14 Kasım 2022
Flanş Bağlantı Sızdırmazlığı - Cıvatalar için neden 304 malzeme önerilmez?
Flanş bağlantı sızdırmazlığında 304 malzeme cıvataları ile karbon çeliği veya paslanmaz çelik flanşlar kullanıldığında, çalışma sırasında genellikle sızıntı sorunları meydana gelir. Bu ders bunun nitel bir analizini yapacaktır.
(1) 304, 304L, 316 ve 316L malzemeler arasındaki temel farklar nelerdir?
304, 304L, 316 ve 316L, flanşlar, sızdırmazlık elemanları ve bağlantı elemanları dahil olmak üzere flanşlı bağlantılarda yaygın olarak kullanılan paslanmaz çelik kaliteleridir.
304, 304L, 316 ve 316L, 300 serisi östenitik paslanmaz çeliklere ait olan Amerikan Malzeme Standardının (ANSI veya ASTM) paslanmaz çelik kalitesi tanımlarıdır. Yerli malzeme standartlarına (GB / T) karşılık gelen kaliteler 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Bu tip paslanmaz çelik genellikle topluca 18-8 paslanmaz çelik olarak adlandırılır.
Bkz. Tablo 1, 304, 304L, 316 ve 316L, alaşım elementlerinin ve miktarlarının eklenmesi nedeniyle farklı fiziksel, kimyasal ve mekanik özelliklere sahiptir. Sıradan paslanmaz çelik ile karşılaştırıldığında, iyi korozyon direncine, ısı direncine ve işleme performansına sahiptirler. 304L'nin korozyon direnci 304'ünkine benzer, ancak 304L'nin karbon içeriği 304'ünkinden daha düşük olduğu için taneler arası korozyona karşı direnci daha güçlüdür. 316 ve 316L, molibden içeren paslanmaz çeliklerdir. Molibden ilavesi nedeniyle, korozyon direnci ve ısı direnci 304 ve 304L'den daha iyidir. Aynı şekilde, 316L'nin karbon içeriği 316'nınkinden daha düşük olduğu için kristal korozyonuna direnme kabiliyeti daha iyidir. 304, 304L, 316 ve 316L gibi östenitik paslanmaz çelikler düşük mekanik dayanıma sahiptir. 304 oda sıcaklığı akma dayanımı 205MPa, 304L 170MPa'dır; 316'nın oda sıcaklığı akma dayanımı 210MPa ve 316L'nin akma dayanımı 200MPa'dır. Bu nedenle, bunlardan yapılan cıvatalar düşük mukavemetli dereceli cıvatalara aittir.
Tablo 1 Karbon içeriği, % Oda sıcaklığı akma dayanımı, MPa Önerilen maksimum servis sıcaklığı, °C
304 ≤0.08 205 816
304L ≤0.03 170 538
316 ≤0.08 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) Flanş bağlantılarında neden 304 ve 316 gibi malzemelerin cıvataları kullanılmamalıdır?
Önceki derslerde bahsedildiği gibi, flanş bağlantısı ilk olarak iç basıncın etkisine bağlı olarak iki flanşın sızdırmazlık yüzeylerini ayırır, bu da contanın geriliminde karşılık gelen bir azalmaya neden olur ve ikinci olarak, contanın sürünme gevşemesi veya cıvatanın kendisinin yüksek sıcaklıkta sürünmesi nedeniyle cıvata kuvvetinin gevşemesi, ayrıca contanın stresini azaltır, böylece flanş bağlantısı sızıntı yapar ve arızalanır.
Gerçek çalışmada, cıvata kuvvetinde gevşeme kaçınılmazdır ve ilk sıkma cıvatası kuvveti zamanla her zaman düşecektir. Özellikle yüksek sıcaklık ve ağır çevrim koşulları altındaki flanş bağlantıları için, 10.000 saatlik çalışmadan sonra, cıvata yük kaybı genellikle% 50'yi aşacak ve zamanın devamı ve sıcaklığın artmasıyla zayıflayacaktır.
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.
(1) 'den, 304 ve 316 gibi östenitik paslanmaz çeliğin mekanik mukavemetinin düşük olduğu ve 304'ün oda sıcaklığı akma mukavemetinin sadece 205MPa ve 316'nın sadece 210MPa olduğu görülebilir. Bu nedenle, cıvataların gevşeme ve yorulma önleme kabiliyetini geliştirmek için, montaj cıvatalarının cıvata kuvvetini artırmak için önlemler alınır. Örneğin, takip forumunda maksimum montaj cıvata kuvveti kullanıldığında, montaj cıvatalarının gerilmesinin cıvata malzemesinin akma dayanımının %70'ine ulaşması gerekir, böylece cıvata malzemesinin mukavemet derecesi iyileştirilmelidir ve yüksek mukavemetli veya orta mukavemetli alaşımlı çelik cıvata malzemeleri kullanılır. Açıkçası, dökme demir, metalik olmayan flanşlar veya kauçuk contalar hariç, daha yüksek basınç dereceli flanşlara veya daha fazla gerilime sahip contalara sahip yarı metalik ve metal contalar için, cıvata kuvveti nedeniyle 304 ve 316 gibi düşük mukavemetli malzemelerden yapılmış cıvatalar Sızdırmazlık gereksinimlerini karşılamak için yeterli değildir.
