Flensverbindingsafdichting - Waarom wordt 304-materiaal niet aanbevolen voor bouten?
(1) Wat zijn de fundamentele verschillen tussen de materialen 304, 304L, 316 en 316L?
304, 304L, 316 en 316L zijn roestvrijstalen materialen die veel worden gebruikt in flensverbindingen, waaronder flenzen, afdichtingselementen en bevestigingsmiddelen.
304, 304L, 316 en 316L zijn American Material Standard (ANSI of ASTM) roestvaste staalbenamingen die behoren tot de 300-serie van austenitisch roestvast staal. De overeenkomstige kwaliteiten van de binnenlandse materiaalnorm (GB/T) zijn 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Dit type roestvast staal wordt meestal aangeduid als 18-8 roestvast staal.
Zie tabel 1. 304, 304L, 316 en 316L vanwege de toevoeging van legeringselementen en de hoeveelheid verschillende, hun fysieke, chemische en mechanische eigenschappen zijn ook anders, vergeleken met gewoon roestvrij staal, hebben ze een goede corrosiebestendigheid, hittebestendigheid en verwerkingseigenschappen. De corrosiebestendigheid van 304L is vergelijkbaar met die van 304, maar omdat het koolstofgehalte van 304L lager is dan dat van 304, is de intergranulaire corrosiebestendigheid sterker. 316, 316L is molybdeenbevattend roestvrij staal, vanwege de toevoeging van molybdeenelement, dus zijn corrosiebestendigheid en hittebestendigheid dan 304, 304L is beter. Evenzo, omdat het koolstofgehalte van 316L lager is dan dat van 316, is de kristalcorrosiebestendigheid beter. De mechanische sterkte van 304, 304L, 316 en 316L austenitisch roestvast staal is laag en de vloeigrens van 304 is 205 MPa bij kamertemperatuur en 304L is 170 MPa. De vloeigrens van 316 bij kamertemperatuur is 210 MPa en die van 316L is 200 MPa. Daarom behoren de bouten die ervan zijn gemaakt tot de lage sterkteklasse van bouten.
Tabel 1 Koolstofgehalte % Vloeigrens bij kamertemperatuur MPa Aanbevolen maximale bedrijfstemperatuur, graden
304 Kleiner dan of gelijk aan 0.08 205 816
304L Kleiner dan of gelijk aan 0.03 170 538
316 Kleiner dan of gelijk aan 0.08 210 816
316L Kleiner dan of gelijk aan 0.03 200 538
(2) Waarom mogen voor de flensverbinding geen bouten van de materialen 304 en 316 worden gebruikt?
Zoals eerder vermeld, ontstaat de flensverbinding door de interne druk die het afdichtingsoppervlak van de twee flenzen scheidt, waardoor de pakkingspanning dienovereenkomstig afneemt. De tweede oorzaak is de kruiprelaxatie van de pakking bij hoge temperaturen of de bout zelf, veroorzaakt door de kruip van de boutkrachtrelaxatie, waardoor de pakkingspanning ook afneemt en de flensverbinding gaat lekken.
In de werkelijke werking is boutkrachtvermindering onvermijdelijk en de boutkracht van de eerste aandraaiing neemt altijd af met de tijd. Vooral in de flensverbinding onder hoge temperatuur en intensieve cyclusomstandigheden, na 10,000 uur werking, overschrijdt het boutbelastingverlies vaak 50% en neemt af met het voortduren van de tijd en de toename van de temperatuur.
Wanneer de flens en bout van verschillende materialen zijn, vooral wanneer de flens van koolstofstaal is en de bout van roestvrij staal, omdat de thermische uitzettingscoëfficiënt van het bout- en flensmateriaal anders is, zoals de thermische uitzettingscoëfficiënt van roestvrij staal bij 50 graden (16,51×10-5 / graad) groter is dan de thermische uitzettingscoëfficiënt van koolstofstaal (11,12×10-5 / graad), wordt het apparaat opgewarmd. Wanneer de uitzetting van de flens kleiner is dan de uitzetting van de bout, veroorzaakt de vermindering van de boutverlenging na de vervormingscoördinatie de ontspanning van de boutkracht, wat kan leiden tot lekkage van de flensverbinding. Daarom is, wanneer de flens van de apparatuur met hoge temperatuur en de pijpflensverbinding, met name de thermische uitzettingscoëfficiënt van de flens en het boutmateriaal verschillend zijn, de thermische uitzettingscoëfficiënt van de twee materialen zoveel mogelijk vergelijkbaar.
