Těsnění přírubových spojů - Proč se materiál 304 nedoporučuje pro šrouby?
Při použití přírub z uhlíkové nebo nerezové oceli se šrouby z materiálu 304 v těsnění přírubových spojů se během provozu často vyskytují problémy s únikem. Tato přednáška provede kvalitativní analýzu tohoto.
(1) Jaké jsou základní rozdíly mezi materiály 304, 304L, 316 a 316L?
304, 304L, 316 a 316L jsou třídy korozivzdorné oceli běžně používané v přírubových spojích včetně přírub, těsnicích prvků a spojovacích prvků.
304, 304L, 316 a 316L jsou označení třídy nerezové oceli americké normy pro materiály (ANSI nebo ASTM), které patří do řady 300 austenitických korozivzdorných ocelí. Třídy odpovídající domácím materiálovým normám (GB / T) jsou 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Tento typ nerezové oceli je obvykle souhrnně označován jako nerezová ocel 18-8.
Viz tabulka 1, 304, 304L, 316 a 316L mají odlišné fyzikální, chemické a mechanické vlastnosti v důsledku přidání legujících prvků a množství. Ve srovnání s běžnou nerezovou ocelí mají dobrou odolnost proti korozi, tepelnou odolnost a zpracovatelský výkon. Odolnost 304L proti korozi je podobná jako u 304, ale protože obsah uhlíku 304L je nižší než u 304, jeho odolnost vůči mezikrystalové korozi je silnější. 316 a 316L jsou korozivzdorné oceli obsahující molybden. Díky přidání molybdenu je jejich odolnost proti korozi a tepelná odolnost lepší než u 304 a 304L. Stejným způsobem, protože obsah uhlíku 316L je nižší než obsah uhlíku 316, jeho schopnost odolávat korozi krystalů je lepší. Austenitické korozivzdorné oceli jako 304, 304L, 316 a 316L mají nízkou mechanickou pevnost. Mez kluzu při pokojové teplotě 304 je 205MPa, 304L je 170MPa; mez kluzu při pokojové teplotě 316 je 210 MPa a 316 L je 200 MPa. Proto šrouby z nich vyrobené patří k nízkopevnostním šroubům.
Tabulka 1 Obsah uhlíku, % Mez kluzu při pokojové teplotě, MPa Doporučená maximální provozní teplota, °C
304 ≤0,08 205 816
304L ≤0.03 170 538
316 ≤0,08 210 816
316L ≤0,03 200 538
(2) Proč by přírubové spoje neměly používat šrouby z materiálů jako 304 a 316?
Jak již bylo zmíněno v předchozích přednáškách, přírubový spoj nejprve odděluje těsnicí plochy obou přírub působením vnitřního tlaku, což vede k odpovídajícímu snížení napětí těsnění a za druhé k uvolnění síly šroubu v důsledku uvolnění tečení těsnění nebo tečení samotného šroubu při vysoké teplotě, také snižuje napětí těsnění, takže přírubový spoj uniká a selhává.
Ve skutečném provozu je uvolnění síly šroubu nevyhnutelné a počáteční utahovací síla šroubu bude vždy časem klesat. Zejména u přírubových spojů za vysokých teplot a náročných podmínek cyklu bude po 10 000 hodinách provozu ztráta zatížení šroubu často vyšší než 50% a s pokračováním času a zvýšením teploty se zmírní.
Pokud jsou příruba a šroub vyrobeny z různých materiálů, zejména pokud je příruba vyrobena z uhlíkové oceli a šroub je vyroben z nerezové oceli, je součinitel tepelné roztažnosti 2 materiálu šroubu a příruby odlišný, například koeficient tepelné roztažnosti nerezové oceli při 50 °C (16,51×10-5 / °C) je větší než koeficient tepelné roztažnosti uhlíkové oceli (11,12×10-5 / °C). Po zahřátí zařízení, kdy je roztažnost příruby menší než expanze šroubu, se po koordinaci deformace prodloužení šroubu sníží, což způsobí snížení síly šroubu. Pokud dojde k uvolnění, může dojít k úniku přírubového spoje. Proto, když jsou připojeny vysokoteplotní příruba zařízení a příruba potrubí, zejména koeficienty tepelné roztažnosti materiálů příruby a šroubů jsou odlišné, koeficienty tepelné roztažnosti obou materiálů by měly být co nejblíže.
