14 Nov 2022
Brtvljenje prirubničkih spojeva - Zašto se 304 materijal ne preporučuje za vijke?
Kada se koriste prirubnice od ugljičnog čelika ili nehrđajućeg čelika sa 304 materijalna vijka u brtvljenju prirubničkih spojeva, problemi curenja često se javljaju tokom rada. Ovo predavanje će napraviti kvalitativnu analizu ovoga.
(1) Koje su osnovne razlike između 304, 304L, 316 i 316L materijala?
304, 304L, 316 i 316L su vrste nehrđajućeg čelika koje se obično koriste u prirubničkim spojevima, uključujući prirubnice, brtvene elemente i pričvršćivače.
304, 304L, 316 i 316L su oznake od nehrđajućeg čelika Američkog standarda za materijale (ANSI ili ASTM), koji pripadaju seriji 300 austenitnih nehrđajućih čelika. Razredi koji odgovaraju domaćim materijalnim standardima (GB/T) su 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Ova vrsta nehrđajućeg čelika se obično zajednički naziva 18-8 nehrđajući čelik.
Vidi tabelu 1, 304, 304L, 316 i 316L imaju različite fizičke, hemijske i mehaničke osobine zbog dodavanja legirajućih elemenata i količina. U poređenju sa običnim nehrđajućim čelikom, imaju dobru otpornost na koroziju, otpornost na toplinu i performanse obrade. Otpornost na koroziju 304L je slična onoj kod 304, ali pošto je sadržaj ugljika u 304L niži od 304, njegova otpornost na intergranularnu koroziju je jača. 316 i 316L su nehrđajući čelici koji sadrže molibden. Zbog dodatka molibdena, njihova otpornost na koroziju i otpornost na toplinu su bolji od onih kod 304 i 304L. Na isti način, budući da je sadržaj ugljika u 316L niži od onog u 316, njegova sposobnost da se odupre koroziji kristala je bolja. Austenitni nehrđajući čelici kao što su 304, 304L, 316 i 316L imaju nisku mehaničku čvrstoću. Granica tečenja na sobnoj temperaturi od 304 je 205MPa, 304L je 170MPa; granica tečenja na sobnoj temperaturi od 316 je 210MPa, a 316L je 200MPa. Stoga, vijci napravljeni od njih pripadaju vijcima niske čvrstoće.
Tabela 1 Sadržaj ugljika, % Granica tečenja na sobnoj temperaturi, MPa Preporučena maksimalna radna temperatura, °C
304 ≤0.08 205 816
304L ≤0.03 170 538
316 ≤0.08 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) Zašto prirubnički spojevi ne bi trebali koristiti vijke od materijala kao što su 304 i 316?
Kao što je spomenuto u prethodnim predavanjima, prirubnički spoj prvo razdvaja zaptivne površine dviju prirubnica zbog djelovanja unutrašnjeg pritiska, što rezultira odgovarajućim smanjenjem naprezanja brtve, a drugo, opuštanje sile vijka zbog puzanja relaksacije brtve ili puzanja samog vijka na visokoj temperaturi, također smanjuje naprezanje brtve, tako da prirubnički spoj curi i ne uspijeva.
U stvarnom radu, opuštanje sile vijka je neizbježno, a početna sila zatezanja vijka će uvijek opadati tokom vremena. Posebno za prirubničke spojeve pod visokom temperaturom i teškim uslovima ciklusa, nakon 10.000 sati rada, gubitak opterećenja vijaka će često premašiti 50%, a to će se smanjiti sa nastavkom vremena i povećanjem temperature.
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.
Može se vidjeti iz (1) da je mehanička čvrstoća austenitnog nehrđajućeg čelika kao što su 304 i 316 niska, a granica tečenja na sobnoj temperaturi od 304 je samo 205 MPa, a 316 je samo 210 MPa. Stoga, kako bi se poboljšala anti-relaksacijska i anti-zamorna sposobnost vijaka, poduzimaju se mjere za povećanje sile vijaka za ugradnju. Na primjer, kada se maksimalna sila instalacijskog vijka koristi u forumu za praćenje, potrebno je da napon instalacijskih vijaka dostigne 70% granice tečenja materijala vijka, tako da se stepen čvrstoće materijala vijka mora poboljšati, a koriste se materijali od legiranog čelika visoke čvrstoće ili srednje čvrstoće. Očigledno, osim za lijevano željezo, nemetalne prirubnice ili gumene brtve, za polumetalne i metalne brtve sa prirubnicama višeg pritiska ili brtvama sa većim naprezanjem, vijci napravljeni od materijala niske čvrstoće kao što su 304 i 316, zbog sile vijka nisu dovoljni da zadovolje zahtjeve za brtvljenje.
