14 de novembre de 2022
Segellat de juntes de brida: per què no es recomana el material 304 per als cargols?
Quan s'utilitzen brides d'acer al carboni o acer inoxidable amb cargols de material 304 en el segellat de la junta de brida, sovint es produeixen problemes de fuites durant el funcionament. En aquesta conferència es farà una anàlisi qualitativa d'això.
(1) Quines són les diferències bàsiques entre els materials 304, 304L, 316 i 316L?
304, 304L, 316 i 316L són els graus d'acer inoxidable que s'utilitzen habitualment en juntes amb brides, incloses brides, elements de segellat i elements de fixació.
304, 304L, 316 i 316L són les designacions de grau d'acer inoxidable de l'American Standard for Materials (ANSI o ASTM), que pertanyen a la sèrie 300 d'acers inoxidables austenítics. Els graus corresponents als estàndards de materials nacionals (GB/T) són 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Aquest tipus d'acer inoxidable es coneix col·lectivament com a acer inoxidable 18-8.
Vegeu la taula 1, 304, 304L, 316 i 316L tenen propietats físiques, químiques i mecàniques diferents a causa de l'addició d'elements d'aliatge i quantitats. En comparació amb l'acer inoxidable normal, tenen una bona resistència a la corrosió, resistència a la calor i rendiment de processament. La resistència a la corrosió del 304L és similar a la del 304, però com que el contingut de carboni del 304L és inferior al del 304, la seva resistència a la corrosió intergranular és més forta. 316 i 316L són acers inoxidables que contenen molibdè. A causa de l'addició de molibdè, la seva resistència a la corrosió i resistència a la calor són millors que les de 304 i 304L. De la mateixa manera, com que el contingut de carboni del 316L és inferior al del 316, la seva capacitat per resistir la corrosió del cristall és millor. Els acers inoxidables austenítics com el 304, 304L, 316 i 316L tenen una resistència mecànica baixa. El límit elàstic a temperatura ambient de 304 és de 205 MPa, 304 L és de 170 MPa; la resistència al rendiment a temperatura ambient de 316 és de 210 MPa i 316 L és de 200 MPa. Per tant, els cargols fets amb ells pertanyen als cargols de baixa resistència.
Taula 1 Contingut de carboni, % Resistència elàstica a temperatura ambient, MPa Temperatura màxima de servei recomanada, °C
304 ≤0.08 205 816
304L ≤0.03 170 538
316 ≤0.08 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) Per què les juntes de brida no haurien d'utilitzar cargols de materials com 304 i 316?
Com s'ha esmentat a les conferències anteriors, la junta de brida separa en primer lloc les superfícies d'estanquitat de les dues brides a causa de l'acció de la pressió interna, donant lloc a una disminució corresponent de l'estrès de la junta i, en segon lloc, la relaxació de la força del cargol a causa de la relaxació de la junta o la fluència del propi cargol a alta temperatura, també redueix l'estrès de la junta, de manera que la junta de brida es filtra i falla.
En funcionament real, la relaxació de la força del cargol és inevitable i la força inicial del cargol de tensió sempre disminuirà amb el pas del temps. Especialment per a juntes de brida en condicions de cicle d'alta temperatura i severes, després de 10.000 hores de funcionament, la pèrdua de càrrega del cargol sovint superarà el 50% i s'atenuarà amb la continuació del temps i l'augment de la temperatura.
When the flange and the bolt are made of different materials, especially when the flange is made of carbon steel and the bolt is made of stainless steel, the coefficient of thermal expansion 2 of the material of the bolt and the flange is different, such as the thermal expansion coefficient of stainless steel at 50°C (16.51×10-5/ ℃) is larger than the thermal expansion coefficient of carbon steel (11.12×10-5/℃). After the device is heated up, when the expansion of the flange is smaller than the expansion of the bolt, after the deformation is coordinated, the elongation of the bolt decreases, causing the force of the bolt to decrease. If there is any looseness, it may cause leakage in the flange joint. Therefore, when the high-temperature equipment flange and pipe flange are connected, especially the thermal expansion coefficients of the flange and bolt materials are different, the thermal expansion coefficients of the two materials should be as close as possible.
Es pot veure a partir de (1) que la resistència mecànica de l'acer inoxidable austenític com el 304 i el 316 és baixa, i la resistència al rendiment a temperatura ambient de 304 és de només 205 MPa i la de 316 és de només 210 MPa. Per tant, per millorar la capacitat antirelaxació i antifatiga dels cargols, es prenen mesures per augmentar la força dels cargols d'instal·lació. Per exemple, quan s'utilitza la força màxima del cargol d'instal·lació al fòrum de seguiment, es requereix que l'estrès dels cargols d'instal·lació arribi al 70% de la resistència elàrstica del material del cargol , de manera que s'ha de millorar el grau de resistència del material del cargol i s'utilitzen materials de cargol d'acer d'aliatge d'alta resistència o de resistència mitjana. Òbviament, excepte per a ferro colat, brides no metàl·liques o juntes de goma, per a juntes semimetàl·liques i metàl·liques amb brides de grau de pressió més alta o juntes amb més tensió, cargols de materials de baixa resistència com 304 i 316, a causa de la força del cargol No n'hi ha prou per complir els requisits de segellat.
