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 hos 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 för 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 inverkan av inre tryck, vilket resulterar i en motsvarande minskning av packningens spänning, och för det andra avslappningen 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.
När flänsen och bulten är gjorda av olika material, särskilt när flänsen är gjord av kolstål och bulten är gjord av rostfritt stål, är värmeutvidgningskoefficienten 2 för materialet i bulten och flänsen olika, såsom den termiska expansionskoefficienten för rostfritt stål vid 50 °C (16,51×10-5 / °C) är större än den termiska expansionskoefficienten för kolstål (11,12×10-5/°C). Efter att anordningen har värmts upp, när expansionen av flänsen är mindre än expansionen av bulten, efter att deformationen har samordnats, minskar bultens förlängning, vilket gör att bultens kraft minskar. Om det finns någon löshet kan det orsaka läckage i flänsförbandet. Därför, när högtemperaturutrustningens fläns och rörfläns är anslutna, särskilt de termiska expansionskoefficienterna för fläns- och bultmaterialen är olika, bör de termiska expansionskoefficienterna för de två materialen vara så nära som möjligt.
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 eller packningar av högre tryckkvalitet eller packningar med större spänning, bultar gjorda av låghållfasta material som 304 och 316, på grund av bultkraft Inte tillräckligt för att uppfylla tätningskraven.
Det som behöver särskild uppmärksamhet här är att i den amerikanska standarden för bultmaterial i rostfritt stål har 304 och 316 två kategorier, nämligen B8 Cl.1 och B8 Cl.2 av 304 och B8M Cl.1 och B8M Cl.2 av 316. Cl.1 är fast lösning behandlad med karbider, medan Cl.2 genomgår töjningsförstärkande behandling utöver behandling med fast lösning. Även om det inte finns någon grundläggande skillnad i kemisk beständighet mellan B8 Cl.2 och B8 Cl.1, förbättras den mekaniska hållfastheten hos B8 Cl.2 avsevärt i förhållande till B8 Cl.1, såsom B8 Cl.2 med en diameter på 3/4" Sträckgränsen för bultmaterialet är 550 MPa, medan sträckgränsen för B8 Cl.1 bultmaterial med alla diametrar endast är 205 MPa, Skillnaden mellan de två är mer än två gånger. De inhemska bultmaterialstandarderna 06Cr19Ni10(304), 06Cr17Ni12Mo2(316) och B8 Cl.1 motsvarar B8M Cl.1. [Obs: Bultmaterialet S30408 i GB/T 150.3 "Pressure Vessel Part Three Design" motsvarar B8 Cl.2; S31608 motsvarar B8M Cl.1.
Med tanke på ovanstående skäl föreskriver GB/T 150.3 och GB/T38343 "Tekniska föreskrifter för installation av flänsfogar" att flänsarna för tryckbärande anordningar och rörflänsfogar inte rekommenderas att använda de vanliga 304 (B8 Cl.1) och 316 (B8M Cl. 1) Bultar av material, särskilt vid höga temperaturer och svåra cykelförhållanden, bör bytas ut mot B8 Cl.2 (S30408) och B8M Cl.2 för att undvika låg installationsbultkraft.
Det är värt att notera att när bultmaterial med låg hållfasthet 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 hos 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 för 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 inverkan av inre tryck, vilket resulterar i en motsvarande minskning av packningens spänning, och för det andra avslappningen 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.
När flänsen och bulten är gjorda av olika material, särskilt när flänsen är gjord av kolstål och bulten är gjord av rostfritt stål, är värmeutvidgningskoefficienten 2 för materialet i bulten och flänsen olika, såsom den termiska expansionskoefficienten för rostfritt stål vid 50 °C (16,51×10-5 / °C) är större än den termiska expansionskoefficienten för kolstål (11,12×10-5/°C). Efter att anordningen har värmts upp, när expansionen av flänsen är mindre än expansionen av bulten, efter att deformationen har samordnats, minskar bultens förlängning, vilket gör att bultens kraft minskar. Om det finns någon löshet kan det orsaka läckage i flänsförbandet. Därför, när högtemperaturutrustningens fläns och rörfläns är anslutna, särskilt de termiska expansionskoefficienterna för fläns- och bultmaterialen är olika, bör de termiska expansionskoefficienterna för de två materialen vara så nära som möjligt.
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 eller packningar av högre tryckkvalitet eller packningar med större spänning, bultar gjorda av låghållfasta material som 304 och 316, på grund av bultkraft Inte tillräckligt för att uppfylla tätningskraven.
Det som behöver särskild uppmärksamhet här är att i den amerikanska standarden för bultmaterial i rostfritt stål har 304 och 316 två kategorier, nämligen B8 Cl.1 och B8 Cl.2 av 304 och B8M Cl.1 och B8M Cl.2 av 316. Cl.1 är fast lösning behandlad med karbider, medan Cl.2 genomgår töjningsförstärkande behandling utöver behandling med fast lösning. Även om det inte finns någon grundläggande skillnad i kemisk beständighet mellan B8 Cl.2 och B8 Cl.1, förbättras den mekaniska hållfastheten hos B8 Cl.2 avsevärt i förhållande till B8 Cl.1, såsom B8 Cl.2 med en diameter på 3/4" Sträckgränsen för bultmaterialet är 550 MPa, medan sträckgränsen för B8 Cl.1 bultmaterial med alla diametrar endast är 205 MPa, Skillnaden mellan de två är mer än två gånger. De inhemska bultmaterialstandarderna 06Cr19Ni10(304), 06Cr17Ni12Mo2(316) och B8 Cl.1 motsvarar B8M Cl.1. [Obs: Bultmaterialet S30408 i GB/T 150.3 "Pressure Vessel Part Three Design" motsvarar B8 Cl.2; S31608 motsvarar B8M Cl.1.
Med tanke på ovanstående skäl föreskriver GB/T 150.3 och GB/T38343 "Tekniska föreskrifter för installation av flänsfogar" att flänsarna för tryckbärande anordningar och rörflänsfogar inte rekommenderas att använda de vanliga 304 (B8 Cl.1) och 316 (B8M Cl. 1) Bultar av material, särskilt vid höga temperaturer och svåra cykelförhållanden, bör bytas ut mot B8 Cl.2 (S30408) och B8M Cl.2 för att undvika låg installationsbultkraft.
Det är värt att notera att när bultmaterial med låg hållfasthet 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.