Flangefugeforsegling - Hvorfor anbefales 304-materiale ikke til bolte?
Når kulstofstål eller rustfrit stålflanger anvendes med 304 materialebolte i flangefugetætning, opstår der ofte lækageproblemer under drift. Dette foredrag vil lave en kvalitativ analyse af dette.
(1) Hvad er de grundlæggende forskelle mellem 304, 304L, 316 og 316L materialer?
304, 304L, 316 og 316L er de rustfrit stålkvaliteter, der almindeligvis anvendes i flangesamlinger, herunder flanger, tætningselementer og fastgørelseselementer.
304, 304L, 316 og 316L er betegnelserne for rustfrit stål i American Standard for Materials (ANSI eller ASTM), som tilhører 300-serien af austenitisk rustfrit stål. De kvaliteter, der svarer til de indenlandske materialestandarder (GB/T), er 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Denne type rustfrit stål kaldes normalt samlet 18-8 rustfrit stål.
Se tabel 1, 304, 304L, 316 og 316L har forskellige fysiske, kemiske og mekaniske egenskaber på grund af tilsætning af legeringselementer og mængder. Sammenlignet med almindeligt rustfrit stål har de god korrosionsbestandighed, varmebestandighed og behandlingsydelse . Korrosionsbestandigheden på 304L svarer til 304, men fordi kulstofindholdet i 304L er lavere end 304, er dets modstandsdygtighed over for intergranulær korrosion stærkere. 316 og 316L er molybdænholdige rustfrit stål. På grund af tilsætningen af molybdæn er deres korrosionsbestandighed og varmebestandighed bedre end 304 og 304L. På samme måde, fordi kulstofindholdet i 316L er lavere end 316, er dets evne til at modstå krystalkorrosion bedre. Austenitisk rustfrit stål som 304, 304L, 316 og 316L har lav mekanisk styrke. Rumtemperaturen flydestyrke på 304 er 205MPa, 304L er 170MPa; rumtemperaturudbyttestyrken på 316 er 210MPa, og 316L er 200MPa. Derfor tilhører boltene lavet af dem boltene af lav styrkekvalitet.
Tabel 1 Kulstofindhold, rumtemperaturstyrke, MPa Anbefalet maksimal driftstemperatur, °C
304 ≤0,08 205 816
304L ≤0,03 170 538
316 ≤0,08 210 816
316L ≤0,03 200 538
(2) Hvorfor skal flangesamlinger ikke bruge bolte af materialer som 304 og 316?
Som nævnt i de foregående foredrag adskiller flangeforbindelsen for det første tætningsfladerne på de to flanger på grund af virkningen af det indre tryk, hvilket resulterer i et tilsvarende fald i pakningens belastning, og for det andet afslapning af boltkraften på grund af pakningens krybeafslapning eller selve boltens krybning ved høj temperatur , reducerer også pakningens stress, så flangeforbindelsen lækker og fejler.
I faktisk drift er boltkraftafslapning uundgåelig, og den indledende tilspændingsboltkraft vil altid falde over tid. Især for flangesamlinger under høje temperaturer og svære cyklusforhold, efter 10.000 timers drift, vil boltbelastningstabet ofte overstige 50%, og det vil dæmpes med tidens fortsættelse og temperaturstigningen.
Når flangen og bolten er lavet af forskellige materialer, især når flangen er lavet af kulstofstål, og bolten er lavet af rustfrit stål, er koefficienten for termisk ekspansion 2 af boltens materiale og flangen forskellig, såsom den termiske ekspansionskoefficient for rustfrit stål ved 50 ° C (16,51×10-5 / ° C) er større end den termiske ekspansionskoefficient for kulstofstål (11,12×10-5 / ° C). Efter at enheden er opvarmet, når udvidelsen af flangen er mindre end boltens ekspansion, efter at deformationen er koordineret, falder forlængelsen af bolten, hvilket får boltens kraft til at falde. Hvis der er løshed, kan det forårsage lækage i flangeforbindelsen. Derfor, når højtemperaturudstyrets flange og rørflange er forbundet, især de termiske ekspansionskoefficienter for flangen og boltmaterialerne er forskellige, skal de termiske ekspansionskoefficienter for de to materialer være så tætte som muligt.
