelsen av Cr,
Mo och N anses likvärdiga med vad som gäller för punktkorrosion. Mo och N anses
något effektivare i att förhindra spaltkorrosion än punktkorrosion och i
motsvarigheten till PRE-formeln ovan anges koefficienterna framför Mo och N till
4,1 respektive 27.
Allmän korrosion
Molybden förbättrar ett ståls beteende i bland annat icke oxiderande syror
som svavelsyra. Detta gäller i ett flertal syror och andra svåra miljöer.
2 Val av material
Vid val av rostfritt material bör man sträva efter bästa avvägning mellan
korrosionshärdighet, hållfasthet och kostnad. Rostfritt stål av typ A2 (SIS 2333
= AISI 304) kan användas tillsammans med de flesta rostfria stålsorter med samma
eller lägre korrosionsmotstånd. Det har god härdighet vid måttliga
korrosionspåkänningar, t ex. i luft utom vid kustklimat, i sött vatten, i
oxiderande syror (ex. salpetersyra) och organiska syror (ex. citronsyra), samt i
ett stort antal alkali- och saltlösningar. Det är dock inte lämpligt för
användning mot icke oxiderande syror (ex. saltsyra och svavelsyra) och i
kloridhaltiga miljöer som bräckt eller salt vatten samt saltade vintervägar. I
icke oxiderande syror kan inte passivfilmen återbildas om den skadas. Där får
man förlita sig på syrafasta stål och deras lägre upplösningshastighet i
korrosiva medier. Syrafast stål typ A4 (SIS 2343 = AISI 316/316L) är avsett för
svåra korrosionspåkänningar, t ex. havsklimat och i begränsad omfattning även i
kloridhaltigt vatten samt i icke oxiderande syror. Dessa kvaliteter är de
vanligaste för fästelement.
Härdbara legeringar av ferrit-martensit (SIS 2302/AISI 410), ferrit-austenit
(SIS 2324/AISI 329) och matensitiskt stål (SIS 2321/AISI 431) används också där
kraven på hög hållfasthet är viktigare än kraven på högsta korrosionshärdighet.
För mycket svåra korrosionsförhållanden kan speciella lösningar bli aktuella.
Dessa bör utvärderas tillsammans med specialister och kan omfatta t ex.
superlegeringar som Waspaloy, Hastelloy, Nimonic, Monel, Inconel, Incoloy
Zirkalloy, samt titan, aluminium och koppar m fl. För ett riktigt materialval
bör följande specificeras:
- Applikation som
fästelementet ska användas i.
- Medium, vätska eller gas,
som fästelementet kommer i kontakt med,
dess sammansättning, temperatur och
tryck.
- De andra material
fästelementet är i kontakt med i den aktuella vätskan.
- Krav på mekaniska och
fysikaliska egenskaper.
- Uppgifter om tidigare
använda material och problem.
3 Mekaniska egenskaper
Rostfria och syrafasta skruvar levereras i höghållfasta stål upp till
hållfasthetsklass 80 och högre med motsvarande brott-
och sträckgränsvärden som gäller för stålskruv 8.8 och 10.9. Ett ståls
egenskaper påverkas av den temperatur det används vid. Då temperaturen ökar,
faller hållfastheten. Högsta användningstemperaturen för vanliga rostfria
skruvar ligger vid 600 °C. Det finns speciellt värmebeständiga legeringar i
specialsortiment som tål användningstemperaturer på upp till 900 °C eller högre.
Vid låga temperaturer blir normala låglegerade stål mycket spröda medan de
rostfria austenitiska stålen behåller sin seghet och kan användas vid mycket
låga temperaturer (≈ -200 °C).
Friktionskoefficienten för rostfritt och syrafast stål är hög (μ ≈ 0,4) och fästelement är därför oftast
behandlade med speciellt framtagna smörjmedel för att minska risken för
gängskärning. Det räcker att den ena av de gängade detaljerna är behandlad.
Rostfria muttrar med sealer lagerförs därför som standard. Vid montering med
mutter krävs normalt ingen extra smörjning men vid montering i gängat hål kan
extra smörjning behövas.
