特定の条件下でステンレス製のネジとナットを併用することが推奨されないのはなぜですか?

産業の組み立てや装置のメンテナンスにおいては、「ステンレス鋼のネジとステンレス鋼のナットを組み合わせてはいけない」ということが長年言われてきました。これは絶対的なタブーではなく、特定の作業条件下での故障リスクに関するエンジニアリングの経験の要約であることを強調することが重要です。問題の中心は、ステンレス製ファスナーの「ガギング現象」です。

 

極低温パイプラインのフランジ、圧力容器、化学装置などの用途では、ステンレス鋼のボルトとナットが高い予荷重条件で長期間使用されると、分解中に激しい回転抵抗が発生したり、ボルトやナットを完全に取り外せなくなったりすることがよくあります。

 

この問題は、静荷重、無潤滑、および同一材質の嵌合条件下で特に顕著です。

 

 

材料科学の観点から見ると、ステンレス鋼は延性に優れ、表面硬度が低いです。ステンレス鋼のネジとナットを締め付けると、高圧と摩擦熱の複合作用によりネジ接触面の不動態皮膜が容易に破壊され、露出した金属マトリックスが微細な付着を起こします。回転が続くと、この接着が繰り返し発生してせん断され、最終的にねじ山の局所的な「冷間圧接」が発生します。

 

さらに、長期間使用すると、負荷がかかるとファスナーにわずかな塑性変形が生じ、ねじ接合部がさらにきつくなり、摩擦効果がさらに増大します。-逆に分解しようとすると、従来の摩擦力に加えて、材料の付着や構造の変形によって生じるさらなる抵抗を克服する必要があり、分解の難易度が大幅に高まります。

 

 

ステンレス鋼製ファスナーの焼き付きのリスクを軽減するために、エンジニアリングの実践では次の方法が一般的に使用されます。

 

まず、銅ナットや表面処理ナットを備えたステンレス鋼ボルトを使用するなど、異種の材料を使用して、同じ材料の接着条件を材料レベルで破ることで、接着の可能性を減らすことができます。{0}}

 

次に、組み立て前にネジ山表面に潤滑剤を塗布することが最も効果的な方法の 1 つです。一般的な潤滑剤には、グリース、グラファイト、二硫化モリブデン、焼き付き防止剤、ワックス含浸などが含まれます。-これらにより摩擦係数を大幅に低減し、温度上昇を抑えることができます。

 

次に、高温または高負荷の環境では、高温条件下での焼結や接着不良を防ぐために、特殊な焼き付き防止剤を優先的に使用する必要があります。-

 

 

炭素鋼のファスナーと比べて、ステンレス鋼のファスナーは、主に材料特性の違いによりロックしやすくなります。一般的なステンレス鋼を例にとると、一般に硬度は 8.8 グレードの炭素鋼よりも低くなりますが、延性は優れています。ステンレス鋼はねじの表面が損傷すると、すぐに新しい酸化皮膜を形成して腐食に耐えます。しかし、締め付け中はこの酸化皮膜が破壊と再生を繰り返し、「破壊-凝着-せん断-再-凝着」の連鎖反応が起こり、最終的にはゆるみにつながります。

 

この現象は、ステンレス鋼、アルミニウム合金、チタン合金のファスナーで特によく見られますが、硬度が高く延性が低い炭素鋼のファスナーではその可能性は比較的低くなります。

 

 

実際のアプリケーションでは、ロックの問題は単一の要因によって引き起こされるのではなく、複数の操作エラーの結果として発生することがよくあります。例えば、ねじやナットの機械的特性グレードの不一致、ねじ面のバリや金属の削りくずの存在、取り付け時の過度な力や過度の締め付け速度などは、焼き付きの危険性を大幅に高める可能性があります。

 

電動レンチを使用して高速で締め付けると、ネジ部の温度が短時間で急激に上昇し、瞬間的な焼き付きの代表的な原因の 1 つとなります。{0}ステンレス鋼の留め具。また、ナットをボルト軸に対して直角に保てなかったり、平座金やばね座金を使用しなかったりすると、局所的な応力集中が生じ、焼き付きを誘発する可能性があります。