Det kan ses af (1), at den mekaniske styrke af austenitisk rustfrit stål som 304 og 316 er lav, og rumtemperaturudbyttestyrken på 304 er kun 205MPa, og den på 316 er kun 210MPa. For at forbedre boltenes anti-afslapning og anti-træthedsevne træffes der derfor foranstaltninger til at øge boltens boltkraft. For eksempel, når den maksimale installationsboltkraft anvendes i opfølgningsforummet, kræves det, at belastningen af installationsboltene når 70% af boltmaterialets flydestyrke , således at boltmaterialets styrkekvalitet skal forbedres, og der anvendes boltmaterialer med høj styrke eller mellemstyrkelegeret stål. Naturligvis bortset fra støbejern, ikke-metalliske flanger eller gummipakninger, til semimetal- og metalpakninger med flanger eller pakninger med højere trykkvalitet med større belastning, bolte lavet af lavstyrkematerialer som 304 og 316 på grund af boltkraft Ikke nok til at opfylde tætningskravene. Det, der kræver særlig opmærksomhed her, er, at i den amerikanske rustfrit stålboltmaterialestandard har 304 og 316 to kategorier, nemlig B8 Cl.1 og B8 Cl.2 på 304 og B8M Cl.1 og B8M Cl.2 på 316. Cl.1 er fast opløsning behandlet med carbider, mens Cl.2 gennemgår belastningsforstærkende behandling ud over behandling med fast opløsning. Selvom der ikke er nogen grundlæggende forskel i kemisk resistens mellem B8 Cl.2 og B8 Cl.1, forbedres den mekaniske styrke af B8 Cl.2 betydeligt i forhold til B8 Cl.1, såsom B8 Cl.2 med en diameter på 3/4 " Boltmaterialets flydestyrke er 550MPa, mens flydestyrken af B8 Cl.1-boltmaterialet i alle diametre kun er 205MPa, Forskellen mellem de to er mere end to gange. De indenlandske boltmaterialestandarder 06Cr19Ni10(304), 06Cr17Ni12Mo2(316) og B8 Cl.1 svarer til B8M Cl.1. [Bemærk: Boltmaterialet S30408 i GB/T 150.3 "Trykbeholder del tre design" svarer til B8 Cl.2; S31608 svarer til B8M Cl.1.
I betragtning af ovenstående grunde bestemmer GB / T 150.3 og GB / T38343 "Tekniske forskrifter for flangefugeinstallation", at flanger af trykbærende udstyr og rørflangefuger ikke anbefales at bruge de sædvanlige 304 (B8 Cl.1) og 316 (B8M Cl. . 1) Bolte af materialer, især under høje temperaturer og svære cyklusforhold, skal udskiftes med B8 Cl.2 (S30408) og B8M Cl.2 for at undgå lav installationsboltkraft.
Det er værd at bemærke, at når boltmaterialer med lav styrke som 304 og 316 anvendes, selv under installationsfasen, fordi drejningsmomentet ikke kontrolleres, kan bolten have overskredet materialets flydestyrke eller endda brudt. Hvis der opstår lækage under trykprøvningen eller driftsstart, selvom boltene fortsætter med at blive strammet, vil boltkraften naturligvis ikke gå op, og lækagen kan ikke stoppes. Derudover kan disse bolte ikke genbruges efter at være blevet adskilt, fordi boltene har gennemgået permanent deformation, og boltenes tværsnitsstørrelse er blevet mindre, og de er tilbøjelige til at gå i stykker efter geninstallation.
