14. novembra 2022
Tesnjenje prirobniškega spoja - Zakaj material 304 ni priporočljiv za vijake?
Kadar se prirobnice iz ogljikovega jekla ali nerjavečega jekla uporabljajo s 304 materialnimi vijaki pri tesnjenju prirobnic, se med delovanjem pogosto pojavijo težave z uhajanjem. To predavanje bo naredilo kvalitativno analizo tega.
(1) Katere so osnovne razlike med materiali 304, 304L, 316 in 316L?
304, 304L, 316 in 316L so vrste nerjavečega jekla, ki se običajno uporabljajo v prirobnicah, vključno s prirobnicami, tesnilnimi elementi in pritrdilnimi elementi.
304, 304L, 316 in 316L so oznake iz nerjavečega jekla ameriškega standarda za materiale (ANSI ali ASTM), ki spadajo v serijo 300 avstenitnih nerjavnih jekel. Razredi, ki ustrezajo domačim standardom materialov (GB / T), so 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Ta vrsta nerjavečega jekla se običajno skupaj imenuje 18-8 nerjaveče jeklo.
Glej tabelo 1, 304, 304L, 316 in 316L imajo različne fizikalne, kemijske in mehanske lastnosti zaradi dodajanja legirnih elementov in količin. V primerjavi z navadnim nerjavečim jeklom imajo dobro odpornost proti koroziji, toplotno odpornost in zmogljivost obdelave. Odpornost proti koroziji 304L je podobna kot pri 304, ker pa je vsebnost ogljika v 304L nižja kot pri 304, je njegova odpornost na intergranularno korozijo močnejša. 316 in 316L sta nerjaveča jekla, ki vsebujeta molibden. Zaradi dodatka molibdena sta njihova odpornost proti koroziji in toplotna odpornost boljši od tistih pri 304 in 304L. Na enak način, ker je vsebnost ogljika v 316L nižja od vsebnosti 316, je njegova sposobnost, da se upre koroziji kristalov, boljša. Austenitna nerjaveča jekla, kot so 304, 304L, 316 in 316L, imajo nizko mehansko trdnost. Meja tečenja pri sobni temperaturi 304 je 205 MPa, 304 L je 170 MPa; meja tečenja pri sobni temperaturi 316 je 210 MPa, 316 L pa 200 MPa. Zato vijaki, izdelani iz njih, spadajo med vijake z nizko trdnostjo.
Tabela 1 Vsebnost ogljika, % meja tečenja pri sobni temperaturi, MPa Priporočena najvišja delovna temperatura, °C
304 ≤0.08 205 816
304L ≤0.03 170 538
316 ≤0.08 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) Zakaj prirobnični spoji ne bi smeli uporabljati vijakov iz materialov, kot sta 304 in 316?
Kot smo že omenili v prejšnjih predavanjih, prirobnični spoj najprej loči tesnilne površine obeh prirobnic zaradi delovanja notranjega tlaka, kar povzroči ustrezno zmanjšanje napetosti tesnila, in drugič, sprostitev sile vijaka zaradi sprostitve lezenja tesnila ali lezenja samega vijaka pri visoki temperaturi, Prav tako zmanjša napetost tesnila, tako da prirobnični spoj pušča in ne uspe.
Pri dejanskem delovanju je sprostitev sile vijaka neizogibna, začetna sila zategovanja vijaka pa se bo sčasoma vedno zmanjšala. Zlasti pri prirobnicah pri visoki temperaturi in težkih pogojih cikla bo po 10.000 urah delovanja izguba obremenitve vijaka pogosto presegla 50% in se bo zmanjšala z nadaljevanjem časa in povišanjem temperature.
