Flanschfugenabdichtung - Warum wird das Material 304 nicht für Schrauben empfohlen?
Wenn Kohlenstoffstahl- oder Edelstahlflansche mit 304-Materialschrauben in der Flanschfugendichtung verwendet werden, treten während des Betriebs häufig Leckageprobleme auf. In diesem Vortrag wird dies qualitativ analysiert.
(1) Was sind die grundlegenden Unterschiede zwischen 304, 304L, 316 und 316L Materialien?
304, 304L, 316 und 316L sind die Edelstahlsorten, die üblicherweise in Flanschverbindungen wie Flanschen, Dichtungselementen und Verbindungselementen verwendet werden.
304, 304L, 316 und 316L sind die Edelstahlbezeichnungen des American Standard for Materials (ANSI oder ASTM), die zur Serie 300 austenitischer Edelstähle gehören. Die Sorten, die den inländischen Materialstandards (GB/T) entsprechen, sind 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Diese Art von Edelstahl wird normalerweise zusammenfassend als 18-8 Edelstahl bezeichnet.
Siehe Tabelle 1, 304, 304L, 316 und 316L haben unterschiedliche physikalische, chemische und mechanische Eigenschaften aufgrund der Zugabe von Legierungselementen und -mengen. Im Vergleich zu gewöhnlichem Edelstahl weisen sie eine gute Korrosionsbeständigkeit, Hitzebeständigkeit und Verarbeitungsleistung auf. Die Korrosionsbeständigkeit von 304L ist ähnlich der von 304, aber da der Kohlenstoffgehalt von 304L niedriger ist als der von 304, ist seine Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion stärker. 316 und 316L sind molybdänhaltige Edelstähle. Durch die Zugabe von Molybdän sind ihre Korrosionsbeständigkeit und Hitzebeständigkeit besser als die von 304 und 304L. Da der Kohlenstoffgehalt von 316L niedriger ist als der von 316, ist seine Fähigkeit, Kristallkorrosion zu widerstehen, besser. Austenitische Edelstähle wie 304, 304L, 316 und 316L haben eine geringe mechanische Festigkeit. Die Raumtemperatur-Streckgrenze von 304 beträgt 205MPa, 304L ist 170MPa; Die Raumtemperatur-Streckgrenze von 316 beträgt 210MPa und 316L ist 200MPa. Daher gehören die daraus hergestellten Schrauben zu den Schrauben mit geringer Festigkeit.
Tabelle 1 Kohlenstoffgehalt, % Streckgrenze bei Raumtemperatur, MPa Empfohlene maximale Gebrauchstemperatur, °C
304 ≤0,08 205 816
304L ≤0,03 170 538
316 ≤0,08 210 816
316L ≤0,03 200 538
(2) Warum sollten Flanschverbindungen keine Schrauben aus Materialien wie 304 und 316 verwenden?
Wie in den vorangegangenen Vorlesungen erwähnt, trennt die Flanschverbindung erstens die Dichtflächen der beiden Flansche durch die Einwirkung von Innendruck, was zu einer entsprechenden Abnahme der Spannung der Dichtung führt, und zweitens die Relaxation der Bolzenkraft aufgrund der Kriechrelaxation der Dichtung oder des Kriechens des Bolzens selbst bei hoher Temperatur. Reduziert auch die Belastung der Dichtung, so dass die Flanschverbindung undicht wird und versagt.
Im tatsächlichen Betrieb ist eine Lockerung der Schraubenkraft unvermeidlich, und die anfängliche Anzugsbolzenkraft nimmt mit der Zeit immer ab. Insbesondere bei Flanschverbindungen unter hohen Temperaturen und schwierigen Zyklusbedingungen übersteigt der Schraubenlastverlust nach 10.000 Betriebsstunden oft 50% und schwächt sich mit der Fortsetzung der Zeit und dem Temperaturanstieg ab.
Wenn der Flansch und der Bolzen aus unterschiedlichen Materialien bestehen, insbesondere wenn der Flansch aus Kohlenstoffstahl und der Bolzen aus Edelstahl besteht, ist der Wärmeausdehnungskoeffizient 2 des Materials des Bolzens und des Flansches unterschiedlich, wie der Wärmeausdehnungskoeffizient von Edelstahl bei 50 ° C (16,51 × 10 - 5 / ° C) größer ist als der Wärmeausdehnungskoeffizient von Kohlenstoffstahl (11,12 × 10-5 / ° C). Nach dem Erwärmen der Vorrichtung, wenn die Ausdehnung des Flansches kleiner ist als die Ausdehnung des Bolzens, nachdem die Verformung koordiniert wurde, nimmt die Dehnung des Bolzens ab, wodurch die Kraft des Bolzens abnimmt. Wenn es eine Lockerheit gibt, kann es zu Leckagen in der Flanschverbindung kommen. Wenn der Hochtemperatur-Geräteflansch und der Rohrflansch verbunden sind, insbesondere die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Flansch- und Bolzenmaterialien unterschiedlich sind, sollten die Wärmeausdehnungskoeffizienten der beiden Materialien so nahe wie möglich liegen.
Aus (1) ist ersichtlich, dass die mechanische Festigkeit von austenitischem Edelstahl wie 304 und 316 gering ist und die Raumtemperaturstreckgrenze von 304 nur 205 MPa und die von 316 nur 210 MPa beträgt. Um die Anti-Relaxations- und Anti-Ermüdungsfähigkeit von Schrauben zu verbessern, werden daher Maßnahmen zur Erhöhung der Schraubenkraft der Installationsschrauben ergriffen. Wenn beispielsweise die maximale Installationsbolzenkraft im Folgeforum verwendet wird, ist es erforderlich, dass die Spannung der Installationsschrauben 70% der Streckgrenze des Bolzenmaterials erreicht, so dass der Festigkeitsgrad des Bolzenmaterials verbessert werden muss und hochfeste oder mittelfeste legierte Stahlbolzenmaterialien verwendet werden. Offensichtlich, mit Ausnahme von Gusseisen, nichtmetallischen Flanschen oder Gummidichtungen, für halbmetallische und metallische Dichtungen mit Druckflanschen oder Dichtungen mit größerer Beanspruchung, Schrauben aus niedrigfesten Materialien wie 304 und 316, aufgrund der Schraubenkraft Nicht genug, um die Dichtungsanforderungen zu erfüllen. Was hier besonders beachtet werden muss, ist, dass in der amerikanischen Edelstahl-Bolzenmaterialnorm 304 und 316 zwei Kategorien haben, nämlich B8 Cl.1 und B8 Cl.2 von 304 und B8M Cl.1 und B8M Cl.2 von 316. Cl.1 ist mit Hartmetallen behandelte Mischkristall, während Cl.2 zusätzlich zur Feststoffbehandlung einer dehnungsverstärkenden Behandlung unterzogen wird. Obwohl es keinen grundlegenden Unterschied in der chemischen Beständigkeit zwischen B8 Cl.2 und B8 Cl.1 gibt, ist die mechanische Festigkeit von B8 Cl.2 im Vergleich zu B8 Cl.1 erheblich verbessert, wie B8 Cl.2 mit einem Durchmesser von 3/4" Die Streckgrenze des Bolzenmaterials beträgt 550MPa, während die Streckgrenze des B8 Cl.1-Bolzenmaterials aller Durchmesser nur 205MPa beträgt. Der Unterschied zwischen den beiden ist mehr als zweimal. Die inländischen Schraubenmaterialnormen 06Cr19Ni10(304), 06Cr17Ni12Mo2(316) und B8 Cl.1 entsprechen B8M Cl.1. [Hinweis: Das Bolzenmaterial S30408 in GB/T 150.3 "Pressure Vessel Part Three Design" entspricht B8 Cl.2; S31608 entspricht B8M Cl.1.
In Anbetracht der oben genannten Gründe sehen GB/T 150.3 und GB/T38343 "Technische Regeln für den Flanschverbindungseinbau" vor, dass die Flansche von Druckgeräten und Rohrflanschverbindungen nicht empfohlen werden, die üblichen 304 (B8 Cl.1) und 316 (B8M Cl. 1) Schrauben aus Materialien, insbesondere bei hohen Temperaturen und schwierigen Zyklen, sollten durch B8 Cl.2 (S30408) und B8M Cl.2 ersetzt werden, um eine geringe Einbauschraubenkraft zu vermeiden.
Es ist erwähnenswert, dass, wenn niedrigfeste Schraubenmaterialien wie 304 und 316 verwendet werden, auch während der Installationsphase, weil das Drehmoment nicht kontrolliert wird, die Schraube die Streckgrenze des Materials überschritten oder sogar gebrochen sein kann. Wenn während der Druckprüfung oder der Inbetriebnahme eine Leckage auftritt, selbst wenn die Schrauben weiter angezogen werden, steigt die Schraubenkraft natürlich nicht und die Leckage kann nicht gestoppt werden. Darüber hinaus können diese Schrauben nach der Demontage nicht wiederverwendet werden, da die Schrauben dauerhaft verformt wurden und die Querschnittsgröße der Schrauben kleiner geworden ist und sie nach der Neuinstallation bruchanfällig sind.
