Elementy złączne ze stali nierdzewnej – na co zwrócić uwagę podczas ich stosowania

Stosowanie elementów złącznych ze stali nierdzewnej wiąże się z pewnymi zagrożeniami, które należy brać pod uwagę w kontekście ich aplikacji i długoterminowego użytkowania. Pomimo naturalnej odporności stali nierdzewnej na korozję, w określonych warunkach może ona nadal występować. W przypadku elementów złącznych może wystąpić:

- korozja szczelinowa, która występuje w miejscach, gdzie ograniczony dostęp do tlenu tworzy środowisko sprzyjające korozji, np. pod główkami śrub;

- korozja galwaniczna, która może się pojawić, gdy elementy złączne ze stali nierdzewnej są używane w połączeniu z innymi metalami, co może prowadzić do przyspieszonej korozji elementów stykających się ze stalą nierdzewną (ze stali węglowych, stopów aluminium).

Poniżej podano zalecenia jak uniknąć zjawisk korozji szczelinowej i galwanicznej w trakcie stosowania elementów złącznych ze stali nierdzewnych.

Zapobieganie korozji szczelinowej:

• Optymalizacja projektu produktu/komponentu w celu minimalizacji liczby połączeń z użyciem elementów złącznych;
• Projektowanie połączeń w sposób umożliwiający pełne odprowadzenie wody;
• Wybór odpowiedniego materiału odpornego na korozję w danym środowisku eksploatacji. Należy pamiętać, że powłoki mogą ulec awarii, jeśli wybierze się materiały powlekane. Stale nierdzewne zapewniają optymalną odporność na korozję​​;
• Regularne czyszczenie szczelin w celu usunięcia osadów.

Zapobieganie korozji galwanicznej:

• Zrozumienie hierarchii korozji galwanicznej – jest kluczowe dla prawidłowego doboru materiałów. Stal nierdzewna jest materiałem bardziej szlachetnym niż stopy miedzi (brązy, mosiądze), niskostopowe stale węglowe, stopy aluminium, cynk i powłoki cynkowe na stalach węglowych. Bezpośredni styk stali nierdzewnej w obecności elektrolitu z mniej szlachetnym metalem wywoła efekt korozji mniej szlachetnego metalu. Najbardziej intensywna korozja wystąpi w przypadku połączenia stali nierdzewnej z materiałem ocynkowanym;
• Unikanie kontaktu różnych metali, jeśli elementy będą pracować w obecności elektrolitu. Elektrolit nie musi być obecny cały czas, ale jego możliwa obecność już stanowi ryzyko;

Kolejny, równie istotny czynnik do uwzględnienia, to możliwość zatarcia się gwintów (ang. galling) elementów złącznych. Jest to problem często występujący przy stosowaniu elementów złącznych ze stali nierdzewnej, zwłaszcza w środowiskach o wysokiej temperaturze i pod dużym obciążeniem. Może to prowadzić do uszkodzenia gwintu przy montażu lub demontażu.

Zapobieganie zacieraniu elementów:

• Powolne dokręcanie nakrętek generalnie rozwiązuje problem zacierania. Szybkie dokręcanie zwiększa generowane ciepło, a tym samym ryzyko zatarcia;
• Stosowanie odpowiedniego smaru na gwintach często eliminuje problem zacierania;
• Zastosowanie różnych stopów stali nierdzewnej dla śruby i nakrętki zmniejsza ryzyko zacierania. Kluczowe jest, aby łączone materiały miały nieco różne twardości. Na przykład, jeśli jeden z komponentów jest ze stali A4 (316L), a drugi z A2 (304L), są one mniej podatne na zacieranie niż gdyby oba były z tego samego stopu​​.
• Gwinty wykonywane za pomocą obróbki skrawaniem i gwinty drobne są najbardziej podatne na zacieranie. Gwinty takie są także mniej twarde w porównaniu do gwintów walcowanych.

Niezwykle istotny jest także prawidłowy dobór materiału do środowiska eksploatacji. Zastosowanie niewłaściwego typu stali nierdzewnej w danej aplikacji może prowadzić do przedwczesnej awarii. Na przykład, stosowanie stali mniej odpornej na korozję w środowisku morskim może skutkować szybkim uszkodzeniem elementu.

Należy mieć na względzie specyficzne własności materiałowe stali nierdzewnej, w tym głównie rozszerzalność cieplną austenitycznej stali nierdzewnej, która jest większa niż dla stali czarnych.  W przypadku połączeń wielomateriałowych, gdzie elementy złączne ze stali nierdzewnej łączą różne materiały, mogą wystąpić problemy związane z różnymi współczynnikami rozszerzalności termicznej, co może prowadzić do osłabienia połączenia. Ponadto stal nierdzewna ma niższą przewodność cieplną w porównaniu z niektórymi innymi metalami, co może być ograniczeniem w aplikacjach wymagających efektywnego odprowadzania ciepła.

Rozumienie i odpowiednie zarządzanie tymi zagrożeniami jest kluczowe do zapewnienia bezpieczeństwa i niezawodności w użytkowaniu elementów złącznych ze stali nierdzewnej. Wybór właściwego typu stali, stosowanie odpowiednich technik montażu i regularne kontrole stanu elementów mogą znacznie zmniejszyć ryzyko związane z tymi zagrożeniami.

Przy stosowaniu elementów złącznych ze stali nierdzewnej kluczowe jest zwrócenie uwagi na kilka istotnych aspektów. Po pierwsze, ważny jest dobór odpowiedniego stopu stali nierdzewnej, dostosowanego do specyficznych warunków środowiskowych, aby zapewnić maksymalną odporność na korozję, w tym na korozję galwaniczną i szczelinową. Należy także uwzględnić potencjalne ryzyko zacierania się gwintów, stosując odpowiednie techniki montażu, takie jak powolne dokręcanie i użycie smarów. Dodatkowo, ważne jest regularne przeprowadzanie inspekcji i konserwacji elementów złącznych, aby wykryć i zapobiec ewentualnym problemom wynikającym z eksploatacji. Projekt konstrukcyjny powinien również minimalizować tworzenie pułapek dla wilgoci oraz zapewniać odpowiednią cyrkulację powietrza. Wreszcie, należy pamiętać o potencjalnych interakcjach ze stopami innych metali, unikając połączeń, które mogą prowadzić do korozji galwanicznej. Uwzględnienie tych czynników jest kluczowe dla zapewnienia długotrwałej wydajności i niezawodności elementów złącznych ze stali nierdzewnej w różnych zastosowaniach.