El que necessita una atenció especial aquí és que a l'estàndard americà de material de cargol d'acer inoxidable, 304 i 316 tenen dues categories, és a dir, B8 Cl.1 i B8 Cl.2 de 304 i B8M Cl.1 i B8M Cl.2 de 316. Cl.1 és una solució sòlida tractada amb carburs, mentre que Cl.2 se sotmet a un tractament d'enfortiment de tensió a més d'un tractament amb solució sòlida. Tot i que no hi ha diferències fonamentals en la resistència química entre B8 Cl.2 i B8 Cl.1, la resistència mecànica de B8 Cl.2 millora considerablement en relació amb B8 Cl.1, com B8 Cl.2 amb un diàmetre de 3/4 "El límit elàstic del material del cargol és de 550 MPa, mentre que el límit elàstic del material del cargol B8 Cl.1 de tots els diàmetres és de només 205 MPa, La diferència entre els dos és més del doble. Els estàndards de material de cargol domèstic 06Cr19Ni10 (304), 06Cr17Ni12Mo2 (316) i B8 Cl.1 són equivalents a B8M Cl.1. [Nota: El material del cargol S30408 a GB / T 150.3 "Disseny del recipient a pressió part tres" és equivalent a B8 Cl.2; S31608 és equivalent a B8M Cl.1.
Tenint en compte els motius anteriors, GB / T 150.3 i GB / T38343 "Reglaments tècnics per a la instal·lació de juntes de brida" estipulen que no es recomana utilitzar les brides habituals 304 (B8 Cl.1) i 316 (B8M Cl. 1) Els cargols de materials, especialment en condicions d'alta temperatura i cicle sever, s'han de substituir per B8 Cl.2 (S30408) i B8M Cl.2 per evitar una baixa força de cargol d'instal·lació.
Val la pena assenyalar que quan s'utilitzen materials de cargol de baixa resistència com 304 i 316, fins i tot durant la fase d'instal·lació, perquè el parell no està controlat, el cargol pot haver superat el límit elàstic del material o fins i tot fracturat. Naturalment, si es produeixen fuites durant la prova de pressió o l'inici de l'operació, fins i tot si els cargols continuen estrenyent-se, la força del cargol no augmentarà i la fuita no es podrà aturar. A més, aquests cargols no es poden reutilitzar després de desmuntar-los, ja que els cargols han sofert una deformació permanent i la mida de la secció transversal dels cargols s'ha reduït i són propensos a trencar-se després de la reinstal·lació.
(1) Quines són les diferències bàsiques entre els materials 304, 304L, 316 i 316L?
304, 304L, 316 i 316L són els graus d'acer inoxidable que s'utilitzen habitualment en juntes amb brides, incloses brides, elements de segellat i elements de fixació.
304, 304L, 316 i 316L són les designacions de grau d'acer inoxidable de l'American Standard for Materials (ANSI o ASTM), que pertanyen a la sèrie 300 d'acers inoxidables austenítics. Els graus corresponents als estàndards de materials nacionals (GB/T) són 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Aquest tipus d'acer inoxidable es coneix col·lectivament com a acer inoxidable 18-8.
Vegeu la taula 1, 304, 304L, 316 i 316L tenen propietats físiques, químiques i mecàniques diferents a causa de l'addició d'elements d'aliatge i quantitats. En comparació amb l'acer inoxidable normal, tenen una bona resistència a la corrosió, resistència a la calor i rendiment de processament. La resistència a la corrosió del 304L és similar a la del 304, però com que el contingut de carboni del 304L és inferior al del 304, la seva resistència a la corrosió intergranular és més forta. 316 i 316L són acers inoxidables que contenen molibdè. A causa de l'addició de molibdè, la seva resistència a la corrosió i resistència a la calor són millors que les de 304 i 304L. De la mateixa manera, com que el contingut de carboni del 316L és inferior al del 316, la seva capacitat per resistir la corrosió del cristall és millor. Els acers inoxidables austenítics com el 304, 304L, 316 i 316L tenen una resistència mecànica baixa. El límit elàstic a temperatura ambient de 304 és de 205 MPa, 304 L és de 170 MPa; la resistència al rendiment a temperatura ambient de 316 és de 210 MPa i 316 L és de 200 MPa. Per tant, els cargols fets amb ells pertanyen als cargols de baixa resistència.
Taula 1 Contingut de carboni, % Resistència elàstica a temperatura ambient, MPa Temperatura màxima de servei recomanada, °C
304 ≤0.08 205 816
304L ≤0.03 170 538
316 ≤0.08 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) Per què les juntes de brida no haurien d'utilitzar cargols de materials com 304 i 316?
Com s'ha esmentat a les conferències anteriors, la junta de brida separa en primer lloc les superfícies d'estanquitat de les dues brides a causa de l'acció de la pressió interna, donant lloc a una disminució corresponent de l'estrès de la junta i, en segon lloc, la relaxació de la força del cargol a causa de la relaxació de la junta o la fluència del propi cargol a alta temperatura, també redueix l'estrès de la junta, de manera que la junta de brida es filtra i falla.
En funcionament real, la relaxació de la força del cargol és inevitable i la força inicial del cargol de tensió sempre disminuirà amb el pas del temps. Especialment per a juntes de brida en condicions de cicle d'alta temperatura i severes, després de 10.000 hores de funcionament, la pèrdua de càrrega del cargol sovint superarà el 50% i s'atenuarà amb la continuació del temps i l'augment de la temperatura.
When the flange and the bolt are made of different materials, especially when the flange is made of carbon steel and the bolt is made of stainless steel, the coefficient of thermal expansion 2 of the material of the bolt and the flange is different, such as the thermal expansion coefficient of stainless steel at 50°C (16.51×10-5/ ℃) is larger than the thermal expansion coefficient of carbon steel (11.12×10-5/℃). After the device is heated up, when the expansion of the flange is smaller than the expansion of the bolt, after the deformation is coordinated, the elongation of the bolt decreases, causing the force of the bolt to decrease. If there is any looseness, it may cause leakage in the flange joint. Therefore, when the high-temperature equipment flange and pipe flange are connected, especially the thermal expansion coefficients of the flange and bolt materials are different, the thermal expansion coefficients of the two materials should be as close as possible.
Es pot veure a partir de (1) que la resistència mecànica de l'acer inoxidable austenític com el 304 i el 316 és baixa, i la resistència al rendiment a temperatura ambient de 304 és de només 205 MPa i la de 316 és de només 210 MPa. Per tant, per millorar la capacitat antirelaxació i antifatiga dels cargols, es prenen mesures per augmentar la força dels cargols d'instal·lació. Per exemple, quan s'utilitza la força màxima del cargol d'instal·lació al fòrum de seguiment, es requereix que l'estrès dels cargols d'instal·lació arribi al 70% de la resistència elàrstica del material del cargol , de manera que s'ha de millorar el grau de resistència del material del cargol i s'utilitzen materials de cargol d'acer d'aliatge d'alta resistència o de resistència mitjana. Òbviament, excepte per a ferro colat, brides no metàl·liques o juntes de goma, per a juntes semimetàl·liques i metàl·liques amb brides de grau de pressió més alta o juntes amb més tensió, cargols de materials de baixa resistència com 304 i 316, a causa de la força del cargol No n'hi ha prou per complir els requisits de segellat.
El que necessita una atenció especial aquí és que a l'estàndard americà de material de cargol d'acer inoxidable, 304 i 316 tenen dues categories, és a dir, B8 Cl.1 i B8 Cl.2 de 304 i B8M Cl.1 i B8M Cl.2 de 316. Cl.1 és una solució sòlida tractada amb carburs, mentre que Cl.2 se sotmet a un tractament d'enfortiment de tensió a més d'un tractament amb solució sòlida. Tot i que no hi ha diferències fonamentals en la resistència química entre B8 Cl.2 i B8 Cl.1, la resistència mecànica de B8 Cl.2 millora considerablement en relació amb B8 Cl.1, com B8 Cl.2 amb un diàmetre de 3/4 "El límit elàstic del material del cargol és de 550 MPa, mentre que el límit elàstic del material del cargol B8 Cl.1 de tots els diàmetres és de només 205 MPa, La diferència entre els dos és més del doble. Els estàndards de material de cargol domèstic 06Cr19Ni10 (304), 06Cr17Ni12Mo2 (316) i B8 Cl.1 són equivalents a B8M Cl.1. [Nota: El material del cargol S30408 a GB / T 150.3 "Disseny del recipient a pressió part tres" és equivalent a B8 Cl.2; S31608 és equivalent a B8M Cl.1.
Tenint en compte els motius anteriors, GB / T 150.3 i GB / T38343 "Reglaments tècnics per a la instal·lació de juntes de brida" estipulen que no es recomana utilitzar les brides habituals 304 (B8 Cl.1) i 316 (B8M Cl. 1) Els cargols de materials, especialment en condicions d'alta temperatura i cicle sever, s'han de substituir per B8 Cl.2 (S30408) i B8M Cl.2 per evitar una baixa força de cargol d'instal·lació.
Val la pena assenyalar que quan s'utilitzen materials de cargol de baixa resistència com 304 i 316, fins i tot durant la fase d'instal·lació, perquè el parell no està controlat, el cargol pot haver superat el límit elàstic del material o fins i tot fracturat. Naturalment, si es produeixen fuites durant la prova de pressió o l'inici de l'operació, fins i tot si els cargols continuen estrenyent-se, la força del cargol no augmentarà i la fuita no es podrà aturar. A més, aquests cargols no es poden reutilitzar després de desmuntar-los, ja que els cargols han sofert una deformació permanent i la mida de la secció transversal dels cargols s'ha reduït i són propensos a trencar-se després de la reinstal·lació.