Tesnenie prírubového spoja – Prečo sa materiál 304 neodporúča pre skrutky?

(1) Aké sú základné rozdiely medzi materiálmi 304, 304L, 316 a 316L?
​
​
​
304, 304L, 316 a 316L sú materiály z nehrdzavejúcej ocele bežne používané v prírubových spojoch vrátane prírub, tesniacich prvkov a spojovacích prvkov.
​
​
​
304, 304L, 316 a 316L sú označenia nehrdzavejúcej ocele podľa American Material Standard (ANSI alebo ASTM), ktoré patria do série austenitických nehrdzavejúcich ocelí 300. Zodpovedajúce triedy domácej materiálovej normy (GB/T) sú 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Tento typ nehrdzavejúcej ocele sa zvyčajne označuje ako 18-8 nehrdzavejúca oceľ.

Pozri tabuľku 1. 304, 304L, 316 a 316L v dôsledku pridania legujúcich prvkov a množstva rôznych, ich fyzikálne, chemické a mechanické vlastnosti sú tiež odlišné, v porovnaní s bežnou nehrdzavejúcou oceľou majú dobrú odolnosť proti korózii, tepelnú odolnosť a vlastnosti spracovania. Odolnosť proti korózii 304L je podobná ako u 304, ale pretože obsah uhlíka 304L je nižší ako u 304, jeho odolnosť voči medzikryštalickej korózii je silnejšia. 316, 316L je nehrdzavejúca oceľ obsahujúca molybdén, vďaka pridaniu molybdénového prvku, takže jeho odolnosť proti korózii a tepelná odolnosť je lepšia ako u 304, 304L. Podobne, pretože obsah uhlíka 316L je nižší ako obsah 316, jeho odolnosť proti korózii kryštálov je lepšia. Mechanická pevnosť austenitických nehrdzavejúcich ocelí 304, 304L, 316 a 316L je nízka a medza klzu 304 je 205 MPa pri izbovej teplote a 304L je 170 MPa. Medza klzu 316 pri izbovej teplote je 210 MPa a 316L je 200 MPa. Preto svorníky z nich vyrobené patria do nízkopevnostnej triedy skrutiek.

Tabuľka 1 Obsah uhlíka % Medza klzu pri izbovej teplote MPa Odporúčaná maximálna prevádzková teplota, stupeň
​
304 Menšie alebo rovné 0.08                                          205                                                   816
​
304L Menšie alebo rovné 0.03                                          170                                                   538
​
316 Menšie alebo rovné 0.08                                          210                                                   816
​
316L Menšie alebo rovné 0.03                                          200                                                   538

(2) Prečo by prírubový spoj nemal používať skrutky z materiálov 304 a 316?
​
Ako už bolo spomenuté vyššie, prírubový spoj je spôsobený pôsobením vnútorného tlaku na oddelenie tesniaceho povrchu dvoch prírub, čo spôsobuje zodpovedajúce zníženie napätia tesnenia, a druhý je spôsobený tečením tesnenia pri vysokej teplote alebo skrutky. spôsobené tečením uvoľnenia sily skrutky, čo tiež spôsobuje zníženie namáhania tesnenia a poruchou netesnosti prírubového spoja.

V skutočnej prevádzke je uvoľnenie sily skrutky nevyhnutné a sila skrutky počiatočného utiahnutia vždy časom klesá. Najmä v prírubovom spoji za podmienok vysokej teploty a intenzívneho cyklu po 10,000 hodinách prevádzky strata zaťaženia skrutky často presahuje 50 % a klesá s postupujúcim časom a zvyšovaním teploty.

Keď sú príruba a skrutka z rôznych materiálov, najmä ak je príruba uhlíková oceľ a skrutka je nehrdzavejúca oceľ, pretože koeficient tepelnej rozťažnosti materiálu skrutky a príruby je odlišný, ako napríklad koeficient tepelnej rozťažnosti nehrdzavejúcej ocele pri 50 stupňoch ( 16,51×10-5 / stupeň ) je väčší ako koeficient tepelnej rozťažnosti uhlíkovej ocele (11,12×10-5 / stupeň), zariadenie sa zahrieva. Keď je roztiahnutie príruby menšie ako roztiahnutie skrutky, po koordinácii deformácie spôsobí zníženie predĺženia skrutky uvoľnenie sily skrutky, čo môže viesť k netesnosti prírubového spoja. Preto, keď sú príruba vysokoteplotného zariadenia a prírubový spoj potrubia, najmä koeficient tepelnej rozťažnosti príruby a materiálu skrutky rozdielne, koeficient tepelnej rozťažnosti týchto dvoch materiálov je čo najviac podobný.

