Flänsfogtätning - 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 flänsade fogar inklusive flänsar, tätningselement och fästelement.
304, 304L, 316 och 316L är de rostfria kvalitetsbeteckningarna i American Standard for Materials (ANSI eller ASTM), som tillhör 300-serien av austenitiska rostfria stål. De kvaliteter 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 för 304, men eftersom kolhalten i 304L är lägre än för 304, är dess motståndskraft mot intergranulär korrosion starkare. 316 och 316L är molybdeninnehållande rostfria stål. På grund av tillsatsen av molybden är deras korrosionsbeständighet och värmebeständighet bättre än 304 och 304L. På samma sätt, eftersom kolhalten i 316L är lägre än 316, är dess förmåga att motstå kristallkorrosion bättre. Austenitiska rostfria stål som 304, 304L, 316 och 316L har låg mekanisk hållfasthet. Rumstemperatursträckgränsen på 304 är 205MPa, 304L är 170MPa; rumstemperaturens sträckgräns på 316 är 210MPa och 316L är 200MPa. Därför hör bultarna av dem till bultar med låg hållfasthet.
Tabell 1 Kolhalt, % Rumstemperaturhållfasthet, MPa Rekommenderad maximal 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 flänsfogar 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 avslappningen av bultkraften på grund av packningens krypavslappning eller själva bultens krypning vid hög temperatur , minskar också packningens spänning, så att flänsfogen läcker och misslyckas.
Vid faktisk drift är bultkraftsavslappning oundviklig, och den initiala åtdragningsbultkraften kommer alltid att sjunka med tiden. Speciellt för flänsfogar under hög temperatur och svåra cykelförhållanden, efter 10 000 timmars drift, kommer bultbelastningsförlusten ofta att överstiga 50%, och den kommer att dämpas med tidens fortsättning 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 av bultens och flänsens material annorlunda, såsom värmeutvidgningskoefficienten 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 flänsens expansion är mindre än bultens expansion, efter att deformationen är samordnad, minskar bultens förlängning, vilket gör att bultens kraft minskar. Om det finns någon löshet kan det orsaka läckage i flänsfogen. Därför, när högtemperaturutrustningens fläns och rörfläns är anslutna, särskilt de termiska expansionskoefficienterna för fläns- och bultmaterialen är olika, bör värmeutvidgningskoefficienterna för de två materialen vara så nära som möjligt.
Det framgår av (1) att den mekaniska hållfastheten hos austenitiskt rostfritt stål som 304 och 316 är låg, och rumstemperatursträckgränsen på 304 är endast 205MPa, och den för 316 är endast 210MPa. För att förbättra bultarnas anti-avslappning och utmattningsförmåga vidtas därför 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 bultmaterialets sträckgräns , så att bultmaterialets hållfasthetsgrad måste förbättras och höghållfasta eller medelhållfasta legerade stålbultmaterial används. Uppenbarligen, förutom gjutjärn, icke-metalliska flänsar eller gummipackningar, för halvmetalliska och metallpackningar med flänsar eller packningar med högre tryckkvalitet eller packningar med större spänning, bultar 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 stamstärkande 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 av 3/4 " Bultmaterialets sträckgräns är 550MPa, medan sträckgränsen för B8 Cl.1-bultmaterialet med alla diametrar endast är 205MPa, 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 "Tryckkärl del tre design" motsvarar B8 Cl.2; S31608 motsvarar B8M Cl.1.
Mot bakgrund av ovanstående skäl föreskriver GB/T 150.3 och GB/T38343 "Technical Regulations for Flange Joint Installation" att flänsarna på 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 med B8 Cl.2 (S30408) och B8M Cl.2 för att undvika låg installationsbultkraft.
Det är värt att notera att när låghållfasta bultmaterial som 304 och 316 används, även under installationssteget, eftersom vridmomentet inte kontrolleras, kan bulten ha överskridit materialets sträckgräns eller till och med brutit. Naturligtvis, om läckage uppstår under trycktestet eller driftstart, även om bultarna fortsätter att dras åt, kommer bultkraften inte att gå upp 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 bryta efter ominstallation.