Kadar sta prirobnica in vijak izdelana iz različnih materialov, še posebej, če je prirobnica izdelana iz ogljikovega jekla, vijak pa iz nerjavečega jekla, je koeficient toplotnega raztezanja 2 materiala vijaka in prirobnice drugačen, kot je koeficient toplotnega raztezanja nerjavečega jekla pri 50 °C (16,51×10-5 / °C) večji od koeficienta toplotnega raztezanja ogljikovega jekla (11,12×10-5 / °C). Ko se naprava segreje, ko je raztezanje prirobnice manjša od raztezanja vijaka, se po usklajenosti deformacije raztezek vijaka zmanjša, kar povzroči zmanjšanje sile vijaka. Če pride do ohlapnosti, lahko povzroči puščanje v prirobničnem spoju. Torej, ko sta prirobnica visokotemperaturne opreme in prirobnica cevi povezani, zlasti koeficienti toplotnega raztezanja materialov prirobnice in vijakov so različni, morajo biti koeficienti toplotnega raztezanja obeh materialov čim bližje.
Iz (1) je razvidno, da je mehanska trdnost avstenitnega nerjavečega jekla, kot sta 304 in 316, nizka, pri sobni temperaturi 304 pa le 205 MPa, pri 316 pa le 210 MPa. Zato se za izboljšanje sposobnosti vijakov proti sprostitvi in utrujenosti sprejmejo ukrepi za povečanje sile vijakov vgradbenih vijakov. Na primer, ko se na forumu za spremljanje uporabi največja sila vgradbenega vijaka, je potrebno, da napetost namestitvenih vijakov doseže 70% meje tečenja materiala vijaka, tako da je treba izboljšati stopnjo trdnosti materiala vijaka in uporabiti vijake iz legiranega jekla visoke trdnosti ali srednje trdnosti. Očitno je, razen za litega železa, nekovinske prirobnice ali gumijasta tesnila, za polkovinska in kovinska tesnila z višjimi tlačnimi prirobnicami ali tesnila z večjo obremenitvijo, vijaki iz materialov z nizko trdnostjo, kot sta 304 in 316, zaradi sile vijaka Ni dovolj za izpolnjevanje zahtev za tesnjenje.
Posebna pozornost je potrebna, da imata v ameriškem standardu materiala vijakov iz nerjavečega jekla 304 in 316 dve kategoriji, in sicer B8 Cl.1 in B8 Cl.2 iz 304 in B8M Cl.1 in B8M Cl.2 iz 316. Cl.1 je trdna raztopina, obdelana s karbidi, medtem ko Cl.2 je poleg obdelave s trdno raztopino podvržena tudi obdelavi s krepitvijo napetosti. Čeprav med B8 Cl.2 in B8 Cl.1 ni bistvene razlike v kemični odpornosti, se mehanska trdnost B8 Cl.2 znatno izboljša v primerjavi z B8 Cl.1, kot je B8 Cl.2 s premerom 3/4" Meja tečenja materiala vijaka je 550 MPa, medtem ko je meja tečenja materiala vijaka B8 Cl.1 vseh premerov le 205 MPa, Razlika med obema je več kot dvakrat. Domači standardi za materiale vijakov 06Cr19Ni10 (304), 06Cr17Ni12Mo2 (316) in B8 Cl.1 so enakovredni B8M Cl.1. [Opomba: Material vijaka S30408 v GB / T 150.3 "Oblika tretjega dela tlačne posode" je enakovreden B8 Cl.2; S31608 je enakovreden B8M Cl.1.
Glede na zgoraj navedene razloge GB / T 150.3 in GB / T38343 "Tehnični predpisi za namestitev prirobniških spojev" določajo, da prirobnice tlačne opreme in cevnih prirobniških spojev ni priporočljivo uporabljati običajnih 304 (B8 Cl.1) in 316 (B8M Cl. . 1) Vijake materialov, zlasti pri visokih temperaturah in težkih pogojih cikla, je treba zamenjati z B8 Cl.2 (S30408) in B8M Cl.2, da se izognemo nizki sili vgradbenih vijakov.
Treba je omeniti, da je pri uporabi vijakov z nizko trdnostjo, kot sta 304 in 316, tudi v fazi namestitve, ker navor ni nadzorovan, vijak morda presegel mejo tečenja materiala ali celo zlomljen. Seveda, če pride do puščanja med tlačnim preskusom ali začetkom delovanja, tudi če so vijaki še naprej zategnjeni, se sila vijaka ne bo povečala in puščanja ni mogoče ustaviti. Poleg tega teh vijakov po razstavljanju ni mogoče ponovno uporabiti, ker so vijaki podvrženi trajni deformaciji, velikost prečnega prereza vijakov pa se je zmanjšala in so po ponovni namestitvi nagnjeni k zlomu.
