Tesnenie prírubového spoja - Prečo sa materiál 304 neodporúča pre skrutky?
Ak sa v tesnení prírubových spojov používajú príruby z uhlíkovej ocele alebo nehrdzavejúcej ocele s 304 materiálovými skrutkami, počas prevádzky sa často vyskytujú problémy s únikom. Táto prednáška to kvalitatívne analyzuje. (1) Aké sú základné rozdiely medzi materiálmi 304, 304L, 316 a 316L?
304, 304L, 316 a 316L sú druhy nehrdzavejúcej ocele bežne používané v prírubových spojoch vrátane prírub, tesniacich prvkov a spojovacích materiálov.
304, 304L, 316 a 316L sú označenia triedy nehrdzavejúcej ocele americkej normy pre materiály (ANSI alebo ASTM), ktoré patria do série 300 austenitických nehrdzavejúcich ocelí. Triedy zodpovedajúce domácim materiálovým normám (GB/T) sú 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Tento typ nehrdzavejúcej ocele sa zvyčajne súhrnne označuje ako nehrdzavejúca oceľ 18-8.
Pozri tabuľku 1, 304, 304L, 316 a 316L majú rozdielne fyzikálne, chemické a mechanické vlastnosti v dôsledku pridania legujúcich prvkov a množstiev. V porovnaní s bežnou nehrdzavejúcou oceľou majú dobrú odolnosť proti korózii, tepelnú odolnosť a výkon spracovania. Odolnosť proti korózii 304L je podobná ako u 304, ale pretože obsah uhlíka 304L je nižší ako obsah 304L, jeho odolnosť voči medzikryštalickej korózii je silnejšia. 316 a 316L sú nehrdzavejúce ocele obsahujúce molybdén. Vďaka pridaniu molybdénu sú ich odolnosť proti korózii a tepelná odolnosť lepšia ako u 304 a 304L. Rovnako, pretože obsah uhlíka 316L je nižší ako obsah 316, jeho schopnosť odolávať kryštálovej korózii je lepšia. Austenitické nehrdzavejúce ocele ako 304, 304L, 316 a 316L majú nízku mechanickú pevnosť. Medza klzu pri izbovej teplote 304 je 205 MPa, 304 l je 170 MPa; pevnosť pri izbovej teplote 316 je 210 MPa a 316 l je 200 MPa. Preto skrutky z nich vyrobené patria k skrutkám s nízkou pevnosťou.
Tabuľka 1 Obsah uhlíka, % Medza klzu pri izbovej teplote, MPa Odporúčaná maximálna prevádzková teplota, °C
304 ≤0,08 205 816
304L ≤0,03 170 538
316 ≤0,08 210 816
316L ≤0.03 200 538(2) Prečo by prírubové spoje nemali používať skrutky z materiálov ako 304 a 316?
Ako bolo uvedené v predchádzajúcich prednáškach, prírubový spoj najprv oddeľuje tesniace plochy oboch prírub v dôsledku pôsobenia vnútorného tlaku, čo vedie k zodpovedajúcemu zníženiu napätia tesnenia, a po druhé, uvoľnenie sily skrutky v dôsledku tečenia uvoľnenia tesnenia alebo tečenia samotnej skrutky pri vysokej teplote, Znižuje tiež namáhanie tesnenia, takže prírubový spoj uniká a zlyháva.
V skutočnej prevádzke je uvoľnenie sily skrutky nevyhnutné a počiatočná sila uťahovacej skrutky bude časom vždy klesať. Najmä v prípade prírubových spojov pri vysokých teplotách a náročných podmienkach cyklu po 10 000 hodinách prevádzky strata zaťaženia skrutky často presiahne 50% a s pokračovaním času a zvýšením teploty sa zmierni.
Ak sú príruba a skrutka vyrobené z rôznych materiálov, najmä ak je príruba vyrobená z uhlíkovej ocele a skrutka je vyrobená z nehrdzavejúcej ocele, koeficient tepelnej rozťažnosti 2 materiálu skrutky a príruby je odlišný, napríklad koeficient tepelnej rozťažnosti nehrdzavejúcej ocele pri 50 °C (16,51×10-5/ °C) je väčší ako koeficient tepelnej rozťažnosti uhlíkovej ocele (11,12×10-5/°C). Po zahriatí zariadenia, keď je expanzia príruby menšia ako expanzia skrutky, po koordinovaní deformácie sa predĺženie skrutky znižuje, čo spôsobuje zníženie sily skrutky. Ak dôjde k uvoľneniu, môže to spôsobiť únik v prírubovom spoji. Preto, keď sú pripojené príruba vysokoteplotného zariadenia a príruba potrubia, najmä koeficienty tepelnej rozťažnosti materiálov príruby a skrutiek sú odlišné, koeficienty tepelnej rozťažnosti týchto dvoch materiálov by mali byť čo najbližšie.
