สกรูสเตนเลส SUS304 กับ SUS410: คู่มือการเลือก

การเลือกเกรดและความแตกต่างด้านประสิทธิภาพ

สกรูสแตนเลส SUS304 และการเลือกสกรูสแตนเลส SUS410 ขึ้นอยู่กับความสมดุลที่สำคัญระหว่างความต้านทานการกัดกร่อนและข้อกำหนดด้านความแข็งแรงเชิงกล SUS304 ให้ภูมิคุ้มกันการกัดกร่อนที่เหนือกว่าในสภาพแวดล้อมในชั้นบรรยากาศ สารเคมี และทางทะเลผ่านองค์ประกอบออสเทนนิติกโครเมียม-นิกเกิล ในขณะที่ SUS410 ให้ความแข็งและความทนทานต่อการสึกหรอที่สูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญผ่านโครงสร้างมาร์เทนซิติกที่เกิดจากการอบชุบด้วยความร้อน SUS304 คงคุณลักษณะที่ไม่ใช่แม่เหล็กซึ่งจำเป็นสำหรับการใช้งานทางอิเล็กทรอนิกส์และทางการแพทย์ ในขณะที่ SUS410 มีแม่เหล็กเฟอร์ริกที่แข็งแกร่งซึ่งเหมาะสำหรับระบบจับยึดแม่เหล็ก ส่วนต่างของความต้านทานแรงดึงสูงถึง 200-300 MPa แทน SUS410 ที่ชุบแข็ง ทำให้เหมาะสำหรับชิ้นส่วนเครื่องจักรกลที่มีความเครียดสูง แม้ว่าการปกป้องสิ่งแวดล้อมจะลดลงก็ตาม

ระบบการกำหนดมาตรฐานอุตสาหกรรมของญี่ปุ่น (JIS) ซึ่ง SUS หมายถึงการใช้เหล็กสเตนเลส นั้นมีความสอดคล้องอย่างใกล้ชิดกับเกรด AISI 304 และ 410 ของอเมริกาที่มีการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบเล็กน้อย ตลาดตัวยึดทั่วโลกใช้สกรูสแตนเลสประมาณ 2.8 ล้านตันต่อปี โดยเกรดออสเทนนิติกคิดเป็น 75% ของปริมาณ และเกรดมาร์เทนซิติกซึ่งคิดเป็น 15% ในภาคยานยนต์และเครื่องจักรเป็นหลัก

องค์ประกอบและลักษณะของออสเทนนิติก SUS304

SUS304 เป็นเกรดสเตนเลสที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดสำหรับงานยึดทั่วไป ซึ่งการป้องกันการกัดกร่อนมีอิทธิพลเหนือเกณฑ์การออกแบบ

องค์ประกอบทางเคมีและโครงสร้างจุลภาค

SUS304 ประกอบด้วย โครเมียม 18-20% และนิกเกิล 8-10.5% โดยมีปริมาณคาร์บอนจำกัดสูงสุด 0.08% ทำให้เกิดโครงสร้างผลึกลูกบาศก์ออสเทนนิติกที่มีศูนย์กลางอยู่ที่ใบหน้าซึ่งมีความเสถียรในทุกอุณหภูมิ องค์ประกอบนี้สร้างฟิล์มพาสซีฟโครเมียมออกไซด์ (Cr2O3) ที่มีความหนาประมาณ 3-5 นาโนเมตร ซึ่งจะซ่อมแซมตัวเองเมื่อสัมผัสกับออกซิเจน ให้ความต้านทานการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมตั้งแต่น้ำจืดไปจนถึงการสัมผัสสารเคมีในระดับปานกลาง ปริมาณนิกเกิลทำให้ออสเทนไนต์คงที่และเพิ่มความสามารถในการขึ้นรูป ช่วยให้ขึ้นรูปเย็นและการรีดเกลียวโดยไม่ต้องอบอ่อนขั้นกลางสำหรับการผลิตสกรู