(1) Katere so osnovne razlike med materiali 304, 304L, 316 in 316L?
304, 304L, 316 in 316L so vrste nerjavečega jekla, ki se običajno uporabljajo v prirobnicah, vključno s prirobnicami, tesnilnimi elementi in pritrdilnimi elementi.
304, 304L, 316 in 316L so oznake iz nerjavečega jekla ameriškega standarda za materiale (ANSI ali ASTM), ki spadajo v serijo 300 avstenitnih nerjavnih jekel. Razredi, ki ustrezajo domačim standardom materialov (GB / T), so 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Ta vrsta nerjavečega jekla se običajno skupaj imenuje 18-8 nerjaveče jeklo.
Glej tabelo 1, 304, 304L, 316 in 316L imajo različne fizikalne, kemijske in mehanske lastnosti zaradi dodajanja legirnih elementov in količin. V primerjavi z navadnim nerjavečim jeklom imajo dobro odpornost proti koroziji, toplotno odpornost in zmogljivost obdelave. Odpornost proti koroziji 304L je podobna kot pri 304, ker pa je vsebnost ogljika v 304L nižja kot pri 304, je njegova odpornost na intergranularno korozijo močnejša. 316 in 316L sta nerjaveča jekla, ki vsebujeta molibden. Zaradi dodatka molibdena sta njihova odpornost proti koroziji in toplotna odpornost boljši od tistih pri 304 in 304L. Na enak način, ker je vsebnost ogljika v 316L nižja od vsebnosti 316, je njegova sposobnost, da se upre koroziji kristalov, boljša. Austenitna nerjaveča jekla, kot so 304, 304L, 316 in 316L, imajo nizko mehansko trdnost. Meja tečenja pri sobni temperaturi 304 je 205 MPa, 304 L je 170 MPa; meja tečenja pri sobni temperaturi 316 je 210 MPa, 316 L pa 200 MPa. Zato vijaki, izdelani iz njih, spadajo med vijake z nizko trdnostjo.
Tabela 1 Vsebnost ogljika, % meja tečenja pri sobni temperaturi, MPa Priporočena najvišja delovna temperatura, °C
304 ≤0.08 205 816
304L ≤0.03 170 538
316 ≤0.08 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) Zakaj prirobnični spoji ne bi smeli uporabljati vijakov iz materialov, kot sta 304 in 316?
Kot smo že omenili v prejšnjih predavanjih, prirobnični spoj najprej loči tesnilne površine obeh prirobnic zaradi delovanja notranjega tlaka, kar povzroči ustrezno zmanjšanje napetosti tesnila, in drugič, sprostitev sile vijaka zaradi sprostitve lezenja tesnila ali lezenja samega vijaka pri visoki temperaturi, Prav tako zmanjša napetost tesnila, tako da prirobnični spoj pušča in ne uspe.
Pri dejanskem delovanju je sprostitev sile vijaka neizogibna, začetna sila zategovanja vijaka pa se bo sčasoma vedno zmanjšala. Zlasti pri prirobnicah pri visoki temperaturi in težkih pogojih cikla bo po 10.000 urah delovanja izguba obremenitve vijaka pogosto presegla 50% in se bo zmanjšala z nadaljevanjem časa in povišanjem temperature.
Kadar sta prirobnica in vijak izdelana iz različnih materialov, še posebej, če je prirobnica izdelana iz ogljikovega jekla, vijak pa iz nerjavečega jekla, je koeficient toplotnega raztezanja 2 materiala vijaka in prirobnice drugačen, kot je koeficient toplotnega raztezanja nerjavečega jekla pri 50 °C (16,51×10-5 / °C) večji od koeficienta toplotnega raztezanja ogljikovega jekla (11,12×10-5 / °C). Ko se naprava segreje, ko je raztezanje prirobnice manjša od raztezanja vijaka, se po usklajenosti deformacije raztezek vijaka zmanjša, kar povzroči zmanjšanje sile vijaka. Če pride do ohlapnosti, lahko povzroči puščanje v prirobničnem spoju. Torej, ko sta prirobnica visokotemperaturne opreme in prirobnica cevi povezani, zlasti koeficienti toplotnega raztezanja materialov prirobnice in vijakov so različni, morajo biti koeficienti toplotnega raztezanja obeh materialov čim bližje.