What needs special attention here is that in the American stainless steel bolt material standard, 304 and 316 have two categories, namely B8 Cl.1 and B8 Cl.2 of 304 and B8M Cl.1 and B8M Cl.2 of 316. Cl.1 is solid solution treated with carbides, while Cl.2 undergoes strain strengthening treatment in addition to solid solution treatment. Although there is no fundamental difference in chemical resistance between B8 Cl.2 and B8 Cl.1, the mechanical strength of B8 Cl.2 is considerably improved relative to B8 Cl.1, such as B8 Cl.2 with a diameter of 3/4" The yield strength of the bolt material is 550MPa, while the yield strength of the B8 Cl.1 bolt material of all diameters is only 205MPa, the difference between the two is more than twice. The domestic bolt material standards 06Cr19Ni10(304), 06Cr17Ni12Mo2(316), and B8 Cl.1 is equivalent to B8M Cl.1. [Note: The bolt material S30408 in GB/T 150.3 "Pressure Vessel Part Three Design" is equivalent to B8 Cl.2; S31608 is equivalent to B8M Cl.1.
In view of the above reasons, GB/T 150.3 and GB/T38343 "Technical Regulations for Flange Joint Installation" stipulate that the flanges of pressure equipment and pipe flange joints are not recommended to use the usual 304 (B8 Cl.1) and 316 (B8M Cl. .1) Bolts of materials, especially in high temperature and severe cycle conditions, should be replaced with B8 Cl.2 (S30408) and B8M Cl.2 to avoid low installation bolt force.
Vrijedno je napomenuti da kada se koriste materijali za vijke niske čvrstoće kao što su 304 i 316, čak i tokom faze instalacije, jer obrtni moment nije kontrolisan, vijak je možda premašio granicu tečenja materijala, ili čak slomljen. Naravno, ako dođe do curenja tokom testa pritiska ili početka rada, čak i ako se vijci i dalje zategnu, sila vijka neće ići gore i curenje se ne može zaustaviti. Osim toga, ovi vijci se ne mogu ponovo koristiti nakon rastavljanja, jer su vijci prošli kroz trajnu deformaciju, a veličina poprečnog presjeka vijaka je postala manja, a skloni su lomljenju nakon ponovne instalacije.
(1) Koje su osnovne razlike između 304, 304L, 316 i 316L materijala?
304, 304L, 316 i 316L su vrste nehrđajućeg čelika koje se obično koriste u prirubničkim spojevima, uključujući prirubnice, brtvene elemente i pričvršćivače.
304, 304L, 316 i 316L su oznake od nehrđajućeg čelika Američkog standarda za materijale (ANSI ili ASTM), koji pripadaju seriji 300 austenitnih nehrđajućih čelika. Razredi koji odgovaraju domaćim materijalnim standardima (GB/T) su 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Ova vrsta nehrđajućeg čelika se obično zajednički naziva 18-8 nehrđajući čelik.
Vidi tabelu 1, 304, 304L, 316 i 316L imaju različite fizičke, hemijske i mehaničke osobine zbog dodavanja legirajućih elemenata i količina. U poređenju sa običnim nehrđajućim čelikom, imaju dobru otpornost na koroziju, otpornost na toplinu i performanse obrade. Otpornost na koroziju 304L je slična onoj kod 304, ali pošto je sadržaj ugljika u 304L niži od 304, njegova otpornost na intergranularnu koroziju je jača. 316 i 316L su nehrđajući čelici koji sadrže molibden. Zbog dodatka molibdena, njihova otpornost na koroziju i otpornost na toplinu su bolji od onih kod 304 i 304L. Na isti način, budući da je sadržaj ugljika u 316L niži od onog u 316, njegova sposobnost da se odupre koroziji kristala je bolja. Austenitni nehrđajući čelici kao što su 304, 304L, 316 i 316L imaju nisku mehaničku čvrstoću. Granica tečenja na sobnoj temperaturi od 304 je 205MPa, 304L je 170MPa; granica tečenja na sobnoj temperaturi od 316 je 210MPa, a 316L je 200MPa. Stoga, vijci napravljeni od njih pripadaju vijcima niske čvrstoće.