Permeabilitet
Permeabilitet är ett mått på ett materials genomtränglighet för
magnetfält. Permeabilitetstalet km= 1,0 är
helt omagnetiskt. Inom många högteknologiska tillämpningar är det mycket viktigt
med låg permeabilitet.
Slagseghet
Vid mycket låga temperaturer blir normala låglegerade stål spröde medan de
austenitiska stålen behåller sin seghet och kan användas vid mycket låga
temperaturer. Ett ståls användbarhet vid dessa temperaturer, ner till -200 C,
bestäms av dess slagseghet.
4 Sortiment och materialdata
Sortiment
Rostfria och syrafasta fästelement finns i ett brett sortiment i såväl
standardutförande av skruv, mutter och brickor som specialprodukter. Utveckling
av material med högre hårdhet har gjort att det nu även finns gängpressande
skruv (plåtskruv) och gängformande skruv av typ Taptite i rostfritt och syrafast
stål som fungerar för montering i konstruktionsstål och rostfritt/syrafast stål
förutsatt att hårdheten är max 200 HV.
Beteckning och märkning
Beteckningssystemet för rostfria stålsorter och hållfasthetsklasser för
skruvar och pinnskruvar visas i nedanstående figur. Beteckningen består av två
skilda delar åtskilda av ett bindestreck. Den första delen anger stålsorten och
den andra delen anger hållfasthetsklassen.
Stålsorterna betecknas dels genom en bokstav dels av en siffra. Bokstäverna
är A, C och F, där A anger austenitiskt stål, C anger martensitiskt stål och F
anger ferritiskt stål. Siffran visar omfång på den kemiska sammansättningen inom
ståltypen.
Beteckningen för hållfasthetsklassen som är den andra delen efter
bindestrecket består av två siffror och anger 1/10 av dragbrottgränsen hos
fästelementet.
Exempel:
- A2-70 anger: austenitiskt stål, kallbearbetad och med dragbrottgräns
på
min 700 MPa.
- C4-70 anger: martensitiskt stål, härdat och anlöpt och med dragbrottgräns
på min 700 MPa.
1) För beskrivning av ståltyper och stålsorter som anges i figuren hänvisas
till ISO 3506-1, ISO 3506-2 och ISO 3506-3. 2) Lågkolhaltiga rostfria stål
med kolhalt som ej överstiger 0,03% får dessutom märkas med ett L. Exempel:
A4L-80.
Figur 2. Beteckningssystem för rostfria stålsorter och
hållfasthetsklasser för skruvar och pinnskruvar.
Figur 3. Mekaniska egenskaper för skruvar och
pinnskruvar-Austenitiska stålsorter.
Figur 4. Mekaniska egenskaper för skruvar och
pinnskruvar-martensitiska och ferritiska stålsorter.
5 Provningsmetoder
All dragprovning och provbelastning skall utföras med dragprovmaskiner med
självcentrerande gripanordningar för att förhindra sneddragning. Alla
längdmätningar skall utföras med en noggrannhet av ± 0,05 mm eller bättre.
Brottgränsen Rm, skall bestämmas på fästelement med en längd
som motsvarar 2,5 x den nominella gängdiametern (2,5d) eller längre. Den fria
belastade gänglängden skall vara minst 1 x gängdiametern. Brottet skall uppträda
mellan skruvhuvudets anliggningsyta och änden på undre hållaren.
Bestämning av spänning vid 0,2 % kvarstående förlängning skall endast utföras
på färdiga skruvar dvs. ej provstav. Provningen är endast tillämpbar för
fästelement vars längd är 2,5 x nominell gängdiameter (2,5d) eller längre.
För stålsorter A1 – A5, C1, C3, C4 och F1 gäller att brottgräns provas för
alla storlekar ≥M5 då längden på skruven l ≥ 2,5d. För pinnskruvar är kravet l
≥3,5d.
För stålsorterna A1- A5 med storlekar < M5 gäller provning med
vridbrottsmoment då l < 2,5d.
För stålsorterna C1, C3, C4 och F1 gäller provning hårdhetsprovning då l <
2,5d.
Referenser
ISO 3506-1.
Uppdaterad 2020-01-02
|