在法兰接头密封中当碳钢或不锈钢法兰配用 304 素材螺栓时,在运行形态时常会发作泄露问题。本讲 将对此做必然性的分析。
(1) 304、304L、316 和 316L 素材有什么根本区别?
304、304L、316 和 316L 是法兰接头(包罗法兰、密封元件和紧固件)中凡是选用的不锈钢种素材。
304、304L、316 和 316L 是美国素材原则(ANSI 或 ASTM)的不锈钢种代号,从属于奥氏体不锈钢的 300 系列一类钢。与国内素材原则(GB/T)对应的商标是 06Cr19Ni10(304)、022Cr19Ni10(304L)、06Cr17Ni12Mo2 (316)、022Cr17Ni12Mo2(316L)。凡是把那类不锈钢统称为 18—8不锈钢。
拜见表 1,304、304L、316 和 316L 因为参加合金元素和参加量的差别,其理化和机械性能也是差别的, 与通俗不锈钢比拟,它们具有优良的耐蚀性、耐热性和加工性能。304L 的耐蚀性与 304 类似,但因 304L 的含碳量比304低,故其抗晶间侵蚀才能更强。316、316L 是含钼不锈钢,因添加钼元素,故其耐蚀性和 耐热性比304、304L 更优良。同理,因316L 的含碳量比316 低,故其抗晶侵蚀才能更优良。304、304L、316 和 316L 一类奥氏体不锈钢的力学强度低,304的室温让步强度为205MPa,304L 为 170MPa;316 的室温 让步强度为210MPa,316L 为 200MPa。因而,用它们造做的螺栓属于低强度级此外螺栓。
表 1 含碳量,% 室温让步强度,MPa 保举更高利用温度,℃
304 ≤0.08 205 816
304L ≤0.03 170 538
316 ≤0.08 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) 为什么法兰接头不该接纳 304 和 316 等一类素材的螺栓?
如前面几讲所述,法兰接头一是因内压力感化使两法兰密封面别离,引起垫片应力响应削减,二是因 高温下垫片蠕变败坏或螺栓自己蠕变引起螺栓力败坏,同样使垫片应力下降,以致法兰接头发作泄露失效。
现实运行中,螺栓力败坏是不成制止的,初始拧紧的螺栓力总会随时间而有所跌落。出格是处于高温 和猛烈轮回工况的法兰接头,颠末10000 小时运行后,螺栓载荷丧失常会超越50%,并随时间的延续和温度 的进步而衰减下去。
当法兰和螺栓为差别一素材,尤其当法兰为碳钢,螺栓为不锈钢时,因螺栓和法兰素材的热膨胀系数2 差别,如 50℃下不锈钢的热膨胀系数(16.51×10-5/℃)比碳钢热膨胀系数(11.12×10-5/℃)大,安装升温后,当法兰的膨胀量小于螺栓的膨胀量时,在变形协调后,螺栓伸长量减小引起螺栓力的败坏,就可能 招致法兰接头发作泄露。因而,高温的设备法兰和管法兰接头时,出格是法兰和螺栓素材的热膨胀系数差别,尽可能使两者素材的热膨胀系数附近。
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由(1)可见,304 和 316 一类奥氏体不锈钢的力学强度低,304 的室温让步强度仅为205MPa,316 也只要210MPa。因而,为了进步螺栓抗败坏和抗委靡的才能,采纳进步安拆螺栓力的办法,如在后续的讲坛中 将会讲到接纳更大安拆螺栓力时,要求安拆螺栓应力到达 70%的螺栓素材让步强度,如许就必需进步螺栓 素材的强度品级,接纳高强度或中强度合金钢螺栓素材。显易而见,除铸铁、非金属法兰或橡胶垫片外,关于压力品级较高法兰或垫片应力较大的半金属和金属垫片,304、316 那类低强度素材螺栓,因螺栓力不敷而达不到密封要求。
那里需要出格存眷的是在美国不锈钢螺栓素材原则中304和316别离有两个类别,即304的B8 Cl.1和B8 Cl.2 以及 316 的 B8M Cl.1 和 B8M Cl.2。Cl.1 是颠末碳化物固溶处置,而 Cl.2 除固溶处置外,还颠末 应变强化处置。固然 B8 Cl.2 和 B8 Cl.1 在耐化学侵蚀性上没有底子区别,但相对 B8 Cl.1,B8 Cl.2 的 力学强度获得相当进步,如曲径为3/4”的B8 Cl.2 螺栓素材的让步强度为550MPa,而所有曲径的 B8 Cl.1 螺栓素材的让步强度仅为205MPa,两者相差两倍以上。国内螺栓素材原则中的 06Cr19Ni10(304)、06Cr17Ni12Mo2(316),与B8 Cl.1 和 B8M Cl.1 相当。[注:GB/T 150.3《压力容器 第三部门 设想》中的螺栓素材 S30408 与 B8 Cl.2 相当;S31608 与 B8M Cl.1 相当。
鉴于以上原因,GB/T 150.3 和 GB/T38343《法兰接头安拆手艺规定》中,规定承压设备法兰和管法兰接头不保举利用凡是的 304(B8 Cl.1)和 316(B8M Cl.1)素材的螺栓,尤其在高暖和猛烈轮回工况,应更替为 B8 Cl.2(S30408) 和 B8M Cl.2,以制止低下的安拆螺栓力。
值得留意的是当接纳 304、316 那类低强度螺栓素材,以至在安拆阶段,因为没有对扭矩停止掌握,螺栓可能已超越素材让步强度,以至发作断裂。天然,若耐压试验或起头运行就呈现了泄露,即便继续拧紧螺栓,螺栓力也上不去,不克不及阻遏泄露。此外,那些螺栓拆卸后不克不及反复利用,因螺栓已经产生了永久变形,螺栓截面尺寸变小,再安拆就容易发作拧断。
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