Tabela 1 Sadržaj ugljika, % Granica tečenja na sobnoj temperaturi, MPa Preporučena maksimalna radna temperatura, °C
304 ≤0.08 205 816
304L ≤0.03 170 538
316 ≤0.08 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) Zašto prirubnički spojevi ne bi trebali koristiti vijke od materijala kao što su 304 i 316?
Kao što je spomenuto u prethodnim predavanjima, prirubnički spoj prvo razdvaja zaptivne površine dviju prirubnica zbog djelovanja unutrašnjeg pritiska, što rezultira odgovarajućim smanjenjem naprezanja brtve, a drugo, opuštanje sile vijka zbog puzanja relaksacije brtve ili puzanja samog vijka na visokoj temperaturi, također smanjuje naprezanje brtve, tako da prirubnički spoj curi i ne uspijeva.
U stvarnom radu, opuštanje sile vijka je neizbježno, a početna sila zatezanja vijka će uvijek opadati tokom vremena. Posebno za prirubničke spojeve pod visokom temperaturom i teškim uslovima ciklusa, nakon 10.000 sati rada, gubitak opterećenja vijaka će često premašiti 50%, a to će se smanjiti sa nastavkom vremena i povećanjem temperature.
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.
Može se vidjeti iz (1) da je mehanička čvrstoća austenitnog nehrđajućeg čelika kao što su 304 i 316 niska, a granica tečenja na sobnoj temperaturi od 304 je samo 205 MPa, a 316 je samo 210 MPa. Stoga, kako bi se poboljšala anti-relaksacijska i anti-zamorna sposobnost vijaka, poduzimaju se mjere za povećanje sile vijaka za ugradnju. Na primjer, kada se maksimalna sila instalacijskog vijka koristi u forumu za praćenje, potrebno je da napon instalacijskih vijaka dostigne 70% granice tečenja materijala vijka, tako da se stepen čvrstoće materijala vijka mora poboljšati, a koriste se materijali od legiranog čelika visoke čvrstoće ili srednje čvrstoće. Očigledno, osim za lijevano željezo, nemetalne prirubnice ili gumene brtve, za polumetalne i metalne brtve sa prirubnicama višeg pritiska ili brtvama sa većim naprezanjem, vijci napravljeni od materijala niske čvrstoće kao što su 304 i 316, zbog sile vijka nisu dovoljni da zadovolje zahtjeve za brtvljenje.
What needs special attention here is that in the American stainless steel bolt material standard, 304 and 316 have two categories, namely B8 Cl.1 and B8 Cl.2 of 304 and B8M Cl.1 and B8M Cl.2 of 316. Cl.1 is solid solution treated with carbides, while Cl.2 undergoes strain strengthening treatment in addition to solid solution treatment. Although there is no fundamental difference in chemical resistance between B8 Cl.2 and B8 Cl.1, the mechanical strength of B8 Cl.2 is considerably improved relative to B8 Cl.1, such as B8 Cl.2 with a diameter of 3/4" The yield strength of the bolt material is 550MPa, while the yield strength of the B8 Cl.1 bolt material of all diameters is only 205MPa, the difference between the two is more than twice. The domestic bolt material standards 06Cr19Ni10(304), 06Cr17Ni12Mo2(316), and B8 Cl.1 is equivalent to B8M Cl.1. [Note: The bolt material S30408 in GB/T 150.3 "Pressure Vessel Part Three Design" is equivalent to B8 Cl.2; S31608 is equivalent to B8M Cl.1.
In view of the above reasons, GB/T 150.3 and GB/T38343 "Technical Regulations for Flange Joint Installation" stipulate that the flanges of pressure equipment and pipe flange joints are not recommended to use the usual 304 (B8 Cl.1) and 316 (B8M Cl. .1) Bolts of materials, especially in high temperature and severe cycle conditions, should be replaced with B8 Cl.2 (S30408) and B8M Cl.2 to avoid low installation bolt force.
Vrijedno je napomenuti da kada se koriste materijali za vijke niske čvrstoće kao što su 304 i 316, čak i tokom faze instalacije, jer obrtni moment nije kontrolisan, vijak je možda premašio granicu tečenja materijala, ili čak slomljen. Naravno, ako dođe do curenja tokom testa pritiska ili početka rada, čak i ako se vijci i dalje zategnu, sila vijka neće ići gore i curenje se ne može zaustaviti. Osim toga, ovi vijci se ne mogu ponovo koristiti nakon rastavljanja, jer su vijci prošli kroz trajnu deformaciju, a veličina poprečnog presjeka vijaka je postala manja, a skloni su lomljenju nakon ponovne instalacije.