den 14 nov 2022
Tätning av flänsfog - Varför rekommenderas inte 304-material för bultar?
När flänsar av kolstål eller rostfritt stål används med 304 materialbultar i flänsfogtätning, uppstår ofta läckageproblem under drift. Denna föreläsning kommer att göra en kvalitativ analys av detta.
(1) Vilka är de grundläggande skillnaderna mellan 304, 304L, 316 och 316L material?
304, 304L, 316 och 316L är de rostfria stålkvaliteter som vanligtvis används i flänsfogar inklusive flänsar, tätningselement och fästelement.
304, 304L, 316 och 316L är beteckningarna för rostfritt stål i American Standard for Materials (ANSI eller ASTM), som tillhör 300-serien av austenitiska rostfria stål. Kvaliteterna som motsvarar de inhemska materialstandarderna (GB/T) är 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Denna typ av rostfritt stål brukar kollektivt kallas 18-8 rostfritt stål.
Se tabell 1, 304, 304L, 316 och 316L har olika fysikaliska, kemiska och mekaniska egenskaper på grund av tillsats av legeringselement och mängder. Jämfört med vanligt rostfritt stål har de god korrosionsbeständighet, värmebeständighet och bearbetningsprestanda. Korrosionsbeständigheten hos 304L liknar den hos 304, men eftersom kolhalten i 304L är lägre än den för 304 är dess motståndskraft mot intergranulär korrosion starkare. 316 och 316L är molybdenhaltiga rostfria stål. På grund av tillsatsen av molybden är deras korrosionsbeständighet och värmebeständighet bättre än de för 304 och 304L. På samma sätt, eftersom kolhalten i 316L är lägre än den i 316, är dess förmåga att motstå kristallkorrosion bättre. Austenitiska rostfria stål som 304, 304L, 316 och 316L har låg mekanisk hållfasthet. Sträckgränsen för rumstemperatur 304 är 205 MPa, 304L är 170 MPa; sträckgränsen för rumstemperatur på 316 är 210 MPa och 316L är 200 MPa. Därför tillhör bultarna gjorda av dem bultarna med låg hållfasthet.
Tabell 1 Kolhalt, % Sträckgräns vid rumstemperatur, MPa Rekommenderad högsta driftstemperatur, °C
304 ≤0.08 205 816
304L ≤0.03 170 538
316 ≤0.08 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) Varför ska flänsförband inte använda bultar av material som 304 och 316?
Som nämnts i de tidigare föreläsningarna separerar flänsfogen för det första tätningsytorna på de två flänsarna på grund av verkan av inre tryck, vilket resulterar i en motsvarande minskning av packningens spänning, och för det andra relaxationen av bultkraften på grund av kryprelaxationen av packningen eller krypningen av själva bulten vid hög temperatur, Minskar också spänningen i packningen, så att flänsfogen läcker och misslyckas.
I verklig drift är skruvkraftsavslappning oundviklig, och den initiala åtdragningsskruvkraften kommer alltid att sjunka med tiden. Speciellt för flänsförband under höga temperaturer och svåra cykelförhållanden, efter 10 000 timmars drift, kommer bultbelastningsförlusten ofta att överstiga 50%, och den kommer att dämpas med tidens gång och temperaturökningen.
When the flange and the bolt are made of different materials, especially when the flange is made of carbon steel and the bolt is made of stainless steel, the coefficient of thermal expansion 2 of the material of the bolt and the flange is different, such as the thermal expansion coefficient of stainless steel at 50°C (16.51×10-5/ ℃) is larger than the thermal expansion coefficient of carbon steel (11.12×10-5/℃). After the device is heated up, when the expansion of the flange is smaller than the expansion of the bolt, after the deformation is coordinated, the elongation of the bolt decreases, causing the force of the bolt to decrease. If there is any looseness, it may cause leakage in the flange joint. Therefore, when the high-temperature equipment flange and pipe flange are connected, especially the thermal expansion coefficients of the flange and bolt materials are different, the thermal expansion coefficients of the two materials should be as close as possible.
Det kan ses från (1) att den mekaniska hållfastheten hos austenitiskt rostfritt stål som 304 och 316 är låg, och sträckgränsen för rumstemperatur för 304 är endast 205 MPa, och den för 316 är endast 210 MPa. Därför, för att förbättra skruvarnas anti-relaxations- och anti-utmattningsförmåga, vidtas åtgärder för att öka bultkraften hos installationsbultarna. Till exempel, när den maximala installationsbultkraften används i uppföljningsforumet, krävs det att spänningen hos installationsbultarna når 70 % av sträckgränsen för bultmaterialet, så att hållfasthetsklassen för bultmaterialet måste förbättras, och höghållfasta eller medelhållfasta legerade stålbultmaterial används. Uppenbarligen, med undantag för gjutjärn, icke-metalliska flänsar eller gummipackningar, för halvmetalliska och metallpackningar med flänsar av högre tryckkvalitet eller packningar med större spänning, bultar gjorda av låghållfasta material som 304 och 316, på grund av bultkraften Inte tillräckligt för att uppfylla tätningskraven.