Z (1) je zřejmé, že mechanická pevnost austenitické nerezové oceli, jako jsou 304 a 316, je nízká a mez kluzu při pokojové teplotě 304 je pouze 205 MPa a 316 je pouze 210 MPa. Proto, aby se zlepšila schopnost šroubů proti uvolnění a proti únavě, jsou přijata opatření ke zvýšení síly šroubů montážních šroubů. Pokud je například v následném fóru použita maximální síla montážního šroubu, je nutné, aby napětí montážních šroubů dosáhlo 70% meze kluzu materiálu šroubu , aby se zlepšila pevnostní třída materiálu šroubu a použily se materiály šroubů z legované oceli s vysokou pevností nebo střední pevností. Je zřejmé, že s výjimkou litinových, nekovových přírub nebo pryžových těsnění, polokovových a kovových těsnění s přírubami vyšší tlakové třídy nebo těsnění s větším namáháním, šrouby vyrobené z nízkopevnostních materiálů, jako jsou 304 a 316, v důsledku síly šroubu nestačí ke splnění požadavků na těsnění. Zvláštní pozornost je třeba věnovat tomu, že v americkém standardu šroubů z nerezové oceli mají 304 a 316 dvě kategorie, a to B8 Cl.1 a B8 Cl.2 z 304 a B8M Cl.1 a B8M Cl.2 z 316. Cl.1 je pevný roztok ošetřený karbidy, zatímco Cl.2 prochází kromě úpravy pevným roztokem i úpravou posilující deformaci. Ačkoli neexistuje žádný zásadní rozdíl v chemické odolnosti mezi B8 Cl.2 a B8 Cl.1, mechanická pevnost B8 Cl.2 se výrazně zlepšila ve srovnání s B8 Cl.1, jako je B8 Cl.2 s průměrem 3/4 " Mez kluzu materiálu šroubu je 550MPa, zatímco mez kluzu materiálu šroubu B8 Cl.1 všech průměrů je pouze 205MPa, Rozdíl mezi těmito dvěma je více než dvakrát. Normy pro domácí šroubový materiál 06Cr19Ni10 (304), 06Cr17Ni12Mo2 (316) a B8 Cl.1 jsou ekvivalentní B8M Cl.1. [Poznámka: Materiál šroubu S30408 v GB / T 150.3 "Tlaková nádoba část třetí design" je ekvivalentní B8 Cl.2; S31608 je ekvivalentní B8M Cl.1.
Vzhledem k výše uvedeným důvodům GB / T 150.3 a GB / T38343 "Technické předpisy pro instalaci přírubových spojů" stanoví, že příruby tlakových zařízení a přírubové spoje potrubí se nedoporučují používat obvyklé 304 (B8 Cl.1) a 316 (B8M Cl. . 1) Šrouby materiálů, zejména při vysokých teplotách a náročných cyklech, by měly být nahrazeny B8 Cl.2 (S30408) a B8M Cl.2, aby se zabránilo nízké síle montážního šroubu.
Stojí za zmínku, že při použití nízkopevnostních šroubových materiálů, jako jsou 304 a 316, dokonce i ve fázi instalace, protože krouticí moment není řízen, může šroub překročit mez kluzu materiálu nebo dokonce zlomit. Samozřejmě, pokud dojde k úniku během tlakové zkoušky nebo zahájení provozu, i když jsou šrouby nadále utahovány, síla šroubu se nezvýší a únik nelze zastavit. Kromě toho tyto šrouby nelze po demontáži znovu použít, protože šrouby prošly trvalou deformací a velikost průřezu šroubů se zmenšila a po opětovné montáži jsou náchylné k prasknutí.