คุณสมบัติทางกลในสภาวะอบอ่อนได้แก่ ความต้านทานแรงดึง 515 เมกะปาสคาล, ความแข็งแรงของผลผลิต 205 เมกะปาสคาล และการยืดตัว 40% ด้วยการชุบแข็งงานในระหว่างการขึ้นรูปเย็น ช่วยเพิ่มความต้านทานแรงดึงเป็น 700-850 เมกะปาสคาล สำหรับตัวยึดแบบแข็งด้วยความเครียด ไม่สามารถเสริมความแข็งแกร่งของเกรดได้ด้วยการอบชุบด้วยความร้อน โดยจำกัดความแข็งสูงสุดไว้ที่ประมาณ 200 HV ผ่านการทำงานเย็นเพียงอย่างเดียว

ความต้านทานการกัดกร่อนและข้อจำกัดด้านสิ่งแวดล้อม

สกรูสแตนเลส SUS304 ทนทานต่อการกัดกร่อนทั่วไปในบรรยากาศชนบทเป็นเวลา 50 ปี และรักษาความสมบูรณ์ในการแช่น้ำจืดได้อย่างไม่มีกำหนด อย่างไรก็ตาม สภาพแวดล้อมคลอไรด์ที่มีความเข้มข้นเกิน 200 ppm ทำให้เกิดการกัดกร่อนแบบรูพรุนและรอยแยก โดยเฉพาะในสภาวะนิ่งหรืออุณหภูมิสูงกว่า 60 องศาเซลเซียส เกรดนี้ไวต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเครียดในสารละลายคลอไรด์ร้อน ซึ่งต้องใช้ SUS316 (ที่มีโมลิบดีนัม 2-3%) สำหรับการใช้งานทางทะเลและการแปรรูปทางเคมี อาการแพ้ระหว่างการเชื่อมหรือการสัมผัสเป็นเวลานานในช่วงอุณหภูมิ 450-850 องศาเซลเซียส จะทำให้โครเมียมคาร์ไบด์ตกตะกอน ส่งผลให้ความต้านทานการกัดกร่อนตามขอบเกรนลดลง เว้นแต่จะระบุเกรดที่เสถียร (SUS304L ที่มีคาร์บอนสูงสุด 0.03%)

SUS410 การชุบแข็งแบบมาร์เทนซิติกและการใช้งาน

SUS410 มีตัวเลือกสเตนเลสสตีลที่ผ่านการอบชุบด้วยความร้อนเพียงชนิดเดียวในบรรดาเกรดสกรูทั่วไป ทำให้ระดับความแข็งไม่สามารถบรรลุได้ในรูปแบบออสเทนนิติก

องค์ประกอบและการแปลงเฟส

SUS410 ประกอบด้วย โครเมียม 11.5-13.5% และคาร์บอนสูงสุด 0.15% เพียงพอที่จะสร้างมาร์เทนไซต์เมื่อเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วจากอุณหภูมิออสเทนไนซ์ แต่ต่ำกว่าเกณฑ์ 16% โดยคงออสเทนไนต์ไว้ที่อุณหภูมิห้อง โครงสร้างมาร์เทนซิติกแบบเตตระโกนัลที่มีศูนย์กลางอยู่ที่ตัวถังให้คุณสมบัติเฟอร์โรแมกเนติก และตอบสนองต่อการชุบแข็งและการอบชุบด้วยความร้อน ปริมาณโครเมียมให้ความต้านทานการกัดกร่อนปานกลางเหนือกว่าเหล็กกล้าคาร์บอน แต่ด้อยกว่า SUS304 เนื่องจากไม่มีนิกเกิลและโครเมียมโดยรวมต่ำกว่า

