Stal stopowa 42CrMo4 do produkcji śrub dwustronnych

Ponieważ w praktyce zdarza nam się prowadzić polemiki z klientami, co do zasadności stosowania takiego lub innego materiału, dlatego nie sposób w naszym zestawieniu nie uwzględnić jednego z najczęściej wykorzystywanych do produkcji śrub dwustronnych materiału, cztyli 42CrMo4. Dlaczego wspomniałem o polemikach z klientami? Otóż zdarzają się instalacje, głównie ciśnieniowe, które pracują w określonych warunkach przez niezwykle krótki czas. Wówaczas chwilowa temperatura osiąga wartość, która wskazuje na zastosowanie materiału o podwyższonych parametrach wytrzymałościowych. Niestety mieliśmy w naszej historii przypadek, kiedy klient uznał i wziął za to pełną odpowiedzialność, że nie widzi sensu stosowania śrub do pracy w podwyższonych parametrach temperatury i ciśnienia. Uzyskanie zgody na zastosowanie śrub o niższych parametrach nie stanowiło dla zamawiającego większego problemu, więc zamiast 42CrMo4 zostały zastosowane śruby 25CrMo4. W trakcie próby ciśnieniowej w podwyższonych parametrach ciśnienia i temperatury okazało się, że śruby nie wytrzymały i doszło do zerwania połącznia kołnierzowego. Pozorna oszczędność okazała się podwójną stratą, ponieważ klient zmuszony był zamówić śruby po raz kolejny. Jest to tylko jeden przypadek, z którym mieliśmy się okazję zetknąć, natomiast spodziewam się, że w skali kraju takich zdarzeń może być zdecydowanie więcej.

Ogólna charakterystyka stali stopowych

Stal stopowa jak sama nazwa wskazuje, jest materiałem, który w swoim składzie zawiera dodatki znacząco wpływające na jego właściwości. Procentowy udział poszczególnych pierwiastków może oscylować od kilku do nawet kilkudzisięciu procent. Znaczny udział pierwistków stopowych jest podstawowym kryterium odróżniającym stal konstrukcyjną od stali stopowych.

Przytoczony  powyżej przykład wskazuje jednoznacznie na zasadność stosowania śrub dwustronnych i innych elementów złącznych z uwzględnieniem wytycznych określonych w normie PN-EN 1515-1.

Stale przeznaczone do wytwarzania elementów przeznaczonych do stosowania na instalacjach o podwyższonych parametrach temperatury i / lub ciśnienia wymagają zazwyczaj podwyższonych parametrów mechanicznych, w tym dużej ciągliwości – co gwarantują stale stopowe. Zmniejszona zawartość węgla (02-03%) przy dużym udziale dodatków stopowych  sprawi, że zastosowany element sprosta nie tylko próbie ciśnieniowej, ale zapewni długotrwałą pracę przez cały okres użytkowania instalacji.

Przeanalizujmy zatem jak udział poszczególnych pierwiastków stopowych wpływa na zmianę właściwości danego materiału.

Chrom (Cr) w stalach niskostopowych i niskowęglowych

Podwyższona zawartość chromu wpływa na zwiększenie wytrzymałości i twardości stali oraz podnosi parametry udarności. Chrom jest nieodzownym dodatkiem w materiałach przeznaczonych do ulepszania cieplnego oraz w stalach narzędziowych, gdzie istotnym czynnikiem jest parametr hartowności i głębokości hartowania, co przekłada się na wysoką twardość uzyskanych stopów.

Molibden (Mo) w stalach niskostopowych i niskowęglowych

Dodatek molibdenu w stalach stopowych znacząco zwiększa hartowność stali – znacznie bardziej niż dodatek chromu czy wolframu. Molibden w sposób znaczący zmniejsza kruchość stali, która pojawia się w trakcie wysokiego odpuszczania stali.

Nikiel (Ni) w stalach niskostopowych i niskowęglowych

Ze wszystkich dodatków stopowych to właśnie nikiel ma najkorzystniejszy wpływ na podwyższenie parametrów wytrzymałości twardości przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej udarności stopu. Nikiel znacznie obniża temperaturę progu kruchości stali. Udział tego pierwiastka w połączeniu z obecnością chromu i molibdenu, poprawia hartowność stali.  

Skład chemiczny stali 42CrMo4

Właściwości mechaniczne stali   42CrMo4 (1.7225)