Z (1) je zrejmé, že mechanická pevnosť austenitickej nehrdzavejúcej ocele 304 a 316 je nízka a medza klzu 304 pri izbovej teplote je iba 205 MPa a medza klzu 316 je iba 210 MPa. Preto, aby sa zlepšila schopnosť skrutky proti uvoľneniu a únave, prijmite opatrenia na zlepšenie sily inštalačnej skrutky, ako je maximálna sila inštalačnej skrutky, o ktorej sa bude diskutovať na nasledujúcom fóre, je potrebné dosiahnuť napätie inštalačnej skrutky 70% medze klzu materiálu skrutky, takže je potrebné zlepšiť pevnosť materiálu skrutky, použitie materiálu skrutky z legovanej ocele s vysokou alebo strednou pevnosťou. Je ľahké vidieť, že okrem liatinových, nekovových prírub alebo gumových tesnení pre polokovové a kovové tesnenia s vyšším tlakom alebo namáhaním tesnenia 304, 316 takéto skrutky z materiálu s nízkou pevnosťou nemôžu spĺňať požiadavky na tesnenie kvôli nedostatočnej sile skrutky.

Čo si tu vyžaduje osobitnú pozornosť, je to, že 304 a 316 majú dve kategórie v štandarde materiálu skrutiek z nehrdzavejúcej ocele Spojených štátov amerických, a to B8 Cl.1 a B8 Cl.2 z 304 a B8M Cl.1 a B8M Cl.2 z 316. Cl. 1 sa spracuje tuhým roztokom karbidu, zatiaľ čo Cl.2 sa okrem spracovania tuhým roztokom spracuje spevnením deformáciou. Hoci nie je žiadny zásadný rozdiel medzi B8 Cl.2 a B8 Cl.1 v chemickej odolnosti proti korózii, mechanická pevnosť B8 Cl.2 je výrazne lepšia v porovnaní s B8 Cl.1, ako je medza klzu skrutky B8 Cl.2 materiál s priemerom 3/4 "je 550MPa. Medza klzu všetkých priemerov materiálov svorníkov B8Cl.1 je len 205MPa, čo je viac ako dvojnásobok rozdielu medzi nimi. Domáce normy na materiál skrutiek 06Cr19Ni10(304), 06Cr17Ni12Mo2(316 ) a ekvivalent B8Cl.1 a B8M Cl.1 [Poznámka: Materiál skrutky S30408 ​​v GB/T 150.3 „Konštrukcia tlakovej nádoby Part III“ je ekvivalentný s B8 Cl.2.

Vzhľadom na vyššie uvedené dôvody, GB/T 150.3 a GB/T38343 „Technické predpisy pre inštaláciu prírubového spoja“ stanovujú, že bežné skrutky z materiálu 304 (B8 Cl.1) a 316 (B8M Cl.1) pre príruby a potrubia tlakových zariadení príruby sa neodporúčajú, najmä v podmienkach vysokej teploty a intenzívneho cyklu. B8 Cl.2(S30408) a B8M Cl.2 by sa mali vymeniť, aby ste sa vyhli nízkym silám montážnych skrutiek.

Stojí za zmienku, že keď sa použijú materiály skrutiek s nízkou pevnosťou, ako sú 304 a 316, dokonca aj v štádiu inštalácie, skrutka môže prekročiť medzu klzu materiálu alebo sa dokonca zlomiť v dôsledku absencie kontroly krútiaceho momentu. Prirodzene, ak dôjde k netesnosti pri tlakovej skúške alebo spustení prevádzky, aj keď sa skrutka naďalej uťahuje, sila skrutky sa nezvýši a úniku sa nedá zabrániť. Okrem toho sa tieto skrutky po odstránení nedajú znova použiť, pretože skrutky spôsobili trvalú deformáciu, veľkosť časti skrutky sa zmenšila a inštalácia sa potom ľahko zlomila.