ระเบียบวิธีการรักษาความร้อนเกี่ยวข้อง การออสเทนไนซ์ที่อุณหภูมิ 950-1,000 องศาเซลเซียส การดับน้ำมันหรืออากาศ และอบคืนตัวที่อุณหภูมิ 150-650 องศาเซลเซียส เพื่อให้ได้ความสมดุลระหว่างความแข็ง-ความเหนียวตามที่ต้องการ การอบคืนตัวที่อุณหภูมิต่ำ (150-200 องศาเซลเซียส) ทำให้เกิดความแข็งสูงสุดที่ 38-42 HRC (380-400 HV) ในขณะที่อุณหภูมิการอบคืนตัวที่สูงขึ้นจะลดความแข็งลงเหลือ 25-30 HRC พร้อมความเหนียวและความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีขึ้น

ข้อดีด้านประสิทธิภาพทางกล

แข็งตัว สกรูสแตนเลส SUS410 บรรลุ ทนต่อการสึกหรอและแรงเฉือนสูงกว่า SUS304 50-80% ทำให้เหมาะสำหรับส่วนประกอบระบบส่งกำลัง ทริมวาล์ว และเพลาปั๊มที่ต้องการความต้านทานการครูด คุณสมบัติของแม่เหล็กช่วยให้สามารถคัดแยกและจัดการด้วยเครื่องป้อนแม่เหล็กในระบบประกอบอัตโนมัติ และอำนวยความสะดวกในการตรวจสอบอนุภาคแม่เหล็กสำหรับการตรวจสอบคุณภาพ อย่างไรก็ตาม เกรดนี้มีความสามารถในการเชื่อมลดลงโดยต้องได้รับความร้อนก่อนและหลังการเชื่อมเพื่อป้องกันการแตกร้าว จำกัดการผลิตสกรูเฉพาะการตัดเฉือนและการกำหนดส่วนหัวเย็นของวัสดุอบอ่อนตามด้วยการบำบัดความร้อน

กระบวนการผลิตและการขึ้นรูปเกลียว

การผลิตสกรูสแตนเลสปรับวิธีการขึ้นรูปให้เหมาะกับลักษณะการแข็งตัวของวัสดุและข้อกำหนดคุณสมบัติขั้นสุดท้าย

การรีดเกลียวแบบเย็นและการรีดเกลียว

การใช้หัวเย็น SUS304 เครื่องอัดเชิงกลความเร็วสูงพร้อมแม่พิมพ์แบบโปรเกรสซีฟ 5-7 สถานี การขึ้นรูปหัวและก้านจากลวดขดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.5-12 มม. อัตราการชุบแข็งงานสูงของวัสดุ (ค่า n 0.3-0.5) ต้องใช้การอบอ่อนระดับกลางสำหรับรูปทรงที่ซับซ้อน แต่ช่วยเพิ่มความแข็งแรงได้อย่างมากในตัวยึดที่เสร็จแล้ว การรีดเกลียวด้วยดายแพลเน็ตทารี่หรือแบนจะทำให้ชั้นพื้นผิวที่แข็งตัวมีความแข็งกว่าวัสดุแกนถึง 20-30% ช่วยเพิ่มความทนทานต่อความเมื่อยล้าและประสิทธิภาพการสึกหรอของเกลียว

ต้องใช้หัวเย็น SUS410 ลวดอบอ่อนที่ความแข็งสูงสุด 85 HRB เพื่อให้สามารถขึ้นรูปได้เพียงพอ จากนั้นจึงนำสกรูที่เสร็จแล้วมาผ่านกระบวนการให้ความร้อนตามข้อกำหนด การรีดเกลียวของ SUS410 ที่ชุบแข็งนั้นทำไม่ได้จริง โดยจำเป็นต้องมีการตัดหรือการเจียรด้ายเพื่อการใช้งานที่แม่นยำ หรือการรีดในสภาพอบอ่อนก่อนการอบอ่อนด้วยความร้อนขั้นสุดท้ายโดยอาจมีการชดเชยความบิดเบี้ยว