Uit (1) blijkt dat de mechanische sterkte van 304 en 316 austenitisch roestvast staal laag is en de vloeigrens van 304 bij kamertemperatuur slechts 205 MPa bedraagt en die van 316 slechts 210 MPa. Om het vermogen van boutanti-relaxatie en anti-vermoeidheid te verbeteren, moeten daarom maatregelen worden genomen om de installatieboutkracht te verbeteren, zoals de maximale installatieboutkracht die in het volgende forum zal worden besproken, de installatieboutspanning moet 70% van de vloeigrens van het boutmateriaal bereiken, dus is het noodzakelijk om de sterkte van het boutmateriaal te verbeteren, het gebruik van gelegeerd staal met hoge sterkte of gemiddelde sterkte. Het is gemakkelijk te zien dat, naast gietijzer, niet-metalen flenzen of rubberen pakkingen, voor halfmetalen en metalen pakkingen met hogere drukklassen of pakkingspanning, 304, 316 dergelijke bouten met lage sterkte niet kunnen voldoen aan de afdichtingsvereisten vanwege onvoldoende boutkracht.
Hierbij moet speciaal worden opgemerkt dat 304 en 316 in de Amerikaanse norm voor roestvaststalen bouten twee categorieën hebben, namelijk B8 Cl.1 en B8 Cl.2 van 304 en B8M Cl.1 en B8M Cl.2 van 316. Cl.1 is behandeld met een vaste oplossing van carbide, terwijl Cl.2 is behandeld met rekversterking naast de behandeling met een vaste oplossing. Hoewel er geen fundamenteel verschil is tussen B8 Cl.2 en B8 Cl.1 in chemische corrosiebestendigheid, is de mechanische sterkte van B8 Cl.2 aanzienlijk verbeterd in vergelijking met B8 Cl.1, zoals de vloeigrens van B8 Cl.2 boutmateriaal met een diameter van 3/4 "is 550 MPa. De vloeigrens van alle diameters van B8Cl.1 boutmaterialen is slechts 205 MPa, meer dan twee keer het verschil tussen de twee. De binnenlandse boutmateriaalstandaard 06Cr19Ni10 (304), 06Cr17Ni12Mo2 (316) en B8Cl.1 en B8M Cl.1 equivalent. [Opmerking: Het boutmateriaal S30408 in GB/T 150.3 "Pressure Vessel Part III Design" is equivalent aan B8 Cl.2; S31608 is equivalent aan B8M Cl.1.
Gezien bovenstaande redenen bepalen GB/T 150.3 en GB/T38343 "Technische voorschriften voor flensverbindingsinstallatie" dat de gebruikelijke bouten van 304 (B8 Cl.1) en 316 (B8M Cl.1) voor drukapparatuurflenzen en pijpflenzen niet worden aanbevolen, met name bij hoge temperaturen en intensieve cyclusomstandigheden. B8 Cl.2 (S30408) en B8M Cl.2 moeten worden vervangen om lage bevestigingsboutkrachten te voorkomen.
Het is vermeldenswaard dat wanneer boutmaterialen met een lage sterkte zoals 304 en 316 worden gebruikt, zelfs in de installatiefase, de bout de vloeigrens van het materiaal kan overschrijden of zelfs kan breken vanwege het ontbreken van koppelregeling. Natuurlijk, als er een lek is in de druktest of het begin van de werking, zelfs als de bout blijft vastdraaien, zal de boutkracht niet toenemen en kan het lek niet worden voorkomen. Bovendien kunnen deze bouten niet worden hergebruikt na verwijdering, omdat de bouten permanente vervorming hebben veroorzaakt, de boutsectie kleiner wordt en de installatie vervolgens gemakkelijk kan breken.
