Уплътняване на фланцови съединения - Защо материалът 304 не се препоръчва за болтове?
Когато фланци от въглеродна стомана или неръждаема стомана се използват с 304 материални болта в уплътняването на фланцовите съединения, често възникват проблеми с изтичането по време на работа. Тази лекция ще направи качествен анализ на това. (1) Какви са основните разлики между материалите 304, 304L, 316 и 316L?
304, 304L, 316 и 316L са марки неръждаема стомана, които обикновено се използват в фланцови съединения, включително фланци, уплътнителни елементи и крепежни елементи.
304, 304L, 316 и 316L са обозначенията от неръждаема стомана на Американския стандарт за материали (ANSI или ASTM), които принадлежат към серията аустенитни неръждаеми стомани 300. Класовете, съответстващи на стандартите за домакински материали (GB / T), са 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Този тип неръждаема стомана обикновено се нарича общо 18-8 неръждаема стомана.
Виж таблици 1, 304, 304L, 316 и 316L имат различни физични, химични и механични свойства поради добавянето на легиращи елементи и количества. В сравнение с обикновената неръждаема стомана, те имат добра устойчивост на корозия, устойчивост на топлина и производителност на обработка. Корозионната устойчивост на 304L е подобна на тази на 304, но тъй като съдържанието на въглерод в 304L е по-ниско от това на 304, неговата устойчивост на междукристална корозия е по-силна. 316 и 316L са неръждаеми стомани, съдържащи молибден. Благодарение на добавянето на молибден, тяхната устойчивост на корозия и топлоустойчивост са по-добри от тези на 304 и 304L. По същия начин, тъй като съдържанието на въглерод в 316L е по-ниско от това на 316, способността му да издържа на кристална корозия е по-добра. Аустенитните неръждаеми стомани като 304, 304L, 316 и 316L имат ниска механична якост. Силата на провлачване при стайна температура от 304 е 205MPa, 304L е 170MPa; силата на провлачване при стайна температура от 316 е 210MPa, а 316L е 200MPa. Следователно, болтовете, изработени от тях, принадлежат към болтовете с ниска якост.
Таблица 1 Съдържание на въглерод, % Якост на провлачване при стайна температура, MPa Препоръчителна максимална работна температура, °C
304 ≤0,08 205 816
304Л ≤0,03 170 538
316 ≤0,08 210 816
316L ≤0.03 200 538(2) Защо фланцовите съединения не трябва да използват болтове от материали като 304 и 316?
Както бе споменато в предишните лекции, фланцовото съединение първо разделя уплътнителните повърхности на двата фланеца поради действието на вътрешното налягане, което води до съответно намаляване на напрежението на уплътнението, и второ, отпускането на силата на болта поради отпускането на уплътнението или пълзенето на самия болт при висока температура , също така намалява напрежението на уплътнението, така че фланцовата връзка изтича и се проваля.
При реална работа отпускането на силата на болта е неизбежно и първоначалната сила на затягащия болт винаги ще пада с течение на времето. Особено за фланцови съединения при висока температура и тежки условия на цикъла, след 10 000 часа работа, загубата на натоварване на болтовете често ще надвишава 50% и ще отслабне с продължаването на времето и повишаването на температурата.
Когато фланецът и болтът са изработени от различни материали, особено когато фланецът е изработен от въглеродна стомана и болтът е изработен от неръждаема стомана, коефициентът на топлинно разширение 2 на материала на болта и фланеца е различен, като коефициентът на топлинно разширение на неръждаема стомана при 50 ° C (16.51 × 10-5 / ° C) е по-голям от коефициента на топлинно разширение на въглеродната стомана (11.12×10-5 / °C). След като устройството се нагрее, когато разширяването на фланеца е по-малко от разширяването на болта, след като деформацията е координирана, удължаването на болта намалява, което води до намаляване на силата на болта. Ако има някаква хлабавост, това може да причини изтичане в фланцовата става. Следователно, когато фланецът на високотемпературното оборудване и тръбният фланец са свързани, особено коефициентите на топлинно разширение на фланеца и болтовите материали са различни, коефициентите на топлинно разширение на двата материала трябва да бъдат възможно най-близки.
От (1) може да се види, че механичната якост на аустенитната неръждаема стомана като 304 и 316 е ниска, а якостта на провлачване при стайна температура от 304 е само 205MPa, а тази на 316 е само 210MPa. Следователно, за да се подобри способността на болтовете против релаксация и умора, се предприемат мерки за увеличаване на силата на болтовете на инсталационните болтове. Например, когато максималната сила на инсталационния болт се използва в последващия форум, се изисква напрежението на инсталационните болтове да достигне 70% от якостта на провлачване на материала на болта, така че степента на якост на материала на болта трябва да бъде подобрена и да се използват болтови материали от легирана стомана с висока якост или средна якост. Очевидно, с изключение на чугун, неметални фланци или гумени уплътнения, за полуметални и метални уплътнения с фланци с по-високо налягане или уплътнения с по-голямо напрежение, болтове, изработени от материали с ниска якост като 304 и 316, поради силата на болта Не е достатъчно, за да отговори на изискванията за уплътняване. Това, което се нуждае от специално внимание тук е, че в американския стандарт за болтови материали от неръждаема стомана, 304 и 316 имат две категории, а именно B8 Cl.1 и B8 Cl.2 от 304 и B8M Cl.1 и B8M Cl.2 от 316. Cl.1 е твърд разтвор, обработен с карбиди, докато Cl.2 се подлага на обработка за укрепване на напрежението в допълнение към обработката с твърд разтвор. Въпреки че няма фундаментална разлика в химическата устойчивост между B8 Cl.2 и B8 Cl.1, механичната якост на B8 Cl.2 е значително подобрена в сравнение с B8 Cl.1, като B8 Cl.2 с диаметър 3/4 "Якостта на провлачване на болтовия материал е 550MPa, докато якостта на провлачване на болтовия материал B8 Cl.1 с всички диаметри е само 205MPa, Разликата между двете е повече от два пъти. Стандартите за домакински болтови материали 06Cr19Ni10 (304), 06Cr17Ni12Mo2 (316) и B8 Cl.1 са еквивалентни на B8M Cl.1. [Забележка: Материалът на болта S30408 в GB / T 150.3 "Дизайн на съда под налягане част трета" е еквивалентен на B8 Cl.2; S31608 е еквивалентен на B8M Cl.1.
С оглед на горните причини, GB/T 150.3 и GB/T38343 "Технически регламенти за монтаж на фланцови съединения" предвиждат, че фланците на съоръженията под налягане и тръбните фланцови съединения не се препоръчват да използват обичайните 304 (B8 Cl.1) и 316 (B8M Cl. . 1) Болтовете на материалите, особено при висока температура и тежки условия на цикъла, трябва да бъдат заменени с B8 Cl.2 (S30408) и B8M Cl.2, за да се избегне ниска сила на монтажния болт.
Струва си да се отбележи, че когато се използват болтови материали с ниска якост като 304 и 316, дори по време на етапа на монтаж, тъй като въртящият момент не се контролира, болтът може да е надвишил якостта на провлачване на материала или дори да се счупи. Естествено, ако възникне изтичане по време на изпитването под налягане или началото на работа, дори ако болтовете продължават да се затягат, силата на болта няма да се повиши и изтичането не може да бъде спряно. В допълнение, тези болтове не могат да бъдат използвани повторно след разглобяване, тъй като болтовете са претърпели постоянна деформация, а размерът на напречното сечение на болтовете е станал по-малък и те са склонни към счупване след преинсталиране.