การตัดเฉือนและการตกแต่งพื้นผิว

สกรูที่มีความแม่นยำและชิ้นส่วนขนาดเล็กใช้การกลึง CNC และการไล่เกลียว โดยต้องใช้ SUS304 มุมคายบวกและความเร็วตัดสูง (80-120 ม./นาที) เพื่อป้องกันงานแข็งตัวและเกิดการสะสมของขอบ เครื่องจักร SUS410 จะพร้อมกว่าในสภาวะอบอ่อน แต่จะเกิดเศษที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเมื่อชุบแข็ง โดยต้องใช้เครื่องมือเซรามิกหรือคาร์ไบด์เคลือบ การบำบัดทู่ในสารละลายกรดไนตริกหรือกรดซิตริกจะกำจัดเหล็กอิสระและเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งอย่างยิ่งสำหรับ SUS410 ในการฟื้นฟูชั้นที่สูญเสียโครเมียมจากการบำบัดความร้อน

แนวทางการคัดเลือกและการแมปแอปพลิเคชัน

การเลือกเกรดที่เหมาะสมที่สุดจะรวมเอาความเสี่ยงต่อสิ่งแวดล้อม การรับน้ำหนักทางกล และข้อกำหนดด้านการทำงานเข้าไว้ในข้อกำหนดจำเพาะที่สอดคล้องกัน

การใช้งานที่โดดเด่นของ SUS304

ระบุสกรูสแตนเลส SUS304 สำหรับ อุปกรณ์แปรรูปอาหาร การยึดภายนอกสถาปัตยกรรม อุปกรณ์ทางทะเลเหนือระดับน้ำ ท่อแปรรูปสารเคมี และอุปกรณ์ทางการแพทย์ โดยที่ภูมิคุ้มกันต่อการกัดกร่อนและสุขอนามัยเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง ลักษณะที่ไม่ใช่แม่เหล็กเหมาะกับการประกอบอิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์ MRI และเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ที่ต้องขจัดสัญญาณรบกวนจากแม่เหล็กไฟฟ้า หลีกเลี่ยงข้อกำหนดสำหรับการใช้งานที่มีการสึกหรอสูง หรือบริเวณที่เกิดการกัดกร่อนกับชิ้นส่วนที่เป็นสเตนเลสสตีล เว้นแต่ว่ามีการใช้สารป้องกันการยึดเกาะหรือการเคลือบเกลียว

กรณีการใช้งานที่เหมาะสมที่สุด SUS410

ใส่สกรูสแตนเลส SUS410 เข้าไป ส่วนประกอบของมีดและเครื่องมือ ส่วนประกอบปั๊มและวาล์ว กลไกอาวุธปืน และการใช้งานที่อุณหภูมิสูงถึง 650 องศาเซลเซียส โดยที่ความแข็งแกร่งและความแข็งมีมากกว่าลำดับความสำคัญด้านความต้านทานการกัดกร่อน คุณสมบัติของแม่เหล็กช่วยให้การจัดการอัตโนมัติในการผลิตปริมาณมาก และช่วยให้สามารถจับยึดด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าในระบบฟิกซ์เจอร์ได้ จำกัดการสัมผัสคลอไรด์และสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด และระบุการเคลือบป้องกัน (ซิงค์ฟอสเฟต อีพ็อกซี่) สำหรับการสัมผัสกับบรรยากาศในสภาวะที่มีความชื้นหรือมลพิษ

เกรดสกรูสเตนเลส SUS304 และ SUS410 เป็นตัวแทนโซลูชันเสริมภายในกลุ่มวัสดุตัวยึด โดยมีเกณฑ์การคัดเลือกที่ให้ความสำคัญกับความทนทานต่อสิ่งแวดล้อมสำหรับ SUS304 และสมรรถนะทางกลสำหรับ SUS410 ไม่มีเกรดใดที่โดดเด่นในระดับสากล และชุดประกอบไฮบริดที่ใช้วัสดุทั้งสองในตำแหน่งที่เหมาะสมมักจะปรับความน่าเชื่อถือของระบบโดยรวมและประสิทธิภาพด้านต้นทุนให้เหมาะสม