Z (1) je zrejmé, že mechanická pevnosť austenitickej nehrdzavejúcej ocele, ako sú 304 a 316, je nízka a medza klzu pri izbovej teplote 304 je iba 205 MPa a pevnosť 316 je iba 210 MPa. Preto, aby sa zlepšila protirelaxačná a protiúnavová schopnosť skrutiek, prijímajú sa opatrenia na zvýšenie sily skrutiek montážnych skrutiek. Napríklad, ak sa na následnom fóre použije maximálna sila inštalačnej skrutky, vyžaduje sa, aby napätie inštalačných skrutiek dosiahlo 70% medze klzu materiálu skrutky , aby sa zlepšila trieda pevnosti materiálu skrutky a aby sa použili vysokopevnostné alebo stredne pevné materiály skrutiek z legovanej ocele. Je zrejmé, že s výnimkou liatiny, nekovových prírub alebo gumových tesnení, polokovových a kovových tesnení s prírubami vyššej tlakovej triedy alebo tesnení s väčším namáhaním, skrutky vyrobené z materiálov s nízkou pevnosťou, ako sú 304 a 316, v dôsledku sily skrutiek Nestačí na splnenie požiadaviek na tesnenie. Osobitnú pozornosť si tu vyžaduje to, že v americkej norme pre materiály skrutiek z nehrdzavejúcej ocele majú 304 a 316 dve kategórie, a to B8 Cl.1 a B8 Cl.2 z 304 a B8M Cl.1 a B8M Cl.2 z 316. Cl.1 je tuhý roztok ošetrený karbidami, zatiaľ čo Cl.2 prechádza okrem úpravy tuhým roztokom aj úpravou na posilnenie napätia. Hoci medzi B8 Cl.2 a B8 Cl.1 nie je zásadný rozdiel v chemickej odolnosti, mechanická pevnosť B8 Cl.2 je výrazne zlepšená v porovnaní s B8 Cl.1, napríklad B8 Cl.2 s priemerom 3/4" Medza klzu materiálu skrutky je 550MPa, zatiaľ čo medza klzu materiálu skrutky B8 Cl.1 všetkých priemerov je iba 205MPa, Rozdiel medzi týmito dvoma je viac ako dvakrát. Normy pre domáci materiál skrutiek 06Cr19Ni10(304), 06Cr17Ni12Mo2(316) a B8 Cl.1 sú ekvivalentné B8M Cl.1. [Poznámka: Materiál skrutky S30408 v GB / T 150.3 "Konštrukcia tretej časti tlakovej nádoby" je ekvivalentný B8 Cl.2; S31608 je ekvivalentom B8M Cl.1.
Vzhľadom na vyššie uvedené dôvody GB / T 150.3 a GB / T38343 "Technické predpisy pre inštaláciu prírubových spojov" stanovujú, že príruby tlakového zariadenia a prírubové spoje potrubia sa neodporúčajú používať obvyklé 304 (B8 Cl.1) a 316 (B8M Cl. 1) Skrutky z materiálov, najmä pri vysokých teplotách a náročných podmienkach cyklu, by sa mali nahradiť B8 Cl.2 (S30408) a B8M Cl.2, aby sa zabránilo nízkej inštalačnej sile skrutky.
Stojí za zmienku, že keď sa používajú materiály skrutiek s nízkou pevnosťou, ako sú 304 a 316, a to aj vo fáze inštalácie, pretože krútiaci moment nie je regulovaný, skrutka mohla prekročiť medzu klzu materiálu alebo dokonca zlomiť. Prirodzene, ak dôjde k úniku počas tlakovej skúšky alebo začiatku prevádzky, aj keď sa skrutky naďalej uťahujú, sila skrutky nestúpne a únik sa nedá zastaviť. Okrem toho sa tieto skrutky po demontáži nemôžu opätovne použiť, pretože skrutky prešli trvalou deformáciou a veľkosť prierezu skrutiek sa zmenšila a po opätovnej montáži sú náchylné na zlomenie.
