Listopada 14 2022
Uszczelnianie połączeń kołnierzowych - Dlaczego materiał 304 nie jest zalecany do?
Gdy kołnierze ze stali węglowej lub stali nierdzewnej są używane ze z materiału 304 w uszczelnianiu złączy kołnierzowych, podczas pracy często występują problemy z wyciekami. W ramach tego wykładu dokonana zostanie analiza jakościowa tego zagadnienia.
(1) Jakie są podstawowe różnice między materiałami 304, 304L, 316 i 316L?
304, 304L, 316 i 316L to gatunki stali nierdzewnej powszechnie stosowane w połączeniach kołnierzowych, w tym kołnierzach, elementach uszczelniających i elementach złącznych.
304, 304L, 316 i 316L to oznaczenia gatunków stali nierdzewnej Amerykańskiej Normy Materiałów (ANSI lub ASTM), które należą do serii 300 austenitycznych stali nierdzewnych. Gatunki odpowiadające krajowym normom materiałowym (GB/T) to 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Ten rodzaj stali nierdzewnej jest zwykle określany zbiorczo jako stal nierdzewna 18-8.
Patrz tabela 1, 304, 304L, 316 i 316L mają różne właściwości fizyczne, chemiczne i mechaniczne ze względu na dodatek pierwiastków stopowych i ilości. W porównaniu ze zwykłą stalą nierdzewną mają dobrą odporność na korozję, odporność na ciepło i wydajność przetwarzania. Odporność na korozję 304L jest podobna do 304, ale ponieważ zawartość węgla w 304L jest niższa niż w 304, jej odporność na korozję międzykrystaliczną jest silniejsza. 316 i 316L to stale nierdzewne zawierające molibden. Dzięki dodatkowi molibdenu ich odporność na korozję i odporność na ciepło są lepsze niż w przypadku 304 i 304L. W ten sam sposób, ponieważ zawartość węgla w 316L jest niższa niż w 316, jego odporność na korozję krystaliczną jest lepsza. Austenityczne stale nierdzewne, takie jak 304, 304L, 316 i 316L, mają niską wytrzymałość mechaniczną. Granica plastyczności w temperaturze pokojowej 304 wynosi 205 MPa, 304L wynosi 170 MPa; granica plastyczności w temperaturze pokojowej 316 wynosi 210 MPa, a 316L wynosi 200 MPa. Dlatego wykonane z nich należą do o niskiej wytrzymałości.
Tabela 1 Zawartość węgla, % Granica plastyczności w temperaturze pokojowej, MPa Zalecana maksymalna temperatura pracy, °C
304 ≤0.08 205 816
304L ≤0.03 170 538
316 ≤0.08 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) Dlaczego w połączeniach kołnierzowych nie należy stosować z materiałów takich jak 304 i 316?
Jak wspomniano w poprzednich wykładach, połączenie kołnierzowe po pierwsze oddziela powierzchnie uszczelniające dwóch kołnierzy w wyniku działania ciśnienia wewnętrznego, co powoduje odpowiedni spadek naprężeń uszczelki, a po drugie, rozluźnienie siły w wyniku pełzania uszczelki lub pełzania samej w wysokiej temperaturze, Zmniejsza również naprężenia uszczelki, dzięki czemu złącze kołnierzowe przecieka i ulega uszkodzeniu.
W rzeczywistości rozluźnienie siły jest nieuniknione, a początkowa siła dokręcania zawsze będzie spadać z czasem. Szczególnie w przypadku połączeń kołnierzowych w wysokich temperaturach i trudnych warunkach cyklu, po 10 000 godzin pracy utrata obciążenia często przekracza 50% i słabnie wraz z upływem czasu i wzrostem temperatury.
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.
Z (1) wynika, że wytrzymałość mechaniczna austenitycznej stali nierdzewnej, takiej jak 304 i 316, jest niska, a granica plastyczności w temperaturze pokojowej 304 wynosi tylko 205 MPa, a 316 tylko 210 MPa. Dlatego, w celu poprawy zdolności antyrelaksacyjnych i przeciwzmęczeniowych, podejmuje się działania mające na celu zwiększenie siły montażowych. Na przykład, gdy na forum następczym stosowana jest maksymalna siła montażowej, wymagane jest, aby naprężenie montażowych osiągnęło 70% granicy plastyczności materiału, tak aby należy poprawić klasę wytrzymałości materiału i zastosować materiały ze stali stopowej o wysokiej lub średniej wytrzymałości. Oczywiście, z wyjątkiem żeliwnych, niemetalowych kołnierzy lub uszczelek gumowych, do uszczelek półmetalicznych i metalowych z kołnierzami o wyższym stopniu ciśnienia lub uszczelkami o większym naprężeniu, wykonane z materiałów o niskiej wytrzymałości, takich jak 304 i 316, ze względu na siłę Niewystarczająco, aby spełnić wymagania dotyczące uszczelnienia.
