Uszczelnianie połączeń kołnierzowych - Dlaczego materiał 304 nie jest zalecany do?
Gdy kołnierze ze stali węglowej lub stali nierdzewnej są używane ze materiałowymi 304 w uszczelnieniu złącza kołnierzowego, podczas pracy często występują problemy z wyciekiem. Ten wykład dokona jakościowej analizy tego.
(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 łącznikach.
304, 304L, 316 i 316L to oznaczenia gatunków stali nierdzewnej amerykańskiej normy materiałowej (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 zbiorczo określany jako stal nierdzewna 18-8.
Patrz tabela 1, 304, 304L, 316 i 316L mają różne właściwości fizyczne, chemiczne i mechaniczne ze względu na dodanie 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, jego odporność na korozję międzykrystaliczną jest większa. 316 i 316L to stale nierdzewne zawierające molibden. Dzięki dodatkowi molibdenu ich odporność na korozję i odporność na ciepło są lepsze niż w 304 i 304L. W ten sam sposób, ponieważ zawartość węgla w 316L jest niższa niż w 316, jego zdolność do odporności na korozję krystaliczną jest lepsza. Austenityczna stal nierdzewna, taka jak 304, 304L, 316 i 316L, ma niską wytrzymałość mechaniczną. Granica plastyczności w temperaturze pokojowej 304 wynosi 205 MPa, 304 L wynosi 170 MPa; granica plastyczności w temperaturze pokojowej 316 wynosi 210 MPa, a 316 L wynosi 200 MPa. Dlatego wykonane z nich należą do o niskiej wytrzymałości.
Tabela 1 Zawartość węgla, % granicy 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 połączenia kołnierzowe nie powinny używać z materiałów takich jak 304 i 316?
Jak wspomniano w poprzednich wykładach, połączenie kołnierzowe po pierwsze oddziela powierzchnie uszczelniające dwóch kołnierzy dzięki działaniu ciśnienia wewnętrznego, co powoduje odpowiednie zmniejszenie naprężeń uszczelki, a po drugie, rozluźnienie siły z powodu rozluźnienia pełzania uszczelki lub pełzania samej w wysokiej temperaturze , Zmniejsza również naprężenia uszczelki, dzięki czemu połączenie kołnierza przecieka i ulega uszkodzeniu.
W rzeczywistej pracy rozluźnienie siły jest nieuniknione, a początkowa siła dokręcającej zawsze spada z czasem. Szczególnie w przypadku połączeń kołnierzowych w wysokiej temperaturze i trudnych warunkach cyklu, po 10 000 godzin pracy utrata obciążenia często przekracza 50% i będzie się osłabiać wraz z upływem czasu i wzrostem temperatury.
Gdy kołnierz i śruba są wykonane z różnych materiałów, zwłaszcza gdy kołnierz jest wykonany ze stali węglowej, a śruba ze stali nierdzewnej, współczynnik rozszerzalności cieplnej 2 materiału i kołnierza jest inny, na przykład współczynnik rozszerzalności cieplnej stali nierdzewnej w temperaturze 50 ° C (16,51 × 10-5 / ° C) jest większy niż współczynnik rozszerzalności cieplnej stali węglowej (11,12×10-5 / ° C). Po podgrzaniu urządzenia, gdy rozszerzenie kołnierza jest mniejsze niż rozszerzenie, po skoordynowaniu odkształcenia wydłuża się śruba, powodując zmniejszenie siły. Jeśli występuje jakakolwiek luzja, może to spowodować wyciek w złączu kołnierzowym. Dlatego, gdy kołnierz i kołnierz rury urządzeń wysokotemperaturowych są połączone, zwłaszcza współczynniki rozszerzalności cieplnej materiałów kołnierza i są różne, współczynniki rozszerzalności cieplnej obu materiałów powinny być jak najbardziej zbliżone.
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 wynosi tylko 210 MPa. Dlatego w celu poprawy właściwości antyrelaksacyjnych i przeciwzmęczeniowych podejmuje się środki zwiększające siłę instalacyjnych. Na przykład, gdy maksymalna siła instalacyjnej jest używana na forum uzupełniającym, wymagane jest, aby naprężenie instalacyjnych osiągnęło 70% granicy plastyczności materiału, tak aby klasa wytrzymałości materiału została poprawiona i zastosowano materiały ze stali stopowej o wysokiej lub średniej wytrzymałości. Oczywiście, z wyjątkiem żeliwa, kołnierzy niemetalowych lub uszczelek gumowych, dla uszczelek półmetalowych 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 Nie wystarczy, aby spełnić wymagania uszczelnienia. Szczególną uwagę należy tutaj zwrócić na to, że w amerykańskim standardzie materiałów ze stali nierdzewnej 304 i 316 mają dwie kategorie, a mianowicie B8 Cl.1 i B8 Cl.2 304 oraz B8M Cl.1 i B8M Cl.2 316. Cl.1 jest roztworem stałym traktowanym węglikami, 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 poprawiona w stosunku do B8 Cl.1, takich jak B8 Cl.2 o średnicy 3/4 " Granica plastyczności materiału wynosi 550MPa, podczas gdy granica plastyczności materiału B8 Cl.1 wszystkich średnic wynosi tylko 205MPa, Różnica między nimi jest ponad dwukrotna. Normy dotyczące materiałów śrub domowych 06Cr19Ni10(304), 06Cr17Ni12Mo2(316) i B8 Cl.1 są równoważne normom B8M Cl.1. [Uwaga: Materiał śruby S30408 w GB / T 150.3 "Projekt zbiornika ciśnieniowego część trzecia" jest równoważny B8 Cl.2; S31608 jest odpowiednikiem B8M Cl.1.
Z powyższych powodów "Reglamenty techniczne dotyczące montażu połączeń kołnierzowych" GB/T 150.3 i GB/T38343 stanowią, że kołnierze urządzeń ciśnieniowych i połączenia kołnierzowe rur nie są zalecane do stosowania zwykłych 304 (B8 Cl.1) i 316 (B8M Cl. 1) z materiałów, szczególnie w wysokiej temperaturze i trudnych warunkach cyklu, należy wymienić na B8 Cl.2 (S30408) i B8M Cl.2, aby uniknąć małej siły instalacyjnej.
Warto zauważyć, że gdy stosowane są materiały o niskiej wytrzymałości, takie jak 304 i 316, nawet na etapie instalacji, 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 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.