What needs special attention here is that in the American stainless steel bolt material standard, 304 and 316 have two categories, namely B8 Cl.1 and B8 Cl.2 of 304 and B8M Cl.1 and B8M Cl.2 of 316. Cl.1 is solid solution treated with carbides, while Cl.2 undergoes strain strengthening treatment in addition to solid solution treatment. Although there is no fundamental difference in chemical resistance between B8 Cl.2 and B8 Cl.1, the mechanical strength of B8 Cl.2 is considerably improved relative to B8 Cl.1, such as B8 Cl.2 with a diameter of 3/4" The yield strength of the bolt material is 550MPa, while the yield strength of the B8 Cl.1 bolt material of all diameters is only 205MPa, the difference between the two is more than twice. The domestic bolt material standards 06Cr19Ni10(304), 06Cr17Ni12Mo2(316), and B8 Cl.1 is equivalent to B8M Cl.1. [Note: The bolt material S30408 in GB/T 150.3 "Pressure Vessel Part Three Design" is equivalent to B8 Cl.2; S31608 is equivalent to B8M Cl.1.
In view of the above reasons, GB/T 150.3 and GB/T38343 "Technical Regulations for Flange Joint Installation" stipulate that the flanges of pressure equipment and pipe flange joints are not recommended to use the usual 304 (B8 Cl.1) and 316 (B8M Cl. .1) Bolts of materials, especially in high temperature and severe cycle conditions, should be replaced with B8 Cl.2 (S30408) and B8M Cl.2 to avoid low installation bolt force.
Det är värt att notera att när låghållfasta bultmaterial som 304 och 316 används, även under installationsstadiet, eftersom vridmomentet inte kontrolleras, kan bulten ha överskridit materialets sträckgräns, eller till och med gått sönder. Naturligtvis, om läckage uppstår under trycktestet eller driftstarten, även om bultarna fortsätter att dras åt, kommer bultkraften inte att öka och läckaget kan inte stoppas. Dessutom kan dessa bultar inte återanvändas efter att ha demonterats, eftersom bultarna har genomgått permanent deformation, och bultarnas tvärsnittsstorlek har blivit mindre, och de är benägna att gå sönder efter återinstallation.
(1) Vilka är de grundläggande skillnaderna mellan 304, 304L, 316 och 316L material?
304, 304L, 316 och 316L är de rostfria stålkvaliteter som vanligtvis används i flänsfogar inklusive flänsar, tätningselement och fästelement.
304, 304L, 316 och 316L är beteckningarna för rostfritt stål i American Standard for Materials (ANSI eller ASTM), som tillhör 300-serien av austenitiska rostfria stål. Kvaliteterna som motsvarar de inhemska materialstandarderna (GB/T) är 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Denna typ av rostfritt stål brukar kollektivt kallas 18-8 rostfritt stål.
Se tabell 1, 304, 304L, 316 och 316L har olika fysikaliska, kemiska och mekaniska egenskaper på grund av tillsats av legeringselement och mängder. Jämfört med vanligt rostfritt stål har de god korrosionsbeständighet, värmebeständighet och bearbetningsprestanda. Korrosionsbeständigheten hos 304L liknar den hos 304, men eftersom kolhalten i 304L är lägre än den för 304 är dess motståndskraft mot intergranulär korrosion starkare. 316 och 316L är molybdenhaltiga rostfria stål. På grund av tillsatsen av molybden är deras korrosionsbeständighet och värmebeständighet bättre än de för 304 och 304L. På samma sätt, eftersom kolhalten i 316L är lägre än den i 316, är dess förmåga att motstå kristallkorrosion bättre. Austenitiska rostfria stål som 304, 304L, 316 och 316L har låg mekanisk hållfasthet. Sträckgränsen för rumstemperatur 304 är 205 MPa, 304L är 170 MPa; sträckgränsen för rumstemperatur på 316 är 210 MPa och 316L är 200 MPa. Därför tillhör bultarna gjorda av dem bultarna med låg hållfasthet.
Tabell 1 Kolhalt, % Sträckgräns vid rumstemperatur, MPa Rekommenderad högsta driftstemperatur, °C
304 ≤0.08 205 816
304L ≤0.03 170 538
316 ≤0.08 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) Varför ska flänsförband inte använda bultar av material som 304 och 316?