Na szczególną uwagę zasługuje tutaj fakt, że w amerykańskiej normie dotyczącej materiałów ze stali nierdzewnej 304 i 316 mają dwie kategorie, a mianowicie B8 Cl.1 i B8 Cl.2 z 304 oraz B8M Cl.1 i B8M Cl.2 z 316. Cl.1 jest roztworem stałym poddanym działaniu węglików spiekanych, podczas gdy Cl.2 jest poddawany obróbce wzmacniającej odkształcenia oprócz obróbki roztworem stałym. Chociaż nie ma zasadniczej różnicy w odporności chemicznej między B8 Cl.2 i B8 Cl.1, wytrzymałość mechaniczna B8 Cl.2 jest znacznie lepsza w stosunku do B8 Cl.1, takich jak B8 Cl.2 o średnicy 3/4 " Granica plastyczności materiału wynosi 550 MPa, podczas gdy granica plastyczności materiału B8 Cl.1 wszystkich średnic wynosi tylko 205 MPa, Różnica między nimi jest ponad dwukrotna. Krajowe normy dotyczące materiałów 06Cr19Ni10 (304), 06Cr17Ni12Mo2 (316) i B8 Cl.1 są odpowiednikami B8M Cl.1. [Uwaga: materiał S30408 w GB / T 150.3 "Konstrukcja części trzeciej zbiornika ciśnieniowego" jest odpowiednikiem B8 Cl.2; S31608 jest odpowiednikiem B8M Cl.1.
W związku z powyższymi przyczynami GB/T 150.3 i GB/T38343 "Przepisy techniczne dotyczące montażu połączeń kołnierzowych" stanowią, że nie zaleca się stosowania zwykłych kołnierzy 304 (B8 kl.1) i 316 (B8M kl. . 1) materiałów, szczególnie w wysokich temperaturach i trudnych warunkach cyklu, należy wymienić na B8 Cl.2 (S30408) i B8M Cl.2, aby uniknąć małej siły montażowych.
Warto zauważyć, że w przypadku stosowania o niskiej wytrzymałości, takich jak 304 i 316, nawet na etapie montażu, ponieważ moment obrotowy nie jest kontrolowany, śruba mogła przekroczyć granicę plastyczności materiału, a nawet pęknąć. Oczywiście, jeśli wyciek wystąpi podczas próby ciśnieniowej lub rozpoczęcia pracy, nawet jeśli będą nadal dokręcane, siła nie wzrośnie i wycieku nie będzie można zatrzymać. Ponadto te nie mogą być ponownie użyte po demontażu, ponieważ uległy trwałemu odkształceniu, a rozmiar przekroju poprzecznego stał się mniejszy i są one podatne na pękanie po ponownym montażu.
(1) Jakie są podstawowe różnice między materiałami 304, 304L, 316 i 316L?
304, 304L, 316 i 316L to gatunki stali nierdzewnej powszechnie stosowane w połączeniach kołnierzowych, w tym kołnierzach, elementach uszczelniających i elementach złącznych.
304, 304L, 316 i 316L to oznaczenia gatunków stali nierdzewnej Amerykańskiej Normy Materiałów (ANSI lub ASTM), które należą do serii 300 austenitycznych stali nierdzewnych. Gatunki odpowiadające krajowym normom materiałowym (GB/T) to 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Ten rodzaj stali nierdzewnej jest zwykle określany zbiorczo jako stal nierdzewna 18-8.
Patrz tabela 1, 304, 304L, 316 i 316L mają różne właściwości fizyczne, chemiczne i mechaniczne ze względu na dodatek pierwiastków stopowych i ilości. W porównaniu ze zwykłą stalą nierdzewną mają dobrą odporność na korozję, odporność na ciepło i wydajność przetwarzania. Odporność na korozję 304L jest podobna do 304, ale ponieważ zawartość węgla w 304L jest niższa niż w 304, jej odporność na korozję międzykrystaliczną jest silniejsza. 316 i 316L to stale nierdzewne zawierające molibden. Dzięki dodatkowi molibdenu ich odporność na korozję i odporność na ciepło są lepsze niż w przypadku 304 i 304L. W ten sam sposób, ponieważ zawartość węgla w 316L jest niższa niż w 316, jego odporność na korozję krystaliczną jest lepsza. Austenityczne stale nierdzewne, takie jak 304, 304L, 316 i 316L, mają niską wytrzymałość mechaniczną. Granica plastyczności w temperaturze pokojowej 304 wynosi 205 MPa, 304L wynosi 170 MPa; granica plastyczności w temperaturze pokojowej 316 wynosi 210 MPa, a 316L wynosi 200 MPa. Dlatego wykonane z nich należą do o niskiej wytrzymałości.
Tabela 1 Zawartość węgla, % Granica plastyczności w temperaturze pokojowej, MPa Zalecana maksymalna temperatura pracy, °C
304 ≤0.08 205 816
304L ≤0.03 170 538
316 ≤0.08 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) Dlaczego w połączeniach kołnierzowych nie należy stosować z materiałów takich jak 304 i 316?
Jak wspomniano w poprzednich wykładach, połączenie kołnierzowe po pierwsze oddziela powierzchnie uszczelniające dwóch kołnierzy w wyniku działania ciśnienia wewnętrznego, co powoduje odpowiedni spadek naprężeń uszczelki, a po drugie, rozluźnienie siły w wyniku pełzania uszczelki lub pełzania samej w wysokiej temperaturze, Zmniejsza również naprężenia uszczelki, dzięki czemu złącze kołnierzowe przecieka i ulega uszkodzeniu.
W rzeczywistości rozluźnienie siły jest nieuniknione, a początkowa siła dokręcania zawsze będzie spadać z czasem. Szczególnie w przypadku połączeń kołnierzowych w wysokich temperaturach i trudnych warunkach cyklu, po 10 000 godzin pracy utrata obciążenia często przekracza 50% i słabnie wraz z upływem czasu i wzrostem temperatury.
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.
Z (1) wynika, że wytrzymałość mechaniczna austenitycznej stali nierdzewnej, takiej jak 304 i 316, jest niska, a granica plastyczności w temperaturze pokojowej 304 wynosi tylko 205 MPa, a 316 tylko 210 MPa. Dlatego, w celu poprawy zdolności antyrelaksacyjnych i przeciwzmęczeniowych, podejmuje się działania mające na celu zwiększenie siły montażowych. Na przykład, gdy na forum następczym stosowana jest maksymalna siła montażowej, wymagane jest, aby naprężenie montażowych osiągnęło 70% granicy plastyczności materiału, tak aby należy poprawić klasę wytrzymałości materiału i zastosować materiały ze stali stopowej o wysokiej lub średniej wytrzymałości. Oczywiście, z wyjątkiem żeliwnych, niemetalowych kołnierzy lub uszczelek gumowych, do uszczelek półmetalicznych i metalowych z kołnierzami o wyższym stopniu ciśnienia lub uszczelkami o większym naprężeniu, wykonane z materiałów o niskiej wytrzymałości, takich jak 304 i 316, ze względu na siłę Niewystarczająco, aby spełnić wymagania dotyczące uszczelnienia.
Na szczególną uwagę zasługuje tutaj fakt, że w amerykańskiej normie dotyczącej materiałów ze stali nierdzewnej 304 i 316 mają dwie kategorie, a mianowicie B8 Cl.1 i B8 Cl.2 z 304 oraz B8M Cl.1 i B8M Cl.2 z 316. Cl.1 jest roztworem stałym poddanym działaniu węglików spiekanych, podczas gdy Cl.2 jest poddawany obróbce wzmacniającej odkształcenia oprócz obróbki roztworem stałym. Chociaż nie ma zasadniczej różnicy w odporności chemicznej między B8 Cl.2 i B8 Cl.1, wytrzymałość mechaniczna B8 Cl.2 jest znacznie lepsza w stosunku do B8 Cl.1, takich jak B8 Cl.2 o średnicy 3/4 " Granica plastyczności materiału wynosi 550 MPa, podczas gdy granica plastyczności materiału B8 Cl.1 wszystkich średnic wynosi tylko 205 MPa, Różnica między nimi jest ponad dwukrotna. Krajowe normy dotyczące materiałów 06Cr19Ni10 (304), 06Cr17Ni12Mo2 (316) i B8 Cl.1 są odpowiednikami B8M Cl.1. [Uwaga: materiał S30408 w GB / T 150.3 "Konstrukcja części trzeciej zbiornika ciśnieniowego" jest odpowiednikiem B8 Cl.2; S31608 jest odpowiednikiem B8M Cl.1.
W związku z powyższymi przyczynami GB/T 150.3 i GB/T38343 "Przepisy techniczne dotyczące montażu połączeń kołnierzowych" stanowią, że nie zaleca się stosowania zwykłych kołnierzy 304 (B8 kl.1) i 316 (B8M kl. . 1) materiałów, szczególnie w wysokich temperaturach i trudnych warunkach cyklu, należy wymienić na B8 Cl.2 (S30408) i B8M Cl.2, aby uniknąć małej siły montażowych.
Warto zauważyć, że w przypadku stosowania o niskiej wytrzymałości, takich jak 304 i 316, nawet na etapie montażu, ponieważ moment obrotowy nie jest kontrolowany, śruba mogła przekroczyć granicę plastyczności materiału, a nawet pęknąć. Oczywiście, jeśli wyciek wystąpi podczas próby ciśnieniowej lub rozpoczęcia pracy, nawet jeśli będą nadal dokręcane, siła nie wzrośnie i wycieku nie będzie można zatrzymać. Ponadto te nie mogą być ponownie użyte po demontażu, ponieważ uległy trwałemu odkształceniu, a rozmiar przekroju poprzecznego stał się mniejszy i są one podatne na pękanie po ponownym montażu.