Zaptivanje prirubnice - zašto se 304 materijal ne preporučuje za vijke?
Kada se ugljični čelik ili prirubnice od nehrđajućeg čelika koriste sa 304 vijka materijala u zaptivanju prirubnica, često se javljaju problemi sa curenjem tokom rada. Ovo predavanje će napraviti kvalitativnu analizu toga.
(1) Koje su osnovne razlike između materijala 304, 304L, 316 i 316L?
304, 304L, 316 i 316L su vrste nehrđajućeg čelika koje se obično koriste u prirubnicama, uključujući prirubnice, elemente za zaptivanje 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. Ocene koje odgovaraju domaćim materijalnim standardima (GB/T) su 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Ova vrsta nehrđajućeg čelika obično se kolektivno naziva 18-8 nehrđajući čelik.
Videti tabelu 1, 304, 304L, 316 i 316L imaju različita fizička, hemijska i mehanička svojstva zbog dodavanja legirajućih elemenata i količina. U poređenju sa običnim nerđajućim čelikom, imaju dobru otpornost na koroziju, otpornost na toplotu i performanse obrade. Otpornost na koroziju od 304L slična je onoj kod 304, ali pošto je sadržaj ugljenika od 304L niži od sadržaja 304, njegova otpornost na međugranularnu koroziju je jača. 316 i 316L su nehrđajući čelici koji sadrže molibden. Zbog dodavanja molibdena, njihova otpornost na koroziju i otpornost na toplotu su bolji od onih od 304 i 304L. Na isti način, pošto je sadržaj ugljenika od 316L niži od sadržaja 316, njegova sposobnost da se odupre kristalnoj koroziji je bolja. Austenitni nehrđajući čelici kao što su 304, 304L, 316 i 316L imaju nisku mehaničku čvrstoću. Snaga prinosa sobne temperature od 304 je 205MPa, 304L je 170MPa; Snaga prinosa sobne temperature od 316 je 210MPa, a 316L je 200MPa. Stoga, vijci napravljeni od njih pripadaju vijcima niske čvrstoće.
Tabela 1 Sadržaj ugljika, % Snaga prinosa sobne temperature, MPa Preporučena maksimalna temperatura usluge, °C
304 ≤0.08 205 816
304L ≤0.03 170 538
316 ≤0.08 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) Zašto prirubnice ne bi koristile vijke materijala kao što su 304 i 316?
Kao što je spomenuto u prethodnim predavanjima, prirubni zglob prvo odvaja zaptivne površine dviju prirubnica zbog djelovanja unutrašnjeg pritiska, što rezultira odgovarajućim smanjenjem napona zaptivke, a drugo, opuštanjem sile vijka zbog puzajućeg opuštanja zaptivke ili puzanja samog vijka na visokoj temperaturi, Takođe smanjuje stres zaptivača, tako da prirubnica procuri i ne uspe.
U stvarnom radu, opuštanje sile vijka je neizbježno, a početna sila zatezanja vijka će uvijek padati tokom vremena. Posebno za prirubnice zglobova pod visokim temperaturama i teškim uslovima ciklusa, nakon 10.000 sati rada, gubitak opterećenja vijkom često prelazi 50%, a to će se smanjiti nastavkom vremena i povećanjem temperature.
Kada su prirubnica i vijak izrađeni od različitih materijala, posebno kada je prirubnica izrađena od ugljičnog čelika, a vijak izrađen od nehrđajućeg čelika, koeficijent termičke ekspanzije 2 materijala vijka i prirubnice je različit, kao što je koeficijent toplotne ekspanzije nehrđajućeg čelika na 50°C (16,51×10-5/°C) veći je od koeficijenta toplotne ekspanzije ugljičnog čelika (11,1×2 °C). Nakon što se uređaj zagrije, kada je širenje prirubnice manje od širenja vijka, nakon što je deformacija koordinirana, izduženje vijka se smanjuje, uzrokujući smanjenje sile vijka. Ako postoji bilo kakva labavost, to može izazvati curenje u prirubnom zglobu. Stoga, kada su prirubnice za visokotemperaturnu opremu i prirubnice cijevi povezane, posebno su koeficijenti toplotne ekspanzije prirubnica i vijka različiti, koeficijenti toplotne ekspanzije dva materijala trebaju biti što je moguće bliži.
Iz (1) se vidi da je mehanička čvrstoća austenitnog nehrđajućeg čelika kao što su 304 i 316 niska, a snaga prinosa sobne temperature od 304 je samo 205MPa, a da je od 316 samo 210MPa. Stoga, u cilju poboljšanja sposobnosti protiv relaksacije i sprečavanja umora, preduzimaju se mere za povećanje sile vijka instalacionih vijaka. Na primer, kada se koristi maksimalna sila instalacionog vijka na forumu za praćenje, potrebno je da napon instalacionih vijaka dostigne 70% snage prinosa vijka materijala, tako da se mora poboljšati stepen čvrstoće vijka, a koriste se materijali od legure čelika visoke čvrstoće ili srednje čvrstoće. Očigledno, osim livenog gvožđa, nemetalnih prirubnica ili gumenih zaptivača, za polumetalne i metalne zaptivače sa prirubnicama višeg pritiska ili zaptivačima sa većim stresom, vijci od materijala male čvrstoće kao što su 304 i 316, zbog sile vijka Nedovoljno da zadovolje zahteve zaptivanja. Ono što ovdje treba posebnu pažnju je da u američkom standardu materijala od nehrđajućeg čelika, 304 i 316 imaju dvije kategorije, a to su B8 Cl.1 i B8 Cl.2 od 304 i B8M Cl.1 i B8M Cl.2 od 316. Cl.1 je čvrst rastvor tretiran karbidima, dok Cl.2 prolazi kroz tretman jačanja naprezanja pored tretmana čvrstim rastvorima. Iako ne postoji fundamentalna razlika u hemijskoj otpornosti između B8 Cl.2 i B8 Cl.1, mehanička čvrstoća B8 Cl.2 je značajno poboljšana u odnosu na B8 Cl.1, kao što je B8 Cl.2 prečnika 3/4" Snaga prinosa vijka materijala je 550MPa, dok je jačina prinosa materijala B8 Cl.1 svih prečnika samo 205MPa, Razlika između njih je više od dva puta. Domaći standardi materijala za vijke 06Cr19Ni10(304), 06Cr17Ni12Mo2(316) i B8 Cl.1 ekvivalentni su B8M Cl.1. [Napomena: Materijal za vijke S30408 u GB/T 150,3 "Posuda pod pritiskom Dio tri dizajna" ekvivalentan je B8 Cl.2; S31608 je ekvivalentan B8M Cl.1.
S obzirom na gore navedene razloge, GB/T 150.3 i GB/T38343 "Tehnički propisi za prirubnicu zajedničke instalacije" predviđaju da se prirubnice opreme pod pritiskom i prirubnica cijevi ne preporučuju za upotrebu uobičajenih 304 (B8 Cl.1) i 316 (B8M Cl. 1) vijci materijala, posebno u uslovima visoke temperature i teškog ciklusa, treba zameniti sa B8 Cl.2 (S30408) i B8M Cl.2 kako bi se izbegla niska sila instalacionog vijka.
Važno 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 snagu prinosa materijala, ili čak slomljen. Naravno, ako dođe do curenja tokom testa pritiska ili početka rada, čak i ako se vijci i dalje zatežu, 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 vijka postala je manja, a skloni su lomljenju nakon reinstalacije.