Som nämnts i de tidigare föreläsningarna separerar flänsfogen för det första tätningsytorna på de två flänsarna på grund av verkan av inre tryck, vilket resulterar i en motsvarande minskning av packningens spänning, och för det andra relaxationen av bultkraften på grund av kryprelaxationen av packningen eller krypningen av själva bulten vid hög temperatur, Minskar också spänningen i packningen, så att flänsfogen läcker och misslyckas.
I verklig drift är skruvkraftsavslappning oundviklig, och den initiala åtdragningsskruvkraften kommer alltid att sjunka med tiden. Speciellt för flänsförband under höga temperaturer och svåra cykelförhållanden, efter 10 000 timmars drift, kommer bultbelastningsförlusten ofta att överstiga 50%, och den kommer att dämpas med tidens gång och temperaturökningen.
When the flange and the bolt are made of different materials, especially when the flange is made of carbon steel and the bolt is made of stainless steel, the coefficient of thermal expansion 2 of the material of the bolt and the flange is different, such as the thermal expansion coefficient of stainless steel at 50°C (16.51×10-5/ ℃) is larger than the thermal expansion coefficient of carbon steel (11.12×10-5/℃). After the device is heated up, when the expansion of the flange is smaller than the expansion of the bolt, after the deformation is coordinated, the elongation of the bolt decreases, causing the force of the bolt to decrease. If there is any looseness, it may cause leakage in the flange joint. Therefore, when the high-temperature equipment flange and pipe flange are connected, especially the thermal expansion coefficients of the flange and bolt materials are different, the thermal expansion coefficients of the two materials should be as close as possible.
Det kan ses från (1) att den mekaniska hållfastheten hos austenitiskt rostfritt stål som 304 och 316 är låg, och sträckgränsen för rumstemperatur för 304 är endast 205 MPa, och den för 316 är endast 210 MPa. Därför, för att förbättra skruvarnas anti-relaxations- och anti-utmattningsförmåga, vidtas åtgärder för att öka bultkraften hos installationsbultarna. Till exempel, när den maximala installationsbultkraften används i uppföljningsforumet, krävs det att spänningen hos installationsbultarna når 70 % av sträckgränsen för bultmaterialet, så att hållfasthetsklassen för bultmaterialet måste förbättras, och höghållfasta eller medelhållfasta legerade stålbultmaterial används. Uppenbarligen, med undantag för gjutjärn, icke-metalliska flänsar eller gummipackningar, för halvmetalliska och metallpackningar med flänsar av högre tryckkvalitet eller packningar med större spänning, bultar gjorda av låghållfasta material som 304 och 316, på grund av bultkraften Inte tillräckligt för att uppfylla tätningskraven.
What needs special attention here is that in the American stainless steel bolt material standard, 304 and 316 have two categories, namely B8 Cl.1 and B8 Cl.2 of 304 and B8M Cl.1 and B8M Cl.2 of 316. Cl.1 is solid solution treated with carbides, while Cl.2 undergoes strain strengthening treatment in addition to solid solution treatment. Although there is no fundamental difference in chemical resistance between B8 Cl.2 and B8 Cl.1, the mechanical strength of B8 Cl.2 is considerably improved relative to B8 Cl.1, such as B8 Cl.2 with a diameter of 3/4" The yield strength of the bolt material is 550MPa, while the yield strength of the B8 Cl.1 bolt material of all diameters is only 205MPa, the difference between the two is more than twice. The domestic bolt material standards 06Cr19Ni10(304), 06Cr17Ni12Mo2(316), and B8 Cl.1 is equivalent to B8M Cl.1. [Note: The bolt material S30408 in GB/T 150.3 "Pressure Vessel Part Three Design" is equivalent to B8 Cl.2; S31608 is equivalent to B8M Cl.1.
In view of the above reasons, GB/T 150.3 and GB/T38343 "Technical Regulations for Flange Joint Installation" stipulate that the flanges of pressure equipment and pipe flange joints are not recommended to use the usual 304 (B8 Cl.1) and 316 (B8M Cl. .1) Bolts of materials, especially in high temperature and severe cycle conditions, should be replaced with B8 Cl.2 (S30408) and B8M Cl.2 to avoid low installation bolt force.
Det är värt att notera att när låghållfasta bultmaterial som 304 och 316 används, även under installationsstadiet, eftersom vridmomentet inte kontrolleras, kan bulten ha överskridit materialets sträckgräns, eller till och med gått sönder. Naturligtvis, om läckage uppstår under trycktestet eller driftstarten, även om bultarna fortsätter att dras åt, kommer bultkraften inte att öka och läckaget kan inte stoppas. Dessutom kan dessa bultar inte återanvändas efter att ha demonterats, eftersom bultarna har genomgått permanent deformation, och bultarnas tvärsnittsstorlek har blivit mindre, och de är benägna att gå sönder efter återinstallation.