What needs special attention here is that in the American stainless steel bolt material standard, 304 and 316 have two categories, namely B8 Cl.1 and B8 Cl.2 of 304 and B8M Cl.1 and B8M Cl.2 of 316. Cl.1 is solid solution treated with carbides, while Cl.2 undergoes strain strengthening treatment in addition to solid solution treatment. Although there is no fundamental difference in chemical resistance between B8 Cl.2 and B8 Cl.1, the mechanical strength of B8 Cl.2 is considerably improved relative to B8 Cl.1, such as B8 Cl.2 with a diameter of 3/4" The yield strength of the bolt material is 550MPa, while the yield strength of the B8 Cl.1 bolt material of all diameters is only 205MPa, the difference between the two is more than twice. The domestic bolt material standards 06Cr19Ni10(304), 06Cr17Ni12Mo2(316), and B8 Cl.1 is equivalent to B8M Cl.1. [Note: The bolt material S30408 in GB/T 150.3 "Pressure Vessel Part Three Design" is equivalent to B8 Cl.2; S31608 is equivalent to B8M Cl.1.
In view of the above reasons, GB/T 150.3 and GB/T38343 "Technical Regulations for Flange Joint Installation" stipulate that the flanges of pressure equipment and pipe flange joints are not recommended to use the usual 304 (B8 Cl.1) and 316 (B8M Cl. .1) Bolts of materials, especially in high temperature and severe cycle conditions, should be replaced with B8 Cl.2 (S30408) and B8M Cl.2 to avoid low installation bolt force.
304 ve 316 gibi düşük mukavemetli cıvata malzemeleri kullanıldığında, montaj aşamasında bile, tork kontrol edilmediği için cıvatanın malzemenin akma dayanımını aşmış veya hatta kırılmış olabileceğini belirtmekte fayda var. Doğal olarak, basınç testi veya çalışmanın başlaması sırasında sızıntı meydana gelirse, cıvatalar sıkılmaya devam etse bile, cıvata kuvveti artmayacak ve sızıntı durdurulamayacaktır. Ek olarak, bu cıvatalar demonte edildikten sonra tekrar kullanılamaz, çünkü cıvatalar kalıcı deformasyona uğramıştır ve cıvataların kesit boyutu küçülmüştür ve yeniden takıldıktan sonra kırılmaya eğilimlidirler.
(1) 304, 304L, 316 ve 316L malzemeler arasındaki temel farklar nelerdir?
304, 304L, 316 ve 316L, flanşlar, sızdırmazlık elemanları ve bağlantı elemanları dahil olmak üzere flanşlı bağlantılarda yaygın olarak kullanılan paslanmaz çelik kaliteleridir.
304, 304L, 316 ve 316L, 300 serisi östenitik paslanmaz çeliklere ait olan Amerikan Malzeme Standardının (ANSI veya ASTM) paslanmaz çelik kalitesi tanımlarıdır. Yerli malzeme standartlarına (GB / T) karşılık gelen kaliteler 06Cr19Ni10 (304), 022Cr19Ni10 (304L), 06Cr17Ni12Mo2 (316), 022Cr17Ni12Mo2 (316L). Bu tip paslanmaz çelik genellikle topluca 18-8 paslanmaz çelik olarak adlandırılır.
Bkz. Tablo 1, 304, 304L, 316 ve 316L, alaşım elementlerinin ve miktarlarının eklenmesi nedeniyle farklı fiziksel, kimyasal ve mekanik özelliklere sahiptir. Sıradan paslanmaz çelik ile karşılaştırıldığında, iyi korozyon direncine, ısı direncine ve işleme performansına sahiptirler. 304L'nin korozyon direnci 304'ünkine benzer, ancak 304L'nin karbon içeriği 304'ünkinden daha düşük olduğu için taneler arası korozyona karşı direnci daha güçlüdür. 316 ve 316L, molibden içeren paslanmaz çeliklerdir. Molibden ilavesi nedeniyle, korozyon direnci ve ısı direnci 304 ve 304L'den daha iyidir. Aynı şekilde, 316L'nin karbon içeriği 316'nınkinden daha düşük olduğu için kristal korozyonuna direnme kabiliyeti daha iyidir. 304, 304L, 316 ve 316L gibi östenitik paslanmaz çelikler düşük mekanik dayanıma sahiptir. 304 oda sıcaklığı akma dayanımı 205MPa, 304L 170MPa'dır; 316'nın oda sıcaklığı akma dayanımı 210MPa ve 316L'nin akma dayanımı 200MPa'dır. Bu nedenle, bunlardan yapılan cıvatalar düşük mukavemetli dereceli cıvatalara aittir.
