Flänsfogstätning - Varför rekommenderas inte 304-material för bultar?

(1) Vilka är de grundläggande skillnaderna mellan 304, 304L, 316 och 316L material?
​
​
​
304, 304L, 316 och 316L är material av rostfritt stål som vanligtvis används i flänsförband, inklusive flänsar, tätningselement och fästelement.
​
​
​
304, 304L, 316 och 316L är American Material Standard (ANSI eller ASTM) beteckningar av rostfritt stål som tillhör 300-serien av austenitiska rostfria stål. Motsvarande kvaliteter till den inhemska materialstandarden (GB/T) är 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Denna typ av rostfritt stål kallas vanligtvis 18-8 rostfritt stål.

Se tabell 1. 304, 304L, 316 och 316L på grund av tillsatsen av legeringselement och mängden olika, deras fysikaliska, kemiska och mekaniska egenskaper är också olika, jämfört med vanligt rostfritt stål, de har god korrosionsbeständighet, värmebeständighet och bearbetningsegenskaper. Korrosionsbeständigheten för 304L liknar den för 304, men eftersom kolhalten i 304L är lägre än den för 304, är dess intergranulära korrosionsbeständighet starkare. 316, 316L är molybdeninnehållande rostfritt stål, på grund av tillsatsen av molybdenelement, så dess korrosionsbeständighet och värmebeständighet än 304, 304L är bättre. På samma sätt, eftersom kolhalten i 316L är lägre än den i 316, är dess kristallkorrosionsbeständighet bättre. Den mekaniska hållfastheten hos 304, 304L, 316 och 316L austenitiska rostfria stål är låg, och sträckgränsen på 304 är 205MPa vid rumstemperatur och 304L är 170MPa. Sträckgränsen på 316 vid rumstemperatur är 210 MPa och den för 316 L är 200 MPa. Därför tillhör bultarna gjorda av dem den låga hållfasthetsklassen av bultar.

Tabell 1 Kolhalt % Sträckgräns vid rumstemperatur MPa Rekommenderad maximal driftstemperatur, grad
​
304 Mindre än eller lika med 0.08                                          205                                                   816
​
304L Mindre än eller lika med 0.03                                          170                                                   538
​
316 Mindre än eller lika med 0.08                                          210                                                   816
​
316L Mindre än eller lika med 0.03                                          200                                                   538

(2) Varför ska flänsförbandet inte använda bultar av 304 och 316 material?
​
Som nämnts tidigare beror flänsförbandet på den inre tryckverkan för att separera tätningsytan på de två flänsarna, vilket gör att packningsspänningen minskar i enlighet därmed, och den andra beror på att packningen slappnar av vid hög temperatur eller på bulten. självt orsakat av krypningen av bultens kraftavslappning, vilket också gör att packningsspänningen minskar och flänsförbandets läckagefel.

I verklig drift är avslappning av bultkraften oundviklig, och bultkraften vid initial åtdragning sjunker alltid med tiden. Speciellt i flänsförbandet under höga temperaturer och intensiva cykelförhållanden, efter 10,{1}} timmars drift, överstiger bultbelastningsförlusten ofta 50 % och minskar med tidens fortsättning och temperaturökningen.

När flänsen och bulten är olika material, speciellt när flänsen är av kolstål och bulten är rostfritt stål, eftersom den termiska expansionskoefficienten för bulten och flänsmaterialet är annorlunda, såsom värmeutvidgningskoefficienten för rostfritt stål vid 50 grader ( 16,51×10-5 / grad ) är större än den termiska expansionskoefficienten för kolstål (11,12×10-5 / grad ), enheten värms upp. När expansionen av flänsen är mindre än expansionen av bulten, efter deformationskoordinationen, orsakar minskningen av bultförlängningen avslappning av bultkraften, vilket kan leda till läckage av flänsförbandet. Därför, när högtemperaturutrustningsflänsen och rörflänsfogen, särskilt den termiska expansionskoefficienten för flänsen och bultmaterialet är olika, är den termiska expansionskoefficienten för de två materialen lika så långt som möjligt.

Det kan ses från (1) att den mekaniska hållfastheten för 304 och 316 austenitiskt rostfritt stål är låg, och sträckgränsen på 304 vid rumstemperatur är endast 205 MPa, och den för 316 är endast 210 MPa. Därför, för att förbättra förmågan hos bults anti-avslappning och anti-utmattning, vidta åtgärder för att förbättra installationsbultkraften, såsom den maximala installationsbultkraften kommer att diskuteras i det efterföljande forumet, installationsbultspänningen krävs för att nå 70% av bultmaterialets sträckgräns, så det är nödvändigt att förbättra bultmaterialets hållfasthet, användningen av höghållfast eller medelhållfast legerat stålbultmaterial. Det är lätt att se att, förutom gjutjärn, icke-metalliska flänsar eller gummipackningar, för halvmetall- och metallpackningar med högre tryckkvaliteter eller packningsspänningar, 304, 316 så låghållfasta materialbultar inte kan uppfylla tätningskraven på grund av otillräcklig bultkraft.

Det som kräver särskild uppmärksamhet här är att 304 och 316 har två kategorier i USA:s standard för bultmaterial av rostfritt stål, nämligen B8 Cl.1 och B8 Cl.2 av 304 och B8M Cl.1 och B8M Cl.2 av 316. Cl. 1 behandlas med fast karbidlösning, medan Cl.2 behandlas med töjningsförstärkning utöver behandling med fast lösning. Även om det inte finns någon grundläggande skillnad mellan B8 Cl.2 och B8 Cl.1 i kemisk korrosionsbeständighet, är den mekaniska hållfastheten för B8 Cl.2 avsevärt förbättrad jämfört med B8 Cl.1, såsom sträckgränsen för B8 Cl.2-bult material med en diameter på 3/4" är 550MPa. Sträckgränsen för alla diametrar av B8Cl.1-bultmaterial är endast 205MPa, mer än dubbelt så stor skillnaden mellan de två. Standard för hushållsbultmaterial 06Cr19Ni10(304), 06Cr17Ni12Mo2(316) ), och B8Cl.1 och B8M Cl.1 ekvivalent [Notera: Bultmaterialet S30408 ​​i GB/T 150.3 "Tryckkärl Del III Design" är ekvivalent med B8 Cl.2.

Med hänsyn till ovanstående skäl föreskriver GB/T 150.3 och GB/T38343 "Tekniska föreskrifter för flänsförbandsinstallation" att de vanliga 304 (B8 Cl.1) och 316 (B8M Cl.1) materialbultarna för tryckbärande anordningars flänsar och rör flänsar rekommenderas inte, speciellt vid höga temperaturer och intensiva cykelförhållanden. B8 Cl.2(S30408) och B8M Cl.2 bör bytas ut för att undvika låga monteringsbultkrafter.

Det är värt att notera att när bultmaterial med låg hållfasthet som 304 och 316 används, även i installationsstadiet, kan bulten överskrida materialets sträckgräns eller till och med gå sönder på grund av frånvaron av vridmomentkontroll. Naturligtvis, om det finns ett läckage i tryckprovet eller start av drift, även om bulten fortsätter att dra, kommer bultkraften inte att gå upp och läckan kan inte förhindras. Dessutom kan dessa bultar inte återanvändas efter demontering, eftersom bultarna har producerat permanent deformation, bultsektionens storlek blir mindre, och sedan är installationen lätt att bryta.