Iz (1) je razvidno, da je mehanska trdnost avstenitnega nerjavečega jekla, kot sta 304 in 316, nizka, pri sobni temperaturi 304 pa le 205 MPa, pri 316 pa le 210 MPa. Zato se za izboljšanje sposobnosti vijakov proti sprostitvi in utrujenosti sprejmejo ukrepi za povečanje sile vijakov vgradbenih vijakov. Na primer, ko se na forumu za spremljanje uporabi največja sila vgradbenega vijaka, je potrebno, da napetost namestitvenih vijakov doseže 70% meje tečenja materiala vijaka, tako da je treba izboljšati stopnjo trdnosti materiala vijaka in uporabiti vijake iz legiranega jekla visoke trdnosti ali srednje trdnosti. Očitno je, razen za litega železa, nekovinske prirobnice ali gumijasta tesnila, za polkovinska in kovinska tesnila z višjimi tlačnimi prirobnicami ali tesnila z večjo obremenitvijo, vijaki iz materialov z nizko trdnostjo, kot sta 304 in 316, zaradi sile vijaka Ni dovolj za izpolnjevanje zahtev za tesnjenje.
Posebna pozornost je potrebna, da imata v ameriškem standardu materiala vijakov iz nerjavečega jekla 304 in 316 dve kategoriji, in sicer B8 Cl.1 in B8 Cl.2 iz 304 in B8M Cl.1 in B8M Cl.2 iz 316. Cl.1 je trdna raztopina, obdelana s karbidi, medtem ko Cl.2 je poleg obdelave s trdno raztopino podvržena tudi obdelavi s krepitvijo napetosti. Čeprav med B8 Cl.2 in B8 Cl.1 ni bistvene razlike v kemični odpornosti, se mehanska trdnost B8 Cl.2 znatno izboljša v primerjavi z B8 Cl.1, kot je B8 Cl.2 s premerom 3/4" Meja tečenja materiala vijaka je 550 MPa, medtem ko je meja tečenja materiala vijaka B8 Cl.1 vseh premerov le 205 MPa, Razlika med obema je več kot dvakrat. Domači standardi za materiale vijakov 06Cr19Ni10 (304), 06Cr17Ni12Mo2 (316) in B8 Cl.1 so enakovredni B8M Cl.1. [Opomba: Material vijaka S30408 v GB / T 150.3 "Oblika tretjega dela tlačne posode" je enakovreden B8 Cl.2; S31608 je enakovreden B8M Cl.1.
Glede na zgoraj navedene razloge GB / T 150.3 in GB / T38343 "Tehnični predpisi za namestitev prirobniških spojev" določajo, da prirobnice tlačne opreme in cevnih prirobniških spojev ni priporočljivo uporabljati običajnih 304 (B8 Cl.1) in 316 (B8M Cl. . 1) Vijake materialov, zlasti pri visokih temperaturah in težkih pogojih cikla, je treba zamenjati z B8 Cl.2 (S30408) in B8M Cl.2, da se izognemo nizki sili vgradbenih vijakov.
Treba je omeniti, da je pri uporabi vijakov z nizko trdnostjo, kot sta 304 in 316, tudi v fazi namestitve, ker navor ni nadzorovan, vijak morda presegel mejo tečenja materiala ali celo zlomljen. Seveda, če pride do puščanja med tlačnim preskusom ali začetkom delovanja, tudi če so vijaki še naprej zategnjeni, se sila vijaka ne bo povečala in puščanja ni mogoče ustaviti. Poleg tega teh vijakov po razstavljanju ni mogoče ponovno uporabiti, ker so vijaki podvrženi trajni deformaciji, velikost prečnega prereza vijakov pa se je zmanjšala in so po ponovni namestitvi nagnjeni k zlomu.