Tablo 1 Karbon içeriği, % Oda sıcaklığı akma dayanımı, MPa Önerilen maksimum servis sıcaklığı, °C
304 ≤0.08 205 816
304L ≤0.03 170 538
316 ≤0.08 210 816
316L ≤0.03 200 538
(2) Flanş bağlantılarında neden 304 ve 316 gibi malzemelerin cıvataları kullanılmamalıdır?
Önceki derslerde bahsedildiği gibi, flanş bağlantısı ilk olarak iç basıncın etkisine bağlı olarak iki flanşın sızdırmazlık yüzeylerini ayırır, bu da contanın geriliminde karşılık gelen bir azalmaya neden olur ve ikinci olarak, contanın sürünme gevşemesi veya cıvatanın kendisinin yüksek sıcaklıkta sürünmesi nedeniyle cıvata kuvvetinin gevşemesi, ayrıca contanın stresini azaltır, böylece flanş bağlantısı sızıntı yapar ve arızalanır.
Gerçek çalışmada, cıvata kuvvetinde gevşeme kaçınılmazdır ve ilk sıkma cıvatası kuvveti zamanla her zaman düşecektir. Özellikle yüksek sıcaklık ve ağır çevrim koşulları altındaki flanş bağlantıları için, 10.000 saatlik çalışmadan sonra, cıvata yük kaybı genellikle% 50'yi aşacak ve zamanın devamı ve sıcaklığın artmasıyla zayıflayacaktır.
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.
(1) 'den, 304 ve 316 gibi östenitik paslanmaz çeliğin mekanik mukavemetinin düşük olduğu ve 304'ün oda sıcaklığı akma mukavemetinin sadece 205MPa ve 316'nın sadece 210MPa olduğu görülebilir. Bu nedenle, cıvataların gevşeme ve yorulma önleme kabiliyetini geliştirmek için, montaj cıvatalarının cıvata kuvvetini artırmak için önlemler alınır. Örneğin, takip forumunda maksimum montaj cıvata kuvveti kullanıldığında, montaj cıvatalarının gerilmesinin cıvata malzemesinin akma dayanımının %70'ine ulaşması gerekir, böylece cıvata malzemesinin mukavemet derecesi iyileştirilmelidir ve yüksek mukavemetli veya orta mukavemetli alaşımlı çelik cıvata malzemeleri kullanılır. Açıkçası, dökme demir, metalik olmayan flanşlar veya kauçuk contalar hariç, daha yüksek basınç dereceli flanşlara veya daha fazla gerilime sahip contalara sahip yarı metalik ve metal contalar için, cıvata kuvveti nedeniyle 304 ve 316 gibi düşük mukavemetli malzemelerden yapılmış cıvatalar Sızdırmazlık gereksinimlerini karşılamak için yeterli değildir.
What needs special attention here is that in the American stainless steel bolt material standard, 304 and 316 have two categories, namely B8 Cl.1 and B8 Cl.2 of 304 and B8M Cl.1 and B8M Cl.2 of 316. Cl.1 is solid solution treated with carbides, while Cl.2 undergoes strain strengthening treatment in addition to solid solution treatment. Although there is no fundamental difference in chemical resistance between B8 Cl.2 and B8 Cl.1, the mechanical strength of B8 Cl.2 is considerably improved relative to B8 Cl.1, such as B8 Cl.2 with a diameter of 3/4" The yield strength of the bolt material is 550MPa, while the yield strength of the B8 Cl.1 bolt material of all diameters is only 205MPa, the difference between the two is more than twice. The domestic bolt material standards 06Cr19Ni10(304), 06Cr17Ni12Mo2(316), and B8 Cl.1 is equivalent to B8M Cl.1. [Note: The bolt material S30408 in GB/T 150.3 "Pressure Vessel Part Three Design" is equivalent to B8 Cl.2; S31608 is equivalent to B8M Cl.1.
In view of the above reasons, GB/T 150.3 and GB/T38343 "Technical Regulations for Flange Joint Installation" stipulate that the flanges of pressure equipment and pipe flange joints are not recommended to use the usual 304 (B8 Cl.1) and 316 (B8M Cl. .1) Bolts of materials, especially in high temperature and severe cycle conditions, should be replaced with B8 Cl.2 (S30408) and B8M Cl.2 to avoid low installation bolt force.
304 ve 316 gibi düşük mukavemetli cıvata malzemeleri kullanıldığında, montaj aşamasında bile, tork kontrol edilmediği için cıvatanın malzemenin akma dayanımını aşmış veya hatta kırılmış olabileceğini belirtmekte fayda var. Doğal olarak, basınç testi veya çalışmanın başlaması sırasında sızıntı meydana gelirse, cıvatalar sıkılmaya devam etse bile, cıvata kuvveti artmayacak ve sızıntı durdurulamayacaktır. Ek olarak, bu cıvatalar demonte edildikten sonra tekrar kullanılamaz, çünkü cıvatalar kalıcı deformasyona uğramıştır ve cıvataların kesit boyutu küçülmüştür ve yeniden takıldıktan sonra kırılmaya